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申请/专利权人：中国国家铁路集团有限公司;中国铁道科学研究院集团有限公司;中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所

摘要：本发明涉及隧道衬砌空洞检测技术领域，提供了一种基于声音脉冲信号的隧道衬砌空洞检测方法及系统。该方法包括：击打隧道衬砌空洞和实心部位，分别拾取隧道衬砌空洞和实心部位产生的声音脉冲信号；将声音脉冲信号转化为数字信号后进行预处理，提取设定能量阈值的脉冲信号构成数据集；将其中不等长的脉冲样本分为数量相等的帧后，提取数据集中样本的MFCC特征；搭建支持向量机模型，获得目标样本；测试获得目标样本的识别结果。本发明提取的特征参数维度相同，采用变帧长方式实现完整脉冲信号分析，不会造成信息损失；利用模式识别技术，搭建SVM模型对空洞进行检测，在分类问题和回归问题上体现了良好的性能，获得较高的模型的准确率和可靠性。

主权项：1.一种基于声音脉冲信号的隧道衬砌空洞检测方法，其特征在于，包括：S1:击打隧道衬砌空洞和实心部位，分别拾取所述隧道衬砌空洞和实心部位产生的声音脉冲信号；S2:将所述声音脉冲信号转化为数字信号后进行预处理，提取设定能量阈值的脉冲信号构成数据集；S3:将所述数据集中不等长的脉冲样本分为数量相等的帧后，提取数据集中空洞、实心两类样本的MFCC特征；S4:搭建支持向量机模型，将所述提取所述数据集中空洞、实心两类样本的MFCC特征输入所述支持向量机模型进行训练，获得目标样本；S5:利用所述目标样本对数据集进行测试，获得目标样本的识别结果；所述S3中将所述数据集中不等长的脉冲样本分为数量相等的帧包括：利用汉明窗将根据所述数据集中脉冲样本的时间长度统一分为5帧；xwn＝xn*wn其中，xwn加窗后数据，xn为一帧样本数据，wn表示窗函数，wn为： 其中，N为数据帧长；所述S3还包括：若个别帧内的采样点的数量小于2I，则对该帧进行补零，其中，I为自然数；不论初始信号时间长度是多少，所有样本均被分为5帧；接着对这5帧信号提取MFCC，如果个别帧内的采样点个数不足2I，则对该帧进行补零；使得不等长的脉冲样本提取的特征矩阵维度一致，符合模型输入的要求，且不损失任何脉冲信息，提高了识别的准确率；每一帧补零完成后，对信号高频部分进行加重，然后利用傅里叶变换提取频域能量分布： 其中，数据帧长与汉明窗长度相等；Xk是傅里叶变换结果，其中k为频率索引；对频谱取平方得到功率谱，然后利用梅尔滤波器组进行滤波，滤波后的能量大小为： 式中，L为滤波器组数目，Wlk为梅尔滤波器组的频率响应，表达式为： 其中，ol代表梅尔滤波器组中第l个滤波器，经过对数运算和离散余弦变换就可以获得改进后的MFCC参数；所述S3中提取数据集中空洞、实心两类样本的MFCC特征的表达式如下： 其中，Cmfcci是MFCC特征参数，N为信号帧长，ml是梅尔滤波器组的输出，l是第l个滤波器，i表示第i个数值，L为滤波器组数目。

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