The invention discloses a rail integrity monitoring system and method for cloud platform based on guided wave technology. The monitoring system includes front-end monitoring module, cloud monitoring server and browsing terminal. The front-end monitoring module includes guided wave transducer, temperature sensor and control cabinet. There are solar panel module, charge and discharge control circuit, energy storage module, transmission interface circuit module, lower computer control circuit module, communication interface circuit module, guided wave transceiver module and signal conditioning module in the control cabinet. Firstly, the characteristic signal and coefficient matrix of strong correlation characterizing the acoustic emission source at different rail structures will be extracted by noise reduction, and then the guided wave signal characterizing rail damage can be obtained by dimension reduction and noise reduction reconstruction, and the damage location can be obtained to realize rail integrity monitoring. The invention can effectively realize reliable monitoring of rail integrity, greatly improve the cross-regional and real-time monitoring, and has important practical significance and engineering value.
【技术实现步骤摘要】
基于导波技术的云端平台钢轨完整性监测系统及方法
本专利技术涉及一种钢轨完整性监测系统和方法，尤其涉及一种基于导波技术的云端平台钢轨完整性监测系统及方法。
技术介绍
近些年，一方面随着国民经济的迅猛发展，关乎国民经济命脉的铁路交通得到了前所未有的快速发展；另一方面随着铁路交通的快速发展，其行车密度、运行速度及载重量等都有了大幅提高，作为轨道重要组成部分的钢轨势必会受到的负荷、冲击等也同样增大，不可避免的导致钢轨发生损伤的概率提高，对轨道的可靠、安全运行提出了更严格要求，为此，迫切需要提出有效、可靠的针对在役铁路钢轨的检测和服役状态监测的技术与方法。超声导波技术以其长距离、大范围、全截面检测、单端收发的特点被广泛应用于各行各业的无损检测和在线监测之中。铁路钢轨不论是材质还是构件类型都非常适合应用导波技术进行工作状态的监测与评估。然而，考虑到钢轨结构特征较为复杂，扣件搭接情况较多，传统的超声检测、漏磁检测、机器视觉和渗透检测等点对点式无损检测手段很难满足实际监测中对时效性、云端在线、可靠性、跨地域大范围的严格要求。同时，考虑到铁路线路运行繁忙，利用天窗时段对轨道进行线下的人工检测与监测技术已经难以满足日益发展的铁路实际检测与监测需求。这里给出具有上述弊端的相关早期研究，公开号为CN104535652A《一种钢轨损伤探测方法》、公开号为CN101398410A的《一种电磁超声技术钢轨缺陷检测方法及其装置》、公开号为CN104237381A的《一种激光超声和高速摄像的图像融合的钢轨探伤方法》及公开号为CN102084245A的《现场超声检查铁路路轨的方法和装置》专利...
【技术保护点】
