[发明专利]一种基于振动信号端点检测的高速道岔伤损识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于振动信号端点检测的高速道岔伤损识别方法。

背景技术

高速道岔较之高速铁路中其他部位的钢轨，由于其为活动部件且为变截面，成为高速铁路线路中的脆弱环节，是影响高速铁路行车安全的关键基础设施。在列车压力及温度载荷的作用下，道岔会不断发生损伤形变及性能劣化，是线路维修中的重点和难点。道岔一旦出现故障将严重影响铁路的运营，甚至发生灾难性的事故，因此实时掌握道岔的伤损状态，是保障道岔设备安全和高速行车的关键。

现有的道岔安全监测系统，如法国SIEMA公司的高速铁路道岔监测装置，德国铁路的Roadmaster2000道岔监测系统，中国铁道科学研究院研发的桥上无缝道岔状态实时监测系统。这些系统监测道岔的尖轨位置、最小轮缘槽、转辙机的电流、拉力、动作杆位移、钢轨温度和桥梁伸缩位移等，为掌握道岔的工作状态提供了较好的监测手段，但这些系统均只能监测出道岔的明显、外在变化。而一旦监测出道岔发生明显、外在变化时，必须立即停止列车运行，进行检修、更换，这将影响铁路运营效率；另一方面道岔发生明显、外在变化到出现故障直至发生灾难性事故的时间通常很短，使得这些系统也不能可靠、及时的预防与控制故障及事故的发生。

公开号为CN102175768A的“一种基于振动信号的高铁钢轨伤损探测方法及装置”专利申请，将振动信号进行经验模态分解得到本征模函数(IMF)分量，以IMF分量作为特征信息进行伤损检测。它能探测出钢轨的内部裂纹等伤损，能更可靠、及时的预防与控制故障及事故的发生；测出伤损到影响列车运行的时间更长，可在列车通过的间隙对钢轨进行检修、更换，对铁路运营效率影响低。但该方法需对采集到的包括轮对没有过测点时的所有振动信号进行处理、识别。其计算量大、实时性差，对硬件的要求高。对固定的钢轨，由于振动信号规律性强、噪声小，信噪比高，该方法尚能实现。但对活动的、且截面变化的、背景干扰噪声更为强大复杂、振动也剧烈得多的高速道岔，则无法使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于振动信号端点检测的高速道岔伤损识别方法，利用该方法可有效检测出轮对过测点时有效道岔振动信号的端点和轮对没过测点时虚假振动信号的端点，从而提取有效道岔振动信号并抛弃虚假振动信号，既避免了虚假振动信号对道岔伤损特征的干扰，又显著降低了后续处理的振动信号数据量，对道岔伤损的识别率高、实时性好。

本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种基于振动信号端点检测的高速道岔伤损识别方法，包括的步骤有，采集道岔振动信号、提取道岔振动信号特征、分类识别道岔伤损，其特征在于：所述的采集道岔振动信号后，先对采集到的振动信号进行端点检测得到有效振动信号，再提取道岔振动信号特征；所述的端点检测的具体做法是：

(1)对采集到的道岔振动时域信号按帧长K＝2560点，相邻帧重叠1280点进行分帧，若最后一帧不足2560点则抛弃该帧，得到单帧时域信号x_n，n为帧的序号；然后对单帧时域信号x_n进行快速傅里叶变换得到该帧时域信号x_n的功率谱|X_n(k)|²，其中|X_n(k)|为第k个频点的频谱幅度，k＝1，2，...，K/2；

(2)将单帧时域信号x_n的功率谱|X_n(k)|²划为长度为40个频点的等长无重叠的32个频域子带，计算每一频域子带的功率合值其中i为频域子带的序号、i＝1，2，...，32；

(3)对单帧时域信号x_n的频域子带的功率合值P_n(i)进行顺序统计滤波，即：令最前面2帧和最后面2帧的单帧的子带功率合值P_n(i)的滤波值对其余帧，则取其前后各2帧及本帧的第i个子带功率合值P_n-2(i)，P_n-1(i)，P_n(i)，P_n+1(i)，P_n+2(i)，将这5个子带的功率合值中的最大值乘以0.9、次大值乘以0.1后，相加即得该第n帧第i个子带的功率合值P_n(i)的滤波值