CN109030628A - 基于振动噪声频谱特征匹配的轨道结构力学性能评价方法 - Google Patents

基于振动噪声频谱特征匹配的轨道结构力学性能评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于振动噪声频谱特征匹配的轨道结构力学性能评价方法，通过对列车通过时正常及病害状态下轨道结构振动加速度、噪声辐射进行测试，建立各类伤损病害对应的加速度及声压数据的频谱曲线特征数据库。利用所建立的数据库与处理后的待检测轨道结构振动及噪声测试数据进行对比，实现基于振动噪声联合测试的轨道交通轨道结构力学状态评估及各类伤损病害的识别与评判，弥补了以往单一振动或噪声测试数据无法系统评估轨道结构力学状态的不足，为轨道交通的安全平稳运行提供保障。

Description

基于振动噪声频谱特征匹配的轨道结构力学性能评价方法
技术领域
本发明涉及铁路轨道结构力学性能评价，特别是涉及基于振动噪声频谱特征匹配的轨道结构力学性能评价方法。
背景技术
轨道交通在满足我国客运需求、推动经济发展中发挥着巨大作用。轨道交通轨道结构的平顺性及稳定性与高速列车运行状态直接相关，在复杂车辆荷载及环境荷载的共同作用下，轨道结构服役状态不断退化，导致线路逐渐出现不同程度的伤损，降低了轨道交通车辆的运行品质。因此，必须对轨道交通轨道结构服役状态进行科学、及时的检测与评估，尽早发现容易导致轨道结构出现损伤的诱因或加速结构状态劣化的初始病害，保障轨道交通线路的服役状态及运营安全。
既有研究中对于轨道交通线路状态主要通过轮轨作用力、车体振动等动力学指标进行评价，但某些轨道结构状态不良条件下(如钢轨擦伤问题)，其振动特性变化不明显而噪声特性表征显著，仅依靠既有的振动评价指标无法反映出轨道结构状态不良问题。目前，国内外铁路环境噪声评价指标及方法主要用于评估人体对环境噪声的敏感程度，其测试方法及评判标准均不能反映轨道结构服役状态与其噪声响应特征间的关系，无法直接用于评判线路结构的服役状态。由此可见，单一的振动或噪声指标均无法全面描述轨道结构的服役状态。
线路结构的振动与噪声本是同源波动在不同介质中传播的两种形式，而目前振动与噪声的研究相对独立，因此，必须针对基于振动噪声联合的线路服役状态的评估方法展开进一步研究，从振动与噪声的关联性出发，建立线路状态振动噪声联合评价方法，提出合理、有效的评价指标，对轨道结构服役状态进行科学、及时的检测与评估，尽早发现容易导致轨道结构出现损伤的诱因或加速结构状态劣化的初始病害，保障线路的服役状态及运营安全。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于轨道结构病害识别与评价的基于振动噪声频谱特征匹配的轨道结构力学性能评价方法，以解决传统由于单独振动或者噪声测试而无法全面、科学的评估轨道结构力学状态的问题。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
本发明公开了一种基于振动噪声频谱特征匹配的轨道结构力学性能评价方法，包括步骤：
S1、在轨道无缺陷病害路段布置振动加速度计和声压传感器，采集轨道无缺陷病害的区段的振动数据和声压数据；
S2、分别提取S1中采集的振动数据和声压数据的频谱曲线特征，建立无缺陷病害钢轨数据库；
S3、针对不同类型的轨道结构病害，选取存在单一缺陷病害的区段布置振动加速度计和声压传感器，分别采集每类缺陷病害对应区段内轨道的振动数据和声压数据；
S4、提取S3中采集的每个区段数据的频谱曲线特征，建立用于判断是否存在该类缺陷病害的钢轨数据库；
