一种基于振动与噪声响应的地铁钢轨波磨检测方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于振动与噪声响应的地铁钢轨波磨检测方法，包括：第一步：获取振动响应数据与噪声数据；第二步：确定基本研究对象；第三步：确定与计算特征因子；第四步，基于树扩张型朴素贝叶斯构建钢轨波磨病害识别算法；第五步，生成钢轨波磨病害识别分类器；第六步，基于新检测数据识别钢轨波磨病害。还提供了对应的装置、计算机可读存储介质以及系统。计算机可读存储介质以及系统。计算机可读存储介质以及系统。

【技术实现步骤摘要】
一种基于振动与噪声响应的地铁钢轨波磨检测方法与装置


[0001]本专利技术涉及钢轨检测
，特别是一种基于振动与噪声响应的地铁钢轨波磨检测方法与装置。

技术介绍

[0002]钢轨波浪形磨耗(简称，钢轨波磨)是指在轮轨滚动接触表面出现的类似波浪的规律性不均匀磨耗现象，是一种由于走行车辆和轨道结构异常振动引起的钢轨伤损病害。目前，我国地铁行业对钢轨波磨病害评判的依据是《普速铁路线路修理规则》(TG/GW102
‑
2019)。钢轨伤损病害等级按照严重程度，可划分为轻伤、轻伤发展、重伤和折断。若线路允许速度小于等于120km/h，波磨谷深超过0.5mm时，钢轨波磨的病害等级则为轻伤，应及时安排修理性钢轨打磨。
[0003]地铁轨道型式多变，线路条件复杂，曲线相对较多，车辆频繁加速、减速，地铁钢轨波磨病害以短波波磨为主，发生范围广、发展迅速。波磨病害会加剧行车振动和噪声，缩短车辆和轨道设备寿命，严重影响地铁行车安全与运营服务质量，已成为我国地铁行业亟需解决的重大难题。
[0004]钢轨波磨是加剧接触振动的主要原因之一。钢轨波磨会导致车辆过大的冲击加速度，加剧车辆轮轨动力相互作用，使车辆异常振动，可能引起轨道弹条折断、扣件脱落，对车辆底部机械、电气等关键零部件造成冲击伤害，影响行车安全，降低车辆和钢轨服役性能，缩短使用寿命。同时，车辆的异常振动，会造成乘客站立不稳、易感到疲倦不堪等。
[0005]钢轨波磨也是造成车厢内噪声的主要原因之一。车厢内噪声与钢轨波磨存在正相关性，严重的钢轨波磨会显著增大车厢内噪声。车厢内恶劣的声学环境，会严重影响司机、乘客的身心健康，尤其是对司机影响更为严重。此外，波磨引起的振动和噪声通过岩土传到至线路附近建筑，会严重影响楼内居民的生活，这是多年来各地地铁遭投诉的重要原因。
[0006]解决波磨检测问题是治理波磨病害的首要条件。目前，地铁现场钢轨波磨检查以手工检查为主，检查人员采用平尺等，肉眼观察判断。市场上较先进的钢轨波磨检查工具是钢轨波磨检查仪，需要人工推行，采用高精度激光传感器等，放置在钢轨表面，可直接测量出钢轨波磨的几何特征参数，包括钢轨表面不平顺粗糙度级、移动波深幅值峰
‑
峰平均值、移动波深幅值有效值的平均值等。检测结果直观、精度较高。但以钢轨波磨检查仪进行波磨检测还存在很多局限性：(1) 采用高精度的传感器，需占用天窗时间，人工推行测量速度较慢，耗时耗力，检测成本较高；(2)周期性检测无法实现对钢轨状态的实时监测。若将高精度激光传感器等安装到客车上，检测精度易受客车运行速度、地下隧道周边环境影响。
[0007]因此急需开发一种新的检索方法和对应的装置，以高效且高精度的检测地铁钢轨波磨。

