一种轨道几何检测数据的脉冲噪声滤波方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种轨道几何检测数据的脉冲噪声滤波方法及装置，方法包括：对采集到的轨道几何检测数据进行高通滤波处理，生成滤除趋势项的轨道几何不平顺数据；将短波区段的能量大于预设阈值的区段的几何不平顺数据置零，生成滤除分片脉冲噪声的轨道几何数据序列；以预设的差分个数和T-S模型对所述离散轨道几何数据序列按序进行向前差分计算，生成差分值；根据当前轨道几何数据的差分值的绝对值、预设的阈值以及预设的模糊规则计算当前轨道几何检测数据的毛刺长度；根据各轨道几何检测数据的毛刺长度对各离散轨道几何数据进行线性插值修正，生成滤波后的轨道几何检测数据。避免了计算规则激发度量函数和模糊基函数的值，效率提高了两个数量级。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数据处理技术，具体的讲是一种轨道几何检测数据的脉冲噪声滤波方法及装置。
技术介绍
高速铁路对轨道提出了高平顺的要求，即使是幅值较小的不平顺，对高速车辆运行安全性、平稳性、舒适性，以及环境噪声也会产生较大的影响。利用轨道几何检测数据可以及时发现轨道几何病害，确保高速列车安全可靠运行，并为轨道调整提供理论依据。轨道几何检测系统采用激光扫描和图像处理等技术，按照惯性基准原理，对位移、加速度和角速度信号进行滤波、补偿和合成得到轨距、高低、轨向、水平等几何不平顺参数，检测精度可以达到几十分之一毫米。安装有轨道几何检测系统的综合检测车或轨道检测车在运行过程中，不可避免受到车辆振动、天气、温度变化等干扰，给检测结果的精度带来影响。通过振动和温度补偿，可以有效提高轨道检测数据的精度。外界阳光反射、传感器和数据传输误差、道岔处激光偏离正常检测点、图像干扰等原因，会导致铁路轨道几何不平顺检测数据中包含脉冲噪声。其中最难诊断和处理的是脉冲噪声，包括分片脉冲噪声和单一脉冲噪声，又叫局部毛刺，如图1～图2所示。脉冲噪声容易产生虚假的大幅值轨道几何。因此，应在超限判断、广义能量指数、轨道质量指数、轨道谱等状态指标计算之前对其进行处理。现有技术中对脉冲噪声的处理通常包括人工和自动两种处理手段。人工方法主要借助专家多年积累的经验，并且只能离线完成，其经验不能直接移植到车上的轨道几何检测系统中。同时车上的检测人员为了实时跟踪和编辑几何检测数据中的脉冲噪声，需要花费大量的时间和精力。此外，不同的检测人员的经验和水平不同，对超限大值和脉冲噪声的分辨能力存在较大差别，以致出现不同检测人员可能给出不同的诊断和处理结果。因此，在车上依靠人工剔除脉冲噪声存在效率低下和评判结果多样性的问题。自动诊断和滤除脉冲噪声是一个比较普遍的问题，在过程控制、声音信号处理、图像处理中也经常碰到。近二十年来，不少学者对其进行了比较深入的研究，并提出了大量的处理方法，如信号振幅或导数突变法、低通滤波法、中值滤波法、非线性滤波法、模糊滤波法等。对于长度为1的单点脉冲噪声，信号振幅或导数突变法是一种简单而有效的方法，但是当脉冲噪声长度大于1时，该方法不能完整地滤除脉冲噪声。低通滤波方法假定脉冲噪声分布在信号的高频段，通过截断高频部分实现对脉冲噪声的滤波。通常来说，脉冲噪声是全频段的，因此，低通滤波方法可以减轻脉冲噪声，但不能完整滤除。此外，与中值滤波法是全区域算法一样，它不能分辨被和未被脉冲噪声污染的信号，造成轨道几何检测数据精度下降，对于需要满足高精度的高速轨道几何检测来说，这是难以接受的。中值滤波法是一种滑动平均法，它在处理脉冲噪声的同时，也对未被污染的信号进行了改变。有序中值滤波法是中值滤波法一种改进，它根据信号与其相邻信号的相似性来判断其是否已被脉冲噪声污染，若是，则用其有序中值代替原信号。由于其采用带符号的原信号与有序中值的差来识别脉冲噪声，因此它一般只适合处理局部增大的脉冲噪声，对于局部减少的脉冲噪声的处理可能出错。这种情况在声音信号中一般不会出现，而在轨道几何数据中却大量存在。脉冲噪声的非线性滤波方法虽然可以有效地提高处理精度，但其巨大的计算量让人难以接受，而铁路里程长，轨道几何数据量大，而且实时性要求高，因此，非线性滤波方法很难满足轨道几何数据脉冲噪声处理的需要。现有技术还通过引入5点模糊格式来诊断和滤除轨道几何数据中的脉冲噪声，通过去模糊化得到脉冲噪声的长度和系统增益系数，并利用包含脉冲噪声的最小区间的两个端点的近似线性插值来代替脉冲噪声的值。与多分辨分析的小波基选取中碰到的问题类似，采用不同的模糊规则和隶属度函数，将得到不同的脉冲噪声的长度和系统增益系数。哪个隶属度函数是最优的，没有统一的判别依据，工程人员一般依靠经验和多次尝试进行选取。此外，模糊滤波器每一个点都需要计算规则激发度量函数和模糊基函数的值，其计算量将随信号长度的增加而呈线性增加。
