一种无砟轨道CA砂浆层病害检测方法及装置

摘要

本发明公开了一种无砟轨道CA砂浆层病害检测方法和装置，涉及铁路工程技术领域，包括：根据无砟轨道轨道板上测试线上的介电常数以及所述无砟轨道轨道板的厚度，确定CA砂浆层的空间采样序列；通过小波分析，确定所述空间采样序列的初始序列，对所述空间采样序列的尺度系数和所述空间采样序列的小波系数进行滤波，得到空间采样序列的滤波尺度系数和空间采样序列的滤波小波系数，对所述空间采样序列的滤波尺度系数和所述空间采样序列的滤波小波系数重建，构成重建序列；根据所述重建序列，获取所述CA砂浆层病害位置。采用上述方法，可以快速检测出CA砂浆层的病害位置。

说明书

技术领域

本发明涉及铁路工程技术领域，更具体的涉及一种无砟轨道CA砂浆层病害检测方法及装置。

背景技术

在高速铁路正式投入运营之后，线路检测维护成为维护高铁正常运营的主要工作之一。高速铁路采用的无砟轨道主要有两种形式，即板式无砟轨道与双块式无砟轨道。

无砟轨道一般包括钢筋混凝土轨道板、素混凝土支撑层(CA(英文为：cementasphalt，中文简称：水泥沥青)砂浆层)和级配碎石(路基机床表层)。其中，CA砂浆层为素水泥乳化沥青砂浆层，皆无配筋。相对于钢筋混凝土构件，在高速载荷冲击振动下，无配筋混凝土或砂浆结构更容易发生破裂损坏，尤其在混凝土不均匀的区域，破裂常有发生。

目前，针对无砟轨道病害的检测方法主要包括：人工法、探地雷达等方法。其中，人工法主要通过工人的经验观察病害的外部表现，来判断病害的位置、大小，如观察路肩、路堑中流出物的颜色，判断是否有翻浆冒泥以及翻浆冒泥的程度，但是病害总是存在从小病害到大病害的发展过程，或者从内部裂纹延伸到外部表面的过程。由于外部表现能够通过外部特征来判断，但是内部病害则具有隐蔽性，不易从外部表现观察、发现，同时外部病害的发现也容易受人为因素的影响。

探地雷达具有探测速度快，精度高，能够连续检测的特点，被广泛应用于混凝土缺陷检测中。但是在钢筋混凝土中，特别是多层钢筋混凝土结构的高速铁路无砟轨道，CA砂浆层的缺陷处于多层钢筋下部，受钢筋反射波、多次波和混凝土本身混合不均匀造成的介电常数差异而引起的杂波信号的影响，电磁波穿过钢筋的透射信号很弱，使得在对探地雷达成像图时频分析时，难以达到预期的效果。

发明内容

本发明实施例提供一种无砟轨道CA砂浆层病害检测方法及装置，采用探地雷达，利用高速铁路无砟轨道轨道板钢筋对称规律分布的特点，可以快速检测出CA砂浆层的病害位置。

本发明实施例提供一种无砟轨道CA砂浆层病害检测方法，包括：

根据无砟轨道轨道板上测试线上的介电常数以及所述无砟轨道轨道板的厚度，确定CA砂浆层的空间采样序列；

通过小波分析，确定所述空间采样序列的初始序列，获取所述空间采样序列的尺度系数和所述空间采样序列的小波系数；

通过小波，对所述空间采样序列的尺度系数和所述空间采样序列的小波系数进行滤波，得到空间采样序列的滤波尺度系数和滤波小波系数，对所述滤波尺度系数和所述滤波小波系数进行空间序列重建，得到重建序列；

根据所述重建序列，获取所述CA砂浆层病害位置。

较佳地，所述根据无砟轨道轨道板上测试线上的介电常数以及所述无砟轨道轨道板的厚度，确定CA砂浆层的空间采样序列，包括：

对所述无砟轨道轨道板的雷达信号进行时空分析，确定所述无砟轨道轨道板在信号图中的空间位置以及所述雷达信号在所述无砟轨道轨道板与雷达之间的传输时间；

根据所述无砟轨道轨道板的厚度、所述无砟轨道轨道板在信号图中的空间位置、所述雷达信号在所述无砟轨道轨道板与雷达之间的传输时间、以及所述测试线上的介电常数，确定所述CA砂浆层在所述信号图中的空间位置及所述雷达信号在所述CA砂浆层与所述雷达之间的传输时间；

