CN109910947B - 搭载式轨道健康状态动态监测与智慧分析系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种轨道健康状态动态监测和分析方法，把信号采集硬件安装在运营列车的转向架上；在列车运行过程中，信号采集硬件对轨道健康状态信息进行即时采集；采集得到的轨道健康状态数据由数据分析软件进行分析；数据分析软件是载于安装在运营车辆车体内的计算机，或是载于云端服务器。一种搭载式轨道健康状态动态监测与智慧分析系统，该系统通过模块化方式将惯导系统组件、超声探伤组件、激光位移传感器、激光廓形传感器和线阵相机等装置进行一体化集成，并搭载于运营列车上，在运营时间内高频率动态采集包括轨道动态几何形位、车体加速度、钢轨伤损、轨枕及扣件缺损等多种轨道健康状态参数，实现运检合一，精确化、精细化地指导轨道养护维修。

Description

搭载式轨道健康状态动态监测与智慧分析系统及方法

技术领域

本发明涉及轨道交通关键设施设备智能监测领域，尤其涉及一种搭载式轨道健康状态动态监测与智慧分析系统及检测方法。

背景技术

轨道是铁路、地铁列车的运行基础，其健康状态直接影响运营安全、养修成本与乘客舒适度。在列车荷载的反复作用下以及线路结构、地理环境等因素的影响下，轨道健康状态不断劣化。为了保持轨道健康状态良好，保障运营安全，需通过检测、监测等手段及时准确掌握其健康状态，并适时进行养护维修作业。

目前，国内外轨道管理者一般采用大型专业检测车或者小型专业检测仪对不同的轨道健康状态参数进行周期性检测。其中，大型专业检测车主要包括采用激光摄像测量和惯性测量技术的轨检车，检测项目主要包括轨距、高低、轨向、水平、三角坑等轨道动态几何形位参数以及水平加速度、垂直加速度等车体加速度参数；采用超声探伤技术的钢轨探伤车，检测项目主要包括轨头裂纹、核伤、螺孔裂纹等钢轨疲劳伤损；采用激光摄像和图像处理技术的钢轨廓形检测车，其检测项目主要包括钢轨侧面磨耗、垂直磨耗等钢轨磨耗伤损；采用视觉测量和模式识别技术的轨道巡检车，其检测项目主要包括钢轨踏面伤损、轨枕及扣件缺损等。小型专业检测仪主要包括检测轨道静态几何形位的轨检仪、探测钢轨内部伤损的探伤仪等。

随着轨道交通的快速发展，轨道健康状态监测与分析面临新的挑战，一方面，线网规模的不断扩大和网络化运营导致轨道检修任务日益加剧；另一方面，行车密度和设备使用年限的不断增加对轨道健康状态提出了更高的要求，要确保其具有“高平顺性、高可靠性、高稳定性”；同时，轨道的修理模式由“周期修+故障修”逐步向以健康状态为核心的“预防修”转变，也要求对其健康状态更及时全面的监测和更智慧的分析。现有的轨道健康状态检测方式难以应对上述挑战，主要体现在以下几个方面：

1)运检分离，现有的检测作业均需在运营列车正常运营结束后的天窗时间内进行，无法在运营时间内开展；

2)检测项目缺少集成，一个检测设备只能检测同一类健康状态参数，无法同时检测多类参数；

3)检测频率低，现有的检测方式为周期性检测，难以高频率动态采集轨道健康状态参数；

4)大型专业检测车购置成本高昂，动辄上千万，难以批量购置；小型专业检测仪需以人工手推或手持等方式进行作业，效率低下。

综上，如何研发出一种新的轨道健康状态动态监测与智慧分析系统，克服上述缺陷，应对新的挑战，是本领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种搭载式轨道健康状态动态监测与智慧分析系统，该系统通过模块化方式将惯导系统组件、超声探伤组件、1D激光位移传感器、2D激光廓形传感器和线阵相机等装置进行一体化集成，并搭载于运营列车上，在运营时间内高频率动态采集包括轨道动态几何形位、车体加速度、钢轨伤损、轨枕及扣件缺损等多种轨道健康状态参数，实时监测、分析、评估健康状态，诊断轨道病害，实现运检合一，精确化、精细化地指导轨道养护维修，降低检修成本，保障运营安全和服务质量。

