本发明专利技术属于轨道交通智能运维技术领域，公开了一种基于牵引力包络线的道岔运行状态快速检测方法。本发明专利技术采用的方法为：若待检测牵引力曲线处于正常参考曲线上、下包络线之内，则检测结果为正常；若待检测牵引力曲线超出包络线，则检测结果为利用DTW算法得到的匹配曲线信息，同时对于匹配结果为正常的情况，进一步更新正常参考曲线上、下包络线并写入曲线样本库。按本发明专利技术采用的方法，可以快速确定牵引力曲线是否正常，从而避免大量无效的DTW距离计算，提高检测效率。
1、道岔是铁路信号系统中的基础设备之一，直接影响行车效率和行车安全，利用采集数据对道岔运行状态进行检测具有重要的实用价值。目前道岔转辙机的数据采集来源主要包括缺口图像、动作电流、功率和牵引力等，相较于其它监测数据，牵引力曲线能直接反映道岔在动作过程中的阻力情况和机械性能。
2、动态时间规整（dynamic time warping, dtw）是基于动态规划策略对两个时间序列通过非线性地时域调整以便于正确计算两者之间相似度的一种算法，不要求每条序列长度严格对齐，允许在时间轴上的拉伸或压缩。传统的基于dtw算法对道岔状态进行检测的步骤为：计算待检测曲线与样本曲线库中各条样本曲线之间的dtw距离，检测结果即为最小dtw距离对应样本曲线所携带的状态信息。但dtw算法时间复杂度高，且实际道岔绝大部分时间处于正常运行状态，导致计算大量无效结果、耗时长的问题。
1、本专利技术的目的在于是提供一种基于牵引力包络线的道岔运行状态快速诊断方法，针对现有道岔故障诊断方法的不足，快速确定牵引力曲线是否正常，从而避免大量无效的dtw距离计算，提高检测效率。
>4、步骤2：判断待检测牵引力曲线的数据点数是否超过正常参考曲线的阈值，若是则转入步骤4，否则转入步骤3；5、步骤3：判断待检测牵引力曲线是否位于正常参考曲线的上、下包络线以内，若是则检测结果为待检测牵引力曲线正常并结束流程，否则转入步骤4；
6、步骤4：使用优化dtw算法匹配待检测牵引力曲线与牵引力曲线样本库中的样本曲线；
7、步骤5：判断待检测牵引力曲线与牵引力曲线样本库的样本曲线匹配结果是否为待检测牵引力曲线正常，若是则检测结果为待检测牵引力曲线正常，则更新牵引力曲线样本库中正常参考曲线的上、下包络线并结束流程；
8、否则检测结果为匹配待检测牵引力曲线携带的状态信息并结束流程。
9、进一步的，步骤1中，上、下包络线筛选正常参考曲线的能力和阈值大小呈正相关；
10、正常参考曲线为道岔正常运行状态下长度为n的标准牵引力曲线
f0，其上、下包络线的初始化构造结合幅值和时移偏差，并在道岔运行过程中动态更新，其上、下包络线的初始化构造方法为：，其中
u0、
l0为上、下包络线的初始化构造，
nu、
nc分别控制上、下包络线幅值的常数，用以增加包络线幅值上的裕量，
r为控制时间偏移窗口的常数，用以增加包络线时移偏差上的裕量。
11、进一步的，步骤2中，阈值的设置以正常参考曲线数据点数的波动范围为基础，同时增加裕量；
12、比较数据点数剪枝异常运行状态下曲线的能力与阈值大小呈负相关，若待检测牵引力曲线的数据点数明显超出正常参考曲线数据点数的波动范围，则该待检测牵引力曲线为异常运行状态，无需与包络线比较。
13、进一步的，步骤3中，若待检测牵引力曲线的长度小于等于包络线的长度，则一一比较待检测牵引力曲线各数据点是否处于上、下包络线对应点之间；
14、若待检测牵引力曲线的长度大于包络线的长度，则待检测牵引力曲线超出的数据点均与上、下包络线的最后数据点比较。
15、进一步的，步骤3中，对于长度为n的上包络线u和下包络线l、长度为m的待检测牵引力曲线f，若待检测牵引力曲线f处于上包络线u和下包络线l之间，则满足式：。
16、进一步的，步骤4中，优化dtw算法包括提前终止方法、采用下界函数方法、调整下界函数数据点计算顺序方法；
17、使用优化dtw算法匹配待检测牵引力曲线f与牵引力曲线样本库中的样本曲线的流程包括：
18、s1：待检测牵引力曲线进行z-score标准化后计算绝对值大小的降序排序索引值；
19、s2：初始化匹配曲线为曲线库中第一条样本曲线，初始化dtw最小距离为无穷；
20、s3：若曲线样本库中的样本曲线全部遍历完成，则流程结束，否则顺序依次取出各条样本曲线；
21、s4：计算样本曲线的下界函数，若待检测牵引力曲线和样本曲线长度相同，则下界函数类型为lb_keogh，否则类型为lb_yi；
22、s5：按待检测曲线降序索引顺序计算和下界函数之间的dtw下界距离，若计算过程中距离大于dtw最小距离，则跳转步骤s3，否则转入步骤s6；
23、s6：计算待检测曲线和样本曲线之间的dtw距离，若距离大于dtw最小值，则跳转步骤s3，否则最小值更新为该dtw距离，匹配曲线更新为该样本曲线，并跳转步骤s3。
24、进一步的，在步骤s1中，对于均值为
m，方差为
s的序列
x1,
x2,…,
xn，其z-score标准化后的序列
y1,
y2,…,
yn的计算公式为：。
