一种地下工程结构毁损声波定位系统

本发明涉及地下工程结构安全监测，具体涉及一种地下工程结构毁损声波定位系统。

背景技术：

1、地下工程结构作为城市基础设施的重要组成部分，广泛应用于隧道、地下管廊、地下车站及地下厂房等工程场景。在长期服役或复杂工况作用下，地下工程结构可能因荷载变化、环境侵蚀、施工扰动等因素产生裂缝、剥离或内部损伤。上述毁损在早期阶段通常不易通过目视方式发现，但其发展过程会对结构安全性和使用寿命产生重要影响，因此，如何对地下工程结构毁损进行有效监测与定位，是工程安全领域中的一项重要研究内容。

2、现有的地下工程结构毁损监测技术中，声波或声发射检测方法因其灵敏度高、可实现在线监测等特点而得到广泛应用。相关技术通常通过布设声波传感器，采集结构在受损过程中产生的声波信号，并基于声波传播特性对毁损位置进行分析。然而，在实际应用中，受地下结构环境复杂、噪声干扰强、声波传播路径多变等因素影响，现有声波定位方法在定位精度、定位稳定性以及对不同毁损工况的适应性方面仍存在不足，尤其是在结构内部毁损或远距离监测场景下，定位误差较大，难以满足工程应用需求。

3、基于上述现状，现有技术仍然面临这样一个亟需解决的技术问题：如何在复杂地下工程环境中，针对结构表面及内部不同毁损工况，实现声波信号的稳定采集与有效分析，从而提高地下工程结构毁损位置定位的准确性和可靠性。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种地下工程结构毁损声波定位系统。所述技术方案如下：

2、本发明提供了一种地下工程结构毁损声波定位系统，包括：

3、声波采集单元、信号采集与处理单元、数据处理与定位分析单元以及结构支撑与布设单元；

4、所述声波采集单元用于采集地下工程结构在产生裂缝、剥离或内部损伤过程中产生的声波信号；

5、所述结构支撑与布设单元用于对声波采集单元进行固定布设，使声波采集单元中的多个声波传感器形成空间阵列结构；

6、所述信号采集与处理单元用于对所述声波采集单元采集到的声波信号进行多通道同步采集并进行信号调制及数字化处理；

7、所述数据处理与定位分析单元用于对处理后的声波信号进行分析，并根据声波信号特征对地下工程结构中的毁损位置进行定位分析，从而获得毁损位置的空间位置信息。

8、进一步地，所述声波采集单元包括多个声波传感器，所述多个声波传感器布置在地下工程结构邻近区域，用于从不同方向接收地下工程结构在产生裂缝、剥离或内部损伤过程中产生的声波信号，并形成用于声波定位分析的空间阵列。

9、进一步地，所述声波传感器的数量为六个，六个声波传感器在空间中按照阵列结构进行布设，以形成多方向声波接收结构，从而获取地下工程结构毁损产生的多通道声波信号。

10、进一步地，所述结构支撑与布设单元包括正交框架结构，所述正交框架用于固定多个声波传感器，使各声波传感器在空间中保持稳定的相对位置关系，以保证声波采集过程中传感器阵列结构的稳定性。

11、进一步地，所述信号采集与处理单元采用动态信号测试分析系统，所述动态信号测试分析系统用于对多个声波传感器输出的声波信号进行多通道同步采集，并对采集到的声波信号进行信号调制处理和数字化处理，以获得用于定位分析的声波数据。

12、进一步地，所述数据处理与定位分析单元采用计算机系统实现，用于接收所述信号采集与处理单元传输的声波数据，并对声波数据进行特征分析，以确定地下工程结构毁损位置。

13、进一步地，当毁损位置位于声波传感器布设区域的近距离范围内时，所述数据处理与定位分析单元通过对多个声波传感器采集到的声波信号进行频域分析，并结合多个声波传感器之间的空间布设关系，采用结构表面毁损近距离高分辨率谱估计定位算法对毁损位置进行定位分析。

14、进一步地，当毁损位置与声波传感器之间距离较远时，所述数据处理与定位分析单元通过对单个声波传感器采集到的声波信号进行特征分析，提取声波信号的时间特征、幅值变化特征或频谱变化特征，并结合地下工程结构的空间结构信息，采用一种分频分解动态差分进化衬砌毁损单传感器定位算法对毁损位置进行定位分析。