S5、基于相似理论提取S4频谱曲线特征中与S2频谱曲线特征中能量分布接近的频带作为归一化特征频带，分别建立各单一缺陷病害的振动及噪声声压归一化特征频带库；
S6、利用S5中得到的归一化特征频带对S4中的频谱曲线特征进行归一化处理，得到归一化后的频谱曲线的数据；
S7、将S6中得到的归一化后的频谱曲线的数据与无缺陷病害钢轨数据库中的各相应频谱曲线处的峰值做差，提取差值超过阈值I的对应频带作为病害识别特征频带，分别建立各单一缺陷病害的病害识别特征频带；
S8、在轨道待检测路段布置振动加速度计和声压传感器，采集待检测路段的轨道振动数据和声压数据；
S9、提取S8中采集的数据的频谱曲线特征，利用S5建立的各单一缺陷病害的归一化特征频带及S7中建立的病害识别特征频带分别对所提取的待检测路段的频谱曲线特征进行归一化和滤波处理；
S10、计算S9中在每一类病害识别特征频带处得到的处理后的频谱曲线的数据与S2建立的无缺陷病害钢轨数据库中的各相应频谱曲线处峰值的差值；
S11、基于S10提取病害识别特征频带中对应的差值在阈值II以上的频带，计算该频带对应的带宽占病害识别特征频带总带宽的百分比，当百分比大于第一阈值或第二阈值时，判断存在此类病害。
优选地，所述步骤S1包括
选择无缺陷病害的单股钢轨，将所述振动加速度计粘贴于钢轨轨腰处，沿线路纵向布置振动加速度计长度不小于6跨轨枕间距；
选择无缺陷病害的单股钢轨，通过夹持架将所述声压传感器粘贴于轨道板上，其中，所述声压传感器探头距离钢轨轨腰中性轴横向距离0.3m，沿线路纵向布置声压传感器长度不小于6跨轨枕间距；
将采集到的数据存储到数据采集仪，并传送至服务器。
优选地，通过对所述振动加速度计设置阈值控制所述声压传感器对声压数据的采集。
优选地，所述步骤S2包括
对采集到的振动数据和声压数据进行频谱曲线特征的提取采用快速傅里叶变换法，分别得到加速度频谱曲线特征和声压频谱曲线特征；
分别建立轨道结构的加速度频谱和声压频谱的主振频率及各谱峰值之间的关系；
建立包括相应的无伤加速度数据库和无伤声压频谱数据库的无缺陷病害钢轨数据库。
优选地，所述步骤S3包括
选择有单一缺陷病害的单股钢轨，将所述振动加速度计粘贴于钢轨轨腰处，沿线路纵向布置振动加速度计长度不小于6跨轨枕间距；
选择有单一缺陷病害的单股钢轨，通过夹持架将所述声压传感器粘贴于轨道板上，其中，所述声压传感器探头距离钢轨轨腰中性轴横向距离0.3m，沿线路纵向布置声压传感器长度不小于6跨轨枕间距；
将采集到的数据存储到数据采集仪，并传送至服务器。
优选地，所述步骤S4包括
对每类缺陷病害单独采集到的振动数据和声压数据进行频谱曲线特征的提取，采用快速傅里叶变换法，分别得到加速度频谱曲线特征和声压频谱曲线特征；
分别建立单一缺陷病害类型下轨道结构的加速度频谱曲线特征和声压频谱曲线特征的主振频率及各谱峰值之间的关系；
建立单一病害类型下的所述钢轨数据库。
优选地，所述步骤S5包括
根据步骤S2和步骤S4中得到的钢轨振动及辐射噪声频谱曲线的频率分辨率和频率分布范围，定义适当长度的移动窗；
针对步骤S2中的无伤钢轨振动和辐射噪声频谱曲线以及步骤S4中每一类单一病害下的钢轨振动和辐射噪声频谱曲线，在移动窗内对钢轨的振动频谱幅值及声压频谱幅值在相应频率点处做差，将差进行累加后得到该移动窗内钢轨振动频谱及声压频谱偏移值；
取移动窗内钢轨振动频谱及声压频谱偏移值最小的对应频段作为归一化频率范围，建立针对每一类病害的归一化特征频带库。
优选地，所述步骤S6包括
取归一化特征频带内钢轨振动频谱及声压频谱偏移值的平均值作为偏移量，以无伤钢轨振动和辐射噪声频谱曲线为基准，对每一类单一缺陷病害下的钢轨振动和辐射噪声频谱曲线进行归一化处理。
优选地，所述步骤S7包括
