CN109001728B - 基于探地雷达检测钢筋混凝土内部病害的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明适用于钢筋混凝土病害检测技术领域，提供了一种基于探地雷达检测钢筋混凝土内部病害的方法，包括：获取第一信号，其中，所述第一信号为探地雷达向钢筋混凝土内部发射电磁波之后接收到的回波信号；对所述第一信号进行曲波变换，得到第一曲波变换系数；对所述第一曲波变换系数进行滤波处理，得到第二曲波变换系数；对所述第二曲波变换系数进行逆曲波变换，得到第二信号；基于所述第二信号，确定所述钢筋混凝土的内部病害。本发明能够削弱钢筋强反射信号的干扰，提高探地雷达检测钢筋混凝土内部病害的准确率。

Description

基于探地雷达检测钢筋混凝土内部病害的方法及装置

技术领域

本发明属于钢筋混凝土病害检测技术领域，尤其涉及一种基于探地雷达检测钢筋混凝土内部病害的方法及装置。

背景技术

钢筋混凝土结构由于其良好的耐久性和承载力，被广泛应用在在诸如高层建筑、市政、水坝、隧道和高速铁路等方面。但是，受施工质量和外界荷载的影响，钢筋混凝土结构的内部在建设初期和运营过程中可能会逐渐形成空洞、裂缝等病害。这些病害的存在与发育，容易造成结构失效，属于严重的安全隐患。因此，如何快速、及时的检测钢筋混凝土结构的内部病害，或者测量其发育程度，是钢筋混凝土结构的养修维护中的一个重要课题。

探地雷达(Ground Penetrating Radar，GPR)是利用天线发射和接收高频电磁波来探测介质内部物质特性和分布规律的一种无损检测方法，在混凝土质量探测中具有广泛的应用。

然而，由于钢筋混凝土内部的钢筋会对电磁波产生强反射，强反射信号的干扰会降低探地雷达的检测准确率，因此限制了探地雷达在钢筋混凝土病害检测上的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于探地雷达检测钢筋混凝土内部病害的方法及装置，能够削弱钢筋强反射信号的干扰，提高探地雷达检测钢筋混凝土内部病害的准确率。

本发明的第一方面提供了一种基于探地雷达检测钢筋混凝土内部病害的方法，包括：

获取第一信号，其中，所述第一信号为探地雷达向钢筋混凝土内部发射电磁波之后接收到的回波信号；

对所述第一信号进行曲波变换，得到第一曲波变换系数；

对所述第一曲波变换系数进行滤波处理，得到第二曲波变换系数；

对所述第二曲波变换系数进行逆曲波变换，得到第二信号；

基于所述第二信号，确定所述钢筋混凝土的内部病害。

本发明的第二方面提供了一种基于探地雷达检测钢筋混凝土内部病害的装置，包括：

信号获取单元，用于获取第一信号，其中，所述第一信号为探地雷达向钢筋混凝土内部发射电磁波之后接收到的回波信号；

曲波变换单元，用于对所述信号获取单元获取的第一信号进行曲波变换，得到第一曲波变换系数；

滤波处理单元，用于对所述曲波变换单元得到的第一曲波变换系数进行滤波处理，得到第二曲波变换系数；

逆曲波变换单元，用于对所述滤波处理单元得到的第二信号进行逆曲波变换，得到第二信号；

病害确定单元，用于基于所述逆曲波变换单元得到的第二信号，确定所述钢筋混凝土的内部病害。

本发明的第三方面提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如任一项所述基于探地雷达检测钢筋混凝土内部病害的方法的步骤。

本发明的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如任一项所述基于探地雷达检测钢筋混凝土内部病害的方法的步骤。

本发明与现有技术相比存在的有益效果是：

本发明通过获取第一信号，其中，所述第一信号为探地雷达向钢筋混凝土内部发射电磁波之后接收到的回波信号；对所述第一信号进行曲波变换，得到第一曲波变换系数；对所述第一曲波变换系数进行滤波处理，得到第二曲波变换系数；对所述第二曲波变换系数进行逆曲波变换，得到第二信号；基于所述第二信号，确定所述钢筋混凝土的内部病害；解决了现有技术中使用探地雷达检测钢筋混凝土内部病害时由于钢筋混凝土内部的钢筋强反射干扰导致检测结果不够准确的问题；也即，基于曲波变换对钢筋混凝土的反射信号进行低通滤波，从而能够削弱钢筋的强反射信号，提高探地雷达检测钢筋混凝土内部病害的准确率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的基于探地雷达检测钢筋混凝土内部病害的方法的实现流程图；