本发明提供了一种搭载式轨道健康状态动态监测与智慧分析系统，该系统通过模块化方式将获取多种健康状态参数的不同传感器一体化集成，并搭载于运营列车上，高频率动态监测与分析轨道健康状态，实现运检合一。

所述系统包括信号采集、伺服对中、里程同步、机械悬挂和数据分析五个模块。

信号采集模块用于获取轨道几何形位、钢轨、轨枕、扣件的状态信号数据；

伺服对中模块用于信号采集模块的实时对中；

里程同步模块用于获取列车运行速度和里程信息；

机械悬挂模块用于安装信号采集、伺服对中与里程同步模块，并与列车转向架相连；

数据分析模块与信号采集和里程同步模块相连，计算分析获取的各类数据，评定轨道健康状态，诊断轨道病害。

为实现上述目的，本发明的技术方案具体如下：

一种轨道健康状态动态监测和分析方法，把信号采集硬件安装在运营列车的转向架上；在列车运行过程中，信号采集硬件对轨道健康状态信息进行即时采集；采集得到的轨道健康状态数据由数据分析软件进行分析；数据分析软件是载于安装在运营车辆车体内的计算机，或是载于云端服务器。

一种实现所述方法的搭载式轨道健康状态动态监测与智慧分析系统，该系统包括信号采集模块、伺服对中模块、里程同步模块、机械悬挂模块和数据分析模块；

所述机械悬挂模块安装于运营列车转向架构架，机械悬挂模块用于集成安装所述信号采集模块、伺服对中模块和里程同步模块；机械悬挂模块包括用于与运营列车转向架架构连接的检测梁梁臂，以及用于安装各个模块的检测梁梁体；梁体通过梁臂固定连接与运营列车转向架构架；

所述信号采集模块包括惯导系统组件，以及成对的超声探伤组件、激光位移传感器、激光廓形传感器和线阵相机；惯导系统组件固定连接于检测梁梁体；成对的激光廓形传感器和线阵相机分布在检测梁梁体的左右两端，且激光廓形传感器的传感头和线阵相机的镜头位置与两轨道的位置对应；

信号采集模块与数据分析模块电连接，用于采集轨道健康状态的原始监测信号数据，并将原始监测信号数据传输至数据分析模块；

所述伺服对中模块可移动地安装于机械悬挂模块；成对的超声探伤组件和激光位移传感器固定连接于伺服对中模块的左右两端，超声探伤组件和激光位移传感器随伺服对中模块相对于机械悬挂模块左右移动；伺服对中模块的移动受控于数据分析模块；伺服对中模块用于超声探伤组件和激光位移传感器的实时对中，实现超声探伤组件发出的超声波和激光位移传感器发出的激光射向钢轨踏面中心；

所述里程同步模块安装于所述机械悬挂模块，里程同步模块与所述数据分析模块电连接，里程同步模块包括光电编码器，光电编码器采用脉冲计数的方式计算获取列车运行速度和里程信息，并将这些信息传输至数据分析模块；

所述数据分析模块先读取、计算和存储信号采集模块传送的轨道健康状态的原始监测信号数据与里程同步模块传送的列车速度、里程信息；

再根据传送的原始监测信号数据和列车速度、里程信息对轨道健康状态参数进行计算和里程校准，对轨道健康状态进行评定，诊断轨道病害；

所述信号采集模块中：惯导系统组件获取所述列车运行姿态数据，惯导系统组件包括光纤陀螺仪和加速度计；光纤陀螺仪获取列车的航向角、俯仰角、滚动角和角速度；加速度计获取列车的加速度；

