一种基于PCA模型的桥区轨道平顺度评价方法技术

本发明专利技术提供了一种基于PCA模型的桥区轨道平顺度评价方法，通过综合TQI轨道质量指数，结合PCA模型分析评价桥区轨道的平顺度，克服了现有的局部不平顺幅值超限评分法难以反映线路实际状态、轨道不平顺质量指数评价法无法明确单项几何参数突出的缺陷，针对桥区轨道两孔间与墩台处存在不平顺现象进行单独划分单元，全面综合评价桥区轨道质量、对轨道检修计划提供客观指导依据的功能。本发明专利技术通过综合检测车周期性地检测桥区轨道几何平顺状态，对检测数据开展数据分析，基于TQI桥区轨道质量指数中各项指标中的阈值来诊断危害，评估桥区轨道状态。针对统计分析结果，对病害易发区域展开重点监测和检查，为预防性和预测性的管养提供了依据。依据。依据。

【技术实现步骤摘要】
一种基于PCA模型的桥区轨道平顺度评价方法


[0001]本专利技术属于轨道检测评价
，具体涉及一种基于PCA模型的桥区轨道平顺度评价方法。

技术介绍

[0002]轨道是行车的主要技术装备，在日常运营过程中，随着时间推移，轨道在车辆的不稳定重复荷载作用下，会出现垂向、横向的动态弹性变形和永久变形，统称为轨道不平顺。桥区墩台由于其存在自然沉降现象，桥墩台附近轨道不平顺现象严重，桥区两孔间也会不平顺，尤其在高铁特大桥轨道(单孔跨大于150m)上更为明显。轨道的状态对列车的安全运行、乘客的旅行舒适、设备的使用寿命和养护费用起着决定性的作用。
[0003]桥梁作为轨道交通系统的关键和控制部位，在现代交通中发挥着重要作用并占有着重要地位，桥区轨道的管养整修更是轨道管养的重中之重。对桥区轨道状态进行有效管理、实时掌握桥区轨道状态、保持线路设备的完整和质量的均衡，使列车以规定速度安全、平稳、不间断地运行，并尽量延长桥区轨道使用寿命，已逐渐成为国内外铁路工作者的重要研究课题。
[0004]随着列车行驶速度的提升，桥区轨道平顺度的检测由单一的轨检车检测转变为轨检车、车载添乘及人工添乘等多种检测方式相结合。但因此，迫切需要深入研究如何综合利用各种检测数据准确评价桥区轨道平顺状态，为科学地制定整修计划，合理安排日常养护提供参考。目前我国对轨道质量状态评价主要依靠轨检车进行的，实际使用的评价方法主要有两种：峰值扣分评价法和轨道质量指数评价法(TQI，Track Quality Index)。
[0005]峰值扣分评价法通过测量桥区轨道各参数每个测点的幅值大小来判断其测量值是否超过规定的限界，一般分为四级管理，将不同的超限等级划分为不同的扣分标准。峰值管理法仅用超限点峰值的大小、超限的数量及扣分多少，无法对桥区轨道区段的平均质量状态做出全面、科学、合理地评价，也很难客观地反映桥区轨道的实际状态。同时，使用峰值管理法评价轨道状态时，动态检查标准对检测结果的影响较大；三、四级超限扣分的权重较一、二级过大；检测系统误差的影响大；无法反映超限长度的影响；无法反映桥区轨道不平顺变化率和周期性连续不平顺所产生的谐波的影响。
[0006]轨道质量指数一般以200m的桥区轨道区段作为单元区段，分别计算单元区段上左右高低、左右轨向、轨距、水平、三角坑等7项几何不平顺幅值的标准差，各单项几何不平顺幅值的标准差称为单项指数，将7个单项指数之和作为评价该区段桥区轨道平顺性综合质量状态的桥区轨道质量指数TQI，利用TQI来反映真实的桥区轨道质量状态，用数值明确表示各个桥区轨道区段的整体平顺性。桥区轨道质量指数评价法只能反映桥区轨道系统的综合质量指标，无法确定各单项指标中对TQI影响的程度，并且轨道存在有限个局部超限点但整体TQI偏于平顺时，导致超限点被忽略；难以针对性地对桥区轨道提出维修养护，也难以确定合理的整修养护顺序。