根据所述CA砂浆层在所述信号图中的空间位置确定所述测试线在所述无砟轨道轨道板上的位置，根据所述CA砂浆层与所述雷达之间的传输时间，确定所述雷达在所述测试线上各个测试点之间的测试时间间隔，根据所述雷达在所述测试线上各个测试点之间的测试时间间隔，确定所述CA砂浆层在所述信号图中的空间采样序列。

较佳地，所述通过小波分析，确定所述空间采样序列的初始序列，包括：

以Haar小波为母小波，对所述空间采样序列进行多层分解，确定所述空间采样序列的初始序列。

较佳地，所述通过小波分析，对所述空间采样序列的尺度系数和所述空间采样序列的小波系数进行滤波，包括：

根据Mallat小波的多分辨率分析，对所述空间采样序列的在尺度空间和小波空间上进行多层分解，根据所述分解结果，对所述空间采样序列的小波系数进行低通滤波，得到空间采样序列的滤波尺度系数和滤波小波系数。

较佳地，所述无砟轨道轨道板上测试线上包括有若干个测试点；

根据无砟轨道轨道板上测试线上的介电常数以及所述无砟轨道轨道板的厚度，确定CA砂浆层的空间采样序列之前，还包括：

获取所述无砟轨道轨道板测试线上各个测试点上的介电常数，将所述各个测试点上的介电常数的均值确定为所述无砟轨道上测试线上的介电常数。

本发明实施例提供一种无砟轨道CA砂浆层病害检测装置，包括：

确定单元，用于根据无砟轨道轨道板上测试线上的介电常数以及所述无砟轨道轨道板的厚度，确定CA砂浆层的空间采样序列；

第一获取单元，用于通过小波分析，确定所述空间采样序列的初始序列，获取所述空间采样序列的尺度系数和所述空间采样序列的小波系数；

重构单元，用于通过小波，对所述空间采样序列的尺度系数和所述空间采样序列的小波系数进行滤波，得到空间采样序列的滤波尺度系数和滤波小波系数，对所述滤波尺度系数和所述滤波小波系数进行空间序列重建，得到重建序列；

第二获取单元，用于根据所述重建序列，获取所述CA砂浆层病害位置。

较佳地，所述确定单元具体用于：

对所述无砟轨道轨道板的雷达信号进行时空分析，确定所述无砟轨道轨道板在信号图中的空间位置以及所述雷达信号在所述无砟轨道轨道板与雷达之间的传输时间；

根据所述无砟轨道轨道板的厚度、所述无砟轨道轨道板在信号图中的空间位置、所述雷达信号在所述无砟轨道轨道板与雷达之间的传输时间、以及所述测试线上的介电常数，确定所述CA砂浆层在所述信号图中的空间位置及所述雷达信号在所述CA砂浆层与所述雷达之间的传输时间；

根据所述CA砂浆层在所述信号图中的空间位置确定所述测试线在所述无砟轨道轨道板上的位置，根据所述CA砂浆层与所述雷达之间的传输时间，确定所述雷达在所述测试线上各个测试点之间的测试时间间隔，根据所述雷达在所述测试线上各个测试点之间的测试时间间隔，确定所述CA砂浆层在所述信号图中的空间采样序列。

较佳地，所述第一获取单元具体用于：

以Haar小波为母小波，对所述空间采样序列进行多层分解，确定所述空间采样序列的初始序列。

较佳地，所述重构单元具体用于：

根据Mallat小波的多分辨率分析，对所述空间采样序列的在尺度空间和小波空间上进行多层分解，根据所述分解结果，对所述空间采样序列的小波系数进行低通滤波，得到空间采样序列的滤波尺度系数和滤波小波系数。

