小波變換在橋梁變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用

劉中波

【摘要】隨著時間的推移，修建完成的橋梁都會發(fā)生或多或少自身形狀及微小位移的變化。借助傳統(tǒng)的監(jiān)測手段已不能滿足現(xiàn)代社會的需求。因此，當(dāng)代監(jiān)測橋梁變形時所使用的檢測手段是小波變換。它是一種先進(jìn)的技術(shù)，相對傳統(tǒng)的技術(shù)，它具有更好的記錄、統(tǒng)計(jì)及處理所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)，是一種較好的局部了解時頻的技術(shù)。并且，它可以在不同的分辨下獲得更多的信息和降低問題的發(fā)生以及誤差的產(chǎn)生。

【關(guān)鍵詞】小波變換；橋梁變形；監(jiān)測

小波變換由于相對其他傳統(tǒng)的監(jiān)測手段具有十分突出的優(yōu)點(diǎn)，在中國的應(yīng)用越來越廣泛，因此對它的應(yīng)用具有很大的研究意義。小波變換是一種集合函數(shù)、Fourier分析等多方面的的基于傳統(tǒng)信號層面知識上一種理論。并且它還對變形信號獲得和去除噪音等方面具有實(shí)用性的效果。本文通過分析小波變換對橋梁進(jìn)行變形監(jiān)測的數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)上，對我們國家實(shí)際工程監(jiān)測中運(yùn)用的情況進(jìn)行研究。

一、對小波變換時頻的理解

我們在同一時間對訊號在時域和頻域上進(jìn)行觀察的一種使用的手段，如以下這個函數(shù)方程組讓我們看看：

如果能夠得到成立，那么便可以很好的使用時頻分析的各種科學(xué)技術(shù)來得到訊號中所擁有的信息并且將其中的噪聲或者是其他信號的干涉完全的排除出去。對于一些進(jìn)行奇異性檢測的方法，可以將奇異點(diǎn)和該點(diǎn)所容納的頻帶選用小波變換的來進(jìn)行測試和分析，比之先前的采取純正的時域的方式更加好而且更加方便，較于方便人們進(jìn)行記錄和處理。

二、小波變換的優(yōu)點(diǎn)

（一）圖形上的優(yōu)點(diǎn)

第一，使用小波來分解信號可以使得全部頻域都被包圍在其中，以免有觀察不到而導(dǎo)致有較大的誤差。

第二，它只要能有與之相配合的過濾波的機(jī)器就可以在最大的范圍內(nèi)降低或者是直接將不同特點(diǎn)下的關(guān)聯(lián)性。

第三，它在使用時可以像相機(jī)那樣具有變換鏡頭遠(yuǎn)近等的功能，在不同的頻段使用的分辨率的高低頻率及高低時間上的選擇，使得更加適用于不同的情況下。而橋梁的各個區(qū)段有其特點(diǎn)，因此小波變換可以最大的使得檢查得到的數(shù)據(jù)更具保障。

（二）獲得信號的優(yōu)點(diǎn)

第一，不像別的檢測方法一樣需要收集樣本，減少了收集時所發(fā)生的失誤，而且可以采取小波變換的焦變功能來進(jìn)行遠(yuǎn)程的檢測，減少有害物質(zhì)、有不良的工程質(zhì)量等的傷害。

第二，可以及時的對空氣情況進(jìn)行分析，避免人員在有害氣體的環(huán)境下有所傷亡。

第三，它是一種利用波來進(jìn)行檢測的工具，因此可以很深入的了解橋梁等建筑物的內(nèi)部情況，減少因?yàn)闊o法拆除建筑物來檢測內(nèi)部是否出現(xiàn)隱患的問題。

（三）減少噪音干擾

第一，小波變換就是需要先將信號進(jìn)行分解，而這就需要根據(jù)監(jiān)測的建筑物是哪種類型的，當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境是如何，然后來計(jì)劃所使用的函數(shù)是那種以及其系數(shù)的確定，再對其分解的份數(shù)進(jìn)行分析。

