小波分析在土木工程领域

　　摘 要 近几年来，国家的经济实力和科学技术水平有了很大提高，也给国家各行各业发展带来了很大便利条件，促进了各个行业的进步，尤其是建筑业。建筑行业得到了很大进步，很多先进科学技术也都在建筑行业中得到了运用，比如说小波分析，小波分析在土木工程领域的广泛应用，使得整个工程得到了很大发展，为了更好地了解小波分析，促进建筑行业发展，我们来对小波分析在土木工程领域中的应用进行探讨。
　　关键词 小波分析；土木工程；探讨
　　前言
　　改革开放以来，我们国家在经济上发展的越来越好，因此，就有资金进行科研建设，并且取得了一定成绩，小波分析作为科研技术的产物，在建筑行业起到了关键作用。小波分析在土木工程领域得到了广泛应用，也发挥了很大作用，促进了土木工程领域的发展。小波分析技术主要是利用小波变换来对信号进行处理，是一种处理手段，能够解决土木工程中的很多问题，保证土木工程工作能够顺利进行，对保证我国建筑行业发展也有重要意义。
　　1 小波分析的基本原理
　　小波分析是一种先进技术，得到了国家的高度重视，也是建筑工程中的宠儿，尤其是土木工程领域。小波分析之所以能够在土木工程领域得到广泛应用，主要得益于其精确性和科学性[1]。小波分析主要是对信号进行处理的一种技术，也是一种新兴信号处理手段，已经成为了数学中不能割裂的分支，其工作的基本原理能够通过数学公式进行表示，因此能够使工作变得更加简单。小波分析与其他传统分析变换手段不同，传统傅里叶变换手段不能反映局部信号转换，也不能够提供局部频率信息，只能待全部信号转换完成后将整体信号频率反映出来，给土木工程工作带来了一定困难，不利于工作正常进行。但是小波分析技术不一样，小波转换能够将局部频率信息清晰地反映出来，而小波分析是以小波转换为基础进行工作的，因此，具有很大作用，它主要是依靠一个既能伸缩又能平移的可变性视窗，然后对信号进行聚焦[2]，这样能够看到信号的整体面貌，也能够看到局部细节，同时也能够看到信号进行频域处理，小波分析的这个功能，能够使土木工程工作中信号的瞬时特性得到保留，防止其丢失，对整个土木工程工作有着重要意义，对整个教育行业发展也有关键作用。小波分析这一特性也适合其他行业发展，也给其他行业带来了很大便利和优势，得到了非常广泛的应用，有非常广阔的市场，在信号与图像处理、地震勘测等方面也有很大发展空间。
　　小波分析的基础是小波变换，小波变换的基本原理能够通过数学函数表达出来非常具有逻辑性，能够给土木工程中数据运算带来很大便利，也提高了数据准确性[3]。
　　小波变换主要是通过利用小波函数来表示信号或函数，具多样性特点，其主要分为连续小波变换、离散小波变换、多波辨分析和小波包分析四种情况，连续小波变换主要运用在连续小波中，要求是要有连续的小波，这样才能够使连续小波变换得到应用，因此我们一定要分清情况，要认清土木工程中小波是否连续；离散小波变换，顾名思义，主要是在离散小波中应用，只有小波在离散情况下才能够使用离散小波变换函数进行计算，要确认好离散小波函数指标，确定小波为离散状态，这样才能够保证计算结果的准确性，避免土木工程工作中出现错误[4]；多分辨分析，主要是利用金字塔算法来进行计算，但是它自身存在缺点，它不能够对高频信号进行处理，只能在低频信号中发挥作用，因此我们在运用时要考虑全面，将低频信号和高频信号区别开，保证数据计算的正确性和科学性，减少失误和错误；小波包分析对于整个土木工程领域有很大作用，它能够对多分辨分析进行补充，弥补了其在信号分析处理中的不足，能够将其不能分析的高频信号进行处理，并且能够对频带进行多层次分解，使信号和与其相一致的频带能够互相对应，提高了时频分辨率，提高小波分析整体效率，使土木工程工作能够正常进行，进而促进土木工程领域发展。
　　小波分析主要有以上几个基本原理，而且各自有各自的适用范围和要求，我们一定要将所有小波信号进行仔细分析，看其符合哪个条件，然后采用适合分析方法进行计算，保证土木工程工作顺利开展。