较佳地，所述无砟轨道轨道板上测试线上包括有若干个测试点；

所述确定单元还用于：

根据无砟轨道轨道板上测试线上的介电常数以及所述无砟轨道轨道板的厚度，确定CA砂浆层的空间采样序列之前，还包括：

获取所述无砟轨道轨道板测试线上各个测试点上的介电常数，将所述各个测试点上的介电常数的均值确定为所述无砟轨道上测试线上的介电常数。

本发明实施例中，根据无砟轨道轨道板上测试线上的介电常数以及所述无砟轨道轨道板的厚度，可以确定CA砂浆层的空间采样序列，通过小波分析，确定所述空间采样序列的初始序列，获取所述空间采样序列的尺度系数和所述空间采样序列的小波系数；通过小波，对所述空间采样序列的尺度系数和所述空间采样序列的小波系数进行滤波，得到空间采样序列的滤波尺度系数和滤波小波系数，对所述滤波尺度系数和所述滤波小波系数进行空间序列重建，得到重建序列；根据所述重建序列，获取所述CA砂浆层病害位置。由于无砟轨道中轨道板的钢筋沿横向、纵向呈对称分布，从而可以根据探测雷达探测的信号，确定出轨道板中的钢筋在雷达信号图中依然呈对称分布，进一步地，由于CA砂浆层中的病害的分布呈随机状态，从而可以在雷达信号图中呈非周期分布。在本发明实施例中，采用小波分析方法，可以对空间采样序列的尺度系数和所述空间采样序列的小波系数进行滤波，从而可以将雷达信号图中的呈周期分布的信号滤除，而将滤波后的进行重建，确定CA砂浆层中的病害位置。采用上述方法，可以采用现有的检测方法，通过小波分析，可以快速的确定CA砂浆层中的病害位置，适合于高速铁路常年运营，天窗时间短的运营特点，并且满足了高速铁路对病害位置、病害规模快速定位的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种无砟轨道CA砂浆层病害检测方法流程图；

图2为本发明实施例提供的无砟轨道轨道板中钢筋分布模型示意图；

图3为本发明实施例提供的无砟轨道轨道板中的钢筋分布模型的仿真示意图；

图4A为本发明实施例提供的正演305行空间采样序列仿真示意图；

图4B为本发明实施例提供的正演280行空间采样序列仿真示意图；

图5为本发明实施例提供的低频信号重构信号示意图；

图6A为本发明实施例提供的CRTSII型板式无砟轨道结构示意图；

图6B为本发明实施例提供的存在病害的CRTSII型板式无砟轨道结构示图；

图7为本发明实施例提供的无砟轨道轨道板上设置4条测试线示意图；

图8A为本发明实施例第一条测试线上第90个采样点的空间序列示意图；

图8B为本发明实施例第二条测试线上第90个采样点的空间序列示意图；

图8C为本发明实施例第三条测试线上第90个采样点的空间序列示意图；

图8D为本发明实施例第四条测试线上第90个采样点的空间序列示意图；

图9A为本发明实施例第一条测试线的低频信号重构示意图；

图9B为本发明实施例第二条测试线的低频信号重构示意图；

图9C为本发明实施例第三条测试线的低频信号重构示意图；

图9D为本发明实施例第四条测试线的低频信号重构示意图；

图10为本发明实施例提供的一种无砟轨道CA砂浆层病害检测装置结构示意图。

具体实施方式

在本发明实施例中，通过小波分析方法，可以将空间采样序列的尺度系数和空间采样序列的小波系数中的高频信号滤除，而将保留的低频信号重构后与未发生病害的CA砂浆层信号图进行比对，从而可以快速的定位出CA砂浆中的病害位置。上述方法适合于高速铁路常年运营，天窗时间短的运营特点，并且满足了高速铁路对病害位置、病害规模快速定位的需求。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下是本发明实施例中涉及的专业术语：

1、无砟轨道：又称为无碴轨道(英文为：unballastedtrack)，是指采用混凝土、沥青混合料等整体基础取代散粒碎石道床的轨道结构统称为无砟轨道。其轨枕本身是混凝土浇灌而成，而路基也不用碎石，钢轨、轨枕直接铺在混凝土路基上。无砟轨道由铁轨、扣件、单元板组成，起减震、减压作用。其平顺性好，稳定性好，使用寿命长，耐久性好，维修工作少，避免了飞溅道砟。

2、小波变换(wavelettransform，英文简称：WT)：是一种新的变换分析方法，通过小波变换能够充分突出问题某些方面的特征，能对时间(空间)频率的局部化分析，通过伸缩平移运算对信号(函数)逐步进行多尺度细化，最终达到高频处时间细分，低频处频率细分，能自动适应时频信号分析的要求，从而可聚焦到信号的任意细节。与Fourier(中文为：傅里叶)变换相比，是一个时间和频域的局域变换因而能有效地从信号中提取信息，通过伸缩和平移等运算功能对函数或信号进行多尺度细化分析，解决了Fourier变换不能解决的许多困难问题。