将单一病害条件下经过归一化处理后的钢轨振动加速度和辐射声压频谱曲线与无缺陷伤害的钢轨振动加速度和辐射声压频谱曲线做差；
提取频谱差值超过阈值I的对应频带作为识别每一类病害的识别特征频带；
针对每一类病害分别建立针对各类单一病害的病害识别特征频带库。
优选地，所述步骤S8包括
将所述振动加速度计粘贴于轨道待检测路段的钢轨轨腰处，沿线路纵向布置振动加速度计，纵向长度不小于6跨轨枕间距；
通过夹持架将所述声压传感器粘贴于轨道待检测路段的轨道板上，其中，所述声压传感器探头距离钢轨轨腰中性轴横向距离0.3m，沿线路纵向布置声压传感器长度不小于6跨轨枕间距；
将采集到的数据存储到数据采集仪并传送至服务器。
优选地，所述步骤S9进一步包括
对采集到的振动数据和声压数据进行频谱曲线特征的提取采用快速傅里叶变换法，分别得到振动加速度频谱曲线特征和声压频谱曲线特征；
对提取到的频谱曲线特征利用步骤S5中建立的针对每一类病害的归一化特征频带库进行归一化处理；
对归一化后的频谱曲线特征利用步骤S7中建立的针对各类单一病害的病害识别特征频带库进行滤波。
优选地，所述步骤S11进一步包括
统计病害识别特征频带中对应差值大于阈值II的频带数量；
计算该频带数量占步骤S7中建立的总带宽占病害识别特征频带数量的百分比，作为病害识别特征频带在总带宽中的占比；
当该占比大于第一阈值或第二阈值时，判断存在此类病害。
本发明的有益效果如下：
本发明所述技术方案通过对列车通过时正常及病害状态下轨道结构振动加速度、噪声辐射进行测试，利用时频分析手段获得轨道结构正常及各类病害状态对应的振动及噪声频谱信息，对所得到采集信息处理后建立各类伤损病害对应的加速度及声压数据库。对待检测的轨道结构振动及噪声测试数据进行采集和处理后，将滤波后的数据与正常状态下的数据进行对比，实现基于振动噪声联合测试的轨道交通轨道结构力学状态评估及各类伤损病害的识别与评判，弥补了以往单一振动或噪声测试数据无法系统评估轨道结构力学状态的不足，为轨道交通的安全平稳运行提供保障。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本实施例中基于振动噪声频谱特征匹配的轨道结构病害识别与评价方法的示意图；
图2为振动及噪声传感器布置方式的示意图；
图3为本实施例中振动噪声测试系统的示意图。
图中：1、单股钢轨；2、三向振动加速度计；3、声压传感器；4、振动声压数据采集组；5、数据采集仪；6、云端服务器；7、数据处理分析单元。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
如图1-3所示，为对本发明的技术方案和实施做出的进一步说明。本发明提供的一种基于振动噪声联合测试的轨道交通轨道结构力学特性评价方法的示意图，包括选取典型测试工点、轨道数据采集、数据处理和评价方法。我们在进行典型测试工点选取时，将轨道结构分为两种类型进行数据采集。
第一种，采集轨道工作状态良好的无病害缺陷路段数据。首先选取轨道服役状态良好的区段，选择单股钢轨1，将振动加速度计2粘贴于位于两跨扣件中间位置的钢轨轨腰中性轴处沿列车运行方向连续粘贴所述振动加速度计2，如图2所示。粘贴所述振动加速度计2的钢轨里程长不小于6跨轨枕间距。
对所述振动加速度计2设置触发阈值，当振动超过阈值时，自动采集列车通过时的加速度数据，采集到的数据通过线缆汇集到数据采集仪5并存储在采集仪的内置内存卡中；利用GPRS信号将采集到的数据通过无线传输的方式传递至云端服务器6，数据处理分析单元7中客户端通过远程下载服务器中的数据以便对数据进行分析，如图3所示。
对列车运行下的钢轨振动加速度数据进行采集，至少连续采集50辆铁道车辆通过时的钢轨振动加速度数据。
对采集到的数据进行处理，采用基于快速傅里叶变换法提取轨道结构正常状态下的钢轨加速度频谱曲线特征，确定列车通过时轨道结构自身处于正常状态下的振动加速度谱主振频率及各谱峰值间相对关系，
其中，当处理钢轨加速度信号时，可输出轨道结构振动加速度时程图并读取时程图峰值，基于傅里叶变换法得到钢轨加速度频谱曲线特性，对多次采样结果进行统计分析，确定钢轨振动加速度谱主振频率及各谱峰值间的相对关系，建立钢轨加速度数据库。
选择单股钢轨，将声压传感器安装于专用夹持架上，将夹持架粘贴于轨道板上，声压传感器探头距离钢轨轨腰中性轴横向距离0.3m，沿列车运行方向连续布置声压传感器，纵向长度不小于6跨轨枕间距。
所述的声压传感器3，通过多个数据采集系统间的同步采集，利用上述振动加速度计2的阈值实现自动触发，完成列车通过时的声压数据的自动采集，采集到的数据通过线缆汇集到数据采集仪5并存储在采集仪的内置内存卡中；利用GPRS信号将采集到的数据通过无线传输的方式传递至云端服务器，数据处理分析单元通过远程下载服务器中的数据以便对数据进行分析。
对列车运行下的钢轨声压数据进行采集，至少连续采集50辆铁道车辆通过时的钢轨声压数据。
基于快速傅里叶变换法提取轨道结构正常状态下的钢轨声压频谱曲线特征，
其中，当处理轨道结构声压信号时，可输出轨道结构声压时程图并读取时程图峰值，基于傅里叶变换法得到钢轨声压频谱曲线特性，对多次采样结果进行统计分析，确定钢轨声压谱主振频率及各谱峰值间的相对关系，建立钢轨声压数据库。
第二种，选取轨道结构有缺陷病害的路段进行数据采集，该缺陷病害包括波磨、钢轨表面小范围剥离掉块、轨道板空吊、轨道板离缝等典型伤损或病害的区段。
选择单股钢轨，将振动加速度计2粘贴于两跨扣件中间位置的钢轨轨腰中性轴处，沿列车运行方向连续粘贴所述振动加速度计，粘贴加速度计的钢轨里程长不小于6跨轨枕间距。
所述的振动加速度计2，通过设置振动加速度触发阈值，实现列车通过时的加速度数据的自动采集，采集到的数据通过线缆汇集到数据采集仪5并存储在采集仪的内置内存卡中；利用GPRS信号将采集到的数据通过无线传输的方式传递至云端服务器6，数据处理分析单元7中通过远程下载服务器中的数据以便对数据进行分析。
对列车运行下的钢轨振动加速度数据进行采集，至少连续采集50辆铁道车辆通过时的钢轨振动加速度数据。
基于快速傅里叶变换法提取钢轨波磨、表面剥离掉块状态、轨道板空吊、轨道板离缝等不同单一缺陷下的钢轨加速度频谱曲线特征。通过与第一种采集得到的频谱数据进行对比，选取合适长度的移动窗，对两种频谱曲线在移动窗内的幅值差进行求和，以幅值差总和最小时对应的移动窗为归一化特征频带，提出针对钢轨波磨、表面剥离掉块状态、轨道板空吊、轨道板离缝等不同单一缺陷下的钢轨加速度频谱归一化特征频带。以归一化特征频带内的幅值差平均值为偏移量，对钢轨的加速度频谱曲线特征进行归一化处理。将归一化后的第二种采集数据频谱与第一种采集得到的频谱在相应频率处做差，提取幅值差在振动加速度阈值(为阈值I中的振动加速度阈值)之上的频带作为识别判断轨道存在钢轨波磨、表面剥离掉块状态、轨道板空吊、轨道板离缝等不同单一缺陷下的钢轨加速度病害识别特征频带。
选择单股钢轨，将声压传感器安装于专用夹持架上，将夹持架粘贴于轨道板上，声压传感器探头距离钢轨轨腰中性轴横向距离0.3m。
沿列车运行方向纵向连续布置声压传感器，布置声压传感器的里程长不小于6跨轨枕间距。(20米以上)
通过设置振动加速度触发阈值，当列车通过时振动加速度达到所设定的阈值时触发所述声压传感器3，实现对钢轨的声压数据的自动采集，采集到的数据通过线缆汇集到数据采集仪并存储在采集仪的内置内存卡中；利用振动加速度信号作为触发，对列车运行下的钢轨声压数据进行采集，至少连续采集100辆铁道车辆通过时的钢轨声压数据；利用GPRS信号将采集到的振动加速度及声压测试数据通过无线传输的方式传递至服务器，客户端通过远程下载服务器中的数据以便对数据进行分析。
