CN105083320A - 轨道平顺状态的检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轨道平顺状态的检测方法及装置，采用预设弦测法对轨道不平顺进行测量，得到预设测量位置对应的弦测值；根据弦测值与轨道不平顺的关联关系，建立弦测值与轨道不平顺的数学模型；根据数学模型对弦测值进行反算计算，得到轨道几何形位；对轨道几何形位进行滤波处理，输出轨道不平顺，其重新建立了轨道不平顺与弦测值之间的数学模型，并将弦测值作为轨道不平顺的一个状态量，并借助该状态量反算轨道不平顺，使用该方法，传递函数可以基本稳定在1±0.2以内，能够更加准确的测量轨道不平顺，并且其将一弦多点弦测法中融入了最小二乘原理，通过多点测量值修正轨道不平顺，提高了其测量精度和测量分辨率。

Description

轨道平顺状态的检测方法及装置

技术领域

本发明涉及铁路轨道领域，具体而言，涉及一种轨道平顺状态的检测方法及装置。

背景技术

由于随机性轨道不平顺的存在，会使行驶在轨道上的机车车辆产生振动，这种振动反会作用于轨道，而产生随机轨道作用力。在这种力的反复作用下，轨道会产生变形甚至不断恶化，从而影响到行车的舒适性、甚至安全性。

相关技术常用的一种轨道平顺状态的检测方法，即弦测法；弦测法一度被视为一种重要的轨道不平顺检测方法，其包括两点差分法、三点中弦法、三点偏弦法和多点弦测法等。其中，上述方法均是以弦线作为测量基准，测量轨道的钢轨与弦线之间的矢度偏差(或称为弦测值)，并将该弦测值直接作为轨道不平顺的检测值，并利用该检测值对轨道不平顺进行描述。

但是，现有的弦测法是将弦测值直接作为轨道不平顺的近似值，这直接导致了“弦测法”有夸大实际不平顺、缩小实际不平顺、完全不反映实际不平顺、歪曲实际不平顺的正负方向以及出现虚假图形等情况出现。将弦测值直接作为轨道不平顺的近似值，其传递函数波动较大，在0与2之间变动，且检测波长有限，根据不同的弦线长度其可检测的波长范围不同。因此可见，现有弦测法不能真实反映轨道的平顺状态。

发明人在研究中发现，现有技术中将弦测值直接作为轨道不平顺的近似值的方式不能真实反映轨道的平顺状态，针对这一问题，目前尚未提出有效的解决方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轨道平顺状态的检测方法及装置，能够更真实地反映轨道不平顺状态，并且通过多点测量值修正轨道不平顺，提高了其测量精度和测量分辨率。

第一方面，本发明实施例提供了一种轨道平顺状态的检测方法，包括：

采用预设弦测法对轨道不平顺进行测量，得到预设测量位置对应的弦测值；弦测值为预设测量位置到钢轨的垂直距离；

根据弦测值与轨道不平顺的关联关系，建立弦测值与轨道不平顺的数学模型；

根据数学模型对弦测值进行反算计算，得到轨道不平顺。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，采用预设弦测法对轨道不平顺进行测量，得到预设测量位置对应的弦测值，包括：

采用一弦多点弦测法对轨道不平顺进行测量，得到预设测量位置对应的弦测值。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，采用一弦多点弦测法对轨道不平顺进行测量，得到预设测量位置对应的弦测值，包括：

按照预设间隔对测量弦线等距离划分，得到多个测量弦线点；

分别计算轨道不平顺在每一个测量弦线点处的弦测值。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，按照预设间隔对测量弦线等距离划分，得到多个测量弦线点之后，还包括：

按照预设采样间隔和预设测量方向，对划分后的测量弦线进行预设次数的移动，记录每一次移动后的多个测量弦线点。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，根据弦测值与轨道不平顺的关联关系，建立弦测值与轨道不平顺的数学模型，包括：

将多个弦测值设置为对应的多个弦测值向量；

根据弦测值与轨道几何行位之间几何结构，建立弦测值向量与轨道不平顺之间的数学关系；

根据数学关系及预设采样间隔，对轨道不平顺进行离散采样，得到对应的多个矩阵方程。

结合第一方面，第一方面的第一种可能的实施方式至第一方面的第四种可能的实施方式中的任意一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，根据数学模型对弦测值进行反算计算，得到轨道不平顺包括：

