小波分析在高鐵隧道沉降評估中的應用解析

李楠

（甘肅林業職業技術學院）

高鐵隧道評估是把控高鐵線下工程具體情況的重要環節。特別是高鐵隧道的沉降變形評估更是對高鐵的穩定運營有著重要的意義和影響。而同時高鐵隧道的沉降變形評估也是難度較大的一項評估環節。由于隧道的沉降量小，再加上收到隨機噪聲的干擾，因此在實際評估過程中我們工作人員的檢測變形值和實際的變形值之間存在著較大的差別。因此為解決這一誤差，我們引入了小波分析。接下來筆者就從以下幾個方面來進行分析。

1 小波分析法的運用背景

小波分析法的運用和高鐵隧道本身的特點具有密切的關系。隧道具有明顯的穩定性，但在隧道開展沉降分析變形監測時，往往會受到了周邊環境、儀器設備誤差等不確定因素的干擾，因而工作人員往往無法得到有效而真實的高鐵隧道沉降變形評估數據信息。為了提高高鐵隧道沉降變形評估數據的精準性，我們必須要對所檢測到的高鐵隧道沉降變形評估數據信息實行去噪處理，從最大程度上確保所得到的變形信息的真實，來精確地把握高鐵隧道沉降變形情況。

2 小波變換去噪原理和去噪效果評價

2.1 基本理論

小波分析去噪在近年來的高鐵隧道沉降變形評估方面運用的較為廣泛。它具有其他傳統的評估方法所不具備的可靠性、精確性等突出優點。小波分析法顧名思義就是在不同尺度下來開展小波變換。從技術層面上來講，小波分析去噪主要原理是借助于不同中心頻率的帶通濾波器，來對信號開展濾波處理，重點過濾掉噪音性質的數據信息，從而進一步得到更為精準的高質量觀測數據信息。

具體來講，小波分析去噪的過程主要分為以下幾個步驟：第一步是借助于Mallat算法，把信號分解成為不同頻率成分。在這些不同的頻率成分之中，高頻部分和噪音有關，低頻部分表示信號的主要特征。接下來再對低頻部分開展相似運算，從而得出所需要的尺度數據信息。

2.2 效果評價指標

在高鐵隧道沉降變形評估操作過程中，我們之所以說小波分析去噪法所得到的信息比較精準，是基于一系列的效果評價指標來定的。在實踐當中，我們工作人員所運用的小波去噪效果評價的方法有很多。經過實踐驗證，我們主要借助于下面幾種指標來衡量：

①均方根誤差。嚴謹的來講，均方根誤差值越小，濾波效果越好。②原始信號和去噪后評估信號之間的偏差。在實踐當中，去噪后的估計信號和原始信號偏差越接近0，去噪后信號的質量越好。③信噪比。該方法屬于傳統的測量方法。它常被用來評價去噪的效果。客觀來講，信噪比越高，濾波效果就越好。

3 沉降變形評估預測方法

在高鐵隧道沉降變形評估過程中可以用到的方法種類很多。但不同的方法有其特定的適用范圍和優缺點，這就需要我們工作人員靈活地結合所需要評估的高鐵隧道位置、周邊地理環境、高鐵隧道的基本數據信息、高鐵隧道沉降變形評估的設備工具、人員配備等等各種因素來選擇最為合適的方式方法。接下來筆者以雙曲線法和Asaoka法為例子來開展具體的評估分析：

3.1 雙曲線法

雙曲線法是高鐵隧道沉降變形評估方式方法中運用最為廣泛、操作簡單且所得到的數據較為精準的方法之一。

3.2 Asaoka法

在諸多高鐵隧道沉降變形評估方法中，Asaoka法也是十分常見的一種高效測評方法。Asaoka法主要指的是以在特定時間段內所得到的沉降觀測數據信息為基礎和前提，來預測和評估最終的高鐵隧道沉降變形量與沉降速度的方法。在實際的運算操作過程中，我們需要借助于遞推關系圖解法來獲取最終的高鐵隧道沉降變形值。

4 工程實例分析

為了更形象更透徹地闡明小分子去噪法在高鐵隧道沉降變形評估方面的應用。接下來筆者以小波閾值法去噪為依據，結合一個工程實例——某高速隧道一檢測點的67期沉降變形監測數據信息，來簡明扼要地進行分析。

通過對所獲取的某監測點67期的高鐵隧道沉降變形數據信息進行分析，我們運用Sym小波開展五層分解，接下來針對所得到的數值信息作閾值處理。通過一系列的小波函數、分解層次、閾值、閾值處理等操作之后，我們對這些原始數據施行去噪處理。通過相應的計算，筆者得出高鐵隧道沉降變形數據去噪前后的均方根誤差是0.120mm，偏差是0.002mm，信噪比數值是129.612。將去噪后的高鐵隧道沉降變形數據和原始數據實行對比，我們可以得到如圖1，從圖形中我們可以更直觀地看到去噪后的高鐵隧道沉降變形數據信息和原始數據信息之間的差別。

圖1

從上述這一對比分析圖表中我們可以清晰地看到經過小波去噪處理過后的原始沉降曲線之中的尖端點出現了顯著的減弱趨勢。與此同時隨機噪聲得到了明顯削減，而有效的信息被最大化地留存，由此得到的沉降數值信息更加精準明確。

5 結束語

綜上所述，小波分析對于高鐵隧道沉降變形評估的重要性不容小覷。因此在工作人員在開展高鐵隧道沉降變形評估過程中，一定要重視小波分析法的運用，充分結合高鐵隧道的實際情況，同時把控好小波分析法的具體操作要點，多措并舉來提高高鐵隧道沉降變形評估數據信息的有效性和精準性。上述文章中，筆者將自身多年從事高鐵隧道沉降變形評估的經驗融入其中，希望以此來喚起更多業界同行對于小波分析法的重視，保障高鐵運營安全。

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