【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于属于挡风墙健康诊断与安全预警，涉及用于在役挡风墙结构的安全预警方法。
技术介绍
1、挡风墙结构主要用于防风、固沙、保护行驶列车以及抵抗风浪，广泛用于铁路工程、公路工程、海洋工程等领域。如为保护高速行驶列车免受大风、砂石的危害，在兰新高铁大风区沿线构筑了长达数百公里的挡风墙。但是在风沙侵蚀、材料老化、荷载作用、气候变化等因素综合影响下，各种病害(如墙体混凝土开裂、墙皮脱落，墙体钢筋与混凝土粘结失效)将会在挡风墙上持续产生并积累。如兰新高铁吐鲁番段，在高温、大温差及风沙侵蚀作用下，挡风墙上的混凝土往往会过早开裂。当病害积累到一定程度，轻则引起挡风墙局部破坏、重则造成其失稳或坍塌，削弱挡风墙的防护能力。尤其是大风地区的挡风墙破坏或失稳会削弱挡风墙的抗风能力，大风引起的紊乱气流可能造成铁路中断行车，甚至可能引发列车脱线。此外，穿过挡风墙的砂石可能会击中高速行驶的列车或者堆积在铁轨上，这将严重影响高速行驶列车的安全。因此，有必要对在役挡风墙进行健康诊断及安全预警，以期及时发现并处理病害、避免或减少事故的发生。
2、但目前，关于挡风墙结构的研究主要集中在以下几个方面：1)研究挡风墙的防风特性以及挡风墙与行驶列车间的耦合空气动力响应规律；2)研究风沙流作用下挡风墙结构的动力响应规律以及挡风墙后的风沙沉积机理；3)研究风沙流和高速行驶列车作用下挡风墙结构的合理形式、高度、厚度和间距等。而关于挡风墙结构的健康诊断与安全预警研究相对较少，尚缺乏相关文献。
技术实现思路
1、有
2、为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、用于在役挡风墙结构的安全预警方法，该方法包括以下步骤：
4、s1：通过激励装置分别对初始和在役状态下的挡风墙结构施加振动激励；
5、s2：通过传感器采集装置采集挡风墙产生的动力响应信号并发送给信号传输装置；
6、s3：通过信号传输装置将传感器采集的挡风墙产生的动力响应信号传输给计算机；
7、s4：计算机对采集的响应信号进行处理，得到初始状态下的挡风墙结构的虚拟脉冲响应函数信号hu和在役状态下的挡风墙结构的虚拟脉冲响应函数信号hd；
8、s5：计算机分别对hu和hd进行小波分解，通过阈值筛选出能量占比较大的频带，分别创建hu和hd改进的小波包频带能量比谱；
9、s6：通过对各频带进行病害敏感性分析，分别创建hu和hd二次改进的小波包频带能量比谱；
10、s7：基于所述s6创建的二次改进的小波包频带能量比谱，通过阈值筛选出对病害较为敏感的频带，分别创建hu和hd的小波包特征频带向量，基于hu小包特征频带向量与hd的小波包特征频带向量，计算hu和hd特征频带的能量比偏差，根据计算得到的特征频带的能量比偏差，创建小波包特征向量，基于创建的小波包特征向量，定义预警指标；
11、s8：分析预警指标与挡风墙动弹性模量损失率间的内在联系，建立预警指标与挡风墙安全状态间的定量关系，当预警指标达到界限值时，预警在役挡风墙进入临界安全状态。
12、进一步的，所述s4中，计算机对采集的响应信号进行处理，得到初始状态下的挡风墙结构的虚拟脉冲响应函数信号hu和在役状态下的挡风墙结构的虚拟脉冲响应函数信号hd，具体为：将参考点的动力响应作为虚拟激励，计算点的动力响应作为虚拟响应，计算机对初始和在役状态下的对挡风墙结构，分别进行虚拟激励与虚拟响应之间的计算，得到初始状态下的挡风墙结构的虚拟脉冲响应函数信号hu和在役状态下的挡风墙结构的虚拟脉冲响应函数信号hd。
13、进一步的，所述s5中，计算机分别对hu和hd进行小波分解，通过阈值筛选出能量占比较大的频带，分别创建hu和hd改进的小波包频带能量比谱，具体包括：
14、分别对hu和hd进行i层小波包分解，得到其虚拟脉冲响应函数信号分量，表示为：
15、
16、分别计算hu和hd第j个子频带的小波包频带能量eωju和eωjd，表示为：
17、
18、其中，l为信采样点个数；
19、分别计算hu和hd第j个子频带的能量比，表示为：
20、
21、分别对erωju和erωjd按升频排列后，得到hu和hd的小波包频带能量比谱er(ω)u和er(ω)d，表示为：
22、
23、对eru按频带能量比由大到小排序，得到初始状态下的挡风墙小波包频带能量比谱eru；erd按照eru中子频带的频率重新排序得到在役状态下的挡风墙小波包频带能量比谱erd；
24、定义相对累积能量比，表示为：
25、
26、当η≥阈值η0时，从eru中选取其前p个子频带反映病害信息；