技术实现思路

[0007]本专利技术要解决的技术问题是：提供一种基于PCA模型的桥区轨道平顺度评价方法，用于评价轨道的平顺度及制定线路养护维修计划。
[0008]本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种基于PCA模型的桥区轨道平顺度评价方法，包括以下步骤：S1：划分桥区轨道的线路单元；
[0009]S2：采集桥区轨道平顺度原始数据；
[0010]S3：采用轨道平顺度质量指数评价法测算轨道质量指数TQI的管理值T；
[0011]S4：采用PCA模型计算单元综合评价值Z；
[0012]S5：根据T值确定各区段的整修顺序、根据Z值确定区段内几何参数的整修顺序，以此对轨道的不平顺度进行综合评价；根据评价结果确定是否对轨道进行整修；若是则确定整修顺序并执行步骤S6；若否则执行步骤S2；
[0013]S6：确定整修顺序。
[0014]按上述方案，所述的步骤S1中，具体步骤为：
[0015]S11：划分线路单元的区段长度为200m；
[0016]S12：划分轨道的线路单元的方法包括：
[0017]按桥区轨道的线型划分：线型包括直线线型、曲线线型和道岔线型；
[0018]按不同桥区轨道的结构划分；
[0019]按各桥墩、台中轴线前后划分与全部剩余桥跨轨道每200m划分；
[0020]按以两桥孔交点前后与剩余全部轨道每200m划分；
[0021]按运营单位的养护力量分布情况划分。
[0022]进一步的，所述的步骤S2中，具体步骤为：通过轨检车在线路单元上检测并记录桥区轨道原始数据；桥区轨道原始数据的几何参数包括左高低、右高低、左轨向、右轨向、轨距、水平、三角坑。
[0023]进一步的，所述的步骤S3中，具体步骤为：
[0024]S31：设σ
i
为单项几何参数标准差(i＝1,2,
…
,7,j＝1,2
…
,n)；n为线路单元区段中采样点的个数；x
ij
为各项参数在线路单元区段中采样点的幅值；为各项参数在线路单元区段中连续点幅值x
ij
的平均值；则单元轨道的轨道质量指数TQI的管理值为：
[0025][0026]S32：计算区段轨道质量指数TQI的管理值T。
[0027]进一步的，所述的步骤S4中，具体步骤为：
[0028]S41：对单元数据进行标准化处理；设n为单元区段内采样点的个数，x
n
为在线路单元区段中采样点的原始幅值，用i＝1,2,
…
,7分别代表几何参数左高低、右高低、左轨向、右轨向、轨距、水平、三角坑，第i项几何参数x
n
的取值分别记为i＝[a
i1
,a
i2
…
,a
in
]；
[0029]第j个采样点的样本均值μ
j
为：
[0030][0031]第j个采样点的样本标准差s
j
为：
[0032][0033]则第i项的几何参数x
n
的原始幅值为：
[0034][0035]标准化采样点变量为：
[0036][0037]S42：建立PCA模型，获取单元综合评价值Z；
[0038]设r
ij
为第i几何参数和第j个采样点的相关系数(i,j＝1,2
…
,n)，则：
[0039][0040]几何参数的相关系数矩阵R为：
[0041]R＝(r
ij
)
n
×
n
；
[0042]计算几何参数相关系数矩阵的特征值及特征向量，解特征方程|λI
‑
R|＝0，求特征值λ
i
并按大小顺序排列为λ1≥λ2≥
…
≥λ
n
≥0；设u
j
＝[u
1j
,u
2j
,
…
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于PCA模型的桥区轨道平顺度评价方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：划分桥区轨道的线路单元；S2：采集桥区轨道平顺度原始数据；S3：采用轨道平顺度质量指数评价法测算轨道质量指数TQI的管理值T；S4：采用PCA模型计算单元综合评价值Z；S5：根据T值确定各区段的整修顺序、根据Z值确定区段内几何参数的整修顺序，以此对轨道的不平顺度进行综合评价；根据评价结果确定是否对轨道进行整修；若是则确定整修顺序并执行步骤S6；若否则执行步骤S2；S6：确定整修顺序。2.根据权利要求1所述的一种基于PCA模型的桥区轨道平顺度评价方法，其特征在于：所述的步骤S1中，具体步骤为：S11：划分线路单元的区段长度为200m；S12：划分轨道的线路单元的方法包括：按桥区轨道的线型划分：线型包括直线线型、曲线线型和道岔线型；按不同桥区轨道的结构划分；按各桥墩、台中轴线前后划分与全部剩余桥跨轨道每200m划分；按以两桥孔交点前后与剩余全部轨道每200m划分；按运营单位的养护力量分布情况划分。3.根据权利要求2所述的一种基于PCA模型的桥区轨道平顺度评价方法，其特征在于：所述的步骤S2中，具体步骤为：通过轨检车在线路单元上检测并记录桥区轨道原始数据；桥区轨道原始数据的几何参数包括左高低、右高低、左轨向、右轨向、轨距、水平、三角坑。4.根据权利要求3所述的一种基于PCA模型的桥区轨道平顺度评价方法，其特征在于：所述的步骤S3中，具体步骤为：S31：设σ
i
为单项几何参数标准差(i＝1,2,
…
,7,j＝1,2
…
,n)；n为线路单元区段中采样点的个数；x
ij
为各项参数在线路单元区段中采样点的幅值；为各项参数在线路单元区段中连续点幅值x
ij
的平均值；则单元轨道的轨道质量指数TQI的管理值为：S32：计算区段轨道质量指数TQI的管理值T。5.根据权利要求4所述的一种基于PCA模型的桥区轨道平顺度评价方法，其特征在于：所述的步骤S4中，具体步骤为：S41：对单元数据进行标准化处理；设n为单元区段内采样点的个数，x
n
为在线路单元区段中采样点的原始幅值，用i＝1,2,
…
,7分别代表几何参数左高低、右高低、左轨向、右轨向、轨距、水平、三角坑，第i项几何参数x
n
的取值分别记为i＝[a
i1
,a
i2
…
,a
in
]；第j个采样点的样本均值μ
j
为：第j个采样点的样本标准差s
j
为：
则第i项的几何参数x
n
的原始幅值为：标准化采样点变量为：S42：建立PCA模型，获取单元综合评价值Z；设r...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋欣，郭骥超，胡所亭，班新林，刘章军，卢海林，白桃，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，
类型：发明
国别省市：