基于小波分析和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基樁缺陷檢測分析

林宏，禹玥昀*，呂丹桔，強(qiáng)振平，楊雨燕

（西南林業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院，云南昆明650224）

基于小波分析和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基樁缺陷檢測分析

林宏，禹玥昀*，呂丹桔，強(qiáng)振平，楊雨燕

（西南林業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院，云南昆明650224）

通過小波分析，避免了泄露效應(yīng)和由旁瓣引起的多峰現(xiàn)象影響頻域分析的現(xiàn)象。通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，將基樁缺陷類型明確化，并指出缺陷的位置，使基樁檢測結(jié)構(gòu)更加人性化，同時(shí)為缺陷修復(fù)提供了較好的條件。可見，將小波分析和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合應(yīng)用于基樁的檢測中給施工帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和實(shí)用價(jià)值。

小波分析；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；基樁缺陷；檢驗(yàn)檢測

引言

隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的大力發(fā)展，樁基礎(chǔ)以其安全、承受力高、有效減少基礎(chǔ)沉降等優(yōu)點(diǎn)在各個(gè)行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。本系統(tǒng)搭建在移動(dòng)機(jī)器人試驗(yàn)平臺(tái)上，該機(jī)器人以DSP主控模塊為控制核心，并集成了人機(jī)交互界面、超聲波收發(fā)傳感器、電子羅盤、Zigebee無線傳輸、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)和電源等模塊［1］。

1　小波分析

選板包含機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的算法，在函數(shù)選板中包括從傳感器驅(qū)動(dòng)程序到逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的各種機(jī)器人運(yùn)動(dòng)功能，本文設(shè)計(jì)的上位機(jī)由障礙回避、路徑規(guī)劃、數(shù)據(jù)協(xié)議、運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算、傳感器配置和數(shù)據(jù)分析處理等子VI組成［2］。

對(duì)于任意函數(shù)f（t）∈L2（R）的連續(xù)小波變換定義為：

其逆變換（回復(fù)信號(hào)或重構(gòu)信號(hào)）為：

為了方便計(jì)算和處理，設(shè)定障礙物大小為mi，j，方向?yàn)棣拢?jì)算公式為:窗口形狀為兩個(gè)矩形，窗口中心為

2　BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

系統(tǒng)結(jié)合LabVIEW虛擬軟件開發(fā)了上位機(jī)，能夠?qū)崟r(shí)顯示其運(yùn)行狀態(tài)，并利用MATLAB平臺(tái)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)機(jī)器人路徑規(guī)劃和避障能力進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明：該機(jī)器人能靈活避開途中任何障礙物，并對(duì)行進(jìn)軌跡進(jìn)行有效優(yōu)化，且避障和路徑規(guī)劃能力強(qiáng)、可靠性高、穩(wěn)定性好，以至于最終和輸出編碼吻合。如表1所示。

表1　BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出編碼

設(shè)BP網(wǎng)絡(luò)接收的輸入數(shù)據(jù)為n個(gè)，以向量x表示：

網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生m個(gè)輸出數(shù)據(jù)，用向量y表示：

這樣，BP網(wǎng)絡(luò)可視為從n維輸入空間到m維輸出空間的非線性映射，即

隨著人類對(duì)機(jī)器人要求的提高，加大了智能移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的應(yīng)用，農(nóng)業(yè)、深海作業(yè)、太空控制與操作都急需其進(jìn)入角色。LABVIEW虛擬儀器平臺(tái)提供的軟硬件平臺(tái)的發(fā)展，使得機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制和軌跡規(guī)劃方案更加方便、快捷、有效，不久后，基于移動(dòng)平臺(tái)延伸出的一系列機(jī)器人將會(huì)滿足人們的各種需求。本文將根據(jù)移動(dòng)機(jī)器人作業(yè)環(huán)境的特點(diǎn)，結(jié)合其自身結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)特性，采用VFH算法。

3　小波分析和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在基樁檢測中的應(yīng)用

用多分辨率分析提取動(dòng)測信號(hào)功率譜的特征輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)輸出的編碼類型，分析基樁的缺陷形式，進(jìn)而進(jìn)行針對(duì)性處理工作［5-7］。如表2所示。

表2　工程實(shí)例診斷

由診斷輸出代碼與已知代碼對(duì)比可得：樣本1完整，樣本2斷裂，樣本3擴(kuò)頸，樣本4縮頸，樣本5離析。

樁身缺陷位置對(duì)應(yīng)的時(shí)間：

其中：n為采樣點(diǎn)數(shù)；Δt為采樣間距。

樁身缺陷位置：

其中：C為混凝土波速。

4　結(jié)語

本文提出了將小波分析與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合應(yīng)用于基樁檢測中，準(zhǔn)確判斷基樁缺陷類型及缺陷位置。實(shí)際檢驗(yàn)的結(jié)果表明該方法具有良好的應(yīng)用前景。

［1］艾啟勝.基樁檢測技術(shù)的研究進(jìn)展［J］.低溫建筑技術(shù)，2011（3）:94-96.

［2］廖重貴.小波分析在變形監(jiān)測中的應(yīng)用研究［D］.贛州：江西理工大學(xué)，2010.

［3］潘冬子.小波分析及其在基樁完整性檢測中的應(yīng)用研究［D］.武漢:中國科學(xué)院研究生院（武漢巖土力學(xué)研究所），2004.

［4］彭俊偉.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與遺傳算法在基樁檢測中的應(yīng)用及實(shí)現(xiàn)［D］.武漢:中國科學(xué)院研究生院（武漢巖土力學(xué)研究所），2007.

［5］蔡棋瑛.基于小波分析和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的樁身缺陷診斷［D］.泉州:華僑大學(xué)，2001.

［6］鄢泰寧，王生，李邵軍.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法在樁基檢測中的應(yīng)用［J］.地質(zhì)科技情報(bào)，1999（S1）:38-41.

［7］劉明貴，岳向紅，楊永波，等.基于Sym小波和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基樁缺陷智能化識(shí)別［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2007（S1）:3 484-3 488.

（編輯：王紅霖）

Kdy words：wavelet；neural network；pile defect；detection

Analysis of Pile Defect Detection Based on Wavelet Analysis and Neural Network

Lin Hong，Yu Yueyun，Lv Danjie，Qiang Zhenping，Yang Yuyan
（Southwest Forestry University School of Com puter and Information Science，Kunm ing Yunnan 650224）

In this paper，the wavelet analysis ismade to avoid the leakage effect and the phenomenon of frequency domain analysis which is influenced by the side lobe.By neural network algorithm，pile defect types clear，and it pointed out the flaw position，pile detection structure is more humanized，and provide better conditions for defect repair.Visible，the wavelet analysis and neural network combined with the application in pile foundation detection to the construction has brought huge economic value and practical value.

TU473.1

A

2095-0748（2016）17-0084-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.17.35

2016-07-22

昆明市林業(yè)信息工程技術(shù)研究中心建設(shè)資助項(xiàng)目（編號(hào)2015FBI06）

林宏（1981—），女，云南大理人，碩士，講師，主要研究方向：計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理、模式識(shí)別。

禹玥昀（1984—），女，云南鳳慶人，碩士，講師，主要研究方向：可再生資源研究，林業(yè)信息化。