一种早龄期混凝土抗压强度无损检测数据处理方法与流程

本发明涉及计算机数据处理及建筑材料无损检测，具体为一种早龄期混凝土抗压强度无损检测数据处理方法。

背景技术：

1、早龄期混凝土抗压强度通常通过同条件试件破坏试验获得，但该方式需要制作、养护并压碎试件，难以连续反映同一检测对象在不同龄期的强度演化。为减少取样和破坏，现有技术逐步采用超声传播、回弹响应、冲击响应或其他无损检测方式采集混凝土在早龄期阶段的波形、幅值、传播时间、频带能量及重复测量结果，再依据预先建立的标定关系换算抗压强度。常规处理流程一般包括原始信号去噪、异常点剔除、特征提取、数据归一化和回归计算，并将检测龄期、配合比或环境条件作为附加输入量。该类方案通常以单一检测时刻的数据为计算对象，将各特征与同期实测抗压强度进行拟合，形成线性回归、分段拟合或多变量映射模型。检测时，将待测数据输入对应龄期的模型，直接得到抗压强度估计值。该处理方式实现过程较为固定，适用于检测条件和标定条件接近、龄期区间划分明确且信号变化较平稳的情况。

2、现有无损检测数据处理还常采用按龄期分别建模或将龄期作为普通特征参与统一建模的方式。按龄期分别建模时，需要针对不同检测日龄配置独立标定样本，并在检测时选择对应模型；当实际检测时刻位于两个标定龄期之间时，通常利用相邻模型结果进行插值。统一建模时，则将龄期数值与时域特征、频域特征和统计特征共同组成输入向量，通过回归运算得到抗压强度。为抑制早龄期检测波动，部分方案对连续检测结果进行滑动平均、指数平滑或邻近时刻加权，使输出曲线保持连续。上述处理均将龄期视为外部自变量，未将混凝土由快速水化向缓慢硬化过渡的状态变化表示为可递推的内部状态，也未限定相邻龄期之间的强度状态只能沿符合硬化过程的方向变化。当某一时刻的波形受局部耦合、表面状态或重复测量离散影响时，平滑处理会将偏差传播至相邻时刻，而分龄期模型又难以利用前后检测数据对当前结果进行校验。

3、为提高多龄期数据的利用程度，另有常规方案将连续检测序列输入时序回归模型，以历史若干时刻的检测特征预测当前抗压强度，或者根据前一时刻的预测值修正后一时刻的输出。此类方案通常通过训练样本自行学习时间相关性，并以预测误差最小作为主要求解目标；对于缺失特征，采用均值填补、邻时刻插值或固定维度补零；对于异常数据，采用阈值判别后删除，或者降低对应样本的计算权重。还有方案将不同时间尺度的特征拼接后进行降维，再以降维结果建立强度映射。上述方法虽然利用了时序信息，但其时间关联主要表现为数据相关关系，缺少对等效硬化状态、检测扰动成分和状态转移过程的分别描述。当前时刻出现异常时，模型难以判断特征突变来源于混凝土真实硬化状态变化还是检测条件造成的扰动；仅利用历史方向预测时，也无法借助后续龄期数据回溯当前状态，因而容易形成单向误差累积。

4、因此，对多个早龄期时刻形成的检测数据进行处理时，通常直接建立观测特征、龄期与抗压强度之间的静态或单向时序映射，未能将连续硬化状态与非连续检测扰动进行分离，也未利用相邻龄期之间的状态非逆向变化、单位时间增量递减及轨迹连续关系约束状态演化。当某一检测时刻存在波形偏移、特征缺失或重复检测离散时，该时刻的异常成分会被解释为强度状态变化，并沿后续计算过程继续传递；同时，由于缺少由前一龄期正向推演和由后一龄期反向回溯的双向一致性校正，不同龄期数据难以转换到统一基准状态，导致早龄期抗压强度结果出现与硬化过程不符的跳变、逆向下降或跨龄期偏移，无法稳定表征同一检测对象的连续强度演化。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种早龄期混凝土抗压强度无损检测数据处理方法，可以解决上述背景技术中的问题。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、一种早龄期混凝土抗压强度无损检测数据处理方法，包括：获取检测对象在多个早龄期时刻形成的无损检测数据，按照检测时刻进行特征编码，得到观测特征序列；

