[发明专利]一种基于噪声信号的列车车轮损伤识别方法

说明书

本发明是一种基于噪声信号的列车车轮损伤识别方法，噪声采集装置设置在列车均速行驶的直线段两侧，用于实时采集列车经过噪声采集装置的过程中轮轨接触面周围噪声的瞬时声压；首先，通过噪声采集装置采集得到噪声信号，对噪声信号进行盲源分离，保留轮轨噪声信号；确定轮轨噪声信号的特征，对轮轨噪声进行短时傅里叶变换，得到轮轨噪声的时频分布特征；最后进行车轮损伤识别，对比列车经过该装置时轮轨噪声的瞬时声压时频谱与列车车轮各类损伤的特征时频谱，判断损伤车轮隶属的车辆和位置，并得到车轮损伤的类型。具有安装方便、经济性好、智能程度高和实时在线等优点。

技术领域

本发明涉及轨道交通结构监测技术领域，具体的说是一种基于噪声信号的列车车轮损伤识别方法。

背景技术

城市轨道交通线路条件较差，小半径曲线以及大坡道普遍存在，这导致车轮踏面的损伤较为严重。损伤严重的车轮已成为影响城市轨道车辆运行安全重要隐患。此外，车轮损伤必然会带来轮轨接触关系的改变，进而导致轮轨噪声发生变化。城市轨道交通行车速度较低，轮轨噪声在车辆运行时系统总噪声中占据主导地位，车轮损伤对车辆运行时的系统噪声具有显著影响。因此，通过噪声信号的特征分析预测车轮损伤状态，对指导车轮镟修、更换以及列车安全运营有着重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于噪声信号的列车车轮损伤识别方法，能够通过噪声信号特征的分析对车轮损伤进行识别，能够判断列车车轮的损伤类型和损伤位置。具有安装方便、经济性好、智能程度高和实时在线的优点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于噪声信号的列车车轮损伤识别方法，其特征在于：噪声采集装置设置在列车均速行驶的直线段两侧，所述的噪声采集装置用于实时采集列车经过噪声采集装置的过程中轮轨接触面周围噪声的瞬时声压，将采集到的噪声信号数据进行分析处理，对轨道交通列车车轮损伤进行识别判断，具体步骤如下：

步骤1，通过噪声采集装置采集得到噪声信号，对噪声信号进行盲源分离，保留轮轨噪声信号；

步骤2，确定轮轨噪声信号的特征，对轮轨噪声进行短时傅里叶变换，得到轮轨噪声的时频分布特征；

步骤3，车轮损伤识别，对比列车经过该装置时轮轨噪声的瞬时声压时频谱与列车车轮各类损伤的特征时频谱，判断损伤车轮隶属的车辆和位置，并得到车轮损伤的类型。

所述的噪声采集装置设置在两车站之间的列车均速行驶的直线段隧道壁上。

所述的步骤1中噪声采集装置采集得到噪声信号包括但不限于：列车的轮轨噪声、机车车辆的机械设备噪声、空气动力噪声、机电系统噪声以及与运行无关的其他设备发生的噪声。

步骤1中盲源分离的方法具体方法如下：

S(t)＝W(t)X(t)

其中，t为监测时间；X(t)＝(x₁(t)，…，x_i(t))^T为测得的混合信号；S(t)＝(s₁(t)，…，s_i(t))^T为分离结果，W(t)为解混矩阵；

所述的噪声信号包括列车的轮轨噪声、机车车辆的机械设备噪声、空气动力噪声、机电系统噪声以及与运行无关的其他设备发生的噪声，采集到的观测信号记为x₁(t)，x₂(t)，x₃(t)，x₄(t)，x₅(t)，原始信号记为s(t)，s₂(t)，s₃(t)，s₄(t)，s₅(t)，x_i(t)是s_i(t)的加权和，加权系数取决于源和噪声采集装置之间的距离，可得如下等式：