技术实现思路

[0008]本专利技术针对现有技术的缺陷，本专利技术利用轮轨接触作用下的车辆响应指标，提出
一套新的基于振动与噪声响应的地铁钢轨波磨检测方法与装置，用于快速检测地铁钢轨波磨病害，确定钢轨波磨病害的里程位置及其严重程度，实现钢轨波磨病害的快速检测，检测精度不受地下隧道周边环境影响。检测装置通过安装在客车上，可实现地铁钢轨状态实时监测，有助于管理者掌握钢轨波磨病害的劣化过程。
[0009]本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
[0010]根据本专利技术一方面，提供了一种基于振动与噪声响应的地铁钢轨波磨检测方法，包括：
[0011]第一步：获取振动响应数据与噪声数据；
[0012]第二步：确定基本研究对象；
[0013]第三步：确定与计算特征因子；
[0014]第四步，基于树扩张型朴素贝叶斯构建钢轨波磨病害识别算法；
[0015]第五步，生成钢轨波磨病害识别分类器；
[0016]第六步，基于新检测数据识别钢轨波磨病害。
[0017]根据本专利技术的又一方面，所述第一步包括：在线路质量检查仪内设置噪声测量模块，以获取在途列车的车体振动水平加速度数据、垂直加速度数据、车厢内噪声数据，所述线路质量检查仪置于电客车车厢内。
[0018]根据本专利技术的又一方面，所述第二步包括：采用30m的轨道区段长度，作为识别钢轨波磨病害等级的基本研究对象，采用滑动计算，滑动步长选择10m，每移动10m，重新确定新的轨道区段S
t
，以获得更密集准确的计算结果。
[0019]根据本专利技术的又一方面，所述第三步包括：选取轨道区段特征因子，识别该轨道区段的钢轨波磨的病害等级，其中所述轨道区段特征因在包括：
[0020](1)振动加速度有效值E，以衡量车体的振动响应，所述振动加速度有效值E的计算公式如下：
[0021][0022]其中，y为加速度信号值；x为信号采样间距，0.25m；L为分析窗口长度，30m；E
V
表示垂直加速度有效值；E
H
表示水平加速度有效值；
[0023](2)声压级L
p
，以描述车厢内噪声的强弱，其单位是dB，所述声压级L
p
计算公式如下：
[0024][0025]式中，声压p表示有声音经过时和无声音时的大气压强差值；p0为基准声压，取值为2
×
10
‑5Pa；
[0026]不同于加速度有效值的定义公式，采用声压级的均值E
P
，描述车厢在经过长度为L轨道区段时的整体噪声情况，计算方式如下：
[0027][0028](3)轨道区段的异质性因素，以识别轨道区段钢轨波磨病害等级的特征因子，包括：
[0029]B1表示轨道区段是否处于半径小于400m的曲线地段，1表示处于小半径曲线地段，0表示不处于小半径地段；
[0030]B2表示轨道区段是否处于减振地段，1表示处于减振地段，0表示不处于减振地段；
[0031]B3表示轨道区段的道床类型，2表示减振型道床，1表示整体道床，0表示碎石道床；
[0032]B4表示电客车在该轨道区段的平均运行速度。
[0033]根据本专利技术的又一方面，所述第四步包括：将钢轨波磨的病害等级细分为l级。C表示轨道区段钢轨波磨的病害等级。I表示钢轨波磨的病害等级集合，I＝[0,1,2,...,l]，其中，0表示钢轨状态良好，无钢轨波磨病害，l表示钢轨波磨最高的病害等级，病害等级的数值越大，说明钢轨波磨病害越严重。c
i
表示某一特定轨道区段钢轨波磨的病害等级，c
i
∈I；
[0034]若已知某一特定轨道区段的特征因子取值为a＝(a1,a2,...,a
n
)，根据贝叶斯定理，该轨道区段钢轨波磨病害等级为c
i
(c
i
∈I)的概率为：
[0035][0036]其中，P(c
