CN104536001A - 一种基于数据切片的圆柱形桥墩质量检测方法 - Google Patents
一种基于数据切片的圆柱形桥墩质量检测方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种基于数据切片的圆柱形桥墩质量检测方法，包括：采集得到原始检测数据记录；对原始检测数据记录中的振幅A进行数字信号处理，得到处理后的检测数据，记作λ；对处理后的检测数据记录分析，计算得到每个剖面数据记录中每道数据记录中的每个采样点的三维空间坐标值；基于三维成像软件，以每个采样点的三维空间坐标值以及数字信号处理后的信息λ值作为输入，得到反映桥墩浇注质量缺陷的雷达检测三维成像图。优点为：在不影响混凝土性能的前提下，对圆柱形桥墩内部质量进行无损检测，并且，可采用简单的方法，快速重建桥墩浇注质量缺陷三维成像图，更为直观的反映出混凝土内部缺陷的位置、形状及范围，并且具有更高的准确性和可靠性。
Description
技术领域
本发明属于工程质量检测技术领域，具体涉及一种基于数据切片的圆柱形桥墩质量检测方法。
背景技术
桥墩是桥梁的主要支撑结构，其承载能力和耐久性问题直接影响到桥梁结构的整体安全性。由于受自然环境、偶然冲击以及混凝土老化等多种因素的影响，既使在正常运营情况下，桥墩往往也会出现不同程度的损伤。因此，需要对桥墩质量进行定期检测，从而保证其使用安全性。
目前，检测桥墩质量常用的方法包括：回弹法、钻芯法、后装拔出法等。其中，回弹法只能检测桥墎混凝土表层硬度，无法对桥墎内部缺陷进行检测；钻芯法和后装拔出法属于半破损检测法，会对桥墩结构造成局部破坏，虽然不会影响构件承载力，但不足之处是，需要修补局部破坏处，因此，具有较大的使用局限性。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种基于数据切片的圆柱形桥墩质量检测方法，可有效解决上述问题。
本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种基于数据切片的圆柱形桥墩质量检测方法，包括以下步骤：
S1，对圆柱形桥墩进行质量检测，采集得到原始检测数据记录；具体方法为：
S1.1，设置探测雷达的初始仪器参数值，包括：采样频率和扫描速率，其中，扫描速率的单位为道/秒，或道/米；
S1.2，在所述圆柱形桥墩的外表面选取n个与圆柱形桥墩的轴心线垂直的环形测线；
以所述圆柱形桥墩的轴心线为Z轴，每个所述环形测线所在的平面分别定义为XOY平面，记录每个所述环形测线的Z值；
S1.3，对于每个所述环形测线，以X轴正方向与所述环形测线的交点位置定义为测线起点，从所述测线起点开始，按扫描速率移动雷达天线扫描一周并进行检测记录，由此记录得到剖面数据记录；其中，所述剖面数据记录由m道数据记录组成，并且，按扫描先后顺序，将所述m道数据记录分别记为：第1道数据记录、第2道数据记录、第3道数据记录…第m道数据记录；
每道数据记录的采集方式为：当雷达天线沿所述环形测线移动到任意一个探测点时，使雷达天线与所述探测点紧密接触，然后，雷达天线朝向所述环形测线的中心方向发射电磁脉冲，并记录不断接收到的反射波的双程走时t和振幅A，由此得到该探测点所对应的一道数据记录；
S1.4，设共选取P个环形测线，则共记录得到P个剖面数据记录，所述P个剖面数据记录即为所述原始检测数据记录；
S2，对所述原始检测数据记录中的振幅A进行数字信号处理，得到处理后的检测数据，将处理后的检测数据记作λ；
S3，对所述处理后的检测数据进行分析，计算得到每个剖面数据记录中每道数据记录中的每个采样点的三维空间坐标值；具体分析方法如下：
S3.1，对于任意的所述环形测线，总道数m和圆柱形桥墩的半径r已知，则依据下式计算得到相邻道之间的夹角α；
α＝2π/(m-1)；
S3.2，将m道数据记录按扫描先后顺序，依次记为：第1道数据记录、第2道数据记录…第m道数据记录；
