一種基于探地雷達(dá)的鐵路路基含水率檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鐵路路基檢測技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種基于探地雷達(dá)的鐵路路基含水率檢 測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 路基是鐵路軌道的基礎(chǔ)，作為鐵路線路下部結(jié)構(gòu)，對行車安全起著至關(guān)重要的作 用。路基病害不僅可能引起軌道不均勻下沉，造成軌面狀態(tài)嚴(yán)重不良，增加線路維修工作 量，影響列車的正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)還可能危及列車運(yùn)行安全。如何及時(shí)掌握路基的健康狀 態(tài)，采取必要養(yǎng)護(hù)措施減緩病害，在不斷加大軸重、提高運(yùn)輸效率的同時(shí)來保證行車安全， 成為當(dāng)前亟待解決的重大課題。
[0003] 含水率偏大是導(dǎo)致翻漿冒泥、基床下沉等主要基床病害形成的最主要外界條件。 探地雷達(dá)作為一種快速、無損、高效的地球物理探測技術(shù)，在鐵路路基檢測領(lǐng)域的應(yīng)用越來 越廣泛，可W對鐵路路基施工質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控，檢測路基道床厚度與基床表層厚度等。目前， 從探地雷達(dá)圖像中，可W依靠人工經(jīng)驗(yàn)定性判讀路基基床的含水情況，但無法給出較為準(zhǔn) 確的含水率數(shù)據(jù)。對于疑似含水偏大的區(qū)段，只能通過鉆探和±工實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步檢測，成本高 且效率低，使得鐵路養(yǎng)護(hù)維修部口無法及時(shí)掌握路基狀態(tài)，開展養(yǎng)護(hù)維修工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中探地雷達(dá)無法實(shí)現(xiàn)鐵路路基含水 率定性檢測的缺點(diǎn)而提供一種基于探地雷達(dá)的鐵路路基含水率檢測方法。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:一種基于探地雷達(dá)的鐵路路基含水率 檢測方法，具體包括： 51、 鐵路路基探地雷達(dá)檢測數(shù)據(jù)分段:將鐵路路基探地雷達(dá)檢測數(shù)據(jù)劃分為等長的數(shù) 據(jù)單元，每個(gè)數(shù)據(jù)單元包含k X 10道雷達(dá)數(shù)據(jù)，k應(yīng)位于（1，10)之間，每個(gè)數(shù)據(jù)單元取其第k X 5道雷達(dá)數(shù)據(jù)對應(yīng)的里程作為該數(shù)據(jù)單元的里程； 52、 對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行功率譜分析:對所述步驟S1獲得的數(shù)據(jù)單元逐個(gè)處理，具體過程 為： a) 計(jì)算整個(gè)數(shù)據(jù)單元的雷達(dá)波功率譜； b) 計(jì)算雷達(dá)波在時(shí)域范圍內(nèi)的總能量； C)計(jì)算雷達(dá)波在ΟΜΗζ~lOOMHz，lOOMHz~200MHz，200MHz~300MHz，300MHz~400MHz， 400MHz ~500MHz，500~600MHz W 及 lOOMHz ~300MHz，300MHz ~500MHz 之間的 8 個(gè)頻帶范圍內(nèi)的 能量占總能量的百分比； 53、 正演模擬，對模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行功率譜分析:利用地質(zhì)雷達(dá)數(shù)值模擬軟件建立具有不 同含水率的鐵路路基模型，通過數(shù)值模擬得到雷達(dá)數(shù)據(jù)，將每一個(gè)模型的雷達(dá)數(shù)據(jù)視作一 個(gè)數(shù)據(jù)單元，按照所述步驟S2進(jìn)行功率譜分析； 54、 回歸分析:對所述步驟S3獲得的模型數(shù)據(jù)的雷達(dá)波各個(gè)頻帶范圍的能量百分比同 模型的含水率分別進(jìn)行回歸分析，得到每一個(gè)頻帶范圍的能量百分比與含水率的擬合方 程，選擇相關(guān)系數(shù)的為有效擬合方程； 55、 計(jì)算各個(gè)頻帶范圍對應(yīng)的含水率:對所述步驟S1獲得的數(shù)據(jù)單元逐個(gè)計(jì)算，將雷 達(dá)波各個(gè)頻帶范圍的能量百分比分別代入所述步驟S4獲得的相應(yīng)的有效擬合方程，計(jì)算該 數(shù)據(jù)單元各個(gè)頻帶范圍對應(yīng)的含水率； 56、 含水率綜合評價(jià):對所述步驟S1獲得的數(shù)據(jù)單元逐個(gè)計(jì)算，對所述步驟S5獲得的 