基于深度学习和探地雷达技术的路面结构病害检测研究
发布时间：2021-01-16 06:58
路面病害是影响路面使用性能和寿命的重要因素,其中路面结构病害对路面寿命的影响极其显著,如反射裂缝、层间脱空和不均匀沉降。然而,由于路面结构病害的隐蔽性,我国现阶段对路面结构病害的检测存在范围不全面、结果偏定性分析且精度不高、检测过程自动化程度低等问题,急需开展路面结构病害检测方面的研究。综上所述,本文提出了基于深度学习和探地雷达技术的沥青路面结构病害检测方法。本文主要研究工作如下:（1）路面结构病害的探地雷达响应波特征研究。路面结构病害的识别、定位和测量是依据其在探地雷达剖面图上不同的响应波特征进行计算的。本文通过理论分析结果、车辙板试验结果和现场采集数据的对比分析确定了垂直裂缝、不均匀沉降和层间脱空的探地雷达响应波特征。（2）基于卷积神经网络（Convolutional neural network,CNN）的路面结构病害识别。本文进行了用于路面结构病害识别的CNN结构设计。通过CNN的训练和测试实现了基于探地雷达剖面图的路面结构病害的自动识别。通过钻芯取样结果和自动识别结果的对比,分析了路面结构结构和探地雷达电磁波发射频率对CNN病害识别准确性的影响。最后,将基于CNN的路面结构病...
【文章来源】：长安大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：118 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
检测技术准确性和完整性对比
（a）工作原理示意图 （b）回波信号示意图图 2.1 空气耦合式探地雷达检测多层结构内部缺陷原理图2.1.2 探地雷达检测精度的影响因素空气耦合式探地雷达检测多层结构内部缺陷过程中回波信号的分辨率，即检测结果的精度，主要受介质之间的相对介电常数、环境导电率和探测频率的影响。（1）介电常数介质的介电常数用来描述介质的极化特征，它反映了处于电场中的介质对电荷的存储能力。它既表示了介质对电磁波的损耗，也反映了介质对电磁波的存贮效应。不同材料的介电常数存在明显差异[88]。根据公式 2.1，介电常数的差异会影响电磁波的传播速度并会导致电磁波在不同介电常数交界面产生反射。基于此原理，探地雷达技术实现了对道路填筑材料的识别以及材料物理特性的反算。然而，部分填筑材料，例如混凝土、碎石等介电常数较为接近（混凝土的介电常数在 6 9 之间，碎石的介电常数在 5 8 之间）[89]，使得电磁波特性反算填筑材料物理特性存在精度低的问题。可见探地雷达对介电常数的分辨率很大程度影响探地雷达的检测精度。（2）环境电导率环境电导率在一定程度上影响探地雷达的探测深度。由于探地雷达的工作频率较高，Sun 等[90]认为高频电磁波在传播过程中会发生衰减现象并满足介电极限条件。因此，高频电磁波的衰减系数以及趋肤深?
图 2.2 钢筋异常点的探地雷达响应数值模拟结果垂直裂缝的雷达波响应特征介质中垂直裂缝的雷达波响应特征，本文用拟单层路面结构层，在车辙板底部插入一块裂缝。车辙板顶部距空气耦合式探地雷达 5 500MHz 屏蔽式天线。探地雷达垂直分辨率距离采样率为 10 点/cm。拟现场和模拟结果。由图 2.3（b）可见，在为对应于裂缝顶、底端的两条双曲线波组，于对应于底端的双曲线波组的幅度，且二者的顶点与裂缝顶点位置相一致。由此可见，顶点位置和深度，但是裂缝的底部起始位置
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于级联卷积神经网络的公路路基病害识别[J]. 沙爱民,蔡若楠,高杰,童峥,李帅. 长安大学学报(自然科学版). 2019(02)
[2]基于卷积神经网络的路表病害识别与测量[J]. 沙爱民,童峥,高杰. 中国公路学报. 2018(01)
[3]安庆铜矿土壤固化剂固结尾砂充填试验应用研究[J]. 薛奕忠. 金属矿山. 2017(12)
[4]用于公路检测的超宽带横向电磁波喇叭天线[J]. 邵金进,纪奕才,方广有,阴和俊. 电波科学学报. 2014(04)
[5]基于SVM的高速公路路基病害自动检测算法[J]. 周辉林,姜玉玲,徐立红,梁国卿. 中国公路学报. 2013(02)
[6]裂缝宽度对探地雷达波场影响的对比分析[J]. 郭士礼,朱培民,施兴华,李修忠. 电波科学学报. 2013(01)
