小波分析在高铁隧道沉降评估中的应用解析

李楠

（甘肃林业职业技术学院）

高铁隧道评估是把控高铁线下工程具体情况的重要环节。特别是高铁隧道的沉降变形评估更是对高铁的稳定运营有着重要的意义和影响。而同时高铁隧道的沉降变形评估也是难度较大的一项评估环节。由于隧道的沉降量小，再加上收到随机噪声的干扰，因此在实际评估过程中我们工作人员的检测变形值和实际的变形值之间存在着较大的差别。因此为解决这一误差，我们引入了小波分析。接下来笔者就从以下几个方面来进行分析。

1 小波分析法的运用背景

小波分析法的运用和高铁隧道本身的特点具有密切的关系。隧道具有明显的稳定性，但在隧道开展沉降分析变形监测时，往往会受到了周边环境、仪器设备误差等不确定因素的干扰，因而工作人员往往无法得到有效而真实的高铁隧道沉降变形评估数据信息。为了提高高铁隧道沉降变形评估数据的精准性，我们必须要对所检测到的高铁隧道沉降变形评估数据信息实行去噪处理，从最大程度上确保所得到的变形信息的真实，来精确地把握高铁隧道沉降变形情况。

2 小波变换去噪原理和去噪效果评价

2.1 基本理论

小波分析去噪在近年来的高铁隧道沉降变形评估方面运用的较为广泛。它具有其他传统的评估方法所不具备的可靠性、精确性等突出优点。小波分析法顾名思义就是在不同尺度下来开展小波变换。从技术层面上来讲，小波分析去噪主要原理是借助于不同中心频率的带通滤波器，来对信号开展滤波处理，重点过滤掉噪音性质的数据信息，从而进一步得到更为精准的高质量观测数据信息。

具体来讲，小波分析去噪的过程主要分为以下几个步骤：第一步是借助于Mallat算法，把信号分解成为不同频率成分。在这些不同的频率成分之中，高频部分和噪音有关，低频部分表示信号的主要特征。接下来再对低频部分开展相似运算，从而得出所需要的尺度数据信息。

2.2 效果评价指标

在高铁隧道沉降变形评估操作过程中，我们之所以说小波分析去噪法所得到的信息比较精准，是基于一系列的效果评价指标来定的。在实践当中，我们工作人员所运用的小波去噪效果评价的方法有很多。经过实践验证，我们主要借助于下面几种指标来衡量：

①均方根误差。严谨的来讲，均方根误差值越小，滤波效果越好。②原始信号和去噪后评估信号之间的偏差。在实践当中，去噪后的估计信号和原始信号偏差越接近0，去噪后信号的质量越好。③信噪比。该方法属于传统的测量方法。它常被用来评价去噪的效果。客观来讲，信噪比越高，滤波效果就越好。

3 沉降变形评估预测方法

在高铁隧道沉降变形评估过程中可以用到的方法种类很多。但不同的方法有其特定的适用范围和优缺点，这就需要我们工作人员灵活地结合所需要评估的高铁隧道位置、周边地理环境、高铁隧道的基本数据信息、高铁隧道沉降变形评估的设备工具、人员配备等等各种因素来选择最为合适的方式方法。接下来笔者以双曲线法和Asaoka法为例子来开展具体的评估分析：

3.1 双曲线法

双曲线法是高铁隧道沉降变形评估方式方法中运用最为广泛、操作简单且所得到的数据较为精准的方法之一。

3.2 Asaoka法

在诸多高铁隧道沉降变形评估方法中，Asaoka法也是十分常见的一种高效测评方法。Asaoka法主要指的是以在特定时间段内所得到的沉降观测数据信息为基础和前提，来预测和评估最终的高铁隧道沉降变形量与沉降速度的方法。在实际的运算操作过程中，我们需要借助于递推关系图解法来获取最终的高铁隧道沉降变形值。

4 工程实例分析

为了更形象更透彻地阐明小分子去噪法在高铁隧道沉降变形评估方面的应用。接下来笔者以小波阈值法去噪为依据，结合一个工程实例——某高速隧道一检测点的67期沉降变形监测数据信息，来简明扼要地进行分析。

通过对所获取的某监测点67期的高铁隧道沉降变形数据信息进行分析，我们运用Sym小波开展五层分解，接下来针对所得到的数值信息作阈值处理。通过一系列的小波函数、分解层次、阈值、阈值处理等操作之后，我们对这些原始数据施行去噪处理。通过相应的计算，笔者得出高铁隧道沉降变形数据去噪前后的均方根误差是0.120mm，偏差是0.002mm，信噪比数值是129.612。将去噪后的高铁隧道沉降变形数据和原始数据实行对比，我们可以得到如图1，从图形中我们可以更直观地看到去噪后的高铁隧道沉降变形数据信息和原始数据信息之间的差别。

图1

从上述这一对比分析图表中我们可以清晰地看到经过小波去噪处理过后的原始沉降曲线之中的尖端点出现了显著的减弱趋势。与此同时随机噪声得到了明显削减，而有效的信息被最大化地留存，由此得到的沉降数值信息更加精准明确。

5 结束语

综上所述，小波分析对于高铁隧道沉降变形评估的重要性不容小觑。因此在工作人员在开展高铁隧道沉降变形评估过程中，一定要重视小波分析法的运用，充分结合高铁隧道的实际情况，同时把控好小波分析法的具体操作要点，多措并举来提高高铁隧道沉降变形评估数据信息的有效性和精准性。上述文章中，笔者将自身多年从事高铁隧道沉降变形评估的经验融入其中，希望以此来唤起更多业界同行对于小波分析法的重视，保障高铁运营安全。

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