[发明专利]一种列车车轮运行异常监测方法及系统

说明书

本发明公开了一种列车车轮运行异常监测方法及系统，该方法包括：对采集到的信号进行分割并重组成单个车轮的信号；对重组后的信号进行滤波降噪；利用滑窗对降噪后的信号进行移步框选，计算框选出的每段信号的峭度值；并将峭度值大于阈值的信号设定为异常区域；将异常区域的滑窗宽度进行扩展，计算框选出的信号的峰值因子并提取该信号的异常频谱特征；根据峰值因子和异常频谱特征判断车轮状态。本发明通过改变传感器安装位置，可避免换轨操作，易于安装方便，便于维护。通过改变测区布局，可实现车轮运行状态的连续测量，便于后续信号拼接和处理。

技术领域

本发明涉及一种用于监测列车车轮运行异常的方法和系统。

背景技术

列车在高速运行时，由于车辆和轨道之间的相互作用力增强，车轮和钢轨间的磨耗擦伤，接触疲劳以及车轮失圆问题也在逐渐增加，这些问题会导致列车和轨道系统结构间动力响应发生变化，而车辆和轨道一方发生问题会造成另一方的异常，严重影响铁路系统各部件的寿命和稳定性。而目前对于车轮运行时的异常检测，通过不同的轨边传感器安装方式覆盖全车轮圆周进行检测。

目前有通过将光纤传感器卡装在钢轨下方来检测钢轨振动和形变，需要布置较长的检测距离覆盖圆周和钢轨下方的尽量大空间，还有通过安装在轨枕上方和轨腰处的应变传感器检测，需要进行轨枕的替换来保证列车经过时的平稳和检测的精准，因此对检测选址要求高，安装复杂，需要耗费较多的人工。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种列车车轮运行异常监测方法及系统，安装选址要求低，无需移动钢轨更换枕木。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案为：一种列车车轮运行异常监测方法，包括：

对采集到的信号进行分割并重组成单个车轮的信号；

对重组后的信号进行滤波降噪；

利用滑窗对降噪后的信号进行移步框选，计算框选出的每段信号的峭度值；并将峭度值大于阈值的信号设定为异常区域；

将异常区域的滑窗宽度进行扩展，计算框选出的信号的峰值因子并提取该信号的异常频谱特征；

根据峰值因子和异常频谱特征判断车轮状态。

作为一种改进，所述根据进行分割并重组成单个车轮的信号包括：

获取每个车轮经过每个测区的起止时间，利用该起止时间截取每个车轮经过每个测区的有效波形段；

将截取到的有效波形段进行拼接得到每个车轮单独的信号。

作为一种改进，采用小波滤波算法对重组后的信号进行滤波降噪。

作为一种优选，所述滑窗的宽度为车轮周长的0.1~1倍，步长为车轮周长的0.05~1倍，且步长≤滑窗的宽度。

作为一种改进，利用公式

计算峭度值，其中K为计算得到的峭度值，N为采样长度，为标准差，x_i为每个时刻信号值，为信号均值。

作为一种优选，将滑窗沿运行方向前后各扩展1/3窗口宽度。

作为一种改进，利用公式

计算峰值因子，其中C为峰值因子，x_peak为峰值，x_rms为均方根值。

作为一种改进，利用傅里叶变换得到信号的频谱特征，并从中提取出异常频谱特征。

作为一种改进，所述根据峰值因子和异常频谱特征判断车轮状态包括：

通过以往已知数据拟合峰值因子-车轮异常程度函数；