小波分析在桥梁健康检测中的应用探析

侯海莉　蔡成愿

摘要：桥梁是公路的重要组成部分，公路价值的体现与桥梁健康有着密不可分的关系，尤其是在国内外发生了几次桥梁倒塌的事故之后，人们对桥梁的健康问题变得更加重视，如何做好桥梁健康的检测工作，对提高桥梁的健康有着重要意义。桥梁健康的检测工作，在应用小波分析之后取得的重大的发展，本文对桥梁健康监测中的主要问题进行了阐述，通过小波分析的简介，探讨了小波分析在桥梁健康监测中的应用。

关键词：小波分析；桥梁；健康检测

中图分类号：U446 文献标识码：A 文章编号：1674—3024（2016）11—229—02

前言

在桥梁工程建设中，为了保证桥梁在使用过程中的安全性，提高桥梁建设质量，需要针对桥梁的健康进行相关的检测工作，通过桥梁健康检测，能够对桥梁的整体性能和使用状态进行综合性的评估。小波分析是一种应用现代先进科学技术的桥梁健康检测方法，在对桥梁进行检测的时候，能够利用小波变换对桥梁结构进行损伤识别，对桥梁损伤进行迅速的定位，对其损伤程度进行准确的判断。小波分析在桥梁健康检测中有着巨大的优势，深入了解小波分析对于桥梁健康检测工作的开展具有重要意义，更好的保障了桥梁健康。

1桥梁健康监测中的主要问题

对桥梁的健康检测主要是利用相关仪器设备，来获取桥梁结构中的各种信息，然后对获得的信息进行处理、分析，通过信息内容对桥梁结构中的损伤进行判断，其中包括损伤的具体位置以及损伤的程度，然后根据具体的损伤情况，对桥梁的整体健康情况进行评估，为桥梁的安全使用提供依据和保障。

影响桥梁健康检测系统的因素有三个，分别是所使用到的仪器设备性能；测点的分布情况；对数据的处理分析。桥梁健康检测工作开展的基础是检测工具，即检测过程中用到的各种仪器设备，如果不能保证仪器设备的灵敏性和精准度，那么便不能得出准确的检测数据，导致数据结果不能真实的变现出桥梁结构的损伤情况。在进行检测的时候，要对桥梁的具体情况进行详细的调查，在布置测点的时候需要根据实际情况设置测点位置，保证所布置的测点能够对整个桥梁结构的情况进行检测，确保不遗漏任何一个角落，提高检测的准确性和可靠性。在对检测数据进行处理的时候，必须保证检测信号的完整性和准确性，消除检测信号中的噪声干扰，然后从信号的分析结果中提取出有关桥梁结构的损伤信息，结合具体的损伤识别方法对损伤信息进行判断，得出具体的损伤位置和损伤程度，从而对整个桥梁健康情况进行评估。在整个检测过程中，通过使用小波分析，能够更加方便、快捷的对桥梁结构进行信号检测；还能够消除信号中的噪声、排除干扰；同时能够对检测信号进行特征提取，确保了检测结果的科学性和准确性，使桥梁健康检测结果更加准确可靠，为保证桥梁健康提供科学依据，做好桥梁质量监督工作。

2小波分析简介

在1910年由Haar提出的小波标准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，小波分析建立的基础是傅里叶变换分析方法，当时的法国地球物理学家Modet在对地震信号进行分析、研究的时候，发现傅里叶变换分析方法并不适用于所有的非平稳信号，只适合在单一的频域或者时域对数据进行分析。当信号在频域和时域两者之间进行转化的时候，应用傅里叶变化分析方法不能保证信息的完整性，部分信息会发生缺失现象，无法通过传递的信息对特征进行准确的判断，傅里叶变换分析方法只适合对相对稳定的信号进行分析，不能满足非平稳信号的分析要求，在很多情况下具有局限性，而小波分析的提出很好的解决了这一问题。

小波分析不但适用于对平稳信号的分析，在对非平稳信号进行分析的时候，也是非常准确适用的，小波分析在频域和时域变换过程中能够保证转化过程中信号的完整性，不会出现信号丢失的现象，在不同频域内能够实现不同时间段的分析，具有多分辨率分析的特点。在对信息进行分辨的时候，小波分析能够对问题某些方面的特征进行放大，突出表现，使得问题特征更加明显，更有利于根据获得的特征表现，对问题进行具体分析，小波分析还能够获得频域、时域的局部特征提供的信号，具有良好的局部性，提高了所分析信号的完整性和全面性，能够更加全面的对特征进行了解，得到更加准确、科学的分析结果。

小波分析的出现，使得人们找到了一种优秀的频域与时域分析工具，满足了多种情况下的非平稳信号的分析要求，在很多领域都得到了良好的利用。在桥梁健康检测工作中应用小波分析，通过利用高精准度的仪器设备对桥梁结构进行进行检测，能够对桥梁结构内部的各种特征信息进行分辨，然后以损伤指标依据，结合信息的处理分析结果，能够快速、有效的得出具体损伤情况，对判断出结构中的损伤位置，以及不同损伤的具体程度，从而综合损伤情况，对桥梁健康进行科学、准确的评估。

3利用小波变换进行损伤识别

桥梁健康检测是通过一定的技术手段，根据结构内部动力特性的变化了解结构的具体情况，当结构内部的连接点发生变化的时候，动力特性会发生相应的变化。桥梁结构中存在多种动力学特性，比如高次谐波、亚谐波和混沌现象等所表现出来的特性都属于动力学特性，对这些动力特性进行检测，当发现它们产生变化的时候，就意味着桥梁结构内部已经出现破坏现象，此时结构内的线性连接点就会变成非线性，小波变换可以针对这种非线性情况进行检测，确定非线性动力特征，获取结构内的损伤情况。在对频域和时域进行转换的过程中，通过小波变换能够提取其中相关联的特征，获取信号之间的联系，保证信号的完整性。此外，在结构损伤初期，材料发生非线性变化，但是所表现出来的动力学特性并不明显，检测信号也比较微弱，此时便可以利用小波变换进行局部检测，通过这种局部检测的方法，能够在损伤初期就对结构内部的损伤情况进行准确的判断，有利于对损伤情况加以控制，降低损伤强度。

4小波基和小波函数

小波分析中用到的小波函数与标准傅里叶变换相比具有多样性，在小波分析中，同种情况下选择不同的小波基进行分析，得出的分析结果是不一样的，所以在小波分析中小波基的选择是非常重要的。目前确定小波基的主要方法是在处理信号之后，根据常用的指导性选择标准，得出的信号结果与理论结果之间的误差，然后确定最优小波基。常用的小波函数有Haar小波、Biorthogonal小波系、Morlet小波等几种。通过选择最优小波基，合理运用几种小波函数，能够更好的使用小波分析对桥梁健康进行检测。

5结束语

小波分析相关的知识理论体系虽然比较完整成熟，但是小波分析作为一种新兴的技术手段，在近几年才被应用结构健康检测以及损伤识别中，缺乏足够的工程实践，一些技术方法还不够完善，实现起来比较困难，但是，随着科技的进步以及其所特有的优势，相信小波分析将会有更加广阔的发展前景，将会更好的应用于桥梁健康检测上。