3、多分辨率分析(MultiresolutionAnalysis，英文简称：MRA)概念是由S.Mallat和Y.Meyer在前人大量工作的基础上于1986年提出的，从空间的概念上形象的说明了小波的多分辨率特性，随着尺度由大到小变化，在各尺度上可以由粗到细的观察图像的不同特征。

图1为本发明实施例提供的一种无砟轨道CA砂浆层病害检测方法流程图，该方法可以应用于铁路轨道检测中。

如图1所示，本发明实施例提供的一种无砟轨道CA砂浆层病害检测方法主要包括下列步骤：

步骤101，根据无砟轨道轨道板上测试线上的介电常数以及所述无砟轨道轨道板的厚度，确定CA砂浆层的空间采样序列；

步骤102，通过小波分析，确定所述空间采样序列的初始序列，获取所述空间采样序列的尺度系数和所述空间采样序列的小波系数；

步骤103，通过小波，对所述空间采样序列的尺度系数和所述空间采样序列的小波系数进行滤波，得到空间采样序列的滤波尺度系数和滤波小波系数，对所述滤波尺度系数和所述滤波小波系数进行空间序列重建，得到重建序列；

步骤104，根据所述重建序列，获取所述CA砂浆层病害位置。

在步骤101中，无砟轨道轨道板上的测试线可以有一条，可以有两条，也可以有若干条，其中，无砟轨道轨道板上的测试线的确定与具体的被测试的无砟轨道轨道板的宽度相关。若无砟轨道轨道板上的测试线的数量比较少，则可以根据需要被测试的具体位置，设置测试线之间的距离，若无砟轨道轨道板上的测试线的数量比较多，则可以在无砟轨道轨道板的表面均匀的设置各条测试线，并且保证各个测试线之间的间距相等。在本发明实施例中，对在无砟轨道轨道板上设置的测试线的数量不做具体的限定，同时，对各个测试线之间的间距也不做限定。

在实际应用中，由于需要测试的无砟轨道轨道板的长度可能会不同，即在无砟轨道轨道板上设置的测试线的长度也会不同。在本发明实施例中，确定无砟轨道轨道板上设置的测试线上的介电常数时，可以通过分别确定测试线上的若干个测试点上的介电常数，然后对确定的若干个测试点上的介电常数取均值，将确定的均值确定为无砟轨道轨道板上设置的测试线上的介电常数。在本发明实施例中，可以通过介电常数测试仪确定无砟轨道轨道板上测试线上各个测试点上的介电常数。

由于无砟轨道轨道板上设置的测试线的长度可能会不同，因此，测试线上确定的测试点的数量也会不同。在本发明实施例中，需要根据探地雷达的测试最小间距来确定测试点之间的间距。举例来说，若探地雷达测试的最小间距为2mm，可以确定测试线上的测试点之间的最小距离可以为2mm，同时，测试线上的测试点之间的距离还可以是2的倍数。本发明实施例中，对探地雷达测试的最小间距不做具体的限定；同时，对无砟轨道轨道板上测试线上设置的测试点的数量也不做具体的限定。

在步骤101中，无砟轨道轨道板的厚度可以根据实际铺设的轨道板的型号确定，或者在测试现场实地测量确定无砟轨道的厚度。举例来说，I型号的轨道板的厚度为30cm，II型号轨道板的厚度为20cm。在发明实施例中，对无砟轨道轨道板的厚度确定方法不做具体限定。

在实际应用中，由于无砟轨道轨道板钢筋分布沿横向、纵向中心对称分布，通过探地雷达对无砟轨道轨道板的检测，可以在雷达信号图中出现清晰可见的，且呈对称分布的钢筋信号图。

在本发明实施例中，采用小波变换，可以将通过探地雷达对无砟轨道轨道板检测后，确定的雷达信号中的直达波滤除，从被滤除直达波的雷达信号中，可以确定无砟轨道轨道板在雷达信号图中的空间位置；根据电磁波的传播速度以及探地雷达与无砟轨道轨道板之间的距离，还可以确定探地雷达向无砟轨道轨道板发出的电磁波的单程传输时间，进一步地，还可以确定探地雷达向无砟轨道发出的电磁波的双程传输时间。

具体地，根据无砟轨道轨道板的厚度、无砟轨道轨道板在信号图中的空间位置、雷达信号在无砟轨道轨道板与雷达之间的传输时间、以及测试线上的介电常数，通过小波分析，可以确定CA砂浆层在信号图中的空间位置及雷达信号在CA砂浆层与雷达之间的传输时间。

举例来说，若无砟轨道轨道板上设置的测试线上的介电常数为ε_rm，无砟轨道轨道板的厚度为h，无砟轨道轨道板在信号图中的空间位置为x_g，探地雷达向对无砟轨道轨道板发出的电磁波的单程传输时间为t_g，根据公式(1)，可以确定CA砂浆层在信号图中的空间位置以及探地雷达向CA砂浆层发出的电磁波的单程传输时间。其中，CA砂浆层在信号图中的空间位置可以用公式(2)表示；探地雷达向CA砂浆层发出的电磁波的单程传输时间可以用公式(3)表示。

在上述实施例中，公式(1)为：

式中，v表示电磁波在无砟轨道轨道板中传播的速度；c＝3×10⁸m/s表示光速，ε_rm表示平均介电常数。

公式(2)为：

x_i＝x_g+h(2)

式中，x_i为CA砂浆层在雷达图中的空间位置；x_g为地面在雷达图中的空间位置；h为无砟轨道轨道板的厚度。

公式(3)为：

t_i＝t_g+h/v(3)

式中，t_i为CA砂浆层在雷达图中的时间；t_g为地面在雷达图中的时间；h为无砟轨道轨道板的厚度，v表示电磁波在无砟轨道轨道板中传播的速度。

在本发明实施例中，由于探地雷达的测试最小间距已经确定，所以，探地雷达在对设置在无砟轨道轨道板上的测试线进行逐一检测时，可以根据探地雷达的测试最小间距，确定每个相邻测试点之间的间距。比如，相邻测试点之间的间距与探地雷达的测试最小间距相等，或者相邻测试点之间的间距为探地雷达的测试最小间距的N倍，其中，N为大于1的整数。

在本发明实施例中，可以根据探地雷达对测试线上的各个测试点之间的测试时间间隔，进一步的确定CA砂浆层在信号图中的空间采样序列。举例来说，若探地雷达对测试线上五个测试点总的测试时间为5T，其中，探地雷达向无砟轨道轨道板发出的电磁波的双程传输时间为t，则可以确定探地雷达对测试线上的各个测试点之间的测试时间间隔为：T-t。本发明实施例中，对确定探地雷达对测试线上的各个测试点之间的测试时间间隔的具体方法不做限定。

进一步地，根据小波分析，可以确定CA砂浆层在信号图中的空间采样序列。

在步骤102中，在确定设置在无砟轨道轨道板上的测试线的空间采样序列之后，可以采用Haar小波函数，以Haar小波为母小波，对测试线的空间采样序列进行多层分解，从而确定空间采样序列的初始序列。

举例来说，设某个信号序列为{x₁，x₂，x₃，x₄}。对该信号进行多层分解，具体包括：

先对信号序列中的前两个信号按照下列公式(4)进行计算，分别确定x₁、x₂和a_1，0、d_1，0之间的关系：

公式中，a_1，0是原信号前两个值x₁、x₂的平均，称为低频成分，反映前两个值x₁、x₂的基本特征或粗糙趋势；d_1，0反映了x₁、x₂的差别，即细节信息，称为高频成分。

对信号序列中后两个信号按照公式(5)计算，确定x₃、x₄和a_1，1、d_1，1之间的关系：

公式中，a_1，1是原信号后两个值x₃、x₄的平均，称为低频成分，反映后两个值x₃、x₄的基本特征或粗糙趋势；d_1，1反映了x₃、x₄的差别，即细节信息，称为高频成分。

将{a_1，0，a_1，1，d_1，0，d_1，1}看作是对{x₁，x₂，x₃，x₄}实施的一次变换的结果。

进一步地，变换还可以按照公式(6)往下进行：

a_0，0＝(a_1，0+a_1，1)/2

＝((x₁+x₂)/2+(x₃+x₄)/2)/2(6)

＝(x₁+x₂+x₃+x₄)/4

公式(6)中，a_0，0是对4个信号元素最终的平均，它是原信号最基本的信息；

经过二次变换，我们得到了原信号的另一种表示：

{a_0，0，d_0，0，d_1，0，d_1，1}

该序列叫做原序列的小波变换。

进一步地，在确定空间采样序列的初始序列之后，可以获取空间采样序列的尺度系数和空间采样序列的小波系数。

在本发明实施例中，需要确定的是CA砂浆层的病害位置，由于探地雷达是对无砟轨道轨道板检测，在信号图像中无砟轨道轨道板中的钢筋的信号在信号图像中占据多数，而CA砂浆层的信号为微弱信号，在信号图像中的变化非常的微弱。在本发明实施例中，为了确定CA砂浆层的病害位置，需要将信号图像中占据多数的无砟轨道轨道板中的钢筋信号滤除，而将CA砂浆层的微弱信号保留。具体地，根据Mallat小波的多分辨率分析，对所述空间采样序列的小波系数进行低通滤波，得到空间采样序列的滤波尺度系数和空间采样序列的滤波小波系数。

进一步地，将得到的空间采样序列的滤波尺度系数和空间采样序列的滤波小波系数进行重构，得到重建序列。

在步骤104中，根据重建序列，获取CA砂浆层病害位置。具体地，可以将重构的滤波序列还原为信号图，和现有的未发现病害的CA砂浆层的信号图进行比对，若两幅图存在差异，则可以确定被测试的CA砂浆层存在病害，并且根据具体的差异点，确定CA砂浆层的病害具体位置；还可以将重构序列，通过阈值，取信号图中的峰值，根据信号图中的峰值与相邻峰值的差异，确定CA砂浆层的病害具体位置。本发明实施例中，对从重构序列中确定CA砂浆层的病害具体位置的方法不做限定。

本发明实施例中，根据无砟轨道轨道板上测试线上的介电常数以及所述无砟轨道轨道板的厚度，可以确定CA砂浆层的空间采样序列，通过小波分析，确定所述空间采样序列的初始序列，获取所述空间采样序列的尺度系数和所述空间采样序列的小波系数；通过小波，对所述空间采样序列的尺度系数和所述空间采样序列的小波系数进行滤波，得到空间采样序列的滤波尺度系数和滤波小波系数，对所述滤波尺度系数和所述滤波小波系数进行空间序列重建，得到重建序列；根据所述重建序列，获取所述CA砂浆层病害位置。由于无砟轨道中轨道板的钢筋沿横向、纵向呈对称分布，从而可以根据探测雷达探测的信号，确定出轨道板中的钢筋在雷达信号图中依然呈对称分布，进一步地，由于CA砂浆层中的病害的分布呈随机状态，从而可以在雷达信号图中呈非周期分布。在本发明实施例中，采用小波分析方法，可以对空间采样序列的尺度系数和所述空间采样序列的小波系数进行滤波，从而可以将雷达信号图中的呈周期分布的信号滤除，而将滤波后的进行重建，确定CA砂浆层中的病害位置。采用上述方法，可以采用现有的检测方法，通过小波分析，可以快速的确定CA砂浆层中的病害位置，适合于高速铁路常年运营，天窗时间短的运营特点，并且满足了高速铁路对病害位置、病害规模快速定位的需求。

为了详细介绍本发明实施例提供的一种无砟轨道CA砂浆层病害检测方法，下面以确定仿真无砟轨道CA砂浆层病害方法为例，来详细介绍本发明实施例的具体过程：

图2为本发明实施例提供的无砟轨道轨道板中钢筋分布模型示意图，包括：无砟轨道201，钢筋202和脱空病害203。其中，钢筋分布模型的尺寸为5.5*2.5m，在无砟轨道201中总共分布有两层钢筋202，钢筋202之间的间距为50cm，钢筋202半径8cm；脱空病害203的尺寸半径为10cm。

无砟轨道轨道板中钢筋分布模型中的其他参数如表1所示：

表1钢筋分布模型中其他参数

通过Split-StepFourier变换(中文为：分布傅里叶算法，简称SSF)对无砟轨道轨道板中钢筋分布模型进行仿真。其中，仿真结果为985*657矩阵，包括：沿测线扫描方向(x方向)共扫描657道，道间间隔为0.84cm，每道采样时窗为121.5ns，采样点数为985点。

图3为本发明实施例提供的无砟轨道轨道板中的钢筋分布模型的仿真示意图，如图3所示，可以看出第一层10根钢筋在雷达图的双曲相应特性曲线清晰可见，抛物线的顶部即钢筋所在位置，顶部位置对应时间坐标为14.71ns；第二层钢筋顶部受第一层钢筋的影响抛物线顶部不是很明显；病害空洞的雷达相应特性曲线不明显，不能直接判断出病害的位置。