[7]基于NDT技术的脱空判别改进方法[J]. 薛彦卿,黄晓明. 东南大学学报(自然科学版). 2012(06)
[8]基于现场钻芯取样的沥青结构层抗车辙性能评价方法[J]. 张争奇,尚同羊,孔慧,王新刚. 中国公路学报. 2012(05)
[9]基于探地雷达的混凝土无损检测反演成像方法[J]. 丁亮,韩波,刘润泽,张建清. 地球物理学报. 2012(01)
[10]基于直方图估计和形状分析的沥青路面裂缝识别算法[J]. 徐志刚,赵祥模,宋焕生,雷涛,韦娜. 仪器仪表学报. 2010(10)
本文编号：2980367
【文章来源】：长安大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：118 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
检测技术准确性和完整性对比
（a）工作原理示意图 （b）回波信号示意图图 2.1 空气耦合式探地雷达检测多层结构内部缺陷原理图2.1.2 探地雷达检测精度的影响因素空气耦合式探地雷达检测多层结构内部缺陷过程中回波信号的分辨率，即检测结果的精度，主要受介质之间的相对介电常数、环境导电率和探测频率的影响。（1）介电常数介质的介电常数用来描述介质的极化特征，它反映了处于电场中的介质对电荷的存储能力。它既表示了介质对电磁波的损耗，也反映了介质对电磁波的存贮效应。不同材料的介电常数存在明显差异[88]。根据公式 2.1，介电常数的差异会影响电磁波的传播速度并会导致电磁波在不同介电常数交界面产生反射。基于此原理，探地雷达技术实现了对道路填筑材料的识别以及材料物理特性的反算。然而，部分填筑材料，例如混凝土、碎石等介电常数较为接近（混凝土的介电常数在 6 9 之间，碎石的介电常数在 5 8 之间）[89]，使得电磁波特性反算填筑材料物理特性存在精度低的问题。可见探地雷达对介电常数的分辨率很大程度影响探地雷达的检测精度。（2）环境电导率环境电导率在一定程度上影响探地雷达的探测深度。由于探地雷达的工作频率较高，Sun 等[90]认为高频电磁波在传播过程中会发生衰减现象并满足介电极限条件。因此，高频电磁波的衰减系数以及趋肤深?
图 2.2 钢筋异常点的探地雷达响应数值模拟结果垂直裂缝的雷达波响应特征介质中垂直裂缝的雷达波响应特征，本文用拟单层路面结构层，在车辙板底部插入一块裂缝。车辙板顶部距空气耦合式探地雷达 5 500MHz 屏蔽式天线。探地雷达垂直分辨率距离采样率为 10 点/cm。拟现场和模拟结果。由图 2.3（b）可见，在为对应于裂缝顶、底端的两条双曲线波组，于对应于底端的双曲线波组的幅度，且二者的顶点与裂缝顶点位置相一致。由此可见，顶点位置和深度，但是裂缝的底部起始位置
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于级联卷积神经网络的公路路基病害识别[J]. 沙爱民,蔡若楠,高杰,童峥,李帅. 长安大学学报(自然科学版). 2019(02)
[2]基于卷积神经网络的路表病害识别与测量[J]. 沙爱民,童峥,高杰. 中国公路学报. 2018(01)
[3]安庆铜矿土壤固化剂固结尾砂充填试验应用研究[J]. 薛奕忠. 金属矿山. 2017(12)
[4]用于公路检测的超宽带横向电磁波喇叭天线[J]. 邵金进,纪奕才,方广有,阴和俊. 电波科学学报. 2014(04)
[5]基于SVM的高速公路路基病害自动检测算法[J]. 周辉林,姜玉玲,徐立红,梁国卿. 中国公路学报. 2013(02)
[6]裂缝宽度对探地雷达波场影响的对比分析[J]. 郭士礼,朱培民,施兴华,李修忠. 电波科学学报. 2013(01)
[7]基于NDT技术的脱空判别改进方法[J]. 薛彦卿,黄晓明. 东南大学学报(自然科学版). 2012(06)
[8]基于现场钻芯取样的沥青结构层抗车辙性能评价方法[J]. 张争奇,尚同羊,孔慧,王新刚. 中国公路学报. 2012(05)
[9]基于探地雷达的混凝土无损检测反演成像方法[J]. 丁亮,韩波,刘润泽,张建清. 地球物理学报. 2012(01)
[10]基于直方图估计和形状分析的沥青路面裂缝识别算法[J]. 徐志刚,赵祥模,宋焕生,雷涛,韦娜. 仪器仪表学报. 2010(10)
本文编号：2980367
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