对于任意的第i道数据记录，按采样规则设共选取y个采样点，按双程走时由小而大的顺序，将y个采样点依次记为：P1、P2…Py；
将电磁波在混凝土中的传播速度记作v，则各个采样点的深度值S通过以下公式计算：
S＝vP/2；
其中，P为采样点的双程走时；
由此得到各个采样点的深度值，将P1、P2…Py的深度值依次记为：S1、S2…Sy；
则：建立直角坐标系，其中，x轴方向即为S1.3中的X轴正方向；
对于y个采样点中任意一个采样点Pi，其深度值为Si；其在所述直角坐标系中的二维坐标分别为：
Xi＝(r-Si)cosαi；
Yi＝(r-Si)sinαi；
其中，αi＝α(i-1)；
S3.3，由此计算得到每个环形测线中所有采样点的二维坐标；由于环形测线的深度值z已知，即将所有采样点的二维坐标转化为三维空间坐标；
S4，基于三维成像软件，以每个采样点的三维空间坐标值以及进行过数字信号处理后的参数λ值作为输入，得到反映桥墩浇注质量缺陷的雷达检测三维成像图。
优选的，S1.3中，X轴正方向为正东方向或者道路线路前进方向。
优选的，S2具体为：
对所述原始检测数据记录中的振幅A进行零点校正、增益、滤波和谱能比分析，然后，对每道数据记录按设定取样间隔进行抽样，得到处理后的检测数据记录。
优选的，S4中，在所述雷达检测三维成像图中，通过不同的色度显示各个采样点的检测数据λ。
本发明的有益效果如下：
(1)在不影响混凝土性能的前提下，对圆柱形桥墩内部质量进行无损检测，并且，可采用简单的方法，快速重建桥墩浇注质量缺陷三维成像图，更为直观的反映出混凝土内部缺陷的位置、形状及范围，并且具有更高的准确性和可靠性。
(2)具有检测成本低和三维成像速度快的优点，可大范围推广使用。
附图说明
图1为本发明提供的基于数据切片的圆柱形桥墩质量检测方法的流程示意图；
图2为圆柱形桥墩的轴向剖面图；
图3为任意一个环形测线的剖面图；
图4为采集得到的一个剖面数据记录图；
图5为三维成像图的一个示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细说明：
如图1所示，本发明提供一种基于数据切片的圆柱形桥墩质量检测方法，包括以下步骤：
S1，对圆柱形桥墩进行质量检测，采集得到原始检测数据记录；具体方法为：
S1.1，设置探测雷达的初始仪器参数值，包括：采样频率和扫描速率，其中，扫描速率的单位为道/秒，或道/米；
S1.2，在所述圆柱形桥墩的外表面选取n个与圆柱形桥墩的轴心线垂直的环形测线；如图2所示，为圆柱形桥墩的轴向剖面图；
以所述圆柱形桥墩的轴心线为Z轴，每个所述环形测线所在的平面分别定义为XOY平面，记录每个所述环形测线的Z值；实际应用中，为简化操作，对于每个XOY平面，可均定义X轴正方向为正东方向。当然，也可采取其他定义方式，例如，道路线路前进方向定义为X轴正方向，但需保证各个环形测线所对应的X轴正方向均相同。
S1.3，对于每个所述环形测线，参考图3，为任意一个环形测线的剖面图，以X轴正方向与所述环形测线的交点位置定义为测线起点，即：图3中B1点为测线起点；从所述测线起点开始，按扫描速率移动雷达天线扫描一周并进行检测记录，由此记录得到剖面数据记录；其中，所述剖面数据记录由m道数据记录组成，并且，按扫描先后顺序，将所述m道数据记录分别记为：第1道数据记录、第2道数据记录、第3道数据记录…第m道数据记录；
每道数据记录的采集方式为：
当雷达天线沿所述环形测线移动到任意一个探测点时，使雷达天线与所述探测点紧密接触，然后，雷达天线朝向所述环形测线的中心方向发射电磁脉冲，并记录不断接收到的反射波的双程走时t和振幅A，由此得到该探测点所对应的一道数据记录；
假设一个环形测线共设置m个探测点，则共得到m道数据记录，如图4所示，为采集得到的一个剖面数据记录图；
S1.4，设共选取P个环形测线，则共记录得到P个剖面数据记录，所述P个剖面数据记录即为所述原始检测数据记录；