基于快速傅里叶变换法提取钢轨波磨、表面剥离掉块状态、轨道板空吊、轨道板离缝等不同单一缺陷下的钢轨辐射声压频谱曲线特征。通过与第一种采集得到的频谱数据进行对比，选取合适长度的移动窗，对两种频谱曲线在移动窗内的幅值差进行求和，以幅值差总和最小时对应的移动窗为归一化特征频带，提出针对钢轨波磨、表面剥离掉块状态、轨道板空吊、轨道板离缝等不同单一缺陷下的钢轨辐射声压频谱归一化特征频带。以归一化特征频带内的幅值差平均值为偏移量，对钢轨的辐射声压频谱曲线特征进行归一化处理。将归一化后的第二种采集数据频谱与第一种采集得到的频谱在相应频率处做差，提取幅值差在声压阈值(阈值I中的声压阈值)之上的频带作为识别判断轨道存在钢轨波磨、表面剥离掉块状态、轨道板空吊、轨道板离缝等不同单一缺陷下的钢轨辐射声压病害识别特征频带。
选取轨道结构状态待检测评估的路段进行数据采集，可能存在的缺陷病害包括波磨、钢轨表面小范围剥离掉块、轨道板空吊、轨道板离缝等典型伤损或病害。
选择单股钢轨，将振动加速度计2粘贴于两跨扣件中间位置的钢轨轨腰中性轴处，沿列车运行方向连续粘贴所述振动加速度计，粘贴加速度计的钢轨里程长不小于6跨轨枕间距。
所述的振动加速度计2，通过设置振动加速度触发阈值，实现列车通过时的加速度数据的自动采集，采集到的数据通过线缆汇集到数据采集仪5并存储在采集仪的内置内存卡中；利用GPRS信号将采集到的数据通过无线传输的方式传递至云端服务器6，数据处理分析单元7中通过远程下载服务器中的数据以便对数据进行分析。
对列车运行下的钢轨振动加速度数据进行采集，至少连续采集50辆铁道车辆通过时的钢轨振动加速度数据。
基于快速傅里叶变换法提取待检测路段的钢轨加速度频谱曲线特征。利用建立的针对不同单一缺陷下的钢轨加速度频谱归一化特征频带对钢轨的加速度频谱曲线特征进行归一化处理。利用建立的针对不同单一缺陷下的钢轨加速度频谱病害识别特征频带对将归一化后的频谱进行滤波处理。通过将归一化及滤波后的数据与第一种采集得到的频谱在相应频率处做差，提取幅值差在振动加速度阈值(阈值II中的振动加速度阈值)之上的频带并统计其数量，计算该值与钢轨加速度频谱病害识别特征频带总数量的比值，当比值超过第一阈值后，则判断存在该类病害，说明该区段内已经出现了该类轨道结构伤损病害。针对病害库中的各类病害进行逐一判断，从而实现对轨道病害类型进行判断、识别。
选择单股钢轨，将声压传感器安装于专用夹持架上，将夹持架粘贴于轨道板上，声压传感器探头距离钢轨轨腰中性轴横向距离0.3m。
沿列车运行方向纵向连续布置声压传感器，布置声压传感器的里程长不小于6跨轨枕间距。(20米以上)
通过设置振动加速度触发阈值，当列车通过时振动加速度达到所设定的阈值时触发所述声压传感器3，实现对钢轨的声压数据的自动采集，采集到的数据通过线缆汇集到数据采集仪并存储在采集仪的内置内存卡中；利用振动加速度信号作为触发，对列车运行下的钢轨声压数据进行采集，至少连续采集100辆铁道车辆通过时的钢轨声压数据；利用GPRS信号将采集到的振动加速度及声压测试数据通过无线传输的方式传递至服务器，客户端通过远程下载服务器中的数据以便对数据进行分析。
