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;x w (n)=x(n)*w(n)其中,x w (n)加窗后数据,x(n)为一帧样本数据,w(n)表示窗函数,w(n)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2 I ,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2 I ,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;X(k)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,W l (k)为梅尔滤波器组的频率响应,表达式为:其中,o(l)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,Cmfcc(i)是MFCC特征参数,N为信号帧长,m(l)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。
2.根据权利要求1所述的隧道衬砌空洞检测方法,其特征在于,所述S2中预处理包括:将256个采样点设为一帧,基于短时平均幅度提取设定能量阈值的脉冲信号,其中,设定能量阈值的脉冲信号包括单个脉冲信号。
3.根据权利要求1所述的隧道衬砌空洞检测方法,其特征在于,所述S4中搭建支持向量机模型包括:在特征空间中寻找最优超平面。
4.根据权利要求3所述的隧道衬砌空洞检测方法,其特征在于,所述S4中最优超平面,满足如下式:其中,ω和b分别表示超平面的法向量和常数项,s.t.表示满足限定条件,(x i )表示一种映射,ξ i 是松弛因子,C代表惩罚因子,(x i ,y i )代表数据样本。
5.根据权利要求3所述的隧道衬砌空洞检测方法,其特征在于,所述S4中支持向量机模型采用核函数将低维特征向量转换为高维空间中线性可分的特征向量。
6.根据权利要求5所述的隧道衬砌空洞检测方法,其特征在于,所述核函数包括径向基函数。
7.一种基于声音脉冲信号的隧道衬砌空洞检测系统,其特征在于,包括:拾取模块、预处理模块、特征提取模块、建模模块和识别模块,所述拾取模块,用于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被击打后产生的声音脉冲信号;所述预处理模块,用于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;所述特征提取模块,用于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;所述建模模块,用于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;所述识别模块,用于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;所述建模模块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;x w (n)=x(n)*w(n)其中,x w (n)加窗后数据,x(n)为一帧样本数据,w(n)表示窗函数,w(n)为:其中,N为数据帧长;所述建模模块还包括:若个别帧内的采样点的数量小于2 I ,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2 I ,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;X(k)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,W l (k)为梅尔滤波器组的频率响应,表达式为:其中,o(l)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;所述建模模块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,Cmfcc(i)是MFCC特征参数,N为信号帧长,m(l)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。
8.根据权利要求7所述的隧道衬砌空洞检测系统,其特征在于,所述预处理模块用于将256个采样点设为一帧,基于短时平均幅度提取设定能量阈值的脉冲信号,其中,设定能量阈值的脉冲信号包括单个脉冲信号。
9.根据权利要求8所述的隧道衬砌空洞检测系统,其特征在于,所述建模模块采用核函数搭建支持向量机模型,以及将低维特征向量转换为高维空间中线性可分的特征向量。