所述超声探伤组件用于发射超声波到钢轨内，以及接收钢轨反射的超声波，并转换为电信号，获取所述超声探伤波形数据；

所述激光位移传感器发射点激光照射至钢轨踏面中心，并接收反射光，获取钢轨踏面至激光位移传感器距离数据；

所述激光廓形传感器发射线激光照射至钢轨廓形(即断面)，并接收反射光，获取钢轨廓形(即断面)坐标数据；

所述线阵相机在列车行进过程中拍摄轨道图像，获取所述轨道图像数据。

所述伺服对中模块包括伺服电机和传动杆；伺服电机的控制输入端与数据分析模块电连接；伺服电机的输出轴与传动杆相连，超声探伤组件和激光位移传感器连接于传动杆；伺服电机根据数据分析模块传输的纠偏指令来驱动传动杆进行位置调节，进而带动超声探伤组件和激光位移传感器位移，实现所述超声探伤组件和激光位移传感器的实时自动对中。

所述轨道健康状态原始监测信号数据包括列车运行姿态数据、超声探伤波形数据、钢轨踏面至激光位移传感器距离数据、钢轨断面廓形坐标数据以及轨道图像数据；

所述列车运行姿态数据包括列车的航向角、俯仰角、滚动角、角速度及加速度；

所述轨道健康状态参数包括轨道动态几何形位参数、车体加速度参数、钢轨伤损参数、轨枕及扣件缺损参数；其中：轨道动态几何形位参数包括轨距、轨向、高低、水平和三角坑；车体加速度参数包括水平加速度和垂直加速度；钢轨伤损参数包括轨头裂纹、核伤和螺孔裂纹这些钢轨内部伤损参数，垂直磨耗、侧面磨耗、波浪磨耗这些钢轨磨耗伤损参数，以及轨面擦伤和剥离掉块等这些钢轨踏面伤损参数；轨枕及扣件缺损参数包括轨枕缺失、轨枕掉块、扣件缺失和扣件断裂。

所述数据分析模块，包括计算机设备和计算机设备中安装的轨道健康状态智慧分析软件；数据分析模块：

根据所述列车运行姿态数据和钢轨廓形(断面)坐标数据计算分析轨道动态几何形位参数以及所述车体加速度参数，并根据预先设定的超限标准数据评定轨道动态几何形位状态以及车体加速度状态，诊断轨道动态几何形位超限病害以及车体加速度超限病害；

根据超声探伤波形数据计算分析钢轨内部伤损参数，并根据预先设定的伤损等级标准数据评定钢轨内部伤损状态，诊断钢轨内部伤损病害；

根据钢轨踏面至激光位移传感器距离数据计算提取分析钢轨波浪磨耗参数，并根据预先设定的伤损等级标准数据评定钢轨波浪磨耗状态，诊断钢轨波浪磨耗病害；

根据钢轨廓形(断面)坐标数据计算分析所述钢轨侧面磨耗参数和垂直磨耗参数，并根据预先设定的伤损等级标准数据评定钢轨侧面磨耗状态和垂直磨耗状态，诊断钢轨侧面磨耗病害和垂直磨耗病害；

根据轨道图像数据计算分析所述钢轨踏面伤损参数和轨枕及扣件缺损参数，并根据预先设定的伤损等级标准数据评定钢轨踏面伤损状态和轨枕及扣件缺损状态，诊断钢轨踏面伤损病害和轨枕及扣件缺损病害；

根据列车运行速度和里程信息，对所述轨道健康状态参数进行里程校准，实现轨道健康状态参数在里程上的统一；

根据所述轨道动态几何形位参数中的轨距结果，计算超声探伤组件和激光位移传感器与钢轨中心线的偏差，并处理得到伺服电机的动作控制参数(即纠偏指令)，把动作控制参数传输至伺服电机。

所述数据分析模块，包括计算机设备和轨道健康状态智慧分析软件，具体用于：

根据所述列车运行姿态数据和钢轨断面廓形坐标数据计算分析所述轨道动态几何形位参数以及所述车体加速度参数，并根据预先设定的超限标准数据，自动评定轨道动态几何形位状态以及车体加速度状态，诊断轨道动态几何形位超限病害以及车体加速度超限病害，包括Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级和Ⅳ级超限；