4、依据所述观测特征序列建立等效硬化状态变量和检测扰动变量，并通过状态分离约束确定各检测时刻的候选硬化状态；

5、基于相邻检测时刻的候选硬化状态构建状态转移算子，并施加状态非负约束、单位时间增量渐减约束和轨迹连续约束；

6、利用前一检测时刻的硬化状态进行正向推演并利用后一检测时刻的硬化状态进行反向回溯，获得当前检测时刻的双向候选状态；

7、根据所述双向候选状态对当前观测特征进行一致性校正，将校正后的硬化状态投影至预设基准龄期，并根据基准龄期硬化状态与标定抗压强度之间的映射关系确定当前检测时刻的抗压强度。

8、优选的，所述特征编码包括：将各检测时刻的无损检测数据划分为时域响应片段、频域响应片段和重复检测统计片段；

9、分别从所述时域响应片段中提取到达时序、幅值包络和衰减斜率，从所述频域响应片段中提取主响应频带、频带能量重分布和相位连续性，从所述重复检测统计片段中提取同位置重复响应的离散度和排序稳定度；

10、按照检测位置和检测时刻建立联合索引，将不同量纲的特征转换为以同一检测时刻内稳健中心量为基准的相对表征，并利用相邻检测时刻共有特征的对应关系完成跨时刻特征对齐，形成具有固定维度且保持时序关联的观测特征序列。

11、优选的，所述状态分离约束包括：以各检测时刻的观测特征作为待重构对象，设置随检测时刻连续变化的等效硬化状态分量和在检测时刻之间允许非连续变化的检测扰动分量；

12、根据同一检测对象相邻检测时刻的特征共变方向建立硬化状态子空间，根据同一检测时刻不同重复检测结果的偏离方向建立扰动子空间；

13、对所述硬化状态分量施加跨时刻低曲率约束，对所述检测扰动分量施加组稀疏约束，并以观测特征重构残差、子空间正交残差及状态序列连续残差构成联合求解条件，获得各检测时刻的候选硬化状态和对应检测扰动量。

14、优选的，所述状态转移算子的构建包括：根据相邻检测时刻之间的时间间隔，将所述候选硬化状态转换为单位龄期增量；

15、按照早龄期状态增量的变化顺序建立分段转移关系，使后一时间段对应的单位龄期增量不大于前一时间段对应的单位龄期增量；

16、将所述候选硬化状态投影至由状态主方向和增量衰减方向共同张成的演化子空间，在所述演化子空间内求解相邻检测时刻之间的转移矩阵；

17、对所述转移矩阵同时施加状态分量非负、状态序列单调及相邻转移矩阵平滑连接的联合约束，并根据各检测时刻观测特征的重构误差迭代更新所述状态转移算子。

18、优选的，所述跨时刻特征对齐包括：选取在连续至少三个检测时刻均可获得的共有特征作为锚定特征，依据所述锚定特征在相邻检测时刻的排序关系建立初始对应矩阵；

19、将未连续获得的特征标记为缺失特征，并根据同一检测时刻内与所述缺失特征具有稳定协方差关系的已获得特征生成候选补全值；

20、分别利用前一检测时刻和后一检测时刻的对应特征对所述候选补全值进行双向校验，保留满足排序一致且变化方向一致的补全值；

21、根据校验后的共有特征重新计算对应矩阵，并以所述对应矩阵约束时域响应片段、频域响应片段和重复检测统计片段在各检测时刻的联合排列顺序。

22、优选的，所述检测扰动量的确定包括：针对每一检测时刻，将观测特征投影至所述硬化状态子空间得到第一重构分量，并将观测特征与所述第一重构分量之间的差值投影至所述扰动子空间得到第二重构分量；

23、按照检测位置、重复检测序号及特征类型对所述第二重构分量进行分组，计算各分组在相邻检测时刻之间的持续性；

24、将仅在单一检测时刻出现且在同一检测时刻的重复检测中具有同向偏离的分组保留为局部扰动分组，将跨多个检测时刻持续并与硬化状态主方向相关的分组重新并入所述硬化状态子空间；

25、基于重新划分后的两个子空间再次求解候选硬化状态和检测扰动量。

26、优选的，所述双向候选状态的获得包括：将前一检测时刻的候选硬化状态输入对应时间区间的状态转移算子，得到当前检测时刻的正向候选状态；

27、对后一检测时刻与当前检测时刻之间的状态转移算子求取受约束逆映射，并利用所述受约束逆映射对后一检测时刻的候选硬化状态进行回溯，得到当前检测时刻的反向候选状态；

28、分别计算所述正向候选状态和所述反向候选状态对当前观测特征的重构残差，将两个重构残差在硬化状态子空间中的夹角、幅值差和符号一致性编码为融合权重；

29、按照所述融合权重对所述正向候选状态和所述反向候选状态进行状态分量融合，得到当前检测时刻的校正硬化状态。

30、优选的，投影至所述预设基准龄期包括：确定当前检测时刻至所述预设基准龄期所跨越的各相邻时间区间，按照时间先后顺序组合对应的状态转移算子，形成正向基准投影链；

31、当所述预设基准龄期早于当前检测时刻时，对所跨越的状态转移算子逐级构建受约束逆映射，形成反向基准投影链；

32、在每一级投影后，将所得硬化状态限制于由历史候选硬化状态构成的可达状态域，并利用对应检测时刻所得观测特征重构残差修正投影链中的状态偏移；

33、将最后一级投影所得硬化状态转换为与基准龄期标定样本采用相同坐标基的基准龄期硬化状态。

34、优选的，所述受约束逆映射的构建包括：对后一检测时刻与当前检测时刻之间的状态转移算子进行奇异方向分解，识别对应状态增量低于相邻检测时刻观测分辨能力的弱可逆方向；

35、将所述弱可逆方向上的回溯分量替换为由当前检测时刻之前至少两个候选硬化状态外推得到的先验分量，并保留其余方向上的逆向求解分量；

36、将替换后的回溯状态输入当前观测特征的重构关系，依据所述重构残差对各逆向求解方向实施逐方向收缩；

37、在满足状态非逆向约束、单位时间增量渐减约束及可达状态域约束的条件下，确定用于生成反向候选状态的受约束逆映射。

38、优选的，所述基准龄期硬化状态与所述标定抗压强度之间的映射关系通过以下步骤建立：将标定样本的多龄期无损检测数据依次执行特征编码、状态分离、状态转移、双向校正及基准投影，得到对应基准龄期硬化状态，并依据所述标定样本的实测抗压强度进行强度顺序标记；

39、在保持强度顺序的条件下，将所述基准龄期硬化状态划分为连续状态区间，分别建立各连续状态区间内的局部单调映射，并利用相邻状态区间的共有边界样本约束局部单调映射的连接值和连接斜率；

40、将待检测对象的基准龄期硬化状态定位至对应连续状态区间，并依据相邻两个连续状态区间的边界距离对局部单调映射结果进行连续组合，得到当前检测时刻的抗压强度。

41、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

42、1.将多龄期无损检测数据编码为观测特征序列，并将其中随龄期连续变化的等效硬化状态与允许非连续变化的检测扰动分开求解，再依据相邻龄期的状态非逆向约束、单位时间增量递减约束和轨迹连续约束构建状态转移关系。由前一检测时刻执行正向推演，并由后一检测时刻执行受约束反向回溯，使当前时刻的硬化状态同时受到前后龄期数据限制；当前观测特征中不能被双向状态共同解释的成分被归入检测扰动，而不会直接转化为抗压强度变化。经双向融合后的硬化状态沿状态转移关系投影至统一基准龄期，再通过基准状态与标定抗压强度之间的连续单调映射完成强度计算。由此能够限制单时刻异常向后续龄期传播，减少检测结果中与混凝土硬化规律不符的突变和逆向变化，使不同实际检测龄期的数据在同一状态坐标下进行比较，并保持同一检测对象抗压强度序列的连续性和龄期一致性。

43、2.对时域响应、频域响应和重复检测统计结果进行联合编码，并通过连续龄期共有特征的对应关系完成跨时刻对齐；对于局部缺失特征，利用前后龄期对应特征进行双向校验，仅保留排序关系和变化方向一致的补全结果，减少缺失处理对状态轨迹的偏移。硬化状态子空间与扰动子空间通过跨时刻连续性、重复检测偏离方向和分组持续性进行迭代划分，使仅在单一时刻出现的局部异常与跨多个龄期持续存在的硬化变化得到不同处理。状态转移算子的弱可逆方向采用历史状态外推分量进行约束，并在每一级基准投影后将结果限制于历史状态构成的可达范围，降低逆向求解和多级投影产生的数值漂移。标定数据经相同的数据处理流程形成基准龄期硬化状态，并采用相邻区间连续连接的局部单调映射计算抗压强度，减少分段映射边界处的输出断裂，保持特征处理、状态推演与强度换算之间的数据坐标一致。