第二，等到將小波中的信號分解后，將頻率較高的采用闕值量比來進(jìn)行解決，使得這部分不作為接下來所需考慮的部分。

第三，將小波把相近似的頻率部分和已經(jīng)改變過的較高的頻率進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合形成消除噪音的信號。

三、在橋梁進(jìn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)處理中的作用

（一）在橋梁變形中的作用及去除噪音的情況

橋梁變形是因?yàn)樵谶M(jìn)行建設(shè)時將基礎(chǔ)的巖石的受力變得和最初的受力情況不一樣，形成了力的反作用，再加上橋墩繼續(xù)施工時所受到的力就逐漸加大，地基就開始往地下沉去。而在建設(shè)橋梁的過程中受到的打擊、風(fēng)的吹動等的里的作用下發(fā)生不定性的改變，而橋梁所處的環(huán)境如空氣中的水汽、溫度的高低、雨季的情況以及按照一定規(guī)律行駛的水流等的影響下，會使得橋梁產(chǎn)生按一定趨勢的變形，而且一些意外的事件也會使的橋梁發(fā)生改變。

在進(jìn)行橋梁變形的監(jiān)測時，在這個過程中會受到測量所需要的條件、必須備齊的機(jī)器設(shè)備以及人為的影響，這些都是產(chǎn)生噪聲的主要的因素。

（二）對橋梁的橋樁是否能完全檢測

在一些地區(qū)發(fā)生較為嚴(yán)重的橋梁坍塌事件或者是建成已久，那么這就需要進(jìn)行最基本的監(jiān)測。而對橋樁的檢測必須是要在不對現(xiàn)已經(jīng)建好的的橋墩和承臺的情況下，那么就可以使用小波變換儀器。例如，四川某處發(fā)生地震后有一座橋部分坍塌，使用專門的儀器對橋樁進(jìn)行檢測，然后將數(shù)據(jù)導(dǎo)入小波工具箱中進(jìn)行分析，不同的初始數(shù)據(jù)得到的結(jié)論便不一樣，因此可以判斷出橋樁的具體情況，再以此為修建的依據(jù)。最主要是小波變換中的原理是將信號進(jìn)行很多部分的分開，選擇適合不同橋樁位置的小波，使得在對其得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時可以將一些額外的、不合理的、會產(chǎn)生誤差等的一些因素排除在外，增加其準(zhǔn)確性和簡便快捷性。

（三）其他方面的作用

第一，小波可以在不平穩(wěn)的信號時使用，因?yàn)樾〔梢愿鶕?jù)實(shí)際信號的情況來進(jìn)行改動，以便適合各種情況下的信號處理，使得得到的信息更加的完好而且正確。

第二，它可以對橋梁變形測量時得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行粗差探查，因此可以很快的找出粗差點(diǎn)，使得對橋梁檢測時得到的噪音信號以具體的圖像表現(xiàn)出來，能夠讓人們更加快速的了解到噪音的情況，以便及時采取相應(yīng)的對策來解決。

四、總結(jié)

本文從小波變換的基本理解開始，到其產(chǎn)生所用的作用，最后講解小波變換在橋梁進(jìn)行變形監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)上的處理上的實(shí)際效用。從這些情況可以很清晰的知道小波產(chǎn)生是基于傅立葉分析等一些傳統(tǒng)的有效果的分析方法的優(yōu)點(diǎn)的結(jié)合物，非常的適用于對不同信號進(jìn)行處理成平穩(wěn)信號，然后進(jìn)行研究和得到所需的信息，減少因?yàn)樵胍簟⑼饬Φ鹊母蓴_，也可以從小波處理圖形和小波函數(shù)的頻率分解系數(shù)知道橋梁在內(nèi)外因素的影響下發(fā)生變形的情況，以采取相符應(yīng)的對策。

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