1.一种基于导波技术的云端平台钢轨完整性监测系统，其特征在于：所述监测系统包括前端监测模块、云端监测服务器和浏览终端，所述前端监测模块包括导波换能器、温度传感器和控制柜，控制柜内有太阳能面板模块、充放电控制电路、储能模块、传输接口电路模块、下位机控制电路模块、通信接口电路模块、导波收发模块和信号调理模块；其中，导波换能器、温度传感器均安装于待测钢轨上，下位机控制电路模块通过传输接口电路模块分别与温度传感器、充放电控制电路和导波收发模块电气连接，导波换能器经信号调理模块与导波收发模块电气连接，太阳能面板模块与充放电控制电路电气连接，充放电控制电路与储能模块电气连接，下位机控制电路模块通过通信接口电路模块接入云端监测服务器。
【技术特征摘要】
1.一种基于导波技术的云端平台钢轨完整性监测系统，其特征在于：所述监测系统包括前端监测模块、云端监测服务器和浏览终端，所述前端监测模块包括导波换能器、温度传感器和控制柜，控制柜内有太阳能面板模块、充放电控制电路、储能模块、传输接口电路模块、下位机控制电路模块、通信接口电路模块、导波收发模块和信号调理模块；其中，导波换能器、温度传感器均安装于待测钢轨上，下位机控制电路模块通过传输接口电路模块分别与温度传感器、充放电控制电路和导波收发模块电气连接，导波换能器经信号调理模块与导波收发模块电气连接，太阳能面板模块与充放电控制电路电气连接，充放电控制电路与储能模块电气连接，下位机控制电路模块通过通信接口电路模块接入云端监测服务器。2.根据权利要求1所述的一种基于导波技术的云端平台钢轨完整性监测系统，其特征在于：所述的导波换能器向钢轨发送超声导波，超声导波沿钢轨传播后遇到缺陷反射产生回波信号，回波信号被导波换能器接收作为监测钢轨的导波信号，并发送到下位机控制电路模块；所述的温度传感器检测导波换能器附近的钢轨的实时温度，发送到下位机控制电路模块。3.根据权利要求1所述的一种基于导波技术的云端平台钢轨完整性监测系统，其特征在于：所述的太阳能面板模块采集太阳能转换为电能，后经充放电控制电路向储能模块充电，再由储能模块为导波换能器、温度传感器和整个控制柜供电。4.根据权利要求1所述的一种基于导波技术的云端平台钢轨完整性监测系统，其特征在于：所述的浏览终端包括电脑/手机终端。5.应用于权利要求1-4任一所述系统的一种基于导波技术的云端平台钢轨完整性监测方法，其特征在于：S1、步骤如下：S1.1：根据待测钢轨几何与物理属性，预先设置导波换能器所采用超声导波的模态和频率，预先设置导波换能器的采集监测参数，通过间断连续采集导波换能器和温度传感器得到监测钢轨的导波信号和温度信号；S1.2：在采集时间时长A内共进行采集次数C，每次采集周期TS内的导波信号X，导波信号X和同一时间采集到的温度信号，传输至云端监测服务器，按照C个信号数据维度的数据格式Y＝(X1，X2，…，Xc)T进行存储形成导波监测数据；S1.3：对于在不同采集时间时长A下采集获得的前后两组导波监测数据，两组导波监测数据的信号数据维度为q和w，将两组导波监测数据按照行方向叠加共同组成新的更高维的待分析数据Z’，然后按照以下公式对待分析数据Z’进行特征缩放和稀疏处理的标准化处理得到均值为0、方差为1的尺度归一化的多维待分析数据Z：其中，E(z)和σ分别为待分析数据Z’的均值与标准差，Zi表示多维待分析数据Z中的第i组信号，Zi'表示待分析数据Z’中的第i组信号；S1.4：进行目标优化：对多维待分析数据Z进行盲源分离，获得表征钢轨损伤的声源信号数据：首先采用以下公式迭代求解获得声源信号在导波监测数据中的权重系数：S1.4.1：初始化一个二范数为1的权重系数W0和迭代计数n＝1；S1.4.2：按照如下公式进行迭代求解：Wn＝E{Z(WTn-1Z)3}-3Wn-1，n＝n+1其中，Wn表示第n次迭代得到的权重系数向量，Z表示多维待分析数据，E{}表示期望函数；δ1n～δLn分别表示第n个权重系数向量Wn中的系数值，L表示强相关权重系数的总数；S1.4.3：每次迭代求解后对权重系数向量Wn进行归一化处理，然后判断：若|WTnWn-1|不收敛于1，则重新执行步骤S1.4.2；若|WTnWn-1|收敛于1且在满足迭代次数序数n小于迭代总次数N条件下，则输出当前迭代次数下的权重系数向量Wn作为强相关权重系数，并加入到系数矩阵W*中并继续进行步骤S1.4.2，直到迭代次数序数n等于迭代总次数N则迭代终止，共得到q+w组强相关权重系数；S1.4.4：最终获得系数矩阵W*，W*＝(W1，W2，…，Wq+w)T，按照公式R＝W*×Z得到表征待测钢轨中不...
【专利技术属性】
技术研发人员：柳伟续，唐志峰，吕福在，伍建军，张鹏飞，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33
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