图2-a是本发明实施例提供的钢筋目标的回波曲线示意图；

图2-b是本发明实施例提供的空洞病害目标的回波曲线示意图；

图3是本发明实施例提供的空洞病害目标的回波有效面积模型示意图；

图4是本发明实施例提供的基于探地雷达检测钢筋混凝土内部病害的装置的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的终端设备的示意图。

图6是本发明实施例提供的双层钢筋(垂直分布)的钢筋混凝土空洞病害模型示意图；

图7是本发明实施例提供的双层钢筋(交错分布)的钢筋混凝土空洞病害模型示意图；

图8是本发明实施例提供的双层钢筋空洞病害模型正演和预处理结果示意图；

图9是本发明实施例提供的双层钢筋(垂直分布)的空洞病害尺寸回归曲线示意图；

图10是本发明实施例提供的双层钢筋(交错分布)的空洞病害尺寸回归曲线示意图；

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。

参见图1，其示出了本发明实施例提供的基于探地雷达检测钢筋混凝土内部病害的方法的实现流程图，详述如下：

步骤101、获取第一信号，其中，所述第一信号为探地雷达向钢筋混凝土内部发射电磁波之后接收到的回波信号；

在本发明实施例中，利用探地雷达对钢筋混凝土进行内部病害的检测，具体的，将探地雷达在待检测的钢筋混凝土表面区域延一定的检测方向移动，移动时探地雷达会向钢筋混凝土内部发射电磁波信号，钢筋混凝土内部的钢筋会对探地雷达发射的电磁波信号产生反射，若钢筋混凝土内部存在病害，例如空洞病害，则病害也会对探地雷达发射的电磁波信号产生反射，探地雷达接收钢筋混凝土内部反射回来的回波信号，通过对回波信号进行分析，来确定钢筋混凝土内部是否存在病害，若存在病害的话，还可以进一步确定病害的尺寸。

在本发明实施例中，在忽略随机噪声的前提下，将回波信号简化为钢筋回波信号(即钢筋混凝土中的钢筋目标反射的电磁波信号)和空洞病害回波信号(即钢筋混凝土中的空洞病害目标反射的电磁波信号)。

图2-a是本发明实施例提供的钢筋目标的回波信号的回波曲线示意图。其中，Rebar表示钢筋目标，Antenna表示探地雷达，Survey direction表示探地雷达的检测方向，Air表示钢筋混凝土的外部，Background表示钢筋混凝土的内部，Wavelet表示钢筋目标反射的电磁波，Echo表示钢筋目标的回波信号的回波曲线。如图2-a所示，将Rebar看作点目标，则钢筋目标的回波信号的回波曲线方程可表示为

其中，以钢筋正上方与测线方向的交点为坐标原点(0，0)，测线方向(Survey direction)为x横坐标正方向，钢筋位置距钢筋混凝土表面的垂直距离为Z₀。电磁波向下传播时t为纵坐标正方向，v表示电磁波在背景介质中传播的速度，

其中，ε_r为钢筋混凝土介质的介电常数，c为电磁波在真空中的传播速度。回波的方向特征可以由回波信号相对于x的微分获得，即

这表明，钢筋目标回波的方向性分布特征沿着双曲线分布(Echo)，具体指向由传播速度v确定。当Z₀＝0时，其方向分布可表示为S'_r(x)＝±2/v。

图2-b是本发明实施例提供的空洞病害目标的回波信号的回波曲线示意图，其中，长方形空洞Void表示钢筋混凝土内部的空洞病害，在钢筋混凝土的内部病害中，长方形带状空洞是其中的典型结构。如图2-b所述，设长方形空洞的长为l_v，中心位置正上方与测线方向的交点为坐标原点O(0,0)，其余设置与单目标回波设置相同。可以看出，长方形空洞回波为分段函数：

其回波的方向特征可以由回波信号相对于x的微分获得，即：

这表明，带状空洞目标回波的方向性分布特征沿着双曲线分布和水平方向分部(Echo)。当探地雷达位于空洞外缘时，方向分布特征为双曲线方向；当探地雷达位于空洞上方时，方向分布特征为水平方向。当Z₀＝0时，双曲线方向分布可表示为S'_r(x)＝±2/v，水平方向S'_r(x)＝0。

为了进一步分析回波信号的频域分布特征，下面对不同目标不同方向的回波进行了谱分析。

根据图2-a，探地雷达回波2D回波信号(B-Scan)g(x,t)为信号f(x,t)与天线发射子波r(t)的卷积，可表示为：g(x,t)＝r(t)*f(x,t)。假设地下背景介质为无损介质，即衰减系数α和相移系数β均为0。

对于钢筋目标，其回波曲线上S_r(x)的点用狄拉克(Dirac)函数表示为

为简化模型，设Z₀＝0，那么钢筋目标回波简化为两条折线构成，以坐标原点左侧直线为例，直线的斜率为2/v，则

其中，r₀表示反射系数，例如对于钢筋目标r₀＝-1。那么，可以得到

对该式两边进行2D傅立叶变换G(ω₁,ω₂)，可以得到：

简化表示为：G(ω₁,ω₂)＝R(ω₂)δ(ω₁+2ω₂/v)。由此可见，钢筋目标的回波信号在频域空间中的分布与空间分布呈垂直关系。

对于空洞病害，与上述对于钢筋目标的回波信号的分析相同，空洞病害目标的回波曲线上S_v(x)的点用Dirac函数分段表示为：

设Z₀＝0，空洞病害目标回波简化为三条折线构成，下面以坐标原点左侧直线为例和上方的水平直线为例，分别分析空洞回波的频谱特征。

对于边缘回波谱特征，直线的斜率为2/v，则：f(x,t)＝r₀δ[t-2(x+l_v/2)/v]，其中，r₀表示反射系数，边缘回波可表示为：g(x,t)＝r(t)*r₀δ(t-2(x+l_v/2)/v)，对该式两边进行2D傅立叶变换G(ω₁,ω₂)，并可简化表示为：

由此可见，空洞边缘回波在频域空间中的分布与钢筋点目标在幅度上相等，相位上相差ω₁l_v/v。

对于中心回波谱特征，空洞病害上方回波可表示为g(x,t)＝r(t)*r₀δ(t)，此时，水平部分回波在x方向上完全一致，所以中心频域r(t)的频谱一致G(ω₁,ω₂)＝R(ω₂)。

基于以上分析可知，回波水平空洞病害在频谱上主要分部在低频区域分布，边缘部分主要分部在高频区域，因此，所以可以通过低通滤波器实现探地雷达回波信号的预处理，以削弱钢筋目标的强反射干扰。

步骤102、对所述第一信号进行曲波变换，得到第一曲波变换系数；

在离散曲波变换中，通过构建径向窗(radial window，W(r))和角度窗(angularwindow，V(t))可以实现二维信号的多尺度分析。其中，高频部分为fine scale，低频部分为coarse scale。

本发明实施例中，根据上述分析，由于空洞病害水平部分的频谱主要分布在低频区域，所以直接取曲波变换的coarse scale作为低通滤波器。

设c(j,l,k)为曲波变换系数，j,l,k分别表示尺度、方向和位移，

表示曲波变换的母函数，x₁,x₂表示回波信号的二维方向量，f(x₁,x₂)表示接收到的回波信号，也即上述步骤101中的第一信号，那么根据曲波变换计算第一曲波变换系数为：

其中，R表示实数，也即上式可写成：

步骤103、对所述第一曲波变换系数进行滤波处理，得到第二曲波变换系数；

在本发明实施例中，令尺度j＝-1，去除回波信号频谱中的高频区域部分，保留回波信号频谱中的低频区域部分，得到coarse scale，即2维低通滤波器，通过下式表示：

也即，令j＝-1，可以得到所述第二曲波变换系数c'(j,l,k)。

步骤104、对所述第二曲波变换系数进行逆曲波变换，得到第二信号；

在本发明实施例中，根据第二曲波变换系数可以重构2维GPR回波剖面，得到第二信号，所述第二信号

可表示为：

步骤105、基于所述第二信号，确定所述钢筋混凝土的内部病害。

在本发明实施例中，上述步骤104中所得到的第二信号削弱了钢筋强反射信号的干扰(去除了回波信号中的高频部分)，对第二信号进行进一步的分析处理，即可确定所述钢筋混凝土的内部病害。

需要说明的是，上述在利用方向特性进行信号预处理时，由于建立的低通滤波器在消除了钢筋干扰的同时，也消除了空洞病害回波的边界回波，使得空洞病害的边界不清晰，所以难以直接使用幅值方法进行空洞病害大小尺寸识别。