15、进一步地，当地下工程结构内部产生毁损时，所述数据处理与定位分析单元通过对多个声波传感器采集到的声波信号进行特征提取，并对多通道声波特征进行融合处理，采用结构内部毁损自适应联合学习回归定位算法建立声波特征与毁损位置之间的关联关系，从而实现对地下工程结构内部毁损位置的定位分析。

16、进一步地，所述数据处理与定位分析单元根据声波信号分析结果以及声波传感器的空间布设关系，对毁损位置进行综合分析，以确定毁损点在地下工程结构中的空间位置，从而获得毁损点在三维空间中的位置坐标。

17、本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

18、本发明提供了一种地下工程结构毁损声波定位系统，通过对声波传感器的空间布设以及声波信号的集中采集与处理，实现了对地下工程结构毁损过程中声波信息的有效获取和统一分析，为后续毁损定位提供了可靠的数据基础。

19、在此基础上，通过对采集到的声波信号进行多维特征分析，并根据不同毁损工况采用相应的定位分析方式，使系统能够兼顾结构表面毁损与结构内部毁损等多种应用场景，有利于提升毁损位置定位结果的稳定性和一致性，降低复杂环境因素对定位结果的影响。

20、此外，该系统能够对毁损位置进行空间坐标计算并实现持续监测，从而为地下工程结构的运行状态评估和维护决策提供更为直观和准确的参考信息，有助于提高地下工程结构安全监测的实用性和工程适用性。

1.一种地下工程结构毁损声波定位系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的地下工程结构毁损声波定位系统，其特征在于：所述声波采集单元包括多个声波传感器，所述多个声波传感器布置在地下工程结构邻近区域，用于从不同方向接收地下工程结构在产生裂缝、剥离或内部损伤过程中产生的声波信号，并形成用于声波定位分析的空间阵列。

3.根据权利要求2所述的地下工程结构毁损声波定位系统，其特征在于：所述声波传感器的数量为六个，六个声波传感器在空间中按照阵列结构进行布设，以形成多方向声波接收结构，从而获取地下工程结构毁损产生的多通道声波信号。

4.根据权利要求2所述的地下工程结构毁损声波定位系统，其特征在于：所述结构支撑与布设单元包括正交框架结构，所述正交框架用于固定多个声波传感器，使各声波传感器在空间中保持稳定的相对位置关系，以保证声波采集过程中传感器阵列结构的稳定性。

5.根据权利要求1所述的地下工程结构毁损声波定位系统，其特征在于：所述信号采集与处理单元采用动态信号测试分析系统，所述动态信号测试分析系统用于对多个声波传感器输出的声波信号进行多通道同步采集，并对采集到的声波信号进行信号调制处理和数字化处理，以获得用于定位分析的声波数据。

6.根据权利要求1所述的地下工程结构毁损声波定位系统，其特征在于：所述数据处理与定位分析单元采用计算机系统实现，用于接收所述信号采集与处理单元传输的声波数据，并对声波数据进行特征分析，以确定地下工程结构毁损位置。

7.根据权利要求1所述的地下工程结构毁损声波定位系统，其特征在于：当毁损位置位于声波传感器布设区域的近距离范围内时，所述数据处理与定位分析单元通过对多个声波传感器采集到的声波信号进行频域分析，并结合多个声波传感器之间的空间布设关系，采用结构表面毁损近距离高分辨率谱估计定位算法对毁损位置进行定位分析。

8.根据权利要求1所述的地下工程结构毁损声波定位系统，其特征在于：当毁损位置与声波传感器之间距离较远时，所述数据处理与定位分析单元通过对单个声波传感器采集到的声波信号进行特征分析，提取声波信号的时间特征、幅值变化特征或频谱变化特征，并结合地下工程结构的空间结构信息，采用一种分频分解动态差分进化衬砌毁损单传感器定位算法对毁损位置进行定位分析。

9.根据权利要求1所述的地下工程结构毁损声波定位系统，其特征在于：当地下工程结构内部产生毁损时，所述数据处理与定位分析单元通过对多个声波传感器采集到的声波信号进行特征提取，并对多通道声波特征进行融合处理，采用结构内部毁损自适应联合学习回归定位算法建立声波特征与毁损位置之间的关联关系，从而实现对地下工程结构内部毁损位置的定位分析。

10.根据权利要求1所述的地下工程结构毁损声波定位系统，其特征在于：所述数据处理与定位分析单元根据声波信号分析结果以及声波传感器的空间布设关系，对毁损位置进行综合分析，以确定毁损点在地下工程结构中的空间位置，从而获得毁损点在三维空间中的位置坐标。