【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及城市轨道管理的，尤其涉及一种用于列车钢轨轨顶表面磨损的检测方法。
技术介绍
1、在轨道车辆的长期运行过程中，钢轨轨顶表面产生的细微磨损都会导致列车的不良振动甚至引发安全事故，以钢轨短波不平顺为例，其主要包括钢轨表面粗糙度、轨面不平顺和车轮踏面不圆顺，钢轨短波不平顺不仅会激发轮轨滚动振动和噪声，还会引起高频轮轨接触力和冲击力，并进一步引起车轮或钢轨表面的桂东接触疲劳裂痕、钢轨波磨等伤损。因此，对轨道不平顺进行检测和分析，是合理进行钢轨养护、维修、控制轮轨振动和噪声、延长钢轨使用寿命的前提和基础。
2、现有的钢轨磨损测量装置大多只能获得轨顶表面单条直线如纵向中线上的波形情况即磨损量，当想获得其他与纵向中线平行的多条平行线处的不平顺情况时，需要分别在对应位置加装多个传感器，给安装空间和成本均带来很多不便，无法以较小的成本和简易的结构得到整个轨顶表面的磨损情况，同时对于曲线轨道的磨损检测，由于轨道发生拐弯造成波磨测量装置的距离传感器向轨道的内侧或者外侧发生偏移，导致距离传感器采集的不是轨道上的同一条直线上的距离实测值，如此，在后续根据采集的距离传感器的距离实测值来分析轨道在该直线上的轨道波形的可靠性变差，很难反应轨顶的实际磨损。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种用于列车钢轨轨顶表面磨损的检测方法，解决了现有方法无法用较少的传感器完成整个轨顶表面的磨损检测等技术问题。
2、本专利技术可通过以下技术方案实现：
3、一种用于列车钢轨轨顶表面
4、然后基于实测矩阵am，反演计算得到轨顶表面纵向中线的离散化磨损量，再结合轮廓矩阵pr推导得到轨顶表面平行于纵向中线的多条曲线的离散化磨损量，从而通过一次测量即可获得整个轨顶表面的磨损情况。
5、进一步，采用中心逼近法对每次采样获得的横向轮廓激光数据进行处理，得到轨顶表面横向的实际中点坐标x′0，计算其与对应次采样得到的横向轮廓激光数据的中点坐标x0的差值即横向偏移量，若差值小于阈值，则无需对此次采样得到的激光位移数据进行修正，否则，对此次采样得到的激光位移数据进行修正。
6、进一步，采用中心逼近法修正激光位移数据的算法包括以下步骤：
7、步骤一、从每次采样得到的横向轮廓激光数据的最左侧和最右侧分别向中心依次取m个数据点，分别记为点集a即a1(xa)～am(xa)和点集b即b1(xb)～bm(xb)，其中，xa、xb分别表示每次获取的点集a的最左侧点、点集b的最右侧点，且以此作为对应点集a、点集b的序号，计算此时的配准参数
8、步骤二、保持点集b的位置不变，将点集a的起始点由最左侧点向点集b方向顺移一个数据点，再利用此时的点集a和点集b计算配准参数；
9、步骤三、重复步骤二，直至xa等于左侧既定阈值；
10、步骤四、将点集a的起始点恢复至最左侧点，并保持位置不变，将点集b的起始点由最右侧点向点集a方向顺移一个数据点，再利用此时的点集a和点集b计算配准参数；
11、步骤五、重复步骤四，直至xb等于右侧既定阈值；
12、步骤六、选取配准参数最小时对应的xa和xb，利用公式计算轨顶表面的实际中点坐标；
13、步骤七、利用如下公式，修正激光位移数据
14、在长为l的测量弦线上n个测试点中距离轮廓中点第k个测点的横向偏移量δx，利用如下公式计算：
15、
16、其中，r为轨道半径，计算方式为：
17、因此，激光位移数据中任意一数据点的横向坐标修正为测量值的横向坐标+横向偏移量δxk；垂向坐标修正为测量值的垂向坐标+垂向偏移量δz0，从而获得纵向中线上各个测量点的实际位置坐标，完成修正。
18、进一步，所述横向轮廓激光数据所在的横截面过激光位移数据所在某段轨顶纵向中线的中点，每次采样的激光位移数据至少包含四个数据点。
19、进一步，所述激光位移数据采用多个激光位移传感器进行采集，所述横向轮廓激光数据采用一个线激光轮廓传感器进行采集，所述线激光轮廓传感器、多个激光位移传感器的激光中心点等距间隔排列，且均处在轨顶表面的纵向中线的正上方，以传感器之间的间距作为采样步长。
20、进一步，以每次修正得到的激光位移数据以及横向轮廓激光数据的实际中点数据作为列向量，构建实测矩阵am，每次采样得到横向轮廓激光数据作为列向量，构建轮廓矩阵pr，利用公式am＝mc·y反演计算得到轨顶表面纵向中线的离散化磨损值h0，其中，mc为测量转换矩阵，y为轨顶实际不平顺耦合矩阵；