本发明实施例中，利用探地雷达检测空洞时，探地雷达天线与空洞的相对位置不同，接收天线接收到的空洞病害的有效回波面积(RCS)不同，如图3所示。

设背景介质电导率σ＝0时，考虑两种典型的天线与空洞病害相对位置：

(1)天线处于空洞病害边缘x₀时，接收天线接收到的有效回波面积与θ₀成正比，θ₀＝arc tan(l_v/z)，其中，l_v为空洞病害Void的尺寸。

(2)天线处于空洞病害中心x₁时，接收天线接收到的有效回波面积与θ₁成正比，θ₁＝arc tan(l_v/2z)。

由此可见，对于空洞病害回波，总是在中心处处于最大值，且大小与病害尺寸的反正切值成比例关系。那么，基于所述第二信号的回波能量以及预设的回归函数，确定所述钢筋混凝土内部的空洞病害尺寸，其中，所述回归函数用于表示回波能量与空洞病害尺寸的函数关系。

可选的，所述回归函数为：

y＝a*arctan(b*l_v)+c

其中，y表示回波能量，也即第二信号的幅值，l_v表示空洞病害尺寸，a、b和c为预设的参数，这三个参数中，a和c为常量，b为一个线性参数，可以根据检测实际检测目标的不同，通过对预设的模型经过一定次数的训练测试来确定。

由上可知，本发明通过获取第一信号，其中，所述第一信号为探地雷达向钢筋混凝土内部发射电磁波之后接收到的回波信号；对所述第一信号进行曲波变换，得到第一曲波变换系数；对所述第一曲波变换系数进行滤波处理，得到第二曲波变换系数；对所述第二曲波变换系数进行逆曲波变换，得到第二信号；基于所述第二信号，确定所述钢筋混凝土的内部病害；解决了现有技术中使用探地雷达检测钢筋混凝土内部病害时由于钢筋混凝土内部的钢筋强反射干扰导致检测结果不够准确的问题；也即，基于曲波变换对钢筋混凝土的反射信号进行低通滤波，从而能够削弱钢筋的强反射信号，提高探地雷达检测钢筋混凝土内部病害的准确率。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

以下为本发明的装置实施例，对于其中未详尽描述的细节，可以参考上述对应的方法实施例。

图4示出了本发明实施例提供的基于探地雷达检测钢筋混凝土内部病害的装置的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

如图4所示，基于探地雷达检测钢筋混凝土内部病害的装置4包括：信号获取单元41，曲波变换单元42，滤波处理单元43，逆曲波变换单元44和病害确定单元45。

信号获取单元41，用于获取第一信号，其中，所述第一信号为探地雷达向钢筋混凝土内部发射电磁波之后接收到的回波信号；

曲波变换单元42，用于对信号获取单元41获取的第一信号进行曲波变换，得到第一曲波变换系数；

滤波处理单元43，用于对曲波变换单元42得到的第一曲波变换系数进行滤波处理，得到第二曲波变换系数；

逆曲波变换单元44，用于对滤波处理单元43得到的第二信号进行逆曲波变换，得到第二信号；

病害确定单元45，用于基于逆曲波变换单元44得到的第二信号，确定所述钢筋混凝土的内部病害。

可选的，上述病害确定单元45具体用于，基于所述第二信号的回波能量以及预设的回归函数，确定所述钢筋混凝土内部的空洞病害尺寸，其中，所述回归函数用于表示回波能量与空洞病害尺寸的函数关系。

可选的，曲波变换单元42具体用于，根据下式对所述第一信号进行曲波变换，得到第一曲波变换系数：

其中，j,l,k分别表示尺度、方向和位移，

表示曲波变换的母函数，c(j,l,k)表示所述第一曲波变换系数，f(x₁,x₂)表示所述第一信号。

可选的，滤波处理单元43具体用于，根据下式对所述第一曲波变换系数进行滤波处理，得到第二曲波变换系数：

其中，c'(j,l,k)表示所述第二曲波变换系数。

可选的，逆曲波变换单元44具体用于，根据下式对所述第二曲波变换系数进行逆曲波变换，得到第二信号：

其中，

表示所述第二信号。

可选的，所述回归函数为：

y＝a*arctan(b*l_v)+c

其中，y表示回波能量，l_v表示空洞病害尺寸，a、b和c为预设的参数。

由上可知，本发明通过获取第一信号，其中，所述第一信号为探地雷达向钢筋混凝土内部发射电磁波之后接收到的回波信号；对所述第一信号进行曲波变换，得到第一曲波变换系数；对所述第一曲波变换系数进行滤波处理，得到第二曲波变换系数；对所述第二曲波变换系数进行逆曲波变换，得到第二信号；基于所述第二信号，确定所述钢筋混凝土的内部病害；解决了现有技术中使用探地雷达检测钢筋混凝土内部病害时由于钢筋混凝土内部的钢筋强反射干扰导致检测结果不够准确的问题；也即，基于曲波变换对钢筋混凝土的反射信号进行低通滤波，从而能够削弱钢筋的强反射信号，提高探地雷达检测钢筋混凝土内部病害的准确率。