i
)表示轨道区段钢轨波磨病害等级为c
i
的先验概率； P(c
i
|a)表示后验概率，反映了轨道区段n个特本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于振动与噪声响应的地铁钢轨波磨检测方法，其特征在于包括：第一步：获取振动响应数据与噪声数据；第二步：确定基本研究对象；第三步：确定与计算特征因子；第四步，基于树扩张型朴素贝叶斯构建钢轨波磨病害识别算法；第五步，生成钢轨波磨病害识别分类器；第六步，基于新检测数据识别钢轨波磨病害。2.根据权利要求1所述的一种基于振动与噪声响应的地铁钢轨波磨检测方法，其特征在于所述第一步包括：在线路质量检查仪内新设置噪声测量模块，以获取在途列车的车体振动水平加速度数据、垂直加速度数据、车厢内噪声数据，所述线路质量检查仪置于电客车车厢内。3.根据权利要求1所述的一种基于振动与噪声响应的地铁钢轨波磨检测方法，其特征在于所述第二步包括：采用30m的轨道区段长度，作为识别钢轨波磨病害等级的基本研究对象，采用滑动计算，滑动步长选择10m，每移动10m，重新确定新的轨道区段S
t
，以获得更密集准确的计算结果。4.根据权利要求1所述的一种基于振动与噪声响应的地铁钢轨波磨检测方法，其特征在于所述第三步包括：选取轨道区段特征因子，识别该轨道区段的钢轨波磨的病害等级，其中所述轨道区段特征因在包括：(1)振动加速度有效值E，以衡量车体的振动响应，所述振动加速度有效值E的计算公式如下：其中，y为加速度信号值；x为信号采样间距，0.25m；L为分析窗口长度，30m；E
V
表示垂直加速度有效值；E
H
表示水平加速度有效值；(2)声压级L
p
，以描述车厢内噪声的强弱，其单位是dB，所述声压级L
p
计算公式如下：式中，声压p表示有声音经过时和无声音时的大气压强差值；p0为基准声压，取值为2
×
10
‑5Pa；不同于加速度有效值的定义公式，采用声压级的均值E
P
，描述车厢在经过长度为L轨道区段时的整体噪声情况，计算方式如下：(3)轨道区段的异质性因素，以识别轨道区段钢轨波磨病害等级的特征因子，包括：B1表示轨道区段是否处于半径小于400m的曲线地段，1表示处于小半径曲线地段，0表示不处于小半径地段；B2表示轨道区段是否处于减振地段，1表示处于减振地段，0表示不处于减振地段；B3表示轨道区段的道床类型，2表示减振型道床，1表示整体道床，0表示碎石道床；B4表示电客车在该轨道区段的平均运行速度。
5.根据权利要求1所述的一种基于振动与噪声响应的地铁钢轨波磨检测方法，其特征在于所述第四步包括：将钢轨波磨的病害等级细分为l级，C表示轨道区段钢轨波磨的病害等级，I表示钢轨波磨的病害等级集合，I＝[0,1,2,K,l]，其中，0表示钢轨状态良好，无钢轨波磨病害，l表示钢轨波磨最高的病害等级，病害等级的数值越大，说明钢轨波磨病害越严重。c
i
表示某一特定轨道区段钢轨波磨的病害等级，c
i
∈I；若已知某一特定轨道区段的特征因子取值为a＝(a1,a2,...,a
n
)，根据贝叶斯定理，该轨道区段钢轨波磨病害等级为c
i
(c
i
∈I)的概率为：其中，P(c
i
)表示轨道区段钢轨波磨病害等级为c
i
的先验概率；P(c
i
|a)表示后验概率，反映了轨道区段n个特征因子对钢轨波磨病害等级为c
i
概率的影响；根据贝叶斯最大后验准则，贝叶斯分类学习模型选择使后验概...

【专利技术属性】
技术研发人员：白磊，高培正，袁健，丁明，曹卫东，丁德云，
申请(专利权)人：北京九州一轨环境科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：