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二维连续小波变换在公路无损检测中的创新应用与效能研究

一、引言

1.1研究背景

公路作为交通运输的重要基础设施，其质量状况直接关系到交通运输的安全与效率。随着我国公路建设的快速发展，公路里程不断增加，如何高效、准确地检测公路的质量状况，成为了公路建设与养护领域的关键问题。公路检测能够及时发现公路存在的病害和缺陷，为公路的维修和养护提供科学依据，从而保障公路的安全运营，延长公路的使用寿命。

传统的公路检测方法主要包括破损检测和无损检测。破损检测方法如钻芯取样等，虽然能够直接获取公路结构层的物理力学性能指标，但这种方法会对公路造成破坏，检测效率较低，且检测结果不具有代表性。无损检测方法如探地雷达、超声波检测等，虽然不会对公路造成破坏，检测速度较快，但这些方法在信号处理和特征提取方面存在一定的局限性，难以准确地检测出公路内部的微小缺陷和病害。例如，现有的一些路用雷达软件主要利用快速傅立叶变换（FFT）来进行数据分析，但傅立叶变换无法实现局部特征分析，对于高频的时变雷达回波来说，在检测路面及路基中隐含裂缝、路面薄层的厚度探测等问题时就显得较难解决。

小波变换作为一种信号的时间-尺度（时间-频率）分析方法，在时-频两域都有良好的局部化特性，特别适合于处理非平稳信号，在信号处理、图像处理等领域得到了广泛的应用。二维连续小波变换作为小波变换的一种重要形式，能够同时对信号的时间和空间信息进行分析，为公路无损检测提供了新的思路和方法。将二维连续小波变换应用于公路无损检测，能够有效地提取雷达回波信号中的特征信息，提高公路检测的准确性和可靠性。因此，开展基于二维连续小波变换的公路无损检测方法研究具有重要的理论意义和实际应用价值。

1.2研究目的与意义

本研究旨在深入探究二维连续小波变换在公路无损检测中的应用，通过对公路无损检测方法的创新，提高检测的准确性与效率，为公路的维护和管理提供更为可靠的技术支持。具体而言，研究目的主要包括以下几个方面：一是针对现有无损检测方法在信号处理和特征提取方面的不足，引入二维连续小波变换，利用其良好的时-频局部化特性，对公路无损检测中的雷达回波信号等进行有效处理，精确提取信号中的特征信息，从而克服传统方法难以检测微小缺陷和病害的问题；二是建立基于二维连续小波变换的公路无损检测模型，通过对模型的优化和验证，使其能够准确地识别公路路面及路基中的各种病害，如裂缝、脱空、厚度不均等，并对病害的位置、程度等进行定量分析，为公路病害的评估提供科学依据；三是结合实际工程应用，开发相应的检测软件或系统，将基于二维连续小波变换的无损检测方法转化为实际可操作的工具，提高公路无损检测的自动化水平和检测效率，降低检测成本。

本研究的意义体现在多个方面：在理论上，进一步丰富了公路无损检测领域的信号处理和分析方法，拓展了二维连续小波变换在工程领域的应用范围，为后续相关研究提供了新的思路和方法，有助于推动公路无损检测技术的理论发展。在实际应用中，准确的无损检测结果能够帮助公路管理部门及时发现公路病害，制定合理的维修养护计划，提高公路的使用寿命，降低公路维修成本，从而节省大量的人力、物力和财力资源。同时，及时修复病害公路，能够有效减少交通事故的发生，保障公路交通的安全和畅通，提高交通运输的效率，为经济社会的发展提供有力支撑。此外，高效的无损检测技术也符合可持续发展的理念，减少了因公路病害导致的资源浪费和环境破坏，对推动公路行业的绿色发展具有重要意义。

1.3国内外研究现状

自20世纪80年代小波变换理论诞生以来，因其良好的时-频局部化特性，在信号处理、图像处理等众多领域得到了广泛应用，公路无损检测领域也逐渐开始引入这一技术。国外在公路无损检测技术研究方面起步较早，在小波变换应用于公路无损检测的研究中取得了一定成果。一些研究团队利用小波变换对探地雷达回波信号进行去噪处理，有效提高了信号的信噪比，使得微弱的病害信号能够更清晰地显现出来，为后续的病害识别和分析提供了更好的基础。在对路面结构层厚度的检测研究中，通过小波变换提取雷达回波信号中的特征信息，结合相关算法建立了厚度计算模型，提高了厚度检测的精度。

国内对公路无损检测技术的研究也在不断深入，尤其是在二维连续小波变换应用方面取得了显著进展。部分学者针对不同类型的公路病害，如裂缝、脱空等，利用二维连续小波变换对检测信号进行分析，实现了病害的准确识别和定位。通过对二维连续小波变换算法的优化，提高了检测效率，使其更适合实际工程应用。一些研究还将二维连续小波变换与其他技术，如神经网络、遗传算法等相结合，构建了智能检测模型，进一步提高了公路无损检测的准确性和可靠性。

尽管国内外在二维连续小波变换应用于公路无损检测方面取得了一定成果，但仍存在一些不足。在信号处理方面，虽然二