根据所述超声探伤波形数据计算分析所述钢轨内部伤损参数，并根据预先设定的伤损等级标准数据，自动评定钢轨内部伤损状态，诊断钢轨内部伤损病害，包括轻伤、重伤和折断；

根据所述钢轨踏面至1D激光位移传感器距离数据计算提取分析钢轨波浪磨耗参数，并根据预先设定的伤损等级标准数据，评定钢轨波浪磨耗状态，诊断钢轨波浪磨耗病害，包括轻伤和重伤；

根据所述钢轨断面廓形坐标数据计算分析所述钢轨侧面磨耗参数和垂直磨耗参数，并根据预先设定的伤损等级标准数据，评定钢轨侧面磨耗状态和垂直磨耗状态，诊断钢轨侧面磨耗病害和垂直磨耗病害，包括轻伤和重伤；

根据所述轨道图像数据计算分析所述钢轨踏面伤损参数和轨枕及扣件缺损参数，并根据预先设定的伤损等级标准数据，评定钢轨踏面伤损状态和轨枕及扣件缺损状态，诊断钢轨踏面伤损病害和轨枕及扣件是否存在缺损；

根据所述列车运行速度和里程信息，对所述轨道健康状态参数进行里程校准，实现轨道健康状态参数在里程上的统一。

所述数据分析模块，具体还用于根据所述轨道动态几何形位参数中的轨距结果，计算所述超声探伤组件和1D激光位移传感器与钢轨中心线的偏差，并传输至所述伺服对中模块。

所述伺服对中模块包括伺服电机和传动杆，所述伺服电机与传动杆相连，根据所述数据分析模块传输的所述偏差，驱动所述传动杆进行位置调节；所述传动杆与所述超声探伤组件和1D激光位移传感器连接，带动所述超声探伤组件和1D激光位移传感器发生位移，实现所述超声探伤组件和1D激光位移传感器的实时自动对中。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

(1)本发明提供的搭载式轨道健康状态动态监测与智慧分析系统，搭载于运营列车转向架上，在运营列车运行过程中完成对轨道健康状态的动态监测，不需要安排单独的天窗时间进行监测，实现运检合一；

(2)本发明提供的搭载式轨道健康状态动态监测与智慧分析系统，通过模块化方式将惯导系统组件、超声探伤组件、1D激光位移传感器、2D激光廓形传感器和线阵相机等装置进行一体化集成，可同时完成动态几何形位状态、钢轨状态、轨枕状态及扣件状态等多类轨道健康状态参数的监测、分析、评定与病害诊断；

(3)本发明提供的搭载式轨道健康状态动态监测与智慧分析系统，可高频率实时监测与分析轨道健康状态，相对于现有的大型专业检测车或者小型专业检测仪一月一次或一周一次等的周期性检测频率，能够辅助管理单位更及时地掌握轨道健康状态，更好地保障运营安全；

(4)本发明提供的搭载式轨道健康状态动态监测与智慧分析系统，相对于大型专业检测车购置成本更低，并且监测效率远高于需以人工手推或手持等方式进行作业的小型专业检测仪。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种搭载式轨道健康状态动态监测与智慧分析系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种搭载式轨道健康状态动态监测与智慧分析系统的数据流程图；

图3为本发明实施例提供的一种搭载式轨道健康状态动态监测与智慧分析系统的监测与分析流程图。

图4为本发明的使用状态示意图；

图5为图4是本系统安装的侧面示意图；

图6为伺服电机和传动杆之间的结构示意图。

其中：运营车辆车体1、转向架2、轨道4、数据分析模块5、车轮6、惯导系统组件7、超声探测组件8、激光位移传感器9、激光廓形传感器10、线阵相机11、光电编码器12、梁体13、梁臂14、伺服电机15、传动杆16、连接块17。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有创造性劳动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。

如图1～6所示，本发明提供一种搭载式轨道健康状态动态监测与智慧分析系统，包括信号采集模块、伺服对中模块、里程同步模块、机械悬挂模块和数据分析模块；

所述信号采集模块通过螺栓方式安装于所述机械悬挂模块，通过数据线与所述数据分析模块连接，用于采集轨道健康状态原始监测信号数据，并将所述原始监测信号数据传输至数据分析模块，所述信号采集模块包括惯导系统组件、超声探伤组件、1D激光位移传感器、2D激光廓形传感器和线阵相机；

