浅谈特征点压缩算法在分布式光纤桩基检测中的应用

浅谈特征点压缩算法在分布式光纤桩基检测中的应用

李思梦

上海浦公检测技术股份有限公司201323

摘要：桩基础，一种基础类型，目前在我国应用广泛。桩基质量的好坏，是需要相关工作技术人员对其进行检测的。随着经济的发展，桩基的应用数量逐渐增多。同时随着科技的发展，我国对于桩基的检测技术也有着很大进步。分布式光纤桩基是桩基的一种，其拥有一种名为BOTDR/A的感测技术，此技术可以用来对光纤桩基进行检测。而在此技术进行检测的过程中，其检测数据还需要经过平滑去噪的处理。特征点压缩算法，属于一种新兴的检测技术，属于平滑去噪方式之一。本文先是对其的概念进行了简述，后又介绍了分布式光纤桩基检测的内容、检测方法。最后，对特征压缩算法在检测中应用的效果展开了探讨。此次探讨的主要目的是为了增加大家对压缩算法的了解，进而促进我国桩基行业的发展。

关键词：特征点压缩算法；分布式光纤桩基；桩基检测

前言：

近几年，我国光纤桩基检测的技术日渐完善，相继出现了分布式、抗电磁干扰、长距离等光纤检测技术。此类技术具有良好的耐久性特征，已经逐渐在边坡、桥梁、桩基及隧道等工程中应用。感测技术在应用的过程中，会产生大量的检测数据，在众多的检测数据中，还会夹有部分噪声干扰。此种噪声干扰是无规则的，无周期性的。噪声干扰不利于检测工作的进行，相关人员应先给予去噪处理，然后再对检测数据进行计算和分析。目前，在我国的岩土工程方面，对于此类问题的研究学习的学者并不是很多，只有部分学者在实际应用中的研究涉及到该方面，例如朱国甫、徐洪钟、岳建平、朴春德等。本文章依据特征点压缩算法的定义、分布式光纤桩基检测内容、方法，分析总结了压缩算法应用的意义，对我国桩基的检测工作具有理论性意义，对我国检测技术的进步具有现实性的指导意义。

一、特征点压缩算法的概述

特征点压缩算法是部分概念归纳总结而成的，一部分是特征点定义，一部分是压缩算法定义。其概念是指在检测生成的数据形成的曲线上，对特征点进行查找的一种方法。特征点压缩算法，其主要的算法思想如下：每次顺序取数据曲线上的两个点（设为A和B）进行连线，对两点间所有点到该直线的最大垂直距离算出，设为L，随后将L与自己预先设定的阈值△进行比较。如果L小于△，将中间所有点剔除；如果L大于△，则仅保留最大垂直距离对应的曲线上的点，并将此点设为数据曲线新的分割点，设该点为C[1]。之后采用上述方法对AC和CB段进行计算分析判断是否存在分割点，以此类推找出AB段内所有的点。然后再取下一段数据继续依照以上方法处理，直至整条曲线处理完毕之后结束。此算法看似操作极难，但可通过使用计算机编制迭代程序，便能轻而易举的完成此操作。特征点含义是指在检测数据曲线上，较为明显的转折处的应变点。压缩算法，是指将数据进行压缩处理的一种方法，常被应用在电子与通信领域，又名信号编码，包括压缩和还原（或解码和编码）两个步骤。当特征点压缩算法中取得特征点后，需要对特征点之间的数据进行平滑处理，在特征点位置选择很小的参考点范围值进行处理，使特征点位置平滑。

二、分布式光纤桩基检测的内容

（一）桩身的完整性检测

在对桩基进行检测的过程中，桩身本身在物理力学方面的特性，被相关研究人员称之为“桩身完整性”。在美国ASTM标准D5882中的定义为：桩的物理尺寸和连续性以及桩身材料的一致性定量评价[2]。在上海市地方标准《建筑基桩检测技术规程》DGJ08-218-2003中对“桩身完整性”有明确定义，即反映桩身界面尺寸相对变化、桩身材料密实性和连续性的综合定性指标。其检测的内容又可细分为七小点，分别是桩身长度、材质（布局离析、疏松），桩身截面特点（截面形状、面积等），桩身内部是否存有缺陷（夹泥、空洞等），连续性（是否存有断裂或是裂缝的问题）。除此之外，还有桩身的护臂位置、钢筋笼的下放位置及钢筋笼长度、桩身与周边土质的结合情况等。

（二）单桩承载力检测

桩基础是基础中应用较为广泛的一种，按其受力方向，其承载力主要分为以下三种，分别是竖向抗压承载力、竖向抗拔承载力及水平承载力等[3]。其中，桩基竖向抗压承载力的应用及对其竖向抗压荷载下受力机理的研究最为广泛。而对桩基竖向抗拔承载力及水平承载力的应用及研究，仅是在桩基适应特殊工程中才有可能。影响单桩竖向承载力的因素有两方面，一方面是地基土为桩身提供的支持力，另一方面是桩身自身的建材强度。在一般桩基承载力检测过程中，例如工程的验收试验，需要检测出的单桩承载力是地基土对桩的支持力，指的是在某工程具体地质条件下桩身质量优良桩的地基承载能力。在试验时，选择桩身质量良好或基本良好的桩，以保证在试验过程中不会发生桩身结构的破坏，即保证桩身自身强度高于地基土对桩的支持力。也会有部分工程，需要在试桩阶段进行单桩承载力的检测，这时候要求试验做到地基土破坏或者桩身破坏，若桩身破坏，则单桩承载力由桩身强度控制，若地基土破坏，则单桩承载力由地基土对桩的支持力控制。在实际检测的过程中，常采用静荷载的方式对单桩的承载力进行检测。

三、分布式光纤桩基检测的方法

对分布式光纤桩基的完整性检测，检测步骤如下：（1）施加激励荷载，借助光纤传感技术对各应变点进行测试，后运用动力学应变模态分析方法法进行分析，得出应变模态分布场。或者利用混凝土本身具有的收缩特性，使得桩基内部的应变场逐渐形成[4]。（2）创建缺陷位置指标，以此为应变场的最大梯度值的找出提供便利，有利于快速的将缺陷大致位置确定下来。（3）对于没有缺陷的区域进行拟合，从而得到趋于完整的应变场结构，随后将实际检测的应变场与其做比较并分析判断，通过此种方法，实现对结构完整性的检测。（4）运用分布式检测技术在对桩基完整性进行检测时，其效率快，成本低，此方法在工程运营阶段具有良好的监测功能，且其检测的范围较为广阔。通过与数值计算方法的结合，可以提高其识别的精准度，能够对桩身缺陷的位置进行准确检测，克服了低应变动测、高应变动测、声波透射法等传统检测方法的局限性[6]。

四、特征点压缩算法在分布式光纤桩基检测中的应用实际应用成果

依据相关的试验分析，特征点压算法在对于桩基数据平滑去噪方面的作用极为明显[6]。检测时，首先应确定桩基的质量是否存在问题，其判断依据是观察桩身的轴力随着桩身的变化幅度是否缓慢，若是缓慢减小变化，则可以确定桩基本身无质量问题。此类新检测方法的应用，既可以对检测的数据分析进行保留，又可以对桩基进行平滑处理，同时，可以有效的对数据的信噪比进行改善。根据光纤桩基噪声干扰的减弱及桩基实际应用时的效果，可得知压缩算法在检测中的应用效果良佳。此外，压缩算法较比于传统的检测技术，其操作更为简单、便利，对于获取的数据能够进行合理的分析，利于实现对数据的平滑去噪处理。在检测过程中，数据的去噪会对压缩算法的检测工作造成一定的影响，相关人员应依据不同的数据选择相应的算法参数，有利于提升去噪的效果。

结论：言而总之，BOTDR/A检测法对于噪声干扰的去除具有一定的作用。在使用该技术进行检测的过程中，感测光纤设备埋设在桩身内部，采用的是对称安设。一旦桩身受力不均匀，会使桩基出现应力集中的问题。与此同时，在数据噪声干扰的情况下，检测的数据信息会缺少平滑性，致使数据匹配受阻，主要影响到的是桩基两侧检测数据，从而阻碍了后期分析的进行。文章对特征点压缩算法的含义进行概述，介绍了分布式光纤桩基检测的内容几方法，并提出了特征点压缩算法在其中应用的成效，希望能够对我国桩基检测事业的发展提供帮助。

参考文献：

[1]苗鹏勇，王宝军，施斌，等.特征点压缩算法在分布式光纤桩基检测中的应用[J].岩土力学，2017，38（3）：911-917.

[2]李忠义，童恒金，魏广庆.分布式光纤感测技术在混凝土预制管桩测试中的应用研究[J].中国水运月刊，2014，14（6）：347-349.

[3]童恒金.桩基分布式光纤检测技术规范初探[D].南京大学，2014，15.

[4]苗鹏勇.地裂缝分布式光纤监测信息系统研发与应用[D].南京大学，2017，20.

[5]王笑天，吕海洋.基于第一特征点的道格拉斯-普克压缩算法[J].软件导刊，2016，15（11）：68-70.

6]]韩青暖.图像局部特征压缩算法的研究[D].北京邮电大学，2015.