27、将剩余(2i-p)个子频带合并为第(p+1)个频带，并称之为剩余频带，得到初始状态下的挡风墙改进的小波包频带能量比谱er(p+1)u，同理，得到在役状态下的挡风墙改进的小波包频带能量比谱er(p+1)d，表示为：
28、
29、其中，
30、进一步的，所述s6中，通过对各频带进行病害敏感性分析，分别创建hu和hd二次改进的小波包频带能量比谱，具体包括：
31、引入能量比偏差比ε：
32、
33、ε值反映子频带的病害敏感性，ε值越大，频带的病害敏感性越强；
34、对er(p+1)u和er(p+1)d按子频带病害敏感性由强到弱排序得到hu和hd二次改进的小波包频带能量比谱，如公式(8)所示：
35、
36、进一步的，所述s7中，基于s6创建的二次改进的小波包频带能量比谱，通过阈值筛选出对病害较为敏感的频带，分别创建hu和hd的小波包特征频带向量，具体包括：
37、定义阈值ε0，当ε≥ε0时，从二次改进的小波包频带能量比谱中提取前q(q≤(p+1))个频带，将其他((p+1)-q)个频带合并为第(q+1)个频带，称为附加频带；这(q+1)个频带即为特征频带，将特征频带的能量比按病害敏感性由强到弱排序后，得到hu和hd的小波包特征频带向量，如公式(9)所示：
38、
39、其中，
40、进一步的，所述s7中，基于hu小包特征频带向量与hd的小波包特征频带向量，计算hu和hd特征频带的能量比偏差，表示为：
41、erdk＝|ervku-ervkd|(k＝1,2,…,q,q+1) (10)。
42、进一步的，所述s7中，根据计算得到的特征频带的能量比偏差，创建小波包特征向量，表示为：
43、erd＝[erd1 erd本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.用于在役挡风墙结构的安全预警方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于在役挡风墙结构的安全预警方法，其特征在于：所述S4中，计算机对采集的响应信号进行处理，得到初始状态下的挡风墙结构的虚拟脉冲响应函数信号hu和在役状态下的挡风墙结构的虚拟脉冲响应函数信号hd，具体为：将参考点的动力响应作为虚拟激励，计算点的动力响应作为虚拟响应，计算机对初始和在役状态下的对挡风墙结构，分别进行虚拟激励与虚拟响应之间的计算，得到初始状态下的挡风墙结构的虚拟脉冲响应函数信号hu和在役状态下的挡风墙结构的虚拟脉冲响应函数信号hd。
3.根据权利要求2所述的用于在役挡风墙结构的安全预警方法，其特征在于：所述S5中，计算机分别对hu和hd进行小波分解，通过阈值筛选出能量占比较大的频带，分别创建hu和hd改进的小波包频带能量比谱，具体包括：
4.根据权利要求3所述的用于在役挡风墙结构的安全预警方法，其特征在于：所述S6中，通过对各频带进行病害敏感性分析，分别创建hu和hd二次改进的小波包频带能量比谱，具体包括：
5.根据权利要求4所
6.根据权利要求5所述的用于在役挡风墙结构的安全预警方法，其特征在于：所述S7中，基于hu小包特征频带向量与hd的小波包特征频带向量，计算hu和hd特征频带的能量比偏差，表示为：
7.根据权利要求6所述的用于在役挡风墙结构的安全预警方法，其特征在于：所述S7中，根据计算得到的特征频带的能量比偏差，创建小波包特征向量，表示为：
8.根据权利要求7所述的用于在役挡风墙结构的安全预警方法，其特征在于：所述S7中的预警指标，表示为：
9.根据权利要求8所述的用于在役挡风墙结构的安全预警方法，其特征在于：所述S7中，挡风墙动弹性模量损失率，表示为：
...【技术特征摘要】
1.用于在役挡风墙结构的安全预警方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于在役挡风墙结构的安全预警方法，其特征在于：所述s4中，计算机对采集的响应信号进行处理，得到初始状态下的挡风墙结构的虚拟脉冲响应函数信号hu和在役状态下的挡风墙结构的虚拟脉冲响应函数信号hd，具体为：将参考点的动力响应作为虚拟激励，计算点的动力响应作为虚拟响应，计算机对初始和在役状态下的对挡风墙结构，分别进行虚拟激励与虚拟响应之间的计算，得到初始状态下的挡风墙结构的虚拟脉冲响应函数信号hu和在役状态下的挡风墙结构的虚拟脉冲响应函数信号hd。
3.根据权利要求2所述的用于在役挡风墙结构的安全预警方法，其特征在于：所述s5中，计算机分别对hu和hd进行小波分解，通过阈值筛选出能量占比较大的频带，分别创建hu和hd改进的小波包频带能量比谱，具体包括：
4.根据权利要求3所述的用于在役挡风墙结构的安全预警方法，其特征在于：所述s6中，通过对各频带进行病害...
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