根据数学模型对弦测值进行前处理，输出初步去除随机测量误差及修正异常值后的弦测值；

对去噪处理后的弦测值进行反算计算，得到轨道几何形位；

对轨道几何形位进行滤波处理，输出轨道不平顺。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，根据数学模型对弦测值进行反算计算，得到轨道几何形位，包括：

将每一个所述测量弦线点处的弦测值向量设置为真实弦测值与测量误差的组合，得到多个弦测值向量对应的多个新的矩阵方程；将多个新的矩阵方程进行组合，得到总体线性方程组；

对总体线性方程组进行求解，得到轨道不平顺的反算值；轨道不平顺的反算值即轨道几何形位。

第二方面，本发明实施例还提供了一种轨道平顺状态的检测装置，包括：

测量单元，用于采用预设弦测法对轨道不平顺进行测量，得到预设测量位置对应的弦测值；弦测值为预设测量位置到钢轨的垂直距离；

建立单元，用于根据测量单元测量的弦测值与轨道不平顺的关联关系，建立弦测值与轨道不平顺的数学模型；

反算计算单元，用于根据建立单元建立的数学模型对弦测值进行反算计算，得到轨道不平顺。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，测量单元包括：

测量子单元，用于采用一弦多点弦测法对轨道不平顺进行测量，得到测量结果；

设置子单元，用于将测量子单元得到的测量结果设置为预设测量位置对应的弦测值。

结合第二方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，测量子单元包括：

等距离划分模块，用于按照预设间隔对测量弦线等距离划分，得到多个测量弦线点；

计算模块，用于分别计算轨道不平顺在每一个等距离划分模块划分的测量弦线点处的弦测值。

本发明实施例提供的一种轨道平顺状态的检测方法及装置，采用预设弦测法对轨道不平顺进行测量，得到预设测量位置对应的弦测值；根据弦测值与轨道不平顺的关联关系，建立弦测值与轨道不平顺的数学模型；根据数学模型对弦测值进行反算计算，得到轨道几何形位；对轨道几何形位中的趋势项进行剔除处理，输出轨道不平顺，与现有技术中将弦测值直接作为轨道不平顺的近似值的方式能真实反映轨道的平顺状态相比，其重新建立了轨道不平顺与弦测值之间的数学模型，并将弦测值作为轨道不平顺的一个状态量，并借助该状态量反算轨道不平顺，使用该方法，传递函数可以基本稳定在1±0.2以内，因此能够更真实地反映轨道不平顺状态。

进一步，本发明实施例提供的一种轨道平顺状态的检测方法及装置，其将一弦多点弦测法中融入了最小二乘原理，通过多点测量值修正轨道不平顺，提高了其测量精度。

进一步，本发明实施例提供的一种轨道平顺状态的检测方法及装置，其使用多点测量数据加密了轨道不平顺的描述，提高了测量分辨率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的一种轨道平顺状态的检测方法的总体结构图；

图2示出了本发明实施例所提供的一种轨道平顺状态的检测方法的流程图；

图3示出了本发明实施例所提供的另一种轨道平顺状态的检测方法的流程图；

图4示出了本发明实施例所提供的一种轨道平顺状态的检测方法中弦测值测量示意图；

图5示出了本发明实施例所提供的一种轨道平顺状态的检测方法中一弦多点弦测法示意图；

图6示出了本发明实施例所提供的另一种轨道平顺状态的检测方法的流程图；

图7示出了本发明实施例所提供的一种轨道平顺状态的检测方法中一弦三点弦测法示意图；

图8示出了本发明实施例所提供的另一种轨道平顺状态的检测方法的流程图；

图9示出了本发明实施例所提供的另一种轨道平顺状态的检测方法的流程图；

图10示出了本发明实施例所提供的反演算法计算效果与原始轨道不平顺的对比示意图和反演结果的传递函数的的示意图；

图11示出了本发明实施例所提供的一种轨道平顺状态的检测装置的结构示意图；

图12示出了本发明实施例所提供的一种轨道平顺状态的检测装置中测量单元和测量子单元的结构示意图；

图13示出了本发明实施例所提供的一种轨道平顺状态的检测装置中测量子单元和建立单元的结构示意图；

图14示出了本发明实施例所提供的一种轨道平顺状态的检测装置中反算计算单元和反算计算子单元的结构示意图。

主要元件符号说明：

11、测量单元；12、建立单元；13、反算计算单元；111、测量子单元；112、第一设置子单元；1111、等距离划分模块；1112、计算模块；1113、移动模块；1114、记录模块；121、第二设置子单元；122、建立子单元；123、离散采样子单元；131、前处理子单元；132、反算计算子单元；133、滤波处理子单元；1321、设置模块；1322、组合模块；1323、求解模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