21、利用公式hi(j)＝h0(j)+[pr(x0,yj)-pr(xi,yj)]，其中，yj表示沿轨顶纵向第j次采样得到横向轮廓激光数据对应的纵向位置，hi(j)表示轨顶表面上编号为i的曲线xi在纵向位置yj的离散化磨损量，h0(j)表示上述反演计算得到的第j次采样得到纵向中线位置的离散化磨损量，pr(xi,yj)表示轨顶纵向位置yj与编号为i的曲线xi交点处的垂向轮廓实测值，pr(xi,y0)表示轨顶纵向中线位置与编号为i的曲线xi交点处的垂向轮廓实测值。
22、本专利技术有益的技术效果在于：
23、1)引入横向轮廓激光数据，可以最小数量的传感器实现钢轨横向更多位置处数据的获取，为后续从钢轨轨顶表面纵向中线推导两侧多条直线的磨损情况提供数据基础，由此实现“由点到线，以线推面”的磨损测量效果。
24、2)借助中心逼近方法，利用横向轮廓激光数据对激光位移数据进行修正，弥补了在测量曲线轨道时激光位置数据的横向偏移导致的误差，提高了磨损测量的准确性和可靠性，也使得本专利技术的测量方法可以适应各类线路环境，扩大了使用范围，实用性更强。
25、3)将横向轮廓激光数据布局在激光位移数据的中部位置，使得激光位移数据沿钢轨纵向前后两侧尽可能地均匀分布，可以通过增加或减少传感器的数量来控制纵向数据精度的提高或降低，更好地减小在测量小半径曲线轨道时产生的误差，有较好的校正效果。
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1.一种用于列车钢轨轨顶表面磨损的非接触动态检测方法，其特征在于：基于弦测法检测原理，按照采样步长，先同步采集某一段轨顶纵向中线所在表面的激光位移数据以及其中某一横截面所在表面的横向轮廓激光数据，再采用中心逼近法对横向轮廓激光数据进行处理，获取横向偏移量，以修正激光位移数据，重复上述方法完成下一采样步长的数据采集和修正，直至完成待检轨顶表面的激光数据采集，并以每次采样的横向轮廓激光数据构建轮廓矩阵PR，以每次修正后的激光位移数据和横向轮廓激光数据的中点数据构建实测矩阵AM；
2.根据权利要求1所述的用于列车钢轨轨顶表面磨损的检测方法，其特征在于：采用中心逼近法对每次采样获得的横向轮廓激光数据进行处理，得到轨顶表面横向的实际中点坐标x′0，计算其与对应次采样得到的横向轮廓激光数据的中点坐标x0的差值即横向偏移量，若差值小于阈值，则无需对此次采样得到的激光位移数据进行修正，否则，对此次采样得到的激光位移数据进行修正。
3.根据权利要求2所述的用于列车钢轨轨顶表面磨损的检测方法，其特征在于采用中心逼近法修正激光位移数据的算法包括以下步骤：
4.根据权
5.根据权利要求4所述的用于列车钢轨轨顶表面磨损的检测方法，其特征在于：所述激光位移数据采用多个激光位移传感器进行采集，所述横向轮廓激光数据采用一个线激光轮廓传感器进行采集，所述线激光轮廓传感器、多个激光位移传感器的激光中心点等距间隔排列，且均处在轨顶表面的纵向中线的正上方，以传感器之间的间距作为采样步长。
6.根据权利要求2所述的用于列车钢轨轨顶表面磨损的检测方法，其特征在于：以每次修正得到的激光位移数据以及横向轮廓激光数据的实际中点数据作为列向量，构建实测矩阵AM，每次采样得到横向轮廓激光数据作为列向量，构建轮廓矩阵PR，利用公式AM＝MC·Y反演计算得到轨顶表面纵向中线的离散化磨损值H0，其中，MC为测量转换矩阵，Y为轨顶实际不平顺耦合矩阵；
...【技术特征摘要】
1.一种用于列车钢轨轨顶表面磨损的非接触动态检测方法，其特征在于：基于弦测法检测原理，按照采样步长，先同步采集某一段轨顶纵向中线所在表面的激光位移数据以及其中某一横截面所在表面的横向轮廓激光数据，再采用中心逼近法对横向轮廓激光数据进行处理，获取横向偏移量，以修正激光位移数据，重复上述方法完成下一采样步长的数据采集和修正，直至完成待检轨顶表面的激光数据采集，并以每次采样的横向轮廓激光数据构建轮廓矩阵pr，以每次修正后的激光位移数据和横向轮廓激光数据的中点数据构建实测矩阵am；
2.根据权利要求1所述的用于列车钢轨轨顶表面磨损的检测方法，其特征在于：采用中心逼近法对每次采样获得的横向轮廓激光数据进行处理，得到轨顶表面横向的实际中点坐标x′0，计算其与对应次采样得到的横向轮廓激光数据的中点坐标x0的差值即横向偏移量，若差值小于阈值，则无需对此次采样得到的激光位移数据进行修正，否则，对此次采样得到的激光位移数据进行修正。
3.根据权利要求2所述的用于列车钢轨轨顶表面磨损的检测方法，其特征在于采用中心...
【专利技术属性】
技术研发人员：田一淋，吕文卿，尧辉明，赵登宇，
申请(专利权)人：上海电子信息职业技术学院，
类型：发明
国别省市：
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