其中，信号采集模块采集的轨道健康状态原始监测信号数据包括列车运行姿态数据、超声探伤波形数据、钢轨踏面至1D激光位移传感器距离数据、钢轨断面廓形坐标数据以及轨道图像数据，如图2所示。

列车运行姿态数据包括航向角、俯仰角、滚动角、角速度及加速度，由所述惯导系统组件中的光纤陀螺仪和加速度计获取；超声探伤波形数据由超声探伤组件通过发射超声波到钢轨内，接收钢轨反射的超声波，并转换为电信号来获取；钢轨踏面至1D激光位移传感器距离数据由1D激光位移传感器通过发射点激光照射至钢轨踏面中心，并接收反射光来获取；钢轨断面廓形坐标数据由2D激光廓形传感器通过发射线激光照射至钢轨断面，并接收反射光来获取；轨道图像数据由线阵相机通过拍摄列车行进过程中的轨道照片来获取。

所述伺服对中模块安装于所述机械悬挂模块，与所述信号采集模块中的超声探伤组件和1D激光位移传感器连接，用于所述超声探伤组件和1D激光位移传感器的实时对中，实现所述超声探伤组件发出的超声波和所述1D激光位移传感器发出的激光射向钢轨踏面中心；

所述里程同步模块安装于所述机械悬挂模块，与所述数据分析模块连接，包括光电编码器，采用脉冲计数的方式计算获取列车运行速度和里程信息，并将所述信息传输至数据分析模块；

所述机械悬挂模块安装于运营列车转向架构架上，用于集成安装所述信号采集模块、伺服对中模和里程同步模块，包括用于与运营列车转向架架构连接的梁臂，以及用于安装所述超声探伤组件和1D激光位移传感器模块的梁体。

所述数据分析模块与所述信号采集模块和里程同步模块连接，包括计算机设备和轨道健康状态智慧分析软件，用于读取、计算和存储所述信号采集模块传送的所述原始监测信号数据与所述里程同步模块传送的所述列车速度、里程信息，再根据传送的所述原始监测信号数据和列车速度、里程信息对轨道健康状态参数进行计算和里程校准，对轨道健康状态进行评定，诊断轨道病害。

其中，所述轨道健康状态参数包括轨道动态几何形位参数、车体加速度参数、钢轨伤损参数、轨枕及扣件缺损参数，如图2所示。所述轨道动态几何形位参数包括轨距、轨向、高低、水平、三角坑；所述车体加速度参数包括水平加速度和垂直加速度；所述钢轨伤损参数包括轨头裂纹、核伤、螺孔裂纹等钢轨内部伤损参数，垂直磨耗、侧面磨耗、波浪磨耗等钢轨磨耗伤损参数，以及轨面擦伤、剥离掉块等钢轨踏面伤损参数；所述轨枕及扣件缺损参数包括轨枕缺失、轨枕掉块、扣件缺失、扣件断裂。

所述轨道病害包括轨道动态几何形位超限病害、车体加速度超限病害、钢轨内部伤损、钢轨波浪磨耗病害、钢轨侧面磨耗病害和垂直磨耗病害、钢轨踏面伤损、轨枕及扣件缺损，如图2所示。所述轨道动态几何形位超限病害和车体加速度超限病害包括Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级和Ⅳ级超限病害；所述钢轨内部伤损包括轻伤、重伤和折断；所述钢轨波浪磨耗病害、钢轨侧面磨耗病害和垂直磨耗病害、钢轨踏面伤损包括轻伤和重伤；所述轨枕及扣件缺损包括轨枕缺失、轨枕掉块、扣件缺失、扣件断裂。