传统弦测法把弦测值直接作为轨道不平顺的近似值，因而其测量弦线基准随着轨道不平顺不同波长而变动，不能真实的反应轨道的状态，其传递函数在0与2之间变动。而本专利重新建立了轨道不平顺与弦测值之间的数学模型，并将弦测值作为轨道不平顺的一个状态量，并借助该状态量反算轨道不平顺，从根本上不同于传统弦测法。

本发明实施例的总体方案结构如图1所示：该测量方法中，弦测数据仅仅是作为轨道不平顺的中间状态量，通过数学模型求解，得到真正的轨道不平顺，基本过程如图1所示。

参考图2，本发明提供了一种轨道平顺状态的检测方法，包括：

101、采用预设弦测法对轨道不平顺进行测量，得到预设测量位置对应的弦测值；弦测值为预设测量位置到钢轨的垂直距离。

考虑到实际测量过程中会产生必然的误差，故为了使反算的轨道不平顺更加精确可靠，本实施例中的预设弦测法优选为一弦多点弦测法，也可以为两点差分法、三点中弦法、三点偏弦法和多点弦测法等。

具体的，一弦多点弦测法，即将测量弦线划分多个测量点，然后在每一个测量点测量弦测值，弦测值也可以叫矢度偏差，其含义为预设测量位置到轨道不平顺的距离，优选为垂直距离。

102、根据弦测值与轨道不平顺的关联关系，建立弦测值与轨道不平顺的数学模型。

本实施例中，是将弦测值作为轨道不平顺的一个状态量，并借助该状态量反算轨道不平顺，即弦测数据仅仅是作为轨道不平顺的中间状态量，故根据弦测值与轨道不平顺的关联关系，建立弦测值与轨道不平顺的数学模型，以便于后续根据该数学模型进行处理。

103、根据数学模型对弦测值进行反算计算，得到轨道不平顺。

具体的，反算过程也是数据后处理过程，其可以分为三个主要部分，弦测数据前处理、轨道不平顺反算和反算数据滤波处理三个部分。

其中，实测的弦测值由于存在系统误差、传感器误差等因素，必须经过恰当的处理才可以进行轨道不平顺反算，测量误差一般为宽频带噪声，通过选择恰当的滤波器能够尽量多的消减小噪声成分。再用弦测值反算轨道不平顺，详细的反算方法在下面实施例详细说明。反算后得到的轨道不平顺仍有部分误差影响，该小部分噪声通过反算方法会放大为长波趋势项，因而本实施例中采用小波分析方法进行最后的修正，最终输出轨道不平顺。

本实施例中，多弦测值进行反算计算得到的结果实际为轨道几何形位，然后对轨道几何形位进行滤波处理后，才得到真正的轨道不平顺。

具体的，数学模型即一个或多个矩阵方程，若矩阵方程为一个，则直接对该矩阵方程进行计算，得到轨道几何形位；若矩阵方程为多个，则通过最小二乘原理对该矩阵方程进行计算，得到轨道几何形位。

事实上，一弦多点弦测法即可以得到多个矩阵方程，每一个矩阵方程都可以根据对应的弦测值独立的计算出轨道几何形位，因而数据会存在冗余。事实上，一弦多点弦测法是针对实际测量过程中会产生必然的误差而设计的，当考虑测量过程的误差时，多段弦测值可以相互作用，借助最小二乘原理使得反算的轨道不平顺更加精确可靠。

本发明实施例提供的一种轨道平顺状态的检测方法及装置，采用预设弦测法对轨道不平顺进行测量，得到预设测量位置对应的弦测值；根据弦测值与轨道不平顺的关联关系，建立弦测值与轨道不平顺的数学模型；根据数学模型对弦测值进行反算计算，得到轨道不平顺，与现有技术中将弦测值直接作为轨道不平顺的近似值的方式能真实反映轨道的平顺状态相比，其重新建立了轨道不平顺与弦测值之间的数学模型，并将弦测值作为轨道不平顺的一个状态量，并借助该状态量反算轨道不平顺，使用该方法，传递函数可以基本稳定在1±0.2以内，因此能够更真实地反映轨道不平顺状态。