S2，对所述原始检测数据记录中的振幅A进行数字信号处理，得到处理后的检测数据，将处理后的检测数据记作λ；
具体为：
对所述原始检测数据记录中的振幅A进行零点校正、增益、滤波和谱能比分析，然后，对每道数据记录按设定取样间隔进行抽样，得到处理后的检测数据记录。
S3，对所述处理后的检测数据记录进行分析，计算得到每个剖面数据记录中每道数据记录中的每个采样点的三维空间坐标值；具体分析方法仍参考图3，包括以下步骤：
S3.1，对于任意的所述环形测线，总道数m和圆柱形桥墩的半径r已知；则依据下式计算得到相邻道之间的夹角α；
α＝2π/(m-1)；
例如，计算得到总道数m＝5，则α＝2π/4；
S3.2，将m道数据记录按扫描先后顺序，依次记为：第1道数据记录、第2道数据记录…第m道数据记录；
对于任意的第i道数据记录，按采样规则设共选取y个采样点，按双程走时由小而大的顺序，将y个采样点依次记为：P1、P2…Py；
将电磁波在混凝土中的传播速度记作v，则各个采样点的深度值S通过以下公式计算：
S＝vP/2；
其中，P为采样点的双程走时；
因此，通过采样点的双程走时，得到各个采样点的深度值，将P1、P2…Py的深度值依次记为：S1、S2…Sy；
参考图3，对于B2探测点，为简化说明，假设共得到5个采样点，分别为：P1、P2、P3、P4和P5，深度值指该采样点距离B2探测点的距离。
则：建立直角坐标系，其中，x轴方向即为S1.3中的X轴正方向；
对于y个采样点中任意一个采样点Pi，其深度值为Si；其在所述直角坐标系中的二维坐标分别为：
Xi＝(r-Si)cosαi；
Yi＝(r-Si)sinαi；
其中，αi＝α(i-1)；即：αi为该采样点所对应的扫描线与X轴正方向的夹角。
S3.3，由此计算得到每个环形测线中所有采样点的二维坐标；由于环形测线的深度值z已知，即将所有采样点的二维坐标转化为三维空间坐标；即：三维空间坐标为(X，Y，Z)。
S4，基于三维成像软件，以每个采样点的三维空间坐标值以及进行过数字信号处理后的参数λ值作为输入，得到反映桥墩浇注质量缺陷的雷达检测三维成像图。
如图5所示，为三维成像图的一个示意图，并且，为观察直接，通过不同的色度显示各个采样点的振幅，例如，可用红色、黄色代表混凝土强度良好区域，即数值小于0.4时，表示混凝土浇筑质量较好；绿色、蓝色为混凝土强度恶劣区域，即数值大于0.4，表示混凝土浇筑质量较差。特别是蓝色区域，大于0.5，往往存在空洞。从图5来看，缺陷异常占横截面积较大，距离地面系梁2m接模处的位置均存在缺陷异常，推测该桥墩此高度存在闭合环状混凝土缺陷；整体来看，该墩混凝土浇筑质量差。
由此可见，本发明提供的基于数据切片的圆柱形桥墩质量检测方法，具有以下优点：
(1)在不影响混凝土性能的前提下，对圆柱形桥墩内部质量进行无损检测，并且，可采用简单的方法，快速重建桥墩浇注质量缺陷三维成像图，更为直观的反映出混凝土内部缺陷的位置、形状及范围，并且具有更高的准确性和可靠性。
(2)具有检测成本低和三维成像速度快的优点，可大范围推广使用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于数据切片的圆柱形桥墩质量检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，对圆柱形桥墩进行质量检测，采集得到原始检测数据记录；具体方法为：
S1.1，设置探测雷达的初始仪器参数值，包括：采样频率和扫描速率，其中，扫描速率的单位为道/秒，或道/米；
S1.2，在所述圆柱形桥墩的外表面选取n个与圆柱形桥墩的轴心线垂直的环形测线；
以所述圆柱形桥墩的轴心线为Z轴，每个所述环形测线所在的平面分别定义为XOY平面，记录每个所述环形测线的Z值；