25、进一步的，在步骤s2中，样本曲线库中的样本曲线包括历史故障曲线，历史故障曲线包括六类：道岔密贴原因导致的解锁困难故障曲线、尖轨形变导致的尖轨反弹故障曲线、异物侵入原因导致的转换卡阻故障曲线、尖轨螺栓过紧原因导致的转换困难故障曲线、弹簧老化原因导致的转换力不均衡故障曲线、动作螺母松动原因导致的锁闭卡阻故障曲线，判断历史故障曲线是否存在不属于曲线样本库的全新故障类型，若存在，则更新样本曲线库。
26、进一步的，在步骤s4中，lb_keogh和lb_yi为目前已有的两类下界函数：
27、若待检测牵引力曲线的长度和包络线的长度相同，lb_keogh函数根据滑动时间窗口构造其中一条序列的紧贴上、下包络线实现dtw距离的放缩计算；
28、若待检测牵引力曲线的长度和包络线的长度不同，lb_yi函数选择其中一条序列的最大值、最小值作为宽松的包络线实现放缩计算。
29、进一步的，在步骤s5中，正常参考曲线上、下包络线的更新结合幅值和时移偏差，包括以下步骤：
30、s7：对于超出原长度为n的上包络线
u、下包络线
l的正常牵引力f，先根据公式更新幅值信息；其中
n为
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【技术保护点】
1.一种基于牵引力包络线的道岔运行状态快速检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所示的基于牵引力包络线的道岔运行状态快速检测方法，其特征在于，步骤1中，上、下包络线筛选正常参考曲线的能力和阈值大小呈正相关；
3.根据权利要求1所示的基于牵引力包络线的道岔运行状态快速检测方法，其特征在于，步骤2中，阈值的设置以正常参考曲线数据点数的波动范围为基础，同时增加裕量；
4.根据权利要求1所示的基于牵引力包络线的道岔运行状态快速检测方法，其特征在于，步骤3中，若待检测牵引力曲线的长度小于等于包络线的长度，则一一比较待检测牵引力曲线各数据点是否处于上、下包络线对应点之间；
5.根据权利要求4所示的基于牵引力包络线的道岔运行状态快速检测方法，其特征在于，步骤3中，对于长度为n的上包络线U和下包络线L、长度为m的待检测牵引力曲线F，若待检测牵引力曲线F处于上包络线U和下包络线L之间，则满足式：
6.根据权利要求1所示的基于牵引力包络线的道岔运行状态快速检测方法，其特征在于，步骤4中，优化DTW算法包括提前终止方法、采用下界函数方法、调整下界函数数据点计算顺序方法；
7.根据权利要求6所示的基于牵引力包络线的道岔运行状态快速检测方法，其特征在于，在步骤S1中，对于均值为m，方差为s的序列x1, x2,…, xn，其Z-score标准化后的序列y1, y2,…, yn的计算公式为：。
8.根据权利要求6所示的基于牵引力包络线的道岔运行状态快速检测方法，其特征在于，在步骤S2中，样本曲线库中的样本曲线包括历史故障曲线，历史故障曲线包括六类：道岔密贴原因导致的解锁困难故障曲线、尖轨形变导致的尖轨反弹故障曲线、异物侵入原因导致的转换卡阻故障曲线、尖轨螺栓过紧原因导致的转换困难故障曲线、弹簧老化原因导致的转换力不均衡故障曲线、动作螺母松动原因导致的锁闭卡阻故障曲线，判断历史故障曲线是否存在不属于曲线样本库的全新故障类型，若存在，则更新样本曲线库。
9.根据权利要求6所示的基于牵引力包络线的道岔运行状态快速检测方法，其特征在于，在步骤S4中，LB_Keogh和LB_Yi为目前已有的两类下界函数：
10.根据权利要求6所示的基于牵引力包络线的道岔运行状态快速检测方法，其特征在于，在步骤S5中，正常参考曲线上、下包络线的更新结合幅值和时移偏差，包括以下步骤：
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【技术特征摘要】
1.一种基于牵引力包络线的道岔运行状态快速检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所示的基于牵引力包络线的道岔运行状态快速检测方法，其特征在于，步骤1中，上、下包络线筛选正常参考曲线的能力和阈值大小呈正相关；
3.根据权利要求1所示的基于牵引力包络线的道岔运行状态快速检测方法，其特征在于，步骤2中，阈值的设置以正常参考曲线数据点数的波动范围为基础，同时增加裕量；
4.根据权利要求1所示的基于牵引力包络线的道岔运行状态快速检测方法，其特征在于，步骤3中，若待检测牵引力曲线的长度小于等于包络线的长度，则一一比较待检测牵引力曲线各数据点是否处于上、下包络线对应点之间；
5.根据权利要求4所示的基于牵引力包络线的道岔运行状态快速检测方法，其特征在于，步骤3中，对于长度为n的上包络线u和下包络线l、长度为m的待检测牵引力曲线f，若待检测牵引力曲线f处于上包络线u和下包络线l之间，则满足式：
6.根据权利要求1所示的基于牵引力包络线的道岔运行状态快速检测方法，其特征在于，步骤4中，优化dtw算法包括提前终止方法、采用下界函数方法、调整下界函数数据点计算顺序方法；<...
【专利技术属性】
技术研发人员：庄增宝，李广刚，余锦军，严冬冬，景顺利，
申请(专利权)人：南京恩瑞特实业有限公司，
类型：发明
国别省市：
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