一种基于数据挖掘技术的地铁杂散电流腐蚀特征信息的提取方法技术

本发明专利技术公开了一种基于数据挖掘技术的地铁杂散电流腐蚀特征信息的提取方法，包括以下步骤：1、地铁现场关键数据采集：现场周围土壤电阻率、轨地过渡电阻、钢轨纵向电阻的测量，土壤离子成分分析；2、地铁现场关键数据等效化处理；3、实验室环境电化学腐蚀模拟；4、实验数据挖掘，腐蚀特征信息提取；5、根据腐蚀特征信息评估杂散电流腐蚀危险性。本发明专利技术能够借助数据挖掘技术，在获得地铁现场必要数据的情况下提取杂散电流电化学腐蚀特征信息，根据腐蚀特征信息评估杂散电流腐蚀危险性，预测未来埋地金属的腐蚀程度和使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种基于数据挖掘技术的地铁杂散电流腐蚀特征信息的提取方法
本专利技术涉及一种特征信息的提取方法，特别是一种基于数据挖掘技术的地铁杂散电流腐蚀特征信息的提取方法。
技术介绍
地铁杂散电流会对周围埋地金属管线、混凝土结构造成严重的电化学腐蚀，严重威胁地铁系统日常运营和人身安全。因杂散电流腐蚀而造成的危险事故时有发生，最根本的原因在于对地铁埋地金属管线的杂散电流腐蚀危险性评估不够准确。由于杂散电流分布的精确模型很难确定，杂散电流难以直接准确测量，根据所监测的参数，很难预测出埋地管线在杂散电流作用下的腐蚀程度和腐蚀趋势，从而其杂散电流腐蚀危险性也难以进行准确评估。金属管线埋置于地下，无法直观监测其受腐蚀情况，一般均采用间接的办法来反映杂散电流的腐蚀情况。目前主要通过极化电位间接检测杂散电流腐蚀情况，埋地管线极化电位既可以反映埋地管线的腐蚀特性，又可以反映杂散电流的干扰特性。在工程实践中，以极化电位表征埋地管线受杂散电流腐蚀影响的程度存在由于IR降的影响，极化电位在实际工程应用中检测精度有待提高；参比电极的种类和质量不同，对于极化电位的测量结果也具有较大的影响；以及无法预测埋地管线腐蚀量和使用寿命的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于数据挖掘技术的地铁杂散电流腐蚀特征信息的提取方法，该方法能够有效提取并预测地铁杂散电流腐蚀特征信息，全面且精确的评估当前埋地金属受杂散电流腐蚀影响情况，并预测未来埋地金属的腐蚀程度和使用寿命。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种基于数据挖掘技术的地铁杂散电流腐蚀特征信息的提取方法，包括以下步骤：步骤1：测量供电区间周围土壤电阻率ρ；测量供电区间内轨地过渡电阻Rg和钢轨纵向电阻Rs；通过土壤取样分析土壤中的主要离子成分；获取现场基本参数：供电区间长度L1、牵引电流I；步骤2：通过一段时间内杂散电流泄漏电荷量相等的原理进行等效处理，即：式中，Q1为杂散电流泄漏电荷量，Q2为实验室环境下直流电源所提供的电荷量，L1为供电区间长度，Is为供电区间内的杂散电流，t1为杂散电流腐蚀时长，t2为所设计电化学腐蚀时间，Ie为所设计电化学腐蚀实验中直流电源所提供的电流大小；根据电阻网络模型，结合现场参数测试结果进行计算，从而可以确定在实验室条件下所设计电化学腐蚀实验中直流电源所提供的电流大小Ie，所设计电化学腐蚀时间t2；步骤3：根据步骤2所确定的实验参数和埋地管线材质，制作金属样块并调配电解质溶液，在实验室腐蚀电解池环境下进行等效杂散电流电化学腐蚀实验；在所设计电化学腐蚀时间t2内，利用电化学分析仪分别测定电化学腐蚀过程中t2,1,t2,2,t2,3,…,t2,i,…,t2,n时刻的极化曲线并计算对应时刻下的腐蚀电流密度icorr(2,1),icorr(2,2),icorr(2,3),…,icorr(2,i),…,icorr(2,n)，测量