S1.3，对于每个所述环形测线，以X轴正方向与所述环形测线的交点位置定义为测线起点，从所述测线起点开始，按扫描速率移动雷达天线扫描一周并进行检测记录，由此记录得到剖面数据记录；其中，所述剖面数据记录由m道数据记录组成，并且，按扫描先后顺序，将所述m道数据记录分别记为：第1道数据记录、第2道数据记录、第3道数据记录…第m道数据记录；
每道数据记录的采集方式为：当雷达天线沿所述环形测线移动到任意一个探测点时，使雷达天线与所述探测点紧密接触，然后，雷达天线朝向所述环形测线的中心方向发射电磁脉冲，并记录不断接收到的反射波的双程走时t和振幅A，由此得到该探测点所对应的一道数据记录；
S1.4，设共选取P个环形测线，则共记录得到P个剖面数据记录，所述P个剖面数据记录即为所述原始检测数据记录；
S2，对所述原始检测数据记录中的振幅A进行数字信号处理，得到处理后的检测数据，将处理后的检测数据记作λ；
S3，对所述处理后的检测数据进行分析，计算得到每个剖面数据记录中每道数据记录中的每个采样点的三维空间坐标值；具体分析方法如下：
S3.1，对于任意的所述环形测线，总道数m和圆柱形桥墩的半径r已知，则依据下式计算得到相邻道之间的夹角α；
α＝2π/(m-1)；
S3.2，将m道数据记录按扫描先后顺序，依次记为：第1道数据记录、第2道数据记录…第m道数据记录；
对于任意的第i道数据记录，按采样规则设共选取y个采样点，按双程走时由小而大的顺序，将y个采样点依次记为：P1、P2…Py；
将电磁波在混凝土中的传播速度记作v，则各个采样点的深度值S通过以下公式计算：
S＝vP/2；
其中，P为采样点的双程走时；
由此得到各个采样点的深度值，将P1、P2…Py的深度值依次记为：S1、S2…Sy；
则：建立直角坐标系，其中，x轴方向即为S1.3中的X轴正方向；
对于y个采样点中任意一个采样点Pi，其深度值为Si；其在所述直角坐标系中的二维坐标分别为：
Xi＝(r-Si)cosαi；
Yi＝(r-Si)sinαi；
其中，αi＝α(i-1)；
S3.3，由此计算得到每个环形测线中所有采样点的二维坐标；由于环形测线的深度值z已知，即将所有采样点的二维坐标转化为三维空间坐标；
S4，基于三维成像软件，以每个采样点的三维空间坐标值以及进行过数字信号处理后的参数λ值作为输入，得到反映桥墩浇注质量缺陷的雷达检测三维成像图。
2.根据权利要求1所述的基于数据切片的圆柱形桥墩质量检测方法，其特征在于，S1.3中，X轴正方向为正东方向或者道路线路前进方向。
3.根据权利要求1所述的基于数据切片的圆柱形桥墩质量检测方法，其特征在于，S2具体为：
对所述原始检测数据记录中的振幅A进行零点校正、增益、滤波和谱能比分析，然后，对每道数据记录按设定取样间隔进行抽样，得到处理后的检测数据记录。
4.根据权利要求1所述的基于数据切片的圆柱形桥墩质量检测方法，其特征在于，S4中，在所述雷达检测三维成像图中，通过不同的色度显示各个采样点的检测数据λ。
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| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A Quality Detection Method for Cylindrical Bridge Piers Based on Data Slicing Effective date of registration: 20230626 Granted publication date: 20170118 Pledgee: Kunming Branch of China Everbright Bank Co.,Ltd. Pledgor: YUNNAN AEROSPACE ENGINEERING GEOPHYSICAL SURVEY INSPECTION Co.,Ltd. Registration number: Y2023530000043 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |