[发明专利]一种结合机器学习的隧道衬砌无损检测的辅助判定方法

说明书

本发明公开了一种结合机器学习的隧道衬砌无损检测的辅助判定方法：从采集的击振信号内提取特征参数；对特征参数内的反射时间进行回归拟合，得到标定值；以得到的特征参数表示原始信号，对此组特征值进行标记，记录其缺陷情况，以此作为一条训练集；在不同的测试对象上重复步骤上述步骤，增加训练集数量；利用模型训练软件进行模型训练；通过建好的模型，对未知检测结果的数据进行解析。本发明消减了由于厚度、材质变化产生的不利影响，增加了衬砌背面的反射时间作为缺陷判定参数，可以较好地反映缺陷特征，解决了现有的检测方法受工作人员主观因素影响较大，检测准确性较差的问题，实现了提高检测精度、降低人员主观干扰，确保检测结果客观准确的效果。

技术领域

本发明涉及土建检测领域，具体涉及一种结合机器学习的隧道衬砌无损检测的辅助判定方法。

背景技术

我国地域幅员辽阔，地理条件也复杂多变，隧道的施工大都在高山丛林中，而且受地质环境、施工环境、施工工艺、设计、管理等诸多因素影响，如果施工水平不够，或是施工工艺不规范又或是工序不严格以及欠缺管理等，极易造成隧道衬砌厚度不足、衬砌与围岩接触不密实、出现空洞、衬砌变形裂损、漏水、甚至掉块，这些问题在隧道建设初期很难被发现，且会导致隧道衬砌结构的承载力和耐久性不断降低，这些质量问题给隧道安全留下了巨大的隐患，不及时的清查和治理将严重影响工程的交付使用和运营安全，所以为了确保隧道的运营安全，采用有效的手段对存在的缺陷进行检测以及尽早治理是非常有必要。

现有技术中，对于隧道衬砌内部缺陷的检测方法有地质雷达法、弹性波法、IAE法、等效波速法等。

探地雷达是一种利用电磁波反射确定地下介质分布情况的无损检测方法。通过发射天线发射高频电磁波，当电磁波遇到介电常数不同的界面时，产生反射回波，由接收天线对反射回波进行接收，通过分析接收到的反射回波的时间和形式来确定反射界面距顶面的距离及判定反射体的可能性质。其中，决定反射与否的因素取决于材料的介电常数ε(或者波速)的变化。同时，电磁波的频率也影响着探测深度和分辨率。通常，频率越低，探测深度越深而分辨率越低。

冲击弹性波用锤或其他激振装置冲击产生，能够直接反映材料的力学特性，具有激振能量大、操作简单、便于频谱分析等特点弹性波法测试混凝土内部缺陷时，主要依据弹性波的反射、绕射特性，亦即等效波速法。沿测线走向方向，以扫描的形式逐点进行激振和接收信号。通过分析激振信号从缺陷位置以及底部位置反射信号的有无、强弱、传播时间等特性，来判断测试点下方混凝土内缺陷的有无。该方法检测精度高、分辨力强，适用范围较广。其特点有：(1)激振的弹性波在缺陷处会产生反射(IE法的理论基础)；(2)激振的弹性波在有缺陷位置反射回来所用的时间比无缺陷位置长。因此，等效波速就显得更慢(IEEV法的理论基础)。该方法的测试范围较深，可达1米以上，然而，冲击弹性波法在拾取波动信号时，需要将传感器固定在被测体的表面(一般采用按压方式)，为接触式拾取信号方式。在隧道衬砌检测时，会产生如下问题：(1)传感器按压力度的大小对测试结果也有一定的影响；(2)受被测物体表面平整度影响较大，当被测无表面不平或有浮浆等其他杂质时，测试误差变大；(3)传感器及拾振系统的自振特性对测试信号有影响；

所以，一种基于声频的非接触、移动式的工程无损检测方法“冲击回波声频法，Impact Acoustic Echo method，IAE”应运而生。IAE法的出发点就是利用拾音器代替拾振传感器来拾取被测体的振动信号，并引入IE法(冲击回波法)的分析方法。其特点在于：(1)采用信号非接触拾取装置，信号稳定、可靠，频域宽，以避免冲击弹性波法的信号拾取和共振难题；(2)采用冲击弹性波法(冲击回波法)的分析方法，以解决测试深度浅、客观性差等问题。

但是现有的隧道衬砌无损检测技术，主要依赖于人工进行分析和判断，其主要存在以下问题：

无论弹性波、超声波、电磁波等均为根据测试对象的检测要求而进行某一两个目标参数的检测，检测参数较为单一，分析方法同样单一，海量的相关参数无法真正得到利用；