基于快速傅里叶变换法提取待检测路段的钢轨辐射声压频谱曲线特征。利用建立的针对不同单一缺陷下的钢轨辐射声压频谱归一化特征频带对钢轨的辐射声压频谱曲线特征进行归一化处理。利用建立的针对不同单一缺陷下的钢轨辐射声压频谱病害识别特征频带对将归一化后的频谱进行滤波处理。通过将归一化及滤波后的数据与第一种采集得到的频谱在相应频率处做差，提取幅值差在声压阈值(阈值II中的声压阈值)之上的频带并统计其数量，计算该值与钢轨辐射声压频谱病害识别特征频带总数量的比值，当比值超过第二阈值后，则判断存在该类病害，说明该区段内已经出现了该类轨道结构伤损病害。针对病害库中的各类病害进行逐一判断，从而实现对轨道病害类型进行判断、识别。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (12)

1.一种基于振动噪声频谱特征匹配的轨道结构力学性能评价方法，其特征在于，包括步骤：
S1、在轨道无缺陷病害路段布置振动加速度计和声压传感器，采集轨道无缺陷病害的区段的振动数据和声压数据；
S2、分别提取S1中采集的振动数据和声压数据的频谱曲线特征，建立无缺陷病害钢轨数据库；
S3、针对不同类型的轨道结构病害，选取存在单一缺陷病害的区段布置振动加速度计和声压传感器，分别采集每类缺陷病害对应区段内轨道的振动数据和声压数据；
S4、提取S3中采集的每个区段数据的频谱曲线特征，建立用于判断是否存在该类缺陷病害的钢轨数据库；
S5、基于相似理论提取S4频谱曲线特征中与S2频谱曲线特征中能量分布接近的频带作为归一化特征频带，分别建立各单一缺陷病害的振动及噪声声压归一化特征频带库；
S6、利用S5中得到的归一化特征频带对S4中的频谱曲线特征进行归一化处理，得到归一化后的频谱曲线的数据；
S7、将S6中得到的归一化后的频谱曲线的数据与无缺陷病害钢轨数据库中的各相应频谱曲线处的峰值做差，提取差值超过阈值I的对应频带作为病害识别特征频带，分别建立各单一缺陷病害的病害识别特征频带；
S8、在轨道待检测路段布置振动加速度计和声压传感器，采集待检测路段的轨道振动数据和声压数据；
S9、提取S8中采集的数据的频谱曲线特征，利用S5建立的各单一缺陷病害的归一化特征频带及S7中建立的病害识别特征频带分别对所提取的待检测路段的频谱曲线特征进行归一化和滤波处理；
S10、计算S9中在每一类病害识别特征频带处得到的处理后的频谱曲线的数据与S2建立的无缺陷病害钢轨数据库中的各相应频谱曲线处峰值的差值；
S11、基于S10提取病害识别特征频带中对应的差值在阈值II以上的频带，计算该频带对应的带宽占病害识别特征频带总带宽的百分比，当百分比大于第一阈值或第二阈值时，判断存在此类病害。
2.根据权利要求1所述的基于振动噪声频谱特征匹配的轨道结构力学性能评价方法，其特征在于，所述步骤S1包括
选择无缺陷病害的单股钢轨，将所述振动加速度计粘贴于钢轨轨腰处，沿线路纵向布置振动加速度计长度不小于6跨轨枕间距；
选择无缺陷病害的单股钢轨，通过夹持架将所述声压传感器粘贴于轨道板上，其中，所述声压传感器探头距离钢轨轨腰中性轴横向距离0.3m，沿线路纵向布置声压传感器长度不小于6跨轨枕间距；
将采集到的数据存储到数据采集仪，并传送至服务器。
3.根据权利要求1或2所述的基于振动噪声频谱特征匹配的轨道结构力学性能评价方法，其特征在于，通过对所述振动加速度计设置阈值控制所述声压传感器对声压数据的采集。
4.根据权利要求1所述的基于振动噪声频谱特征匹配的轨道结构力学性能评价方法，其特征在于，所述步骤S2包括
对采集到的振动数据和声压数据进行频谱曲线特征的提取采用快速傅里叶变换法，分别得到加速度频谱曲线特征和声压频谱曲线特征；
分别建立轨道结构的加速度频谱和声压频谱的主振频率及各谱峰值之间的关系；
建立包括相应的无伤加速度数据库和无伤声压频谱数据库的无缺陷病害钢轨数据库。
5.根据权利要求1所述的基于振动噪声频谱特征匹配的轨道结构力学性能评价方法，其特征在于，所述步骤S3包括
选择有单一缺陷病害的单股钢轨，将所述振动加速度计粘贴于钢轨轨腰处，沿线路纵向布置振动加速度计长度不小于6跨轨枕间距；
