[发明专利]具有强化补偿能力的铁路轨道高低不平顺诊断方法及系统

说明书

本发明公开一种具有强化补偿能力的铁路轨道高低不平顺诊断方法及系统。本发明利用基于数据驱动的神经网络算法对大量故障数据进行特征提取并建立诊断模型，然后基于数据驱动方法的诊断模型对于轨道高低不平顺幅值二级及以上故障判断误差较大，利用提取出的二级及以上故障数据的小样本和相应的模型输出层误差Err,结合非均匀量化思想，构建基于非均匀量化信度的误差补偿模型，以强化补偿基于数据驱动的BP神经网络模型的输出层，对神经网络模型的输出层进行强化补偿，不但可以提高小样本故障的准确性，还可以提升整体故障的确诊率，且强化补偿模型参数物理意义明确，便于工程技术人员理解和参与设计。

技术领域

本发明属于轨道交通安全运行维护领域，涉及一种具有强化补偿能力的铁路轨道高低不平顺故障诊断方法及系统。

背景技术

随着我国铁路的快速发展，列车运行速度越来越高、载重量越来越大、发车次数越来越频繁，铁路轨道作为承载列车运行的重要基础设施，其出现任何故障都会对行车效率及安全带来重要的影响。而由于钢轨受自身锻造工艺不可避免的杂质、以及路基的非均匀沉降、恶劣自然环境的化学侵蚀，加之列车重载压力和高频次反复碾压升温等复杂环境影响，使得其常发生轨道几何形变，其中高低不平顺是衡量轨道变形的重要指标。高低不平顺是表征轨道在垂直方向上超过或低于轨面的几何程度。不平顺幅值较小可以加剧机车振动程度，引起乘客的不舒适；不平顺幅值较大则会造成轮对与钢轨形成较大的冲击力，导致轨道几何结构进一步恶化，且严重影响行车安全，甚至造成脱轨等严重事故。

目前铁路轨道高低不平顺故障诊断主流方法包括弦测法、惯性基准法和振动分析法等方法。弦测法将检测车两轮与轨道接触点的连线作为测量的基准线，将两轮间的轮与轨道接触点偏离弦线的数值作为轨道梁线形弦测值，弦测值通过测量三轮的轴箱相对于基准杆的位移计算出，其传递函数等于测量值除以实际输入值，但只有当其传递函数等于正负符号不变的常数时，弦测法才能反映轨道实际情况，所以铁路中逐渐采用传递函数较高的惯性基准法。惯性基准法利用安装在车厢上的垂直振动加速度计和位移计进行惯性基准测量，通过振动加速度信号的二次积分获得车体的惯性位移，该惯性位移与位移计获取的车体与轴箱之间的相对位移求和；然后采用倾斜仪和陀螺仪进行列车倾角计算，利用该倾角对测量值修正，便可得到轨道故障的检测值,轨检车装载的轨道检测系统是该方法应用的典型代表。该方法虽得到广泛应用，但仍存在占据线路时间，检测频率低(如京广线，每月定期检测2次)，且轨道检测系统中如陀螺仪等高精度仪器对车体和使用环境要求较高等原因，使其不能满足实际运行轨道故障的及时诊断需求，从而给列车运行带来了极大安全隐患。振动分析方法利用轨道某些故障会引起车轴、车厢及转向架等位置的异常振动，通过获取不同位置的振动信号，分析轨道故障与振动信号间的关系。近年来，由于基于振动分析的方法可以有效弥补轨检车方法在轨道高低不平顺检测中的诸多缺陷，不仅可以实现全天候实时检测，也可以增大检测覆盖的行车线路范围，且不占用线路的运行时间，得到了广大学者的关注。然而，由于振动传感器采集振动信息的过程中，易受到来自车体本身的振动干扰和来自外界不同路况变化带来的噪声干扰，加之传感器本身的精度差异，常常导致所采集到的振动信号含有噪声，使其与轨道高低不平顺故障之间的对应关系存在不确定性，且呈现出很强的非线性。并且，由于高等级的不平顺样本较少，使得很多文献构建的故障诊断模型对高故障等级不敏感，只能粗略的判断出是否发生高低不平顺故障或判断出低等级高低不平顺故障，对严重故障的诊断能力有待提升。

发明内容

本发明的目的是针对机车车轴、车厢测点特征与轨道高低不平顺状态之间存在的复杂非线性关系，以及缺乏大量故障等级高的样本造成的无法精确诊断高等级故障等问题，提出一种具有强化补偿能力的轨道高低不平顺诊断方法。

本发明提出的一种具有强化补偿能力的铁路轨道高低不平顺诊断方法，包括以下各步骤：

(1)采集数据并预处理