【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及信息，尤其涉及一種基于光纖光柵陣列識(shí)別軌道鋼軌表面?zhèn)麚p異常的方法及系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、地鐵線路鋼軌使用1.5～2.5年后就可能在表面產(chǎn)生裂紋甚至剝離掉塊傷損。鋼軌表面裂紋產(chǎn)生的原因較多，主要是被車輪擦傷后表層組織發(fā)生理化性能變化，長(zhǎng)期處于潮濕狀態(tài)被液體入侵加速裂紋發(fā)展等。當(dāng)擦傷深度較小時(shí)可以通過打磨，銑削等處理，而發(fā)展到更深時(shí)則需要換軌處理。因此，盡早發(fā)現(xiàn)鋼軌表面?zhèn)麚p，對(duì)于運(yùn)營(yíng)安全和運(yùn)營(yíng)成本都具有重要意義。
2、為了發(fā)現(xiàn)地鐵軌道鋼軌表面?zhèn)麚p情況，現(xiàn)有方法主要依靠工作人員按巡檢計(jì)劃定期對(duì)軌道進(jìn)行巡查，采用人工目視、使用聲學(xué)或光學(xué)設(shè)備采集鋼軌的聲學(xué)或視覺成像情況，然后再對(duì)比分析來發(fā)現(xiàn)問題。這些方法依靠人工沿著軌道逐一檢測(cè)采集，自動(dòng)化程度較低，工作強(qiáng)度大。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)主要目的在于提供一種基于光纖光柵陣列識(shí)別軌道鋼軌表面?zhèn)麚p異常的方法及系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處置早期傷損而延長(zhǎng)鋼軌使用壽命，提高軌道鋼軌安全性。
2、本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案是：
3、提供一種基于光纖光柵陣列識(shí)別軌道鋼軌表面?zhèn)麚p異常的方法，包括以下步驟：
4、在測(cè)區(qū)的軌道道床上鋪設(shè)陣列光柵振動(dòng)傳感光纜，持續(xù)監(jiān)測(cè)測(cè)區(qū)并提取列車經(jīng)過時(shí)產(chǎn)生的過車振動(dòng)信號(hào)；
5、將過車振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為小波尺度譜圖；
6、將小波尺度譜圖輸入預(yù)先訓(xùn)練好的自編器碼神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，輸出經(jīng)過重建后的波尺度譜圖；該自編器碼神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)為基于測(cè)區(qū)正常狀態(tài)下過車振動(dòng)
7、計(jì)算重建后的波尺度譜圖與輸入的小波尺度譜圖之間的重建損失，并與預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行比較，若大于該預(yù)設(shè)閾值則判斷為軌道鋼軌表面?zhèn)麚p異常，否則為正常。
8、接上述技術(shù)方案，該自編碼器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括編碼器、隱藏層和解碼器，利用輸入的正常狀態(tài)下過車振動(dòng)信號(hào)的小波尺度譜圖來指導(dǎo)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)一個(gè)映射關(guān)系得到重構(gòu)輸出，學(xué)習(xí)過車振動(dòng)信號(hào)的本質(zhì)特征表示。
9、接上述技術(shù)方案，自編碼神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練過程中的損失函數(shù)采用mseloss。
10、接上述技術(shù)方案，利用測(cè)區(qū)正常狀態(tài)下的過車振動(dòng)信號(hào)的小波尺度譜圖計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)重建損失，計(jì)算其均值和標(biāo)準(zhǔn)差，以均值和三倍標(biāo)準(zhǔn)差之和作為異常判斷的預(yù)設(shè)閾值。
11、接上述技術(shù)方案，小波尺度譜圖使用連續(xù)小波cmor1.5-1.0，尺度范圍為5-100赫茲。
12、接上述技術(shù)方案，每日代表性樣本譜圖子集的篩選過程為：
13、將測(cè)區(qū)每日過車振動(dòng)信號(hào)的小波尺度譜圖轉(zhuǎn)為向量；
14、使用局部離群因子算法取得向量中的離群項(xiàng)并排除。
15、接上述技術(shù)方案，局部離群因子算法中的最鄰近數(shù)設(shè)置為當(dāng)日過車振動(dòng)信號(hào)數(shù)量的四分之一取整。
16、接上述技術(shù)方案，還包括步驟：當(dāng)軌道鋼軌表面?zhèn)麚p異常時(shí)，生成異常報(bào)警信號(hào)。
17、接上述技術(shù)方案，還包括步驟：將測(cè)區(qū)所有過車振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)保存并根據(jù)判斷是否異常的結(jié)果構(gòu)建測(cè)區(qū)健康數(shù)據(jù)庫(kù)。