技术实现思路
脉冲噪声的变化过程可以描述为信号首先突然增大或变小，然后稳定变化，最后又突然减少或变大。中间稳定变化的过程较短，对于轨道几何数据来数，持续的长度一般少于2米。基于上述特征，本专利技术提出一套轨道几何检测数据脉冲噪声的自动诊断和滤波方法。首先利用几何不平顺的短波区段的能量特性，提出利用移动有效值(RMS)方法自动诊断阳光、挂纸、电磁干扰等引起的分片脉冲噪声。接下来根据脉冲噪声的数字特征，给出了基于单位分解原理的脉冲噪声长度的快速计算方法。最后基于模糊规则和预判断机制，提出利用改进模糊滤波器处理局部毛刺。为降低滤波过程中的计算量，提供一种高效的轨道几何检测数据滤波技术，本发明提供的一种轨道几何检测数据的脉冲噪声滤波方法，包括：步骤1，对轨道几何检测数据进行高通滤波处理，生成滤除趋势项的轨道几何不平顺数据；步骤2，将所述轨道几何不平顺数据中短波区段的能量大于预设阈值的区段的几何不平顺数据置零，生成包含脉冲噪声的离散轨道几何数据序列；步骤3，以预设的差分个数和模糊系统模型对所述离散轨道几何数据序列按序进行向前差分计算，生成差分值；步骤4，根据当前轨道几何数据的差分值的绝对值、预设的阈值以及预设的模糊规则计算当前轨道几何检测数据的毛刺长度；步骤5，根据各轨道几何检测数据的毛刺长度对各离散轨道几何数据进行线性插值修正，生成滤波后的轨道几何检测数据。同时，本专利技术还提供了一种轨道几何检测数据的脉冲噪声滤波装置，包括：趋势项滤除模块，用于对轨道几何检测数据进行高通滤波处理，生成滤除趋势项的轨道几何不平顺数据；不平顺置零模块，将所述轨道几何不平顺数据中短波区段的能量大于预设阈值的区段的几何不平顺数据置零，生成包含脉冲噪声的离散轨道几何数据序列；差分模块，用于以预设的差分个数和模糊系统模型对所述离散轨道几何数据序列按序进行向前差分计算，生成差分值；毛刺长度计算模块，用于根据当前轨道几何数据的差分值的绝对值、预设的阈值以及预设的模糊规则计算当前轨道几何检测数据的毛刺长度；修正模块，根据各轨道几何检测数据的毛刺长度对各离散轨道几何数据进行线性插值修正，生成滤波后的轨道几何检测数据。本专利技术与传统的模糊滤波器相比，避免了计算规则激发度量函数和模糊基函数的值，与现有技术相比本方案的效率提高了两个数量级。利用脉冲噪声诊断和滤波方法对大量实测的轨道几何检测数据进行处理，结果表明，新方法是正确的和高效的，而且特别适合在线实现。为让本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轨道几何检测数据的脉冲噪声滤波方法，其特征在于，所述的方法包括：步骤1，对采集到的轨道几何检测数据进行高通滤波处理，生成滤除趋势项的轨道几何不平顺数据；步骤2，将所述轨道几何不平顺数据中短波区段的能量大于预设阈值的区段的几何不平顺数据置零，生成滤除分片脉冲噪声的离散轨道几何数据序列；步骤3，以预设的差分个数和模糊系统模型对所述离散轨道几何数据序列按序进行向前差分计算，生成差分值；步骤4，根据当前轨道几何数据的差分值的绝对值、预设的阈值以及预设的模糊规则计算当前轨道几何检测数据的毛刺长度；步骤5，根据各轨道几何检测数据的毛刺长度对离散轨道几何数据进行线性插值修正，生成滤波后的轨道几何检测数据。

【技术特征摘要】
1.一种轨道几何检测数据的脉冲噪声滤波方法，其特征在于，所述的方法包括：
步骤1，对采集到的轨道几何检测数据进行高通滤波处理，生成滤除趋势项的轨
道几何不平顺数据；
步骤2，将所述轨道几何不平顺数据中短波区段的能量大于预设阈值的区段的几
何不平顺数据置零，生成滤除分片脉冲噪声的离散轨道几何数据序列；
步骤3，以预设的差分个数和模糊系统模型对所述离散轨道几何数据序列按序进
行向前差分计算，生成差分值；
步骤4，根据当前轨道几何数据的差分值的绝对值、预设的阈值以及预设的模糊
规则计算当前轨道几何检测数据的毛刺长度；
步骤5，根据各轨道几何检测数据的毛刺长度对...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘金朝，王卫东，赵钢，孙善超，成棣，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院，中国铁道科学研究院基础设施检测研究所，北京铁科英迈技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11