图5是本发明一实施例提供的终端设备的示意图。如图5所示，该实施例的终端设备5包括：处理器50、存储器51以及存储在所述存储器51中并可在所述处理器50上运行的计算机程序52。所述处理器50执行所述计算机程序52时实现上述各个基于探地雷达检测钢筋混凝土内部病害的方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤101至步骤105。或者，所述处理器50执行所述计算机程序52时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图4所示单元41至45的功能。

示例性的，所述计算机程序52可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器51中，并由所述处理器50执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序52在所述终端设备5中的执行过程。例如，所述计算机程序52可以被分割成信号获取单元，曲波变换单元，滤波处理单元，逆曲波变换单元和病害确定单元，各单元具体功能如下：

信号获取单元，用于获取第一信号，其中，所述第一信号为探地雷达向钢筋混凝土内部发射电磁波之后接收到的回波信号；

曲波变换单元，用于对所述信号获取单元获取的第一信号进行曲波变换，得到第一曲波变换系数；

滤波处理单元，用于对所述曲波变换单元得到的第一曲波变换系数进行滤波处理，得到第二曲波变换系数；

逆曲波变换单元，用于对所述滤波处理单元得到的第二信号进行逆曲波变换，得到第二信号；

病害确定单元，用于基于所述逆曲波变换单元得到的第二信号，确定所述钢筋混凝土的内部病害。

所述终端设备5可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器50、存储器51。本领域技术人员可以理解，图5仅仅是终端设备5的示例，并不构成对终端设备5的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器50可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器51可以是所述终端设备5的内部存储单元，例如终端设备5的硬盘或内存。所述存储器51也可以是所述终端设备5的外部存储设备，例如所述终端设备5上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器51还可以既包括所述终端设备5的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器51用于存储所述计算机程序以及所述终端设备所需的其他程序和数据。所述存储器51还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

在实际应用中，本发明提出的信号预处理方法和空洞病害尺寸的检测方法可以用于隧道衬砌空洞、高速铁路无砟轨道内部气泡等病害检测。

以下为针对一个具体模型的检测验证实例：

模型尺寸为(1m,0.55m)，病害位置位于z轴0.3m处，厚度为h＝3cm。空洞病害上层为双层钢筋覆盖，钢筋间距为10cm，钢筋直径为1cm。为了更清楚的表示不同钢筋结构中的回波响应情况，上层覆盖的两层钢筋分为垂直分布和交错分布两种情况，如图6和图7所示，其中，图6是本发明实施例提供的双层钢筋(垂直分布)的钢筋混凝土空洞病害模型示意图，图7是本发明实施例提供的双层钢筋(交错分布)的钢筋混凝土空洞病害模型示意图；

将空洞尺寸l_v设置为变量，分别取l_v＝{2,3,4,5,6,7,8,9,10,11cm}进行正演模拟。图8(a)-(h)分别示出了垂直分布和交错分布两种不同钢筋分布模型的正演仿真和处理结果。其中，图8(a)(b)(e)(f)为垂直分布情况下空洞模型尺寸l_v＝5cm和l_v＝8cm的正演仿真和处理结果，图8(c)(d)(g)(h)为交错分布情况下空洞模型尺寸l_v＝5cm和l_v＝8cm的正演仿真和处理结果。

从图8(a)-(d)的幅值上看，由于正演模型为双层密布钢筋，同层紧邻钢筋和不同层钢筋回波之间产生了混叠现场，所以钢筋幅值最大值出现在回波混叠处；并且垂直分布钢筋混叠幅值大于交错分布钢筋混叠幅值。

对于钢筋下部空洞病害回波，在双层垂直分布钢筋结构仍然比较清晰，但在双层交错分部中几乎不可见。利用曲波变换的低通滤波器处理后的结果如图8(e)-(h)所示。从图上可见，其竖向位置反映了空洞病害离地面的垂直距离，特别是交错分布结构中，空洞病害回波信号明显增强，具有可观测性。但是在横向尺寸方向，波形基本一直，缺乏了直接度量的方法。