参考图3，本实施例中，采用一弦多点弦测法的具体方法如下：

201、按照预设间隔对测量弦线等距离划分，得到多个测量弦线点。

具体的，预设间隔可以任意设置；为了便于后续的反算计算过程，本实施例中优选为根据预设间隔对测量弦线等距离划分；需要说明的是，本实施例也可以根据预设间隔对测量弦线非等距离划分，只是在非等距划分的情况下得到的弦测值，在后续的建立数学模型和反算计算的过程复杂度将大大增加；本实施例中包括但不限于上述两种划分方法。

202、按照预设采样间隔和预设测量方向，对划分后的测量弦线进行预设次数的移动，记录每一次移动后的多个测量弦线点；预设次数小于等于预设间隔。

本实施例中，为了提高计算结果的精确度，在步骤201之后还将划分后的测量弦线进行移动，以得到多组测量弦线点及该多组弦测点对应的位置。

其中，预设采样间隔和预设测量方向可以任意设置，本实施例中不做具体设置。预设次数优选于小于等于预设间隔，如预设间隔N＝3，则预设次数优选于1、2或3。

203、分别计算轨道不平顺在每一个测量弦线点处的弦测值。

具体的，根据划分得到的测量弦线点，即可以计算每一个弦线点垂直于轨道不平顺的弦测值。

下面对一弦多点弦测法进行简要说明：本实施例中采用一弦多点弦测法，即一次弦测量N个弦测值(N>1)。具体的，设弦线长度为L，则测量位置分别为L/(N+1)、2L/(N+1)、3L/(N+1)……iL/(N+1)(i为整数，1<＝i<＝N)，i<＝N的目的是测量的位置不能超过划分的区间。

下面以N＝3为例(即一弦三点弦测法)进行具体解说(下述实施例的具体方法的解说均为以一弦三点弦测法为例进行说明)。分别为轨道不平顺在弦线L/4、2L/4、3L/4处的矢度偏差。需要说明的是弦测值是垂直于弦线测得的，如图4所示，h为测量弦中点位置对应的弦测值，h'为测量弦中点位置垂直于弦线的弦测值，由于测量弦与水平正方向的夹角及弦测值均很小，即α＝β＜＜1，忽略这种差别产生的误差，可以认为h≌h′。

其基本测量过程如图5所示，其中，曲线为轨道不平顺曲线，较长的一条直线为弦长L的测量弦，其余较短的线段为三个位置处对应的弦测值，分别用三个向量记录。采样间隔为L/4，也即每测量一次记录三个弦测值并向测量方向移动L/4。这样即可得到与原轨道不平顺相对应的“状态量”。

本实施例是将弦测值作为轨道不平顺的一个状态量，并借助该状态量，故参考图6，步骤102根据弦测值与轨道不平顺的关联关系，建立弦测值与轨道不平顺的数学模型，包括：

301、将多个弦测值设置为对应的多个弦测值向量。

具体的，结合上述的一弦三点弦测法，参考图7所述的一弦三点弦测法的基本测量模式，其中，AE为长L的测量弦线，可以测到轨道不平顺曲线ABCDE在弦线1/4、2/4和3/4位置处的偏差，分别记为h1、h2和h3，称为对应弦测值，在间隔采样为L/4的情况下，三个位置处测得的所有弦测组成向量g1(x)、g2(x)以及g3(x)。

302、根据弦测值与轨道几何行位之间几何结构，建立弦测值向量与轨道不平顺之间的数学关系。

具体的，参考图7，记轨道不平顺在位置x处的值为f(x)，则当测量弦线与轨道方向夹角很小的情况下，弦测值向量与轨道不平顺之间的数学关系可以描述为式(1)。

$\begin{array}{c}{g}_1(x-\frac{1}{4}L)=f(x-\frac{1}{4}L)-(\frac{3}{4}f(x-\frac{L}{2})+\frac{1}{4}f(x+\frac{L}{2}))\\ g_2\left(x\right)=f\left(x\right)-(\frac{2}{4}f(x-\frac{L}{2})+\frac{2}{4}f(x+\frac{L}{2}))\\ g_3(x+\frac{1}{4}L)=f(x+\frac{1}{4}L)-(\frac{1}{4}f(x-\frac{L}{2})+\frac{3}{4}f(x+\frac{L}{2}))\end{array}---\left(1\right)$

