[发明专利]一种转向架运行工况在线监测、实时分类与识别算法

说明书

本发明涉及轨道交通车辆结构件智能化监测领域，特别涉及一种转向架运行工况在线监测、实时分类与识别算法。研制面向列车转向架运行过程中运行状态、环境与结构信息一体化监测的柔性多功能传感装置，同步采集列车运行状态信息、转向架表面环境信息和转向架结构振动信息，提出模糊化多层卷积神经网络算法对转向架多源信息进行融合分类，实现转向架运行工况的分类与实时识别，构建转向架运行工况的训练与测试数据集合，揭示转向架运行工况与环境‑结构信息之间的映射关系，实现转向架运行工况的在线分类与精准辨识，提高转向架的运行寿命。

技术领域

本发明涉及轨道交通智能监测领域，特别涉及一种转向架运行工况在线监测的柔性多功能传感装置与实时分类算法。

背景技术

随着我国轨道交通运行速度与运量的不断提高，列车转向架受力状态与运行工况也日趋复杂，造成运行工况愈加恶劣，现有的定期维修策略难以满足快速发展的轨道交通行业，难以及时发现和排除故障，亟待发明转向架运行工况在线监测装置与实时算法。

轨道车辆转向架在线安全监测越来越受到关注，传感器也已经应用到了转向架的结构健康监测中，潘越研究基于压电导波（兰姆波）的转向架结构健康主动探测技术（基于兰姆波的城轨列车转向架构架结构健康监测技术研究，硕士学位论文，北京交通大学，2019），用于转向架结构缺陷的在线监测；杨凯等公开了一种转向架健康状态检测系统（CN202121722404.3），用于检测组件采集到的数据信息并对其进行分析处理得到检测结果；王晓明等公开了一种面向列车转向架风压检测的曲面传感装置（CN111664985A），主要采用柔性聚合物应变传感器检测转向架的环境作用（风压）信号；董文涛等公开了一种面向列车转向架主动探伤的柔性传感装置及方法（CN110729395A），采用柔性压电功能单元主动探测转向架的表面与内部缺陷。然而，当前公开的转向架结构健康监测中主要采用单一的传感数据，对转向架结构或者环境进行监测，对转向架高速运动过程受到的综合信息没有涉及到，更没有综合考虑转向架多参量信息的同步感知以及在此基础上转向架结构运行工况在线分类与实时识别。

本发明一种转向架运行工况在线监测、实时分类与识别算法，在线采集转向架。基于柔性多功能传感器采集到的环境（风压、风速和气动噪声）、运行速度与结构（应变与振动）状态数据，对转向架感知到状态数据进行实时处理，提取出转向架运行过程中环境与结构的特征信息，基于卷积神经网络的转向架工况分类算法给出了柔性多功能传感器数据与转向架运行工况之间的映射关系，柔性多功能传感器采集的多参量数据与智能算法的相结合，融合感知方法实现了转向架运行工况在线识别与分类，在线训练转向架多源参量数据，动态优化网络中学习算法与激活函数的参数，实现转向架运行工况的在线分类与精准辨识，提高转向架的运行寿命。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的第一目的在于发明一种转向架运行工况分类与在线识别算法，基于列车运行状态、转向架表面环境和转向架结构振动信息，并对转向架多源信息进行模糊化计算处理，结合多层卷积神经网络算法对转向架多源信息进行融合分类，实现转向架运行工况的分类与实时识别；构建转向架运行工况的分类等级集合表示方法，用于评估转向架的安全运行情况；基于模糊卷积神经网络的转向架运行工况在线监测、实时分类与识别算法，构建转向架运行工况的训练与测试数据集合，揭示转向架运行工况与环境-结构信息之间的映射关系，在线训练转向架多源参量数据，动态优化网络中学习算法与激活函数的参数，实现转向架运行工况的在线分类与精准辨识，提高转向架的运行寿命，在现场测试与工程应用大有可为，主要包括环境与结构状态数据预处理、特征提取、转向架运行工况分类策略，训练过程、动态识别过程、结果评估，具体实现流程如下：

（1）柔性多功能传感器在线采集列车转向架运行过程中的环境（风压、噪声、温度）、运行状态（速度、加速度）和结构（振动、应变、温度）状态信息；

（2）通过动态时间窗对转向架多参量信号进行分割，对环境（风压、噪声、温度）、运行状态（速度、加速度）和结构（振动、应变、温度）状态信息进行有效表示；

（3）构建用于转向架典型工况分类识别的训练与测试样本集；