依据所提出的空洞尺寸-能量回归法，取l_v＝{2,4,6,8,10,11cm}为x，对应的幅度最大值为y，并以(x,y)为训练样本，采用最小二乘法进行，以函数表示为y＝a*arctan(b*l_v)+c进行拟合，并以l_v＝{3,5,7,9cm}为x’，对应的幅值最大值为y’组成的集合(x’,y’)为验证集合进行误差验证，其验证结果如图9和图10所示。

另外，以下的表1和表2列出了利用所提出的回波有效反射有效面积法的识别误差。

表1回波有效反射有效面积法识别误差

尺寸(cm)	估计值(cm)	误差率(％)	尺寸(cm)	估计值(cm)	误差率(％)
						2	2.07	3.37％	7	7.26	3.75％
3	2.80	-6.55％	8	8.44	5.45％
						4	3.77	-5.71％	9	9.42	4.70％
5	4.87	-2.65％	10	10.14	1.41％
						6	6.06	0.98％	11	10.49	-4.62％

表2交错双层钢筋回波有效反射有效面积法识别误差

尺寸(cm)	估计值(cm)	误差率(％)	尺寸(cm)	估计值(cm)	误差率(％)
						2	2.18	8.95％	7	7.06	0.89％
3	2.84	-5.31％	8	8.06	0.71％
						4	3.82	-4.44％	9	9.03	0.32％
5	4.93	-1.45％	10	9.99	0.05％
						6	6.01	0.24％	11	10.98	0.15％

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于探地雷达检测钢筋混凝土内部病害的方法，其特征在于，所述方法包括：

获取第一信号，其中，所述第一信号为探地雷达向钢筋混凝土内部发射电磁波之后接收到的回波信号；

根据下式对所述第一信号进行曲波变换，得到第一曲波变换系数：

其中，j，l，k分别表示尺度、方向和位移，

表示曲波变换的母函数，c(j，l，k)表示所述第一曲波变换系数，f(x₁，x₂)表示所述第一信号，R表示实数；

根据下式对所述第一曲波变换系数进行滤波处理，得到第二曲波变换系数：

其中，c′(j，l，k)表示所述第二曲波变换系数；

对所述第二曲波变换系数进行逆曲波变换，得到第二信号；

基于所述第二信号，确定所述钢筋混凝土的内部病害；

所述基于所述第二信号，确定所述钢筋混凝土的内部病害，包括：

基于所述第二信号的回波能量以及预设的回归函数，确定所述钢筋混凝土内部的空洞病害尺寸，其中，所述回归函数用于表示回波能量与空洞病害尺寸的函数关系。

2.根据权利要求1所述的基于探地雷达检测钢筋混凝土内部病害的方法，其特征在于，所述对所述第二曲波变换系数进行逆曲波变换，得到第二信号，包括：

根据下式对所述第二曲波变换系数进行逆曲波变换，得到第二信号：

其中，

表示所述第二信号。

3.根据权利要求1所述的基于探地雷达检测钢筋混凝土内部病害的方法，其特征在于，所述回归函数为：

y＝a*arctan(b*l_v)+c

其中，y表示回波能量，l_v表示空洞病害尺寸，a、b和c为预设的参数。

4.一种基于探地雷达检测钢筋混凝土内部病害的装置，其特征在于，所述装置包括：

信号获取单元，用于获取第一信号，其中，所述第一信号为探地雷达向钢筋混凝土内部发射电磁波之后接收到的回波信号；

曲波变换单元，用于根据下式对所述第一信号进行曲波变换，得到第一曲波变换系数：

其中，j，l，k分别表示尺度、方向和位移，

表示曲波变换的母函数，c(j，l，k)表示所述第一曲波变换系数，f(x₁，x₂)表示所述第一信号，R表示实数；

滤波处理单元，用于根据下式对所述第一曲波变换系数进行滤波处理，得到第二曲波变换系数：

其中，c′(j，l，k)表示所述第二曲波变换系数；

逆曲波变换单元，用于对所述滤波处理单元得到的第二信号进行逆曲波变换，得到第二信号；

病害确定单元，用于基于所述逆曲波变换单元得到的第二信号，确定所述钢筋混凝土的内部病害；

所述病害确定单元具体用于：

基于所述第二信号的回波能量，以及预设的回归函数，确定所述钢筋混凝土内部的空洞病害尺寸，其中，所述回归函数用于表示回波能量与空洞病害尺寸的函数关系。

5.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至3任一项所述方法的步骤。

6.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至3任一项所述方法的步骤。

Images