选择有单一缺陷病害的单股钢轨，通过夹持架将所述声压传感器粘贴于轨道板上，其中，所述声压传感器探头距离钢轨轨腰中性轴横向距离0.3m，沿线路纵向布置声压传感器长度不小于6跨轨枕间距；
将采集到的数据存储到数据采集仪，并传送至服务器。
6.根据权利要求1所述的基于振动噪声频谱特征匹配的轨道结构力学性能评价方法，其特征在于，所述步骤S4包括
对每类缺陷病害单独采集到的振动数据和声压数据进行频谱曲线特征的提取，采用快速傅里叶变换法，分别得到加速度频谱曲线特征和声压频谱曲线特征；
分别建立单一缺陷病害类型下轨道结构的加速度频谱曲线特征和声压频谱曲线特征的主振频率及各谱峰值之间的关系；
建立单一病害类型下的所述钢轨数据库。
7.根据权利要求1所述的基于振动噪声频谱特征匹配的轨道结构力学性能评价方法，其特征在于，所述步骤S5包括
根据步骤S2和步骤S4中得到的钢轨振动及辐射噪声频谱曲线的频率分辨率和频率分布范围，定义适当长度的移动窗；
针对步骤S2中的无伤钢轨振动和辐射噪声频谱曲线以及步骤S4中每一类单一病害下的钢轨振动和辐射噪声频谱曲线，在移动窗内对钢轨的振动频谱幅值及声压频谱幅值在相应频率点处做差，将差进行累加后得到该移动窗内钢轨振动频谱及声压频谱偏移值；
取移动窗内钢轨振动频谱及声压频谱偏移值最小的对应频段作为归一化频率范围，建立针对每一类病害的归一化特征频带库。
8.根据权利要求1所述的基于振动噪声频谱特征匹配的轨道结构力学性能评价方法，其特征在于，所述步骤S6包括
取归一化特征频带内钢轨振动频谱及声压频谱偏移值的平均值作为偏移量，以无伤钢轨振动和辐射噪声频谱曲线为基准，对每一类单一缺陷病害下的钢轨振动和辐射噪声频谱曲线进行归一化处理。
9.根据权利要求1所述的基于振动噪声频谱特征匹配的轨道结构力学性能评价方法，其特征在于，所述步骤S7包括
将单一病害条件下经过归一化处理后的钢轨振动加速度和辐射声压频谱曲线与无缺陷伤害的钢轨振动加速度和辐射声压频谱曲线做差；
提取频谱差值超过阈值I的对应频带作为识别每一类病害的识别特征频带；
针对每一类病害分别建立针对各类单一病害的病害识别特征频带库。
10.根据权利要求1所述的基于振动噪声频谱特征匹配的轨道结构力学性能评价方法，其特征在于，所述步骤S8包括
将所述振动加速度计粘贴于轨道待检测路段的钢轨轨腰处，沿线路纵向布置振动加速度计，纵向长度不小于6跨轨枕间距；
通过夹持架将所述声压传感器粘贴于轨道待检测路段的轨道板上，其中，所述声压传感器探头距离钢轨轨腰中性轴横向距离0.3m，沿线路纵向布置声压传感器长度不小于6跨轨枕间距；
将采集到的数据存储到数据采集仪并传送至服务器。
11.根据权利要求1所述的基于振动噪声频谱特征匹配的轨道结构力学性能评价方法，其特征在于，所述步骤S9进一步包括
对采集到的振动数据和声压数据进行频谱曲线特征的提取采用快速傅里叶变换法，分别得到振动加速度频谱曲线特征和声压频谱曲线特征；
对提取到的频谱曲线特征利用步骤S5中建立的针对每一类病害的归一化特征频带库进行归一化处理；
对归一化后的频谱曲线特征利用步骤S7中建立的针对各类单一病害的病害识别特征频带库进行滤波。
12.根据权利要求1所述的基于振动噪声频谱特征匹配的轨道结构力学性能评价方法，其特征在于，所述步骤S11进一步包括
统计病害识别特征频带中对应差值大于阈值II的频带数量；
计算该频带数量占步骤S7中建立的总带宽占病害识别特征频带数量的百分比，作为病害识别特征频带在总带宽中的占比；
当该占比大于第一阈值或第二阈值时，判断存在此类病害。
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