18、本專利技術(shù)還提供一種基于光纖光柵陣列識(shí)別軌道鋼軌表面?zhèn)麚p異常的系統(tǒng)，包括：
19、信號(hào)采集模塊，用于在測(cè)區(qū)的軌道道床上鋪設(shè)陣列光柵振動(dòng)傳感光纜，持續(xù)監(jiān)測(cè)測(cè)區(qū)并提取列車經(jīng)過時(shí)產(chǎn)生的過車振動(dòng)信號(hào)；
20、信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊，用于將過車振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為小波尺度譜圖；
21、數(shù)據(jù)重構(gòu)模塊，用于將小波尺度譜圖輸入預(yù)先訓(xùn)練好的自編器碼神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，輸出經(jīng)過重建后的波尺度譜圖；該自編器碼神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)為基于測(cè)區(qū)正常狀態(tài)下過車振動(dòng)信號(hào)的小波尺度譜圖篩選出的每日代表性樣本譜圖子集，訓(xùn)練過程為對(duì)輸入的訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)，使得重構(gòu)輸出與輸入之間的差距最??；
22、異常判斷模塊，用于計(jì)算重建后的波尺度譜圖與輸入的小波尺度譜圖之間的重建損失，并與預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行比較，若大于該預(yù)設(shè)閾值則判斷為軌道鋼軌表面?zhèn)麚p異常，否則為正常。
23、本專利技術(shù)還提供一種計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)，其內(nèi)存儲(chǔ)有可被處理器執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)上述技術(shù)方案所述的基于光纖光柵陣列識(shí)別軌道鋼軌表面?zhèn)麚p異常的方法。
24、本專利技術(shù)產(chǎn)生的有益效果是：本專利技術(shù)通過在軌道道床上鋪設(shè)陣列光柵振動(dòng)傳感光纜，持續(xù)監(jiān)測(cè)并提取列車經(jīng)過時(shí)產(chǎn)生的過車振動(dòng)信號(hào)，當(dāng)鋼軌表面存在一定程度傷損時(shí)，通過轉(zhuǎn)換為連續(xù)小波尺度譜圖，再經(jīng)過預(yù)先訓(xùn)練好的自編器碼神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行重構(gòu)，計(jì)算重構(gòu)損失并將其與閾值進(jìn)行比較即可判斷出來軌道鋼軌表面?zhèn)麚p是否異常。本專利技術(shù)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處置早期軌道傷損而延長(zhǎng)鋼軌使用壽命，提高軌道鋼軌安全性。
25、進(jìn)一步地，由于小波變換在時(shí)域和頻域具有良好的局部化性質(zhì)，可有效地表現(xiàn)非平穩(wěn)時(shí)變過程，因此選擇基于小波變換的小波尺度譜圖可視化表達(dá)車輛經(jīng)過測(cè)區(qū)鋼軌過程中車輪與鋼軌表面的摩擦和撞擊產(chǎn)生的不規(guī)則振動(dòng)信號(hào)特征。
26、進(jìn)一步地，當(dāng)軌道鋼軌表面?zhèn)麚p異常時(shí)，生成異常報(bào)警信號(hào)，可以及時(shí)發(fā)送傷損異常提醒，從而輔助巡檢維修人員及時(shí)復(fù)查檢修。
27、進(jìn)一步地，通過將測(cè)區(qū)所有過車振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)保存并根據(jù)判斷是否異常的結(jié)果構(gòu)建測(cè)區(qū)健康數(shù)據(jù)庫(kù)，可以從振動(dòng)角度豐富軌道健康狀況數(shù)據(jù)庫(kù)。
28、當(dāng)然，實(shí)施本專利技術(shù)的任一產(chǎn)品并不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點(diǎn)。
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1.一種基于光纖光柵陣列識(shí)別軌道鋼軌表面?zhèn)麚p異常的方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖光柵陣列識(shí)別軌道鋼軌表面?zhèn)麚p異常的方法，其特征在于，該自編碼器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括編碼器、隱藏層和解碼器，利用輸入的正常狀態(tài)下過車振動(dòng)信號(hào)的小波尺度譜圖來指導(dǎo)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)一個(gè)映射關(guān)系得到重構(gòu)輸出，學(xué)習(xí)過車振動(dòng)信號(hào)的本質(zhì)特征表示。