根据表1，可以确定无砟轨道轨道板的介电常数，根据探地雷达发出的电磁波在无砟轨道轨道板中的传播速度，可以计算出无砟轨道轨道板在信号图中的空间位置，进一步地，可以计算出空洞病害在信号图中的空间位置，即空洞病害在信号图中的深度信息。

由于上述方法，只能大概估算出空洞病害的位置，不能够精确的确定空洞病害的具体位置。基于此，可以根据估算出的空洞病害位置，从正演仿真雷达图中取得预估的病害所在深度的空间采样序列。

图4A为本发明实施例提供的正演305行空间采样序列，图4B为本发明实施例提供的正演280行空间采样序列。

如图4A和图4B所述，可以确定病害上部280行采样序列数据呈周期分布，预估病害深度位置第305行在200点-300点之间出现了信号的跳跃。对图4A中的对应的空间采样序列，以Haar小波为母小波，做6次分解。

利用小波多分辨率分析，滤除原始信号在小波空间W₁～W₅(第一层到第五层)中的投影，只保留其低频部分在W₆(第六层)空间上的投影，然后重构信号。

如图5所示，为本发明实施例提供的低频信号重构信号示意图，如图5所示，可以确定在序列224-256之间出现明显的峰值，在本发明实施例中，根据无砟轨道轨道板中钢筋分布模型示意图，预先确定空洞病害的位置。而通过本发明实施例提供的一种无砟轨道CA砂浆层病害检测方法，确定出的空洞病害位置与预先估计的空洞病害的位置一致。

为了详细介绍本发明实施例提供的一种无砟轨道CA砂浆层病害检测方法，下面以现场测试无砟轨道CA砂浆层病害方法为例，来详细介绍本发明实施例的具体过程：

图6A为本发明实施例提供的CRTSII型板式无砟轨道结构示意图，其中CRTSII型轨道板尺寸为6.45m×2.55m，每块轨道板有10个承轨台，3个注浆孔，承轨台与承轨台之间有倒三角缝隙。

图6B为本发明实施例提供的存在病害的CRTSII型板式无砟轨道结构示图，其中，CRTSII型板式无砟轨道中的病害，是在无砟轨道铺设过程中，预先在CA砂浆层中布设了病害，如图6B所示，其中A处为内部中空密封的有机玻璃塑料盒；B-E处为相对介电常数ε_r≈1的聚乙烯泡沫。

在本发明实施例中，对无砟轨道轨道板的检测中，采用了意大利IDS公司探地雷达主机及900M天线，其中，检测参数如表2所示。

表2雷达天线参数

在实际应用中，由于天线的体积较大，尺寸为43cm×43cm，而钢轨间承轨台间距为73cm，所以在无砟轨道轨道板上设置了4条测试线。图7为本发明实施例提供的无砟轨道轨道板上设置4条测试线示意图，其中，每条测试线之间的间距为10cm。

在确定无砟轨道轨道板上每条测试线上的介电常数时，可以选用Percometer介电常数及电导率测试仪在每条测试线上选择10个点得到每个点的介电常数，对每个测试线上10个测试点的介电常数取平均值，可以得到无砟轨道轨道板上每个测试线上的介电常数。

根据无砟轨道轨道板上每个测试线上的介电常数，探地雷达主机发出的电磁波在无砟轨道轨道板中的传播速度，可以计算出无砟轨道轨道板在信号图中的空间位置，进一步地，可以计算出CA砂浆层的大致位置。

由于已经估算出CA砂浆层的大致位置，可以根据估算的结果取得相应的空间采样序列。本次测试取每道数据的第90个样点构成空间采样序列。

图8A为本发明实施例第一条测试线上第90个采样点的空间序列示意图；图8B为本发明实施例第二条测试线上第90个采样点的空间序列示意图；图8C为本发明实施例第三条测试线上第90个采样点的空间序列示意图；图8D为本发明实施例第四条测试线上第90个采样点的空间序列示意图；