对应时刻腐蚀前后金属失重量Δm2,1,Δm2,2,Δm2,3,…,Δm2,i,…,Δm2,n，根据极化曲线和腐蚀前后金属样块的失重量计算腐蚀速率Corrrate(2,1),Corrrate(2,2),Corrrate(2,3),…,Corrrate(2,i),…,Corrrate(2,n)，利用CCD摄像机获取对应时刻t2,1,t2,2,t2,3,…,t2,i,…,t2,n下的金属样块外观腐蚀形貌特征图像数据；步骤4：将步骤3所测定的腐蚀过程中的腐蚀电流密度icorr作为输出量，选取电介质溶液中Cl-离子浓度、SO42离子浓度、杂散电流大小Is、腐蚀时间t、金属样块碳含量C％作为输入量，利用BP神经网络训练并建立杂散电流腐蚀电流密度预测模型；利用步骤3所测定的腐蚀过程中金属失重量Δm随腐蚀时间t的变化关系，建立基于灰色理论的杂散电流腐蚀失重量预测模型；利用步骤3所获取不同条件下的金属样块外观腐蚀形貌特征图像，在对图像处理之后，通过卷积神经网络训练并建立基于腐蚀外观形貌的杂散电流腐蚀速率预测模型；步骤5：通过杂散电流腐蚀电流密度预测评估埋地管线当前杂散电流腐蚀程度，通过基于灰色理论的杂散电流腐蚀失重量预测和基于腐蚀外观形貌的杂散电流腐蚀速率预测评估埋地管线未来杂散电流腐蚀发展情况，进而以当前杂散电流腐蚀程度和未来杂散电流腐蚀发展趋势综合评估地铁现场埋地管线的杂散电流腐蚀危险性。本专利技术与现有技术相比：能够有效提取并预测地铁杂散电流腐蚀特征信息，解决了目前地铁现场仅通过极化电位对埋地管线的杂散电流腐蚀危险性进行评估的问题。通过对多个杂散电流腐蚀特征信息的预测，能够全面且精确的评估当前埋地金属受杂散电流腐蚀影响情况，并预测未来埋地金属的腐蚀程度和使用寿命，对于地铁系统附近埋地管线的腐蚀防护工作具有重要的实际意义。附图说明图1为基于数据挖掘技术的地铁杂散电流腐蚀特征信息的提取方法流程图，图2为基于数据挖掘技术的地铁杂散电流腐蚀特征信息的提取方法实验系统，图3为BP神经网络腐蚀电流密度预测模型流程图，图4为基于灰色理论的杂散电流腐蚀失重量预测模型流程图，图5为基于腐蚀外观形貌的腐蚀速率CNN预测模型流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。如图1所示，一种基于数据挖掘技术的地铁杂散电流腐蚀特征信息的提取方法，总体可以分为5个过程：地铁现场参数测量、参数等效化处理、等效电化学腐蚀实验、腐蚀实验数据挖掘、腐蚀危险性评估。这5个过程可以进一步细分为以下步骤，下面进行详细说明：步骤1：测量供电区间周围土壤电阻率ρ；测量供电区间内轨地过渡电阻Rg和钢轨纵向电阻Rs；通过土壤取样分析土壤中的主要离子成分；获取现场基本参数：供电区间长度L1、牵引电流I；步骤2：通过一段时间内杂散电流泄漏电荷量相等的原理进行等效处理，即：式中，Q1为杂散电流泄漏电荷量，Q2为实验室环境下直流电源所提供的电荷量，L1为供电区间长度，Is为供电区间内的杂散电流，t1为杂散电流腐蚀时长，t2为所设计电化学腐蚀时间，Ie为所设计电化学腐蚀实验中直流电源所提供的电流大小；区间内的杂散电流根据“轨道——埋地金属——大地”电阻网络模型，结合现场参数测试结果，供电区间内的杂散电流分布使用下式进行计算：式中，Rs为走行轨纵向电阻，RR为埋地金属结构纵向电阻，Rg为轨道对埋地金属结构过渡电阻，I为牵引电流，L为供电区间长度；从而可以确定在实验室条件下所设计电化学腐蚀实验中直流电源所提供的电流大小Ie，所设计电化学腐蚀时间t2。