[发明专利]一种基于振动加速的轨道交通钢轨病害检测时频分析方法

说明书

本发明公开了一种基于振动加速的轨道交通钢轨病害检测时频分析方法，包括以下步骤：采集振动加速度数据；对数据进行清洗，进行等速幅值转换，获得处理后的振动加速度数据；确定参数的备选值，计算不同备选值参数下的连续小波变换数值；计算每个备选值下时频分析结果的小波嫡和基尼系数，获得联合评价函数值；选择最小联合评价函数值对应的备选值作为最优参数，达到时频分析最优分辨率，进行钢轨病害检测。本发明方法提出了小波熵与基尼系数联合评价函数，最小化小波熵的同时最大化基尼系数，充分考虑了信号不确定性和稀疏性对时频分析精度的影响；采用联合评价函数对连续小波变换进行优化，实现钢轨健康状态的精细化时频分析。

技术领域

本发明涉及轨道交通检测技术领域，具体是一种基于振动加速的轨道交通钢轨病害检测时频分析方法。

背景技术

轨道交通钢轨病害是基础设施服役过程中不可避免造成的问题之一，为列车运营带来了极大的安全隐患。

传统的钢轨病害检测方法需要使用专用装置、工具和系统，对轨道管理值进行分析。这些检测方法的问题在于过分依赖专用装置、工具，一方面增加维护成本，另一方面降低检测频率。同时，未能发挥正常运营车辆随车检测的便利性和高效性。振动加速度信号是一种十分易于获得的数据，本发明旨在通过正常运营车辆采集的振动加速度数据实现轨道交通钢轨的病害检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于振动加速的轨道交通钢轨病害检测时频分析方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于振动加速的轨道交通钢轨病害检测时频分析方法，包括以下步骤：

S1.通过布置于轴箱、转向架构架或车体上的振动传感器，采集振动加速度数据；

S2.采用零漂、滤波等方法，进行数据清洗，等速幅值转换，获得处理后的振动加速度数据；

S3.设置连续小波变换的伸缩因子优化范围，确定参数的备选值，计算不同备选值参数下的连续小波变换数值；

S4.计算每个备选值下时频分析结果的小波嫡和基尼系数，获得相应的联合评价函数值；

S5.选择最小联合评价函数值对应的备选值作为最优参数，达到时频分析最优分辨率，进行钢轨病害检测。

进一步的：所述等速幅值转换式如下

式中，A_std为等速转换后的幅值，v_std为基准车速，v_real为实际车速，A_real为实际幅值。

进一步的：建立小波熵与基尼系数联合评价函数；

(1)构建小波熵评价函数为

式中，相对小波能量定义为p_j＝E_jE，E为小波总能量；

(2)构建基尼系数评价函数为

式中，SE₁表示SE的L1范数，SE为振动加速度的平方包络序列，SE^r为SE按升序排序的序列；

(3)采用归一化加权计算方法，构建联合评价函数为

式中，α为权重，α∈[0,1]。

进一步的：所述SE表示为

式中，Hilbert(·)为希尔伯特变换