对图8A、图8B、图8C和图8D中的4条空间采样序列，以Haar小波为母小波，进行了6次分解。

利用小波多分辨率分析，滤除原始信号在小波空间W₁～W₅(第一层到第五层)中的投影，只保留其低频部分在W₆(第六层)空间上的投影，然后重构信号。

图9A为本发明实施例第一条测试线的低频信号重构信号示意图；图9B为本发明实施例第二条测试线的低频信号重构信号示意图；图9C为本发明实施例第三条测试线的低频信号重构信号示意图；图9D为本发明实施例第四条测试线的低频信号重构信号示意图；其中，图9A、图9B、图9C和图9D均不同程度的反映了CA砂浆层病害位置。在现场测试中，第一条测试线正下方没有病害，所以，图9A的信号对比不是非常明显；而第四条测试线的正下方包含了病害B-E，所以图9D中的信号清晰可以，对比明显；进一步地，由于病害A处于承轨台下方，并不在四条测试线的正下方，所以，A处电磁波反射能量较小，且没有在这四条测试线的信号对比图中显示出来。

基于同一发明构思，本发明实施例提供了一种无砟轨道CA砂浆层病害检测装置，由于该装置解决技术问题的原理与一种无砟轨道CA砂浆层病害检测方法相似，因此该装置的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。

如图10所示，为本发明实施例提供的一种无砟轨道CA砂浆层病害检测装置结构示意图，包括确定单元10，第一获取单元11，重构单元12和第二获取单元13。

确定单元10，用于根据无砟轨道轨道板上测试线上的介电常数以及所述无砟轨道轨道板的厚度，确定CA砂浆层的空间采样序列；

第一获取单元11，用于通过小波分析，确定所述空间采样序列的初始序列，获取所述空间采样序列的尺度系数和所述空间采样序列的小波系数；

重构单元12，用于通过小波，对所述空间采样序列的尺度系数和所述空间采样序列的小波系数进行滤波，得到空间采样序列的滤波尺度系数和滤波小波系数，对所述滤波尺度系数和所述滤波小波系数进行空间序列重建，得到重建序列；

第二获取单元13，用于根据所述重建序列，获取所述CA砂浆层病害位置。

较佳地，所述确定单元10具体用于：

对所述无砟轨道轨道板的雷达信号进行时空分析，确定所述无砟轨道轨道板在信号图中的空间位置以及所述雷达信号在所述无砟轨道轨道板与雷达之间的传输时间；

根据所述无砟轨道轨道板的厚度、所述无砟轨道轨道板在信号图中的空间位置、所述雷达信号在所述无砟轨道轨道板与雷达之间的传输时间、以及所述测试线上的介电常数，确定所述CA砂浆层在所述信号图中的空间位置及所述雷达信号在所述CA砂浆层与所述雷达之间的传输时间；

根据所述CA砂浆层在所述信号图中的空间位置确定所述测试线在所述无砟轨道轨道板上的位置，根据所述CA砂浆层与所述雷达之间的传输时间，确定所述雷达在所述测试线上各个测试点之间的测试时间间隔，根据所述雷达在所述测试线上各个测试点之间的测试时间间隔，确定所述CA砂浆层在所述信号图中的空间采样序列。

较佳地，所述第一获取单元11具体用于：

以Haar小波为母小波，对所述空间采样序列进行多层分解，确定所述空间采样序列的初始序列。

较佳地，所述重构单元12具体用于：

根据Mallat小波的多分辨率分析，对所述空间采样序列的在尺度空间和小波空间上进行多层分解，根据所述多分辨率分解结果，对所述空间采样序列的小波系数进行低通滤波，得到空间采样序列的滤波尺度系数和滤波小波系数。

较佳地，所述无砟轨道轨道板上测试线上包括有若干个测试点；

所述确定单元10还用于：

根据无砟轨道轨道板上测试线上的介电常数以及所述无砟轨道轨道板的厚度，确定CA砂浆层的空间采样序列之前，还包括：

获取所述无砟轨道轨道板测试线上各个测试点上的介电常数，将所述各个测试点上的介电常数的均值确定为所述无砟轨道上测试线上的介电常数。

应当理解，以上无砟轨道CA砂浆层病害检测装置包括的单元仅为根据该设备装置实现的功能进行的逻辑划分，实际应用中，可以进行上述单元的叠加或拆分。并且该实施例提供的无砟轨道CA砂浆层病害检测装置所实现的功能与上述实施例提供的无砟轨道CA砂浆层病害检测方法一一对应，对于该装置所实现的更为详细的处理流程，在上述方法实施例一中已做详细描述，此处不再详细描述。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。