进一步的，为了使本领域的技术人员更好的了解本发明，下面对本发明提供的搭载式轨道健康状态动态监测与智慧分析系统具体的监测与分析流程方法进行说明，如图3所示，包括：

(1)所述里程同步模块中的光电编码器获取列车运行速度和里程信息，并将所述信息传输至数据分析模块；

(2)所述数据分析模块，根据所述里程同步模块传输的列车运行速度和里程信息，以及预先设定的采样频率，计算采样脉冲数，并将其传输至信号采集模块；

(3)所述信号采集模块中的惯导系统组件、2D激光传感器和线阵相机根据接收到采样脉冲信号，分别采集轨道健康状态原始监测信号数据中的列车运行姿态数据、钢轨断面廓形坐标数据以及轨道图像数据，并传输至数据分析模块；

(4)所述数据分析模块接收到所述列车运行姿态数据、钢轨断面廓形坐标数据以及轨道图像数据后，计算分析轨道健康状态参数中的轨道动态几何形位参数、车体加速度参数、钢轨侧面磨耗参数、钢轨垂直磨耗参数、钢轨踏面伤损参数、轨枕及扣件缺损参数；

(5)所述数据分析模块根据计算得到的所述轨道动态几何形位参数中的轨距参数，以及信号采集模块中超声探伤组件和1D激光位移传感器的位置，计算所述超声探伤组件和1D激光位移传感器与钢轨中心线的偏差，并传输至伺服对中模块；

(6)所述伺服对中模块根据得到的所述超声探伤组件和1D激光位移传感器与钢轨中心线的偏差，由伺服电机驱动传动杆自动调节所述超声探伤组件和1D激光位移传感器的位置，使得发出的超声波和激光射向钢轨踏面中心，实现所述超声探伤组件和1D激光位移传感器的实时对中；如图6，伺服电机驱动传动杆的一种结构为：伺服电机固定安装在梁体上。传动杆通过滑动连接结构滑动连接在梁体底面。传动杆与车辆的转轴平行，传动杆的滑动方向与传动杆的长度方向一致。传动杆上连接有齿条，伺服电机的输出转轴上连接有与齿条啮合的齿轮。

滑动连接结构可以包括两个连接块，连接块中间开有与传动杆对应的通孔；连接块固定于梁体底面，传动杆的前后两段分别穿在对应滑块的通孔内，且与通孔滑动连接。伺服电机的输出转轴位于两个连接块之间。

(7)完成对中后，所述信号采集模块中的超声探伤组件和1D激光位移传感器根据步骤(2)中数据分析模块发出的采样脉冲信号，分别采集轨道健康状态原始监测信号数据中的超声探伤波形数据和钢轨踏面至1D激光位移传感器距离数据，并传输至数据分析模块；

(8)所述数据分析模块接收到所述超声探伤波形数据和钢轨踏面至1D激光位移传感器距离数据后，计算分析轨道健康状态参数中的钢轨内部伤损参数和波浪磨耗参数；

(9)所述数据分析模块根据计算分析得到的所有轨道健康状态参数结果与所述里程同步模块3传输过来的列车运行速度和里程信息，对所述轨道健康状态参数进行里程校准，实现轨道健康状态参数在里程上的统一；

(10)所述数据分析模块根据里程校准后的轨道健康状态参数，以及预先设定的病害判定标准数据，自动评定轨道健康状态和诊断轨道病害，包括轨道动态几何形位病害、车体加速度病害、钢轨伤损、轨枕及扣件缺损。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种轨道健康状态动态监测和分析方法，其特征在于，把信号采集硬件安装在运营列车的转向架上；在列车运行过程中，信号采集硬件对轨道健康状态信息进行即时采集；采集得到的轨道健康状态数据由数据分析软件进行分析；数据分析软件是载于安装在运营车辆车体内的计算机，或是载于云端服务器；

所述信号采集硬件包括信号采集模块、伺服对中模块、里程同步模块、机械悬挂模块和数据分析模块；

所述机械悬挂模块安装于运营列车转向架构架，机械悬挂模块用于集成安装所述信号采集模块、伺服对中模块和里程同步模块；机械悬挂模块包括用于与运营列车转向架构架连接的检测梁梁臂，以及用于安装各个模块的检测梁梁体；梁体通过梁臂固定连接于 运营列车转向架构架；