步骤3：如图2所示，根据步骤2所确定的实验参数和埋地管线材质，制作金属样块并调配电解质溶液，在腐蚀电解池环境下进行等效杂散电流电化学腐蚀实验；在所设计电化学腐蚀时间t2内，利用电化学分析仪分别测定电化学腐蚀过程中t2,1,t2,2,t2,3,…,t2,i,…,t2,n时刻的极化曲线并计算对应时刻下的腐蚀电流密度icorr(2,1),icorr(2,2),icorr(2,3),…,icorr(2,i),…,icorr(2,n)，测量对应时刻腐蚀前后金属失重量Δm2,1,Δm2,2,Δm2,3,…,Δm2,i,…,Δm2,n，根据极化曲线和腐蚀前后金属样块的失重量计算腐蚀速率Corrrate(2,1),Corrrate(2,2),Corrrate(2,3),…,Corr本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于数据挖掘技术的地铁杂散电流腐蚀特征信息的提取方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：测量供电区间周围土壤电阻率ρ；测量供电区间内轨地过渡电阻Rg和钢轨纵向电阻Rs；通过土壤取样分析土壤中的主要离子成分；获取现场基本参数：供电区间长度L1、牵引电流I；步骤2：通过一段时间内杂散电流泄漏电荷量相等的原理进行等效处理，即：

【技术特征摘要】
1.一种基于数据挖掘技术的地铁杂散电流腐蚀特征信息的提取方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：测量供电区间周围土壤电阻率ρ；测量供电区间内轨地过渡电阻Rg和钢轨纵向电阻Rs；通过土壤取样分析土壤中的主要离子成分；获取现场基本参数：供电区间长度L1、牵引电流I；步骤2：通过一段时间内杂散电流泄漏电荷量相等的原理进行等效处理，即：式中，Q1为杂散电流泄漏电荷量，Q2为实验室环境下直流电源所提供的电荷量，L1为供电区间长度，Is为供电区间内的杂散电流，t1为杂散电流腐蚀时长，t2为所设计电化学腐蚀时间，Ie为所设计电化学腐蚀实验中直流电源所提供的电流大小；根据电阻网络模型，结合现场参数测试结果进行计算，从而可以确定在实验室条件下所设计电化学腐蚀实验中直流电源所提供的电流大小Ie，所设计电化学腐蚀时间t2；步骤3：根据步骤2所确定的实验参数和埋地管线材质，制作金属样块并调配电解质溶液，在腐蚀电解池环境下进行等效杂散电流电化学腐蚀实验；在所设计电化学腐蚀时间t2内，利用电化学分析仪分别测定电化学腐蚀过程中t2,1,t2,2,t2,3,…,t2,i,…,t2,n时刻的极化曲线并计算对应时刻下的腐蚀电流密度icorr(2,1),icorr(2,2),icorr(2,3),…,icorr(2,i),…,icorr(2,n)，测量对应时刻腐蚀前后金属失重量Δm2,1,Δm2,2,Δm2,3,…,Δm2,i,…,Δm2,n，根据极化曲线和腐蚀前后金属样块的失重量计算腐蚀速率Corrrate(2,1),Corrrate(2,2),Corrrate(2,3),…,Corrrate(2,i),…,Corrrate(2,n)，利用CCD摄像机获取对应时刻t2,1,t2,2,t2,3,…,t2,i,…,t2,n下的金属样块外观腐蚀形貌特征图像数据；步骤4：将步骤3所测定的腐蚀过程中的腐蚀电流密度icorr作为输出量，选取电介质溶液中Cl-离子浓度、SO42离子浓度、杂散电流大小Is、腐蚀时间t、金属样块碳含量C％作为输入量，利用BP神经网络训练并建立杂散电流腐蚀电流密度预测模型；利用步骤3所测定的腐蚀过程中金属失重量Δm随腐蚀时间t的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李威，王承涛，王禹桥，杨雪锋，范孟豹，许少毅，盛连超，王祥辉，王瑞林，李猛猛，郭志安，陈瑶，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32