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖光柵陣列識(shí)別軌道鋼軌表面?zhèn)麚p異常的方法，其特征在于，自編碼神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練過程中的損失函數(shù)采用MSELoss。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖光柵陣列識(shí)別軌道鋼軌表面?zhèn)麚p異常的方法，其特征在于，利用測(cè)區(qū)正常狀態(tài)下的過車振動(dòng)信號(hào)的小波尺度譜圖計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)重建損失，計(jì)算其均值和標(biāo)準(zhǔn)差，以均值和三倍標(biāo)準(zhǔn)差之和作為異常判斷的預(yù)設(shè)閾值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖光柵陣列識(shí)別軌道鋼軌表面?zhèn)麚p異常的方法，其特征在于，小波尺度譜圖使用連續(xù)小波cmor1.5-1.0，尺度范圍為5-100赫茲。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖光柵陣列識(shí)別軌道鋼軌表面?zhèn)麚p異常的方法，其特征在
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于光纖光柵陣列識(shí)別軌道鋼軌表面?zhèn)麚p異常的方法，其特征在于，局部離群因子算法中的最鄰近數(shù)設(shè)置為當(dāng)日過車振動(dòng)信號(hào)數(shù)量的四分之一取整。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖光柵陣列識(shí)別軌道鋼軌表面?zhèn)麚p異常的方法，其特征在于，還包括步驟：當(dāng)軌道鋼軌表面?zhèn)麚p異常時(shí)，生成異常報(bào)警信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖光柵陣列識(shí)別軌道鋼軌表面?zhèn)麚p異常的方法，其特征在于，還包括步驟：將測(cè)區(qū)所有過車振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)保存并根據(jù)判斷是否異常的結(jié)果構(gòu)建測(cè)區(qū)健康數(shù)據(jù)庫(kù)。
10.一種基于光纖光柵陣列識(shí)別軌道鋼軌表面?zhèn)麚p異常的系統(tǒng)，其特征在于，包括：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于光纖光柵陣列識(shí)別軌道鋼軌表面?zhèn)麚p異常的方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖光柵陣列識(shí)別軌道鋼軌表面?zhèn)麚p異常的方法，其特征在于，該自編碼器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括編碼器、隱藏層和解碼器，利用輸入的正常狀態(tài)下過車振動(dòng)信號(hào)的小波尺度譜圖來指導(dǎo)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)一個(gè)映射關(guān)系得到重構(gòu)輸出，學(xué)習(xí)過車振動(dòng)信號(hào)的本質(zhì)特征表示。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖光柵陣列識(shí)別軌道鋼軌表面?zhèn)麚p異常的方法，其特征在于，自編碼神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練過程中的損失函數(shù)采用mseloss。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖光柵陣列識(shí)別軌道鋼軌表面?zhèn)麚p異常的方法，其特征在于，利用測(cè)區(qū)正常狀態(tài)下的過車振動(dòng)信號(hào)的小波尺度譜圖計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)重建損失，計(jì)算其均值和標(biāo)準(zhǔn)差，以均值和三倍標(biāo)準(zhǔn)差之和作為異常判斷的預(yù)設(shè)閾值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖光柵陣列識(shí)別軌道鋼軌表面?zhèn)麚p異常的方法，其...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王剛，王波，彭濤，王明照，周益平，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：武漢智慧地鐵科技有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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