1)所述里程同步模块中的光电编码器获取列车运行速度和里程信息，并将所述信息传输至数据分析模块；

2)所述数据分析模块，根据所述里程同步模块传输的列车运行速度和里程信息，以及预先设定的采样频率，计算采样脉冲数，并将其传输至信号采集模块；

3)所述信号采集模块中的惯导系统组件、2D激光传感器和线阵相机根据接收到采样脉冲信号，分别采集轨道健康状态原始监测信号数据中的列车运行姿态数据、钢轨断面廓形坐标数据以及轨道图像数据，并传输至数据分析模块；

4)所述数据分析模块接收到所述列车运行姿态数据、钢轨断面廓形坐标数据以及轨道图像数据后，计算分析轨道健康状态参数中的轨道动态几何形位参数、车体加速度参数、钢轨侧面磨耗参数、钢轨垂直磨耗参数、钢轨踏面伤损参数、轨枕及扣件缺损参数；

5)所述数据分析模块根据计算得到的所述轨道动态几何形位参数中的轨距参数，以及信号采集模块中超声探伤组件和1D激光位移传感器的位置，计算所述超声探伤组件和1D激光位移传感器与钢轨中心线的偏差，并传输至伺服对中模块；

6)所述伺服对中模块根据得到的所述超声探伤组件和1D激光位移传感器与钢轨中心线的偏差，由伺服电机驱动传动杆自动调节所述超声探伤组件和1D激光位移传感器的位置，使得发出的超声波和激光射向钢轨踏面中心，实现所述超声探伤组件和1D激光位移传感器的实时对中；

7)完成对中后，所述信号采集模块中的超声探伤组件和1D激光位移传感器根据步骤2)中数据分析模块发出的采样脉冲信号，分别采集轨道健康状态原始监测信号数据中的超声探伤波形数据和钢轨踏面至1D激光位移传感器距离数据，并传输至数据分析模块；

8)所述数据分析模块接收到所述超声探伤波形数据和钢轨踏面至1D激光位移传感器距离数据后，计算分析轨道健康状态参数中的钢轨内部伤损参数和波浪磨耗参数；

9)所述数据分析模块根据计算分析得到的所有轨道健康状态参数结果与所述里程同步模块传输过来的列车运行速度和里程信息，对所述轨道健康状态参数进行里程校准，实现轨道健康状态参数在里程上的统一；

10)所述数据分析模块根据里程校准后的轨道健康状态参数，以及预先设定的病害判定标准数据，自动评定轨道健康状态和诊断轨道病害，包括轨道动态几何形位病害、车体加速度病害、钢轨伤损、轨枕及扣件缺损。

2.一种实现权利要求1所述方法的搭载式轨道健康状态动态监测与智慧分析系统，其特征在于，该系统包括信号采集模块、伺服对中模块、里程同步模块、机械悬挂模块和数据分析模块；

所述机械悬挂模块安装于运营列车转向架构架，机械悬挂模块用于集成安装所述信号采集模块、伺服对中模块和里程同步模块；机械悬挂模块包括用于与运营列车转向架构架连接的检测梁梁臂，以及用于安装各个模块的检测梁梁体；梁体通过梁臂固定连接于 运营列车转向架构架；

所述信号采集模块包括惯导系统组件，以及成对的超声探伤组件、激光位移传感器、激光廓形传感器和线阵相机；惯导系统组件固定连接于检测梁梁体；成对的激光廓形传感器和线阵相机分布在检测梁梁体的左右两端，且激光廓形传感器的传感头和线阵相机的镜头位置与两轨道的位置对应；

信号采集模块与数据分析模块电连接，用于采集轨道健康状态的原始监测信号数据，并将原始监测信号数据传输至数据分析模块；

所述伺服对中模块可移动地安装于机械悬挂模块；成对的超声探伤组件和激光位移传感器固定连接于伺服对中模块的左右两端，超声探伤组件和激光位移传感器随伺服对中模块相对于机械悬挂模块左右移动；伺服对中模块的移动受控于数据分析模块；伺服对中模块用于超声探伤组件和激光位移传感器的实时对中，实现超声探伤组件发出的超声波和激光位移传感器发出的激光射向钢轨踏面中心；