其中，式1中的数学关系是根据弦测值与轨道几何行位之间几何结构建立的，其实际上为弦测值向量与轨道轨道几何行位之间的数学关系，故根据该关系计算得到的轨道不平顺，在后续还要进行滤波处理，用以得到真正的轨道不平顺。

303、根据数学关系及预设采样间隔，对轨道不平顺进行离散采样，得到对应的多个矩阵方程。

具体的，本实施例中的预设采样间隔设置为L/4；因此，借助式(1)的基本数学关系，再将轨道不平顺对应L/4进行离散采样，得到f(x)向量，于是式(1)的关系可以描述为矩阵形式(2)。

$\begin{array}{c}\stackrel{\&RightArrow;}{g_1}=T_{1/4}\&times;\stackrel{\&RightArrow;}{f}\\ \stackrel{\&RightArrow;}{g_2}=T_{2/4}\&times;\stackrel{\&RightArrow;}{f}\\ \stackrel{\&RightArrow;}{g_3}=T_{3/4}\&times;\stackrel{\&RightArrow;}{f}\end{array}---\left(2\right)$

其中，矩阵T_1/4、T_1/4、T_3/4的具体形式如下所示(为方便说明，本实施例以6阶矩阵为例，可以延拓到n阶)。

$T_{1/4}=\left[\begin{array}{cccccc}1& 0& 0& -\frac{1}{4}& 0& 0\\ -\frac{3}{4}& 1& 0& 0& -\frac{1}{4}& 0\\ 0& -\frac{3}{4}& 1& 0& 0& -\frac{1}{4}\\ 0& 0& -\frac{3}{4}& 1& 0& 0\\ 0& 0& 0& -\frac{3}{4}& 1& 0\\ 0& 0& 0& 0& -\frac{3}{4}& 1\end{array}\right]T_{2/4}=\left[\begin{array}{cccccc}1& 0& -\frac{2}{4}& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& -\frac{2}{4}& 0& 0\\ -\frac{2}{4}& 0& 1& 0& -\frac{2}{4}& 0\\ 0& -\frac{2}{4}& 0& 1& 0& -\frac{2}{4}\\ 0& 0& -\frac{2}{4}& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& -\frac{2}{4}& 0& 1\end{array}\right]T_{3/4}=\left[\begin{array}{cccccc}1& -\frac{3}{4}& 0& 0& 0& 0\\ 0& 1& -\frac{3}{4}& 0& 0& 0\\ 0& 0& 1& -\frac{3}{4}& 0& 0\\ -\frac{1}{4}& 0& 0& 1& -\frac{3}{4}& 0\\ 0& -\frac{1}{4}& 0& 0& 1& -\frac{3}{4}\\ 0& 0& -\frac{1}{4}& 0& 0& 1\end{array}\right]$

参考图8，本实施例中，步骤103根据数学模型对弦测值进行反算计算，得到轨道不平顺，采用如下方式处理，包括：

401、根据数学模型对弦测值进行前处理，输出初步去除随机测量误差及修正异常值后的弦测值。

事实上，实测的弦测值由于存在系统误差、传感器误差等因素，必须经过恰当的处理才可以进行轨道不平顺反算，测量误差一般为宽频带噪声，通过选择恰当的滤波器能够尽量多的消减小噪声成分。其中，前处理至少包括：去噪处理和滤波处理。然后在对去噪处理后的弦测值在进行反算计算处理。

402、对去噪处理后的弦测值进行反算计算，得到轨道几何形位。

具体的，反算计算融入了最小二乘原理，通过多点测量值修正轨道不平顺，提高了其测量精度。

403、对轨道几何形位进行滤波处理，输出轨道不平顺。

具体的，在测量得到测量弦线点位置处的弦测值向量后，根据所述反算计算方法得到轨道几何形位，该轨道几何形位中包含了三部分内容，一是轨道形位的设计信息，二是轨道不平顺，三是长波误差项(即趋势项)；应用不同的滤波处理处理方法将得到不同的结果：

其一，应用平滑处理：根据反算得到的轨道几何形位进行平滑处理，在此基础上拟合设计信息，该信息反映了线路实际的曲线参数信息。

其二，应用剔除趋势项处理：剔除反算计算得到几何形位中的趋势项成分，包括线路的设计曲线参数信息与长波误差项，剔除方法可以使用小波分析、滤波器等数学手段，由此得到轨道不平顺值。本实施例中优选采用小波分析的方法对反算结果得到的轨道几何形位进行最后的修正，最终输出轨道不平顺。

