基于面波频散曲线的路基病害体和地下病害体深度检测方法技术

本发明专利技术涉及路基害体检测技术领域，且公开了基于面波频散曲线的路基病害体和地下病害体深度检测方法，采集内的敲击模块采用重锤锤击地面，接收模块采用垂向检波器接收重锤锤击地面所生成瑞雷面波的竖向分量并发送给提取单元；提取单元内的第一计算模块将瑞雷面波的竖向分量进行频谱分析，得到瑞雷面波的自功率谱

【技术实现步骤摘要】
基于面波频散曲线的路基病害体和地下病害体深度检测方法


[0001]本专利技术涉及路基害体检测
，更具体地涉及基于面波频散曲线的路基病害体和地下病害体深度检测方法
。

技术介绍

[0002]近年来，城市道路塌陷事故频繁发生，道路塌陷事故的发生原因较多，如市政内的管道破裂后，上方的回填土体及路基土体进入管道，在污水和雨水作用下不断被带走，管道上方即路基出现空洞，当空洞发展到一定规模时，路面失去支撑，道路在车辆荷载作用下容易出现坍塌，进而导致严重的财产损失和人身事故，因此周期性地针对城市全部或部分道路进行地下空间勘察是防止此类事故发生或者提前预警的有效手段
。
[0003]传统的道路地下空间勘察主要依靠手推式探地雷达进行道路检测，由作业人员推行探地雷达车进行道路勘察，作业人员需要步行在市政道路上，将探地雷达车在坍塌的道路上进行来回推动，从而寻找病害的位置信息以及深度信息，但是传统的道路害体检测方式存在以下问题：采用手推式探地雷达进行道路检测时，由于需要作业人员推着雷达车进行来回走动，当道路突然出现坍塌时，此时上方作业人员的生命会受到危险，且采用手推雷达车的方式进行检测，作业人员进行手推的推动速度有限，因此检测速度较慢；采用雷达车进行检测时，由于作业人员会留着雷达车进行移动，可能会存在堵塞交通的可能性，由于需要推动雷达车进行移动检测，因此遇到雨天路面或者路面起伏较大时，此时难以进行雷达车的移动，从而会对检测的正常进行造成阻碍
。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的上述缺陷，本专利技术的实施条例提供基于面波频散曲线的路基病害体和地下病害体深度检测方法，以解决
技术介绍
中所提出的技术问题
。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：基于面波频散曲线的路基病害体和地下病害体深度检测方法，包括以下步骤：步骤
S1、
采集内的敲击模块采用重锤锤击地面，接收模块采用垂向检波器接收重锤锤击地面所生成瑞雷面波的竖向分量并发送给提取单元；步骤
S2、
提取单元内的第一计算模块将瑞雷面波的竖向分量进行频谱分析，得到瑞雷面波的自功率谱
、
互功率谱以及相干函数，进而计算出相速度发送给处理单元；步骤
S3、
提取单元内的第二计算模块采用相移法计算频率域内两道信号的相速度，将计算出的相速度发送给处理单元；步骤
S4、
处理单元接收第一计算模块所计算的相速度与第二计算模块所计算的相速度，第一计算模块与第二计算模块的相速度进行平均计算，计算公式为与；
步骤
S5、
计算单元接收最终的相速度并计算出害体的深度，并发送给终端设备
。
[0006]在一个优选的实施方式中，还包括采集单元
、
提取单元
、
处理单元
、
计算单元
、
终端设备以及供能单元，所述采集单元采集路基所产生的瑞雷面波并发送给提取单元，所述提取单元计算瑞雷面波的相速度并发送给处理单元，所述处理单元根据提取单元计算出的相速度计算出最终的实际相速度并发送给计算单元，所述计算单元根据处理单元所计算出的相速度计算出害体深度，所述计算单元将计算出的害体深度并发送给终端设备，所述供能单元为采集单元
、
提取单元
、
处理单元以及计算单元提供运行时所需的能量
。
[0007]在一个优选的实施方式中，所述采集单元包括敲击模块以及接收模块，所述敲击模块采用重锤锤击地面且锤击次数为一次，所述接收模块采用垂向检波器接收重锤锤击地面所生成瑞雷面波的竖向分量，所述敲击模块进行主干道公路害体的瑞雷面波采集时，采用小炸药量爆破激发瑞雷面波
。
[0008]在一个优选的实施方式中，所述提取单元包括第一计算模块与第二计算模块，所述第一计算模块将瑞雷面波的竖向分量进行频谱分析，得到瑞雷面波的自功率谱
、
互功率谱以及相干函数，瑞雷面波进行频谱分析时，将瑞雷面波的竖向分量从时间域转化为频率域，其计算公式为，式中为
n
道
t
时刻的信号，
t
为采集的时间，为波动频率，为瑞雷面波信号的频谱
。
[0009]在一个优选的实施方式中，所述第一计算模块进行瑞雷面波的自功率谱计算公式为，式中为瑞雷波频谱的复共轭谱，瑞雷面波的互功率谱计算公式为，瑞雷面波的相干函数计算公式为，式中为时的互功率谱，为的互功率共轭谱，为时的自功率谱，所述第一计算模块计算频率域内两道信号的相速度，其计算公式为，式中
Δ
x
为两个测点之间的距离，为
Δ
两道信号之间的相位差，所述第一计算模块将相速度发送给处理单元
。