含水率，根據(jù)有效擬合方程的相關(guān)系數(shù)進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，得到該數(shù)據(jù)單元的含水率綜合評價(jià) 結(jié)果X; 57、 繪制檢測線路含水率分布曲線，識(shí)別含水率異常區(qū)域:W里程為橫坐標(biāo)、含水率為 縱坐標(biāo)，將所述步驟S6獲得的各個(gè)數(shù)據(jù)單元的含水率綜合評價(jià)結(jié)果X繪制曲線，含水率超過 檢測線路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)段為含水率異常區(qū)域。
[0006] 進(jìn)一步的，所述步驟S3中的鐵路路基模型包含3層，分別是道床、基床表層與基床 底層，各層厚度同檢測路段相同，基床表層的±質(zhì)類型同檢測路段相同。
[0007] 進(jìn)一步的，所述步驟S3中的鐵路路基模型的個(gè)數(shù)不少于5個(gè)，含水率均勻增大，含 水率最小值小于15%，含水率最大值大于30%。
[0008] 進(jìn)一步的，所述步驟S3中的數(shù)值模擬采用的雷達(dá)波參數(shù)同檢測路基時(shí)的雷達(dá)波參 數(shù)相同。
[0009] 進(jìn)一步的，所述步驟S4中的回歸分析采用線性方程進(jìn)行擬合。
[0010] 進(jìn)一步的，所述步驟S6中的加權(quán)計(jì)算的方法為：，式中：η為有效擬合方程個(gè)數(shù)，為 各頻帶范圍對應(yīng)的含水率，為有效擬合方程的相關(guān)系數(shù)。
[0011] 本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過正演模擬與回歸分析得到雷達(dá)波各個(gè)頻帶范圍 的能量百分比與含水率的擬合方程，并對各個(gè)方程計(jì)算出的含水率進(jìn)行加權(quán)計(jì)算得到檢測 線路含水率的綜合評價(jià)結(jié)果，識(shí)別出含水率異常區(qū)域，實(shí)現(xiàn)了對鐵路路基含水率的快速、無 損、定量檢測，準(zhǔn)確預(yù)警翻漿冒泥、基床下沉等路基病害的發(fā)生，保障鐵路行車安全。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明的方法流程圖。
[0013] 圖2為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)數(shù)據(jù)單元的功率譜圖。
[0014] 圖3為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的模型數(shù)據(jù)回歸分析曲線。
[0015] 圖4為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的檢測線路含水率綜合評價(jià)結(jié)果曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 實(shí)施例1:檢測路段為我國南方某鐵路線路，檢測里程10km。硬質(zhì)巖石路基地段道 床厚度為35cm;路基基床厚3m，其中表層0.7m，采用級配碎石填筑;底層2.3m，采用改良±填 筑。
[0017] 使用意大利IDS探地雷達(dá)，選用400MHz天線，采樣道間距為0.1m，共采集到10萬道 雷達(dá)數(shù)據(jù)。各步驟具體實(shí)施細(xì)節(jié)如下： S1、鐵路路基探地雷達(dá)檢測數(shù)據(jù)分段:將鐵路路基探地雷達(dá)檢測數(shù)據(jù)劃分為2000個(gè)等 長的數(shù)據(jù)單元，每個(gè)數(shù)據(jù)單元包含50道雷達(dá)數(shù)據(jù)，取其第25道雷達(dá)數(shù)據(jù)對應(yīng)的里程作為該 數(shù)據(jù)單元的里程，即第一個(gè)數(shù)據(jù)單元的里程為2.5m，第二個(gè)數(shù)據(jù)單元的里程為7.5m; 52、 對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行功率譜分析:對所述步驟S1獲得的2000個(gè)數(shù)據(jù)單元逐個(gè)處理，具 體過程為： a) 采用welch法求整個(gè)數(shù)據(jù)單元的雷達(dá)波功率譜，圖2為一個(gè)數(shù)據(jù)單元的功率譜； b) 計(jì)算雷達(dá)波在時(shí)域范圍內(nèi)的總能量； C)計(jì)算雷達(dá)波在ΟΜΗζ~lOOMHz，lOOMHz~200MHz，200MHz~300MHz，300MHz~400MHz， 400MHz ~500MHz，500~600MHz W 及 lOOMHz ~300MHz，300MHz ~500MHz 之間的 8 個(gè)頻帶范圍內(nèi)的 能量占總能量的百分比，1~4號(hào)數(shù)據(jù)單元的計(jì)算結(jié)果如表1