需要说明的是，本实施例中的反算计算的算法(即包括前处理，反算处理和滤波处理过程)还可以应用在其他领域，如地铁领域，列车领域以及通信领域等。

参考图9，本实施例中，步骤402根据数学模型对弦测值进行反算计算，得到轨道几何形位，的具体方法如下：

501、将每一个测量弦线点处的弦测值向量考虑为真实弦测值与测量误差的组合，得到多个弦测值向量对应的多个新的矩阵方程。

具体的，根据式(2)可以发现，其中每一个方程都可以根据对应的弦测值独立的计算出轨道不平顺，因而数据会存在冗余。事实上，一弦三点弦测法是针对实际测量过程中会产生必然的误差而设计的，当考虑测量过程的误差时，三段弦测值可以相互作用，借助最小二乘原理使得反算的轨道不平顺更加精确可靠。

首先，设分别为1/4、1/2、3/4位置处的测量误差，则式(2)可以改写为式(3)。

$\begin{array}{c}\stackrel{\&RightArrow;}{g_1}=T_{1/4}\&times;\stackrel{\&RightArrow;}{f}+\stackrel{\&RightArrow;}{e_1}\\ \stackrel{\&RightArrow;}{g_2}=T_{2/4}\&times;\stackrel{\&RightArrow;}{f}+\stackrel{\&RightArrow;}{e_2}\\ \stackrel{\&RightArrow;}{g_3}=T_{3/4}\&times;\stackrel{\&RightArrow;}{f}+\stackrel{\&RightArrow;}{e_3}\end{array}---\left(3\right)$

502、将多个新的矩阵方程进行组合，得到总体线性方程组。

具体的，把步骤501中的式(3)中的三个方程统一起来，可以描述为式(4)这样的线性方程组，可以法发现，系数矩阵为T_1/4、T_2/4、T_3/4组成的增广矩阵，该线性方程有n个未知数，3n个方程，方程有最小二乘解。

$\left[\begin{array}{c}{T}_{1/4}\\ T_{2/4}\\ T_{3/4}\end{array}\right]\&times;\stackrel{\&RightArrow;}{f}=\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\&RightArrow;}{g}}_1\\ {\stackrel{\&RightArrow;}{g}}_2\\ {\stackrel{\&RightArrow;}{g}}_3\end{array}\right]---\left(4\right)$

503、对总体线性方程组进行求解，得到轨道不平顺的反算值；轨道不平顺的反算值即轨道几何形位。

具体的，步骤502中方程(4)的最小二乘解为式(5)中fx解，也即为轨道不平顺的反算值。至此便完成了从三项弦测值到轨道不平顺的反算过程。

$\left[\begin{array}{ccc}{T}_{1/4}^T& T_{2/4}^T& T_{3/4}^T\end{array}\right]\&times;\left[\begin{array}{c}{T}_{1/4}\\ T_{2/4}\\ T_{3/4}\end{array}\right]\&times;\stackrel{\&RightArrow;}{f_x}\text{=}\left[\begin{array}{ccc}{T}_{1/4}^T& T_{2/4}^T& T_{3/4}^T\end{array}\right]\&times;\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\&RightArrow;}{g}}_1\\ {\stackrel{\&RightArrow;}{g}}_2\\ {\stackrel{\&RightArrow;}{g}}_3\end{array}\right]$

本实施例中，为了验证本发明实施例提供轨道平顺状态的检测方法的可行性和可靠性，对上述方法进行仿真，具体的仿真结果展示，如下：

为了验证上面所述方法的可行性，本文采用数值仿真方法，通过MATLAB设计程序模拟弦测过程，并将测得的弦测值通过本文所述迭代算法与快速算法反算轨道不平顺。其中原始轨道不平顺数据通过美国六级轨向不平顺谱反演获得，反演方法采用傅里叶逆变换方法。不平顺样本截止波长为1m～200m，采样间隔为0.25m，线路长度1000m。图10中的左图为反演算法计算效果与原始不平顺的对比，可以看出整体重复性很好，图10中的右图为反演结果的传递函数，传递函数值基本稳定在1附近，可见新方法的效果是很好的。

本发明实施例提供的一种轨道平顺状态的检测方法，采用预设弦测法对轨道不平顺进行测量，得到预设测量位置对应的弦测值；根据弦测值与轨道不平顺的关联关系，建立弦测值与轨道不平顺的数学模型；根据数学模型对弦测值进行反算计算，得到轨道几何形位；对轨道几何形位中的趋势项进行剔除处理，输出轨道不平顺，与现有技术中将弦测值直接作为轨道不平顺的近似值的方式能真实反映轨道的平顺状态相比，