　　2 小波分析的应用研究
　　2.1 在结构振动中的应用
　　⑴结构抗震分析中的应用
　　地震灾难能够使我们生命受到威胁，也能够使我们国家经济遭受损失，给社会、国家都能够带来巨大影响。近几年来，国家发生地震的次数比较多，对人们赖以生存的家园造成破坏，也给该地区经济发展带来了很大冲击，因此，国家对建筑行业建筑与结构的抗震能力越来越重视，对结构抗震也有了很高要求[5]。小波分析在结构抗震分析中发挥着越来越重要的作用，在地震时，其震动属于不平稳信号，这样不平稳信号如果利用小波分析来进行分析，能够被很精确的反映出来。小波分析可以对地震时地下动力反应进行分析，然后记录出数据，找出信号特征，然后再利用函数进行计算，得出各个地区地下反应程度，进而判断结构抗震效果。小波变换在结构抗震分析中与傅里叶分析来说具有很大优势，它能够对任意频率范围内的信号进行分析处理，对保证土木工程结构抗震效果有重要意义。
　　⑵在地震波反演中的应用
　　在土木工程工作中，我们一般都会对建筑结构进行地震波反演，这样能够保证结构抗震能力，使整个建筑结构抗震能力能够得到很大保证。小波分析在地震波反演中也得到了广泛应用，其可以解决整个过程中初始阶段对原模型依赖性强等问题，能够摆脱对原模型的依赖[6]。在整个过程中，也容易出现陷入局部极值的问题，然而利用小波分析能够很容易解决这个问题，其主要是利用多尺度地震反演方法，将参数反演问题分解成几个很小部分，利用多尺度之间的联系和小波域中的稀疏性来解决这个问题，具有明显效果，发挥了很大作用，因此，土木工程中离不开小波分析，
　　2.2 小波分析在结构损伤诊断中的应用
　　直接用来检测损伤：国家现在对于建筑结构质量安全越来越重视，对建筑结构损伤诊断也越来越重视，小波分析在结构损伤诊断中也发挥着重要作用，给建筑结构损伤诊断提供了重要保证。小波分析对结构进行诊断主要是对复合材料进行诊断，复合材料的应用十分广泛，在很多行业都有应用，但是还是主要应用在航天行业和很多民用工程结构，复合材料在建筑工程中也得到了广泛应用，一旦其出现损伤就会给整个建筑工程带来很大困难，也会带来很大影响，因此，我们一定要做好损伤检测工作。利用小波分析进行检测时，主要是通过对其信号分辨率的高低作为检测原理，原始信号不能够将其中的突变分辨出来，但是，其分解后分辨率较高，因此，可以利用分解后信号的奇变性，分辨出原始信号不能分辨出来的突变，找出受损结构，解决其中问题，保证结构质量安全，使整个土木工程结构都得到保证。
　　3 结束语
　　小波分析作为一项重要技术手段，在土木工程中得到了广泛应用，给土木工程带来了很大保证，促进了土木工程工作顺利开展，但是其中也有很多问题没有得到解决，因此，我们要积极发展小波分析技术，积极解决其中的问题，使其能够更好地为土木工程服务，也能够更好地为其他行业服务，保证土木工程更加健康发展，进而促进整个建筑行业的进步。
　　参考文献
　　[1]刘娜.小波分析在土木工程领域中的应用[J].土木工程，2012，（08）：25-34.
　　[2]周海锋.浅析小波分析在土木工程领域中的应用[J].科技信息，2012， （09）：32-45.
　　[3]艾小林.关于小波分析基本原理的探究[J].江西建材，2013，（04）：45-65.
　　[4]孙海宁.关于小波分析在土木工程领域应用的探讨[J].江东建材，2013，（05）：63-78.
　　[5]周丹丹.小波分析在土木工程领域中的应用[J].世界地震工程，2012，（06）：41-66.
　　[6]赵宁.探究土木工程中小波分析的关键作用及应用[J].建筑工程，013，（06）：118-125.

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