[发明专利]一种基于特征融合的道岔尖轨伤损状态监测方法

说明书

本发明公布了一种基于特征融合的道岔尖轨伤损状态监测方法。道岔尖轨安装超声导波监测装置，产生导波沿道岔尖轨传播并接收，进行道岔尖轨在线伤损识别模拟，建立基准库信号；进行特征提取；提取健康特征向量并去量纲化；进行损伤敏感特征选择，利用二元粒子群算法得到最优特征子集，二元粒子群算法处理中计算每次迭代后种群的适应度函数；将最优特征子集SSF_gbest通过交叉验证方法进行训练LS‑SVM模型，得到道岔尖轨伤损自动识别LS‑SVM模型；应用道岔尖轨伤损自动识别LS‑SVM模型进行尖轨伤损监测。本发明能在复杂情况下识别损伤，优于传统方法，实现道岔尖轨伤损的在线监测，具有重要的现实意义和工程价值。

技术领域

本发明涉及了一种轨道监测系统和方法，尤其涉及一种基于特征融合的道 岔尖轨伤损状态监测方法及方法。

背景技术

近些年，一方面随着国民经济的迅猛发展，关乎国民经济命脉的铁路交通 得到了前所未有的快速发展；另一方面随着铁路交通的快速发展，其行车密度、 运行速度及载重量等都有了大幅提高，作为轨道重要组成部分的钢轨势必会受 到的负荷、冲击等也同样增大，不可避免的导致钢轨，特别是道岔尖轨发生损 伤的概率提高，对轨道的可靠、安全运行提出了更严格要求。高速铁路系统中 有数以万计的道岔，道岔尖轨是高速铁路系统中必不可少的薄弱环节，直接影 响到列车的安全稳定运行。与基本轨不同，道岔尖轨只有一部分尖轨由枕木上 的扣件固定，其余很大部分能根据列车的运行要求自由移动，随着列车运行速 度的提高以及在自然环境中复杂恶劣的工作条件，必要加剧道岔尖轨比普通钢 轨承受更多的疲劳载荷，更容易发生灾难性事故，危及人民生命财产安全。为 此，迫切需要提出有效、可靠的针对在役道岔尖轨的服役状态的监测技术与方 法。

针对道岔尖轨的一个较新颖实用的方法是导波技术。由于导波可以在相对 较长的距离内传播，并且对缺陷敏感，因此可以从单个测试点对道岔钢轨的完 整性进行远程在线评估(胡剑虹,唐志峰,蒋金洲,等.道岔钢轨轨底缺陷的导 波检测技术研究[J].中国铁道科学,2014,35(3).)。此外，导波可以在短时间 内(以每秒数公里的速度)对大面积区域进行检测，满足高速铁路极快、高效 扫描和监控的要求。超声导波技术以其长距离、大范围、全截面检测、单端收 发的特点被广泛应用于各行各业的无损检测和在线监测之中。铁路道岔尖轨不 论是材质还是构件类型都非常适合应用导波技术进行工作状态的监测与评估。 然而，考虑到道岔尖轨结构特征较为复杂，扣件搭接情况较多，传统的超声检 测、涡流检测、漏磁检测(熊龙辉.钢轨裂纹漏磁检测技术研究[D].南京航空 航天大学,2014.)、机器视觉和渗透检测等点对点式无损检测手段很难满足实 际监测中对时效性、云端在线、可靠性、跨地域大范围的严格要求。同时，考 虑到铁路线路运行繁忙，利用天窗时段对轨道进行线下的人工检测与监测技术 已经难以满足日益发展的铁路实际检测与监测需求。

因此，现有技术缺少了一种有效的结构健康监测方法，对道岔尖轨结构进 行在线监测，从经济和安全两个方面都变得越来越重要。

发明内容

针对上述背景技术中的问题和缺陷，本发明提出了一种基于特征融合的道 岔尖轨伤损状态监测方法及方法，能实现对道岔尖轨服役状态的实时在线自动 监测。

如图1所示，本发明是通过如下技术方案实现的：

S1、道岔尖轨上安装超声导波监测装置，超声导波监测装置产生导波沿道 岔尖轨传播并自身接收导波的回波信号，进而进行道岔尖轨在线伤损识别模拟， 建立基准库信号：

S1.0：超声导波监测装置实时采集回波信号x’(n)，回波信号是由沿时间连 续采集的多个采样点构成，n表示回波信号中采样点的序数，回波信号分为有道 岔尖轨在健康无伤损状态下的健康回波信号x’₁(n)和模拟伤损状态下的伤损回波 信号x’₂(n)，伤损回波信号x’₂(n)和健康回波信号x’₁(n)的信号数量相同；