小波分析在橋梁健康檢測中的應用探析

侯海莉　蔡成愿

摘要：橋梁是公路的重要組成部分，公路價值的體現與橋梁健康有著密不可分的關系，尤其是在國內外發生了幾次橋梁倒塌的事故之后，人們對橋梁的健康問題變得更加重視，如何做好橋梁健康的檢測工作，對提高橋梁的健康有著重要意義。橋梁健康的檢測工作，在應用小波分析之后取得的重大的發展，本文對橋梁健康監測中的主要問題進行了闡述，通過小波分析的簡介，探討了小波分析在橋梁健康監測中的應用。

關鍵詞：小波分析；橋梁；健康檢測

中圖分類號：U446 文獻標識碼：A 文章編號：1674—3024（2016）11—229—02

前言

在橋梁工程建設中，為了保證橋梁在使用過程中的安全性，提高橋梁建設質量，需要針對橋梁的健康進行相關的檢測工作，通過橋梁健康檢測，能夠對橋梁的整體性能和使用狀態進行綜合性的評估。小波分析是一種應用現代先進科學技術的橋梁健康檢測方法，在對橋梁進行檢測的時候，能夠利用小波變換對橋梁結構進行損傷識別，對橋梁損傷進行迅速的定位，對其損傷程度進行準確的判斷。小波分析在橋梁健康檢測中有著巨大的優勢，深入了解小波分析對于橋梁健康檢測工作的開展具有重要意義，更好的保障了橋梁健康。

1橋梁健康監測中的主要問題

對橋梁的健康檢測主要是利用相關儀器設備，來獲取橋梁結構中的各種信息，然后對獲得的信息進行處理、分析，通過信息內容對橋梁結構中的損傷進行判斷，其中包括損傷的具體位置以及損傷的程度，然后根據具體的損傷情況，對橋梁的整體健康情況進行評估，為橋梁的安全使用提供依據和保障。

影響橋梁健康檢測系統的因素有三個，分別是所使用到的儀器設備性能；測點的分布情況；對數據的處理分析。橋梁健康檢測工作開展的基礎是檢測工具，即檢測過程中用到的各種儀器設備，如果不能保證儀器設備的靈敏性和精準度，那么便不能得出準確的檢測數據，導致數據結果不能真實的變現出橋梁結構的損傷情況。在進行檢測的時候，要對橋梁的具體情況進行詳細的調查，在布置測點的時候需要根據實際情況設置測點位置，保證所布置的測點能夠對整個橋梁結構的情況進行檢測，確保不遺漏任何一個角落，提高檢測的準確性和可靠性。在對檢測數據進行處理的時候，必須保證檢測信號的完整性和準確性，消除檢測信號中的噪聲干擾，然后從信號的分析結果中提取出有關橋梁結構的損傷信息，結合具體的損傷識別方法對損傷信息進行判斷，得出具體的損傷位置和損傷程度，從而對整個橋梁健康情況進行評估。在整個檢測過程中，通過使用小波分析，能夠更加方便、快捷的對橋梁結構進行信號檢測；還能夠消除信號中的噪聲、排除干擾；同時能夠對檢測信號進行特征提取，確保了檢測結果的科學性和準確性，使橋梁健康檢測結果更加準確可靠，為保證橋梁健康提供科學依據，做好橋梁質量監督工作。

2小波分析簡介

在1910年由Haar提出的小波標準正交基使最早的小波分析思想，但是小波分析概念的正式提出是在1984年，小波分析建立的基礎是傅里葉變換分析方法，當時的法國地球物理學家Modet在對地震信號進行分析、研究的時候，發現傅里葉變換分析方法并不適用于所有的非平穩信號，只適合在單一的頻域或者時域對數據進行分析。當信號在頻域和時域兩者之間進行轉化的時候，應用傅里葉變化分析方法不能保證信息的完整性，部分信息會發生缺失現象，無法通過傳遞的信息對特征進行準確的判斷，傅里葉變換分析方法只適合對相對穩定的信號進行分析，不能滿足非平穩信號的分析要求，在很多情況下具有局限性，而小波分析的提出很好的解決了這一問題。

小波分析不但適用于對平穩信號的分析，在對非平穩信號進行分析的時候，也是非常準確適用的，小波分析在頻域和時域變換過程中能夠保證轉化過程中信號的完整性，不會出現信號丟失的現象，在不同頻域內能夠實現不同時間段的分析，具有多分辨率分析的特點。在對信息進行分辨的時候，小波分析能夠對問題某些方面的特征進行放大，突出表現，使得問題特征更加明顯，更有利于根據獲得的特征表現，對問題進行具體分析，小波分析還能夠獲得頻域、時域的局部特征提供的信號，具有良好的局部性，提高了所分析信號的完整性和全面性，能夠更加全面的對特征進行了解，得到更加準確、科學的分析結果。

小波分析的出現，使得人們找到了一種優秀的頻域與時域分析工具，滿足了多種情況下的非平穩信號的分析要求，在很多領域都得到了良好的利用。在橋梁健康檢測工作中應用小波分析，通過利用高精準度的儀器設備對橋梁結構進行進行檢測，能夠對橋梁結構內部的各種特征信息進行分辨，然后以損傷指標依據，結合信息的處理分析結果，能夠快速、有效的得出具體損傷情況，對判斷出結構中的損傷位置，以及不同損傷的具體程度，從而綜合損傷情況，對橋梁健康進行科學、準確的評估。

3利用小波變換進行損傷識別

橋梁健康檢測是通過一定的技術手段，根據結構內部動力特性的變化了解結構的具體情況，當結構內部的連接點發生變化的時候，動力特性會發生相應的變化。橋梁結構中存在多種動力學特性，比如高次諧波、亞諧波和混沌現象等所表現出來的特性都屬于動力學特性，對這些動力特性進行檢測，當發現它們產生變化的時候，就意味著橋梁結構內部已經出現破壞現象，此時結構內的線性連接點就會變成非線性，小波變換可以針對這種非線性情況進行檢測，確定非線性動力特征，獲取結構內的損傷情況。在對頻域和時域進行轉換的過程中，通過小波變換能夠提取其中相關聯的特征，獲取信號之間的聯系，保證信號的完整性。此外，在結構損傷初期，材料發生非線性變化，但是所表現出來的動力學特性并不明顯，檢測信號也比較微弱，此時便可以利用小波變換進行局部檢測，通過這種局部檢測的方法，能夠在損傷初期就對結構內部的損傷情況進行準確的判斷，有利于對損傷情況加以控制，降低損傷強度。

4小波基和小波函數

小波分析中用到的小波函數與標準傅里葉變換相比具有多樣性，在小波分析中，同種情況下選擇不同的小波基進行分析，得出的分析結果是不一樣的，所以在小波分析中小波基的選擇是非常重要的。目前確定小波基的主要方法是在處理信號之后，根據常用的指導性選擇標準，得出的信號結果與理論結果之間的誤差，然后確定最優小波基。常用的小波函數有Haar小波、Biorthogonal小波系、Morlet小波等幾種。通過選擇最優小波基，合理運用幾種小波函數，能夠更好的使用小波分析對橋梁健康進行檢測。

5結束語

小波分析相關的知識理論體系雖然比較完整成熟，但是小波分析作為一種新興的技術手段，在近幾年才被應用結構健康檢測以及損傷識別中，缺乏足夠的工程實踐，一些技術方法還不夠完善，實現起來比較困難，但是，隨著科技的進步以及其所特有的優勢，相信小波分析將會有更加廣闊的發展前景，將會更好的應用于橋梁健康檢測上。