1、重新建立了轨道不平顺与弦测值之间的数学模型，并将弦测值作为轨道不平顺的一个状态量，并借助该状态量反算轨道不平顺，使用该方法，传递函数可以基本稳定在1±0.2以内，因此能够更真实地反映轨道不平顺状态。

2、将一弦多点弦测法中融入了最小二乘原理，通过多点测量值修正轨道不平顺，提高了其测量精度。

3、使用多点测量数据加密了轨道不平顺的描述，提高了测量分辨率。

参考图11，本发明实施例还提供了一种轨道平顺状态的检测装置，包括：

测量单元11，用于采用预设弦测法对轨道不平顺进行测量，得到预设测量位置对应的弦测值；弦测值为预设测量位置到钢轨的垂直距离；

建立单元12，用于根据测量单元11测量的弦测值与轨道不平顺的关联关系，建立弦测值与轨道不平顺的数学模型；

反算计算单元13，用于根据建立单元12建立的数学模型对弦测值进行反算计算，得到轨道不平顺。

进一步的，参考图12，该轨道平顺状态的检测装置中，测量单元11包括：

测量子单元111，用于采用一弦多点弦测法对轨道不平顺进行测量，得到测量结果；

第一设置子单元112，用于将测量子单元111得到的测量结果设置为预设测量位置对应的弦测值。

进一步的，参考图12，该轨道平顺状态的检测装置中，测量子单元111包括：

等距离划分模块1111，用于按照预设间隔对测量弦线等距离划分，得到多个测量弦线点；

计算模块1112，用于分别计算轨道不平顺在每一个等距离划分模块1111划分的测量弦线点处的弦测值。

进一步的，参考图13，该轨道平顺状态的检测装置中，测量子单元111还包括：

移动模块1113，用于按照预设采样间隔和预设测量方向，对划分后的测量弦线进行预设次数的移动；

记录模块1114，用于记录每一次移动模块1113移动后的多个测量弦线点。

进一步的，参考图13，该轨道平顺状态的检测装置中，建立单元12包括：

第二设置子单元121，用于将多个弦测值设置为对应的多个弦测值向量；

建立子单元122，用于根据弦测值与轨道几何行位之间几何结构，建立第二设置子单元121设置的弦测值向量与轨道不平顺之间的数学关系；

离散采样子单元123，用于根据计算子单元122计算的数学关系及预设采样间隔，对轨道不平顺进行离散采样，得到对应的多个矩阵方程。

进一步的，参考图14，该轨道平顺状态的检测装置中，反算计算单元13包括：

前处理子单元131，用于根据数学模型对弦测值进行前处理，输出初步去除随机测量误差及修正异常值后的弦测值；

反算计算子单元132，用于对去噪处理子单元131去噪处理后的弦测值进行反算计算，得到轨道几何形位；

滤波处理子单元133，用于对反算计算子单元132得到的轨道几何形位进行滤波处理，输出剔除轨道几何形位的趋势项和平滑处理轨道几何形位的轨道不平顺。

进一步的，参考图14，该轨道平顺状态的检测装置中，反算计算子单元132包括：

设置模块1321，用于将每一个所述测量弦线点处的弦测值向量设置为真实弦测值与测量误差的组合，得到多个弦测值向量对应的多个新的矩阵方程；

组合模块1322，用于将多个设置模块1321得到的新的矩阵方程进行组合，得到总体线性方程组；

求解模块1323，用于对组合模块1322得到的总体线性方程组进行求解，得到轨道不平顺的反算值；轨道不平顺的反算值即轨道几何形位。

本发明实施例提供的一种轨道平顺状态的检测方法，采用预设弦测法对轨道不平顺进行测量，得到预设测量位置对应的弦测值；根据弦测值与轨道不平顺的关联关系，建立弦测值与轨道不平顺的数学模型；根据数学模型对弦测值进行反算计算，得到轨道几何形位；对轨道几何形位中的趋势项进行剔除处理，输出轨道不平顺，与现有技术中将弦测值直接作为轨道不平顺的近似值的方式能真实反映轨道的平顺状态相比，

1、重新建立了轨道不平顺与弦测值之间的数学模型，并将弦测值作为轨道不平顺的一个状态量，并借助该状态量反算轨道不平顺，使用该方法，传递函数可以基本稳定在1±0.2以内，因此能够更真实地反映轨道不平顺状态；