[0010]在一个优选的实施方式中，所述第二计算模块采用相移法计算频率域内两道信号的相速度，首先对时间
t
内的瑞雷面波做傅里叶变化，其傅里叶变化公式为，式中为相位移，为相位谱，为振幅谱，对进行积分变化，其积分变换公式为，式中为角速度，为角速度与频率对应相速度的比值，且，当积分变换公式取最大值时，此时确定的值，即为相速度，第二计算模块将计算出的相速度发送给处理单元
。
[0011]在一个优选的实施方式中，所述处理单元接收第一计算模块所计算的相速度与第二计算模块所计算的相速度，并将第一计算模块与第二计算模块所计算出的相速度进行平
均值计算，其计算公式为与，当
V1与
V2结果相同时，此时
V1大于零，将
V1发送给计算单元，若
V1小于等于零时，采集单元重复进行采集，当
V1与
V2结果不同时，分别输出第一计算模块的结果与第二计算模块的结果
。
[0012]在一个优选的实施方式中，所述计算单元接收最终的相速度，并采用公式计算出害体的深度
h
，其计算公式为
h=V1×
t
，
t
为瑞雷面波传递的时间，将相速度与传递的时间相乘后计算出及传输害体的深度，所述计算单元将计算出的害体深度并发送给终端设备，所述终端设备包括现场设备以及网络设备，现场设备为现场人员进行数据接收的设备，网络设备包括管理设备以及云端设备，管理人员可以在网上进行现场检测数据的接收，且计算的结果发送到云端设备内进行储存
。
[0013]在一个优选的实施方式中，所述供能单元为采集单元
、
提取单元
、
处理单元以及计算单元提供运行时所需的能量，所述供能单元内包括有电源模块
、
电压模块以及发电模块，所述电源模块为柴油发电机组以及蓄电池，所述柴油发电机组所产生的电能储存在蓄电池内，且蓄电池其使用时的电压为
380V
，所述蓄电池进行供电时经过电压模块进行升压或降压后发送给采集单元
、
提取单元
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
基于面波频散曲线的路基病害体和地下病害体深度检测方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤
S1、
采集内的敲击模块采用重锤锤击地面，接收模块采用垂向检波器接收重锤锤击地面所生成瑞雷面波的竖向分量并发送给提取单元；步骤
S2、
提取单元内的第一计算模块将瑞雷面波的竖向分量进行频谱分析，得到瑞雷面波的自功率谱
、
互功率谱以及相干函数，进而计算出相速度发送给处理单元；步骤
S3、
提取单元内的第二计算模块采用相移法计算频率域内两道信号的相速度，将计算出的相速度发送给处理单元；步骤
S4、
处理单元接收第一计算模块所计算的相速度与第二计算模块所计算的相速度，第一计算模块与第二计算模块的相速度进行平均计算，计算公式为与；步骤
S5、
计算单元接收最终的相速度并计算出害体的深度，并发送给终端设备
。2.
根据权利要求1所述的基于面波频散曲线的路基病害体和地下病害体深度检测方法，其特征在于：还包括采集单元
、
提取单元
、
处理单元
、
计算单元
、
终端设备以及供能单元，所述采集单元采集路基所产生的瑞雷面波并发送给提取单元，所述提取单元计算瑞雷面波的相速度并发送给处理单元，所述处理单元根据提取单元计算出的相速度计算出最终的实际相速度并发送给计算单元，所述计算单元根据处理单元所计算出的相速度计算出害体深度，所述计算单元将计算出的害体深度并发送给终端设备，所述供能单元为采集单元
、
提取单元
、
处理单元以及计算单元提供运行时所需的能量
。3.
根据权利要求2所述的基于面波频散曲线的路基病害体和地下病害体深度检测方法，其特征在于：所述采集单元包括敲击模块以及接收模块，所述敲击模块采用重锤锤击地面且锤击次数为一次，所述接收模块采用垂向检波器接收重锤锤击地面所生成瑞雷面波的竖向分量，所述敲击模块进行主干道公路害体的瑞雷面波采集时，采用小炸药量爆破激发瑞雷面波
。4.
根据权利要求1所述的基于面波频散曲线的路基病害体和地下病害体深度检测方法，其特征在于：所述提取单元包括第一计算模块与第二计算模块，所述第一计算模块将瑞雷面波的竖向分量进行频谱分析，得到瑞雷面波的自功率谱
、
互功率谱以及相干函数，瑞雷面波进行频谱分析时，将瑞雷面波的竖向分量从时间域转化为频率域，其计算公式为，式中为
n
道
t
时刻的信号，
t
为采集的时间，为波动频率，为瑞雷面波信号的频谱
。5.
根据权利要求4所述的基于面波频散曲线的路基病害体和地下病害体深度检测方法，其特征在于：所述第一计算模块进行瑞雷面波的自功率谱计算公式为，式中为瑞雷波频谱的复共轭谱，瑞雷面波的互功率谱计算公式为，瑞雷面波的相干函数计算公式为
，式中为时的互功率谱...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵雪军，梅智平，彭冬，陈海荣，胡翔，宫少博，陈峰，王东宏，周炜，汪飞，
申请(专利权)人：江苏筑升土木工程科技有限公司，
类型：发明
国别省市：