基于多傳感器信息融合的軌道缺陷在線檢測方法的研究.pdf

1、鐵路作為國家重要的基礎(chǔ)設(shè)施和大眾化的交通工具，對推動國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。隨著鐵路技術(shù)不斷向“客運(yùn)高速、貨運(yùn)重載、行車高密度”的目標(biāo)發(fā)展，列車重量的增加、輪軌作用力的增大以及軌道使用頻度的加大致使軌道損傷速度加快而產(chǎn)生缺陷。軌道缺陷的出現(xiàn)不僅影響列車正常平穩(wěn)運(yùn)行，導(dǎo)致乘客舒適度下降，嚴(yán)重時還會引起列車脫軌、傾覆等惡性事故，危及列車安全。因此，為適應(yīng)高速鐵路的健康快速發(fā)展需求，保障列車安全平穩(wěn)地運(yùn)營，加強(qiáng)對軌道缺陷的檢測意義重

2、大。然而，現(xiàn)有的軌道缺陷檢測方法多數(shù)以單傳感器信息為研究對象，存在局限性和片面性，難以高效、可靠地實現(xiàn)軌道缺陷檢測。為此，本文提出了基于多傳感器信息融合的軌道缺陷在線檢測方法，可在列車運(yùn)行的同時，更好地實現(xiàn)軌道缺陷的在線判斷、定位以及識別，彌補(bǔ)了現(xiàn)有以單傳感器信息為研究對象的軌道缺陷檢測方法的不足。
　　為彌補(bǔ)對單個傳感器信息研究的不足，產(chǎn)生更加適用于振動信號處理技術(shù)和圖像處理技術(shù)來提取軌道缺陷特征信息的高質(zhì)量數(shù)據(jù)，論文研究了車輛

3、-軌道耦合系統(tǒng)的故障類型及特征，并結(jié)合車輛-軌道耦合系統(tǒng)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)，以多傳感器信息融合為導(dǎo)向，對傳感器選型、布局和組網(wǎng)方案進(jìn)行了研究，構(gòu)建出了面向單類型多傳感器信息融合的軌道缺陷檢測模型和面向多類型多傳感器信息融合的軌道缺陷檢測模型。
　　為克服對單個傳感器信息研究的有限性和片面性，在面向單類型多傳感器信息融合的軌道缺陷檢測模型的基礎(chǔ)上，充分挖掘同類型各傳感器間信息的耦合性，提出了一種基于空域信息重構(gòu)的軌道缺陷檢測方法，通過多傳

4、感器信息預(yù)處理、信息對齊平移、能量增強(qiáng)疊加等處理過程重新構(gòu)建空域沖擊，進(jìn)行數(shù)據(jù)級信息融合，將表征軌道缺陷的非周期沖擊信號成分轉(zhuǎn)化為局部空域內(nèi)具有周期沖擊特性的重構(gòu)數(shù)據(jù)，再通過現(xiàn)代時頻分析方法實現(xiàn)對軌道缺陷的檢測。仿真分析與應(yīng)用研究表明，該方法可大幅提高列車振動信號的信噪比，重構(gòu)出具有局部周期特性的軌道缺陷特征，能更準(zhǔn)確、可靠地實現(xiàn)基于振動信號處理技術(shù)的軌道缺陷的判斷和定位。
　　為剔除干擾信息，凸顯軌道缺陷特征信息，在面向單類型多

5、傳感器信息融合的軌道缺陷檢測模型的基礎(chǔ)上，充分挖掘同類型各傳感器間信息的關(guān)聯(lián)性，提出了一種基于沖擊二維重構(gòu)的軌道缺陷檢測方法，通過對相關(guān)性較大的多傳感器信息進(jìn)行平移時頻分析以獲取頻譜圖，通過對頻譜圖的圖像重構(gòu)進(jìn)行特征級數(shù)據(jù)融合，以去除噪聲背景信號，匿影部分周期性沖擊信號，從而剔除列車走行部固有振動信息以及噪聲干擾信息，將表征軌道缺陷的非周期沖擊信號成分轉(zhuǎn)化為局部空域內(nèi)具有周期沖擊特性的重構(gòu)數(shù)據(jù)并加以凸顯，進(jìn)而實現(xiàn)對軌道缺陷特征信息的提取

6、。仿真分析與應(yīng)用研究表明，該方法可有效去除噪聲背景信號，部分剔除列車和軌道所引起的周期性振動沖擊特征，重構(gòu)并凸顯出具有局部周期特性的軌道缺陷特征，能更直觀、準(zhǔn)確、可靠地實現(xiàn)基于振動信號處理技術(shù)的軌道缺陷的判斷和定位。
　　為規(guī)避對單類型傳感器信息研究的局限性，在面向多類型多傳感器信息融合的軌道缺陷檢測模型的基礎(chǔ)上，充分挖掘多類型各傳感器間信息的關(guān)聯(lián)性，提出了一種基于振動沖擊引導(dǎo)技術(shù)的軌道表面局部缺陷檢測方法，通過振動沖擊傳感器捕獲

7、的振動信息進(jìn)行軌道缺陷的初步檢測，并利用提取出的軌道缺陷特征信息引導(dǎo)圖像傳感器定點(diǎn)采集圖像，再對圖像進(jìn)行分析處理，最終進(jìn)行決策級信息融合以實現(xiàn)軌道表面局部缺陷的精確判斷。理論研究和仿真分析表明，該方法可充分發(fā)揮振動信號分析技術(shù)和圖像處理技術(shù)各自的優(yōu)點(diǎn)，能更高效、可靠地實現(xiàn)軌道表面局部缺陷的判別、定位以及識別。
　　最后，為將研究成果產(chǎn)品化，聚焦實現(xiàn)多傳感器信息融合算法，以軟件開發(fā)為主，研制了基于多傳感器信息融合的軌道缺陷檢測系統(tǒng)。