2、将一弦多点弦测法中融入了最小二乘原理，通过多点测量值修正轨道不平顺，提高了其测量精度，

3、使用多点测量数据加密了轨道不平顺的描述，提高了测量分辨率。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种轨道平顺状态的检测方法，其特征在于，包括：

采用预设弦测法对轨道不平顺进行测量，得到预设测量位置对应的弦测值；所述弦测值为所述预设测量位置到钢轨的垂直距离；

根据弦测值与所述轨道不平顺的关联关系，建立所述弦测值与所述轨道不平顺的数学模型；

根据所述数学模型对所述弦测值进行反算计算，得到轨道不平顺。

2.根据权利要求1所述的轨道平顺状态的检测方法，其特征在于，所述采用预设弦测法对轨道不平顺进行测量，得到预设测量位置对应的弦测值，包括：

采用一弦多点弦测法对所述轨道不平顺进行测量，得到预设测量位置对应的弦测值。

3.根据权利要求2所述的轨道平顺状态的检测方法，其特征在于，所述采用一弦多点弦测法对所述轨道不平顺进行测量，得到预设测量位置对应的弦测值，包括：

按照预设间隔对测量弦线等距离划分，得到多个测量弦线点；

分别计算所述轨道不平顺在每一个所述测量弦线点处的弦测值。

4.根据权利要求3所述的轨道平顺状态的检测方法，其特征在于，所述按照预设间隔对测量弦线等距离划分，得到多个测量弦线点之后，还包括：

按照预设采样间隔和预设测量方向，对划分后的所述测量弦线进行预设次数的移动，记录每一次移动后的所述多个测量弦线点。

5.根据权利要求4所述的轨道平顺状态的检测方法，其特征在于，所述根据弦测值与所述轨道不平顺的关联关系，建立所述弦测值与所述轨道不平顺的数学模型，包括：

将多个所述弦测值设置为对应的多个弦测值向量；

根据所述弦测值与轨道几何行位之间的几何结构，建立所述弦测值向量与所述轨道不平顺之间的数学关系；

根据所述数学关系及预设采样间隔，对所述轨道不平顺进行离散采样，得到对应的多个矩阵方程。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的轨道平顺状态的检测方法，其特征在于，所述根据所述数学模型对所述弦测值进行反算计算，得到轨道不平顺包括：

对所述弦测值进行前处理，输出初步去除随机测量误差及修正异常值后的弦测值；

对所述去噪处理后的所述弦测值进行反算计算，得到轨道几何形位；

对所述轨道几何形位进行滤波处理，输出轨道不平顺。

7.根据权利要求6所述的轨道平顺状态的检测方法，其特征在于，所述根据所述数学模型对所述弦测值进行反算计算，得到轨道几何形位，包括：

将每一个所述测量弦线点处的弦测值向量设置为真实弦测值与测量误差的组合，得到多个弦测值向量对应的多个新的矩阵方程；

将所述多个新的矩阵方程进行组合，得到总体线性方程组；

对所述总体线性方程组进行求解，得到轨道不平顺的反算值；所述轨道不平顺的反算值即所述轨道几何形位。

8.一种轨道平顺状态的检测装置，其特征在于，包括：

测量单元，用于采用预设弦测法对轨道不平顺进行测量，得到预设测量位置对应的弦测值；所述弦测值为所述预设测量位置到钢轨的垂直距离；

建立单元，用于根据所述测量单元测量的所述弦测值与所述轨道不平顺的关联关系，建立所述弦测值与所述轨道不平顺的数学模型；

反算计算单元，用于根据所述建立单元建立的所述数学模型对所述弦测值进行反算计算，得到轨道不平顺。

9.根据权利要求8所述的轨道平顺状态的检测装置，其特征在于，所述测量单元包括：

测量子单元，用于采用一弦多点弦测法对所述轨道不平顺进行测量，得到测量结果；

设置子单元，用于将所述测量子单元得到的所述测量结果设置为预设测量位置对应的弦测值。

10.根据权利要求9所述的轨道平顺状态的检测装置，其特征在于，所述测量子单元包括：

等距离划分模块，用于按照预设间隔对测量弦线等距离划分，得到多个测量弦线点；

计算模块，用于分别计算所述轨道不平顺在每一个所述等距离划分模块划分的所述测量弦线点处的弦测值。