所述里程同步模块安装于所述机械悬挂模块，里程同步模块与所述数据分析模块电连接，里程同步模块包括光电编码器，光电编码器采用脉冲计数的方式计算获取列车运行速度和里程信息，并将这些信息传输至数据分析模块；

所述数据分析模块先读取、计算和存储信号采集模块传送的轨道健康状态的原始监测信号数据与里程同步模块传送的列车速度、里程信息；

再根据传送的原始监测信号数据和列车速度、里程信息对轨道健康状态参数进行计算和里程校准，对轨道健康状态进行评定，诊断轨道病害；

所述信号采集模块中：惯导系统组件获取所述列车运行姿态数据，惯导系统组件包括光纤陀螺仪和加速度计；光纤陀螺仪获取列车的航向角、俯仰角、滚动角和角速度；加速度计获取列车的加速度；

所述超声探伤组件用于发射超声波到钢轨内，以及接收钢轨反射的超声波，并转换为电信号，获取所述超声探伤波形数据；

所述激光位移传感器发射点激光照射至钢轨踏面中心，并接收反射光，获取钢轨踏面至激光位移传感器距离数据；

所述激光廓形传感器发射线激光照射至钢轨廓形，并接收反射光，获取钢轨廓形坐标数据；

所述线阵相机在列车行进过程中拍摄轨道图像，获取所述轨道图像数据；

所述轨道健康状态原始监测信号数据包括列车运行姿态数据、超声探伤波形数据、钢轨踏面至激光位移传感器距离数据、钢轨断面廓形坐标数据以及轨道图像数据；

所述列车运行姿态数据包括列车的航向角、俯仰角、滚动角、角速度及加速度；

所述轨道健康状态参数包括轨道动态几何形位参数、车体加速度参数、钢轨伤损参数、轨枕及扣件缺损参数；其中：轨道动态几何形位参数包括轨距、轨向、高低、水平和三角坑；车体加速度参数包括水平加速度和垂直加速度；钢轨伤损参数包括轨头裂纹、核伤和螺孔裂纹这些钢轨内部伤损参数，垂直磨耗、侧面磨耗、波浪磨耗这些钢轨磨耗伤损参数，以及轨面擦伤和剥离掉块等这些钢轨踏面伤损参数；轨枕及扣件缺损参数包括轨枕缺失、轨枕掉块、扣件缺失和扣件断裂。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征是所述伺服对中模块包括伺服电机和传动杆；伺服电机的控制输入端与数据分析模块电连接；伺服电机的输出轴与传动杆相连，超声探伤组件和激光位移传感器连接于传动杆；伺服电机根据数据分析模块传输的纠偏指令来驱动传动杆进行位置调节，进而带动超声探伤组件和激光位移传感器位移，实现所述超声探伤组件和激光位移传感器的实时自动对中。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征是所述数据分析模块，包括计算机设备和计算机设备中安装的轨道健康状态智慧分析软件；数据分析模块：

根据所述列车运行姿态数据和钢轨廓形坐标数据计算分析轨道动态几何形位参数以及所述车体加速度参数，并根据预先设定的超限标准数据评定轨道动态几何形位状态以及车体加速度状态，诊断轨道动态几何形位超限病害以及车体加速度超限病害；

根据超声探伤波形数据计算分析钢轨内部伤损参数，并根据预先设定的伤损等级标准数据评定钢轨内部伤损状态，诊断钢轨内部伤损病害；

根据钢轨踏面至激光位移传感器距离数据计算提取分析钢轨波浪磨耗参数，并根据预先设定的伤损等级标准数据评定钢轨波浪磨耗状态，诊断钢轨波浪磨耗病害；

根据钢轨廓形坐标数据计算分析所述钢轨侧面磨耗参数和垂直磨耗参数，并根据预先设定的伤损等级标准数据评定钢轨侧面磨耗状态和垂直磨耗状态，诊断钢轨侧面磨耗病害和垂直磨耗病害；

根据轨道图像数据计算分析所述钢轨踏面伤损参数和轨枕及扣件缺损参数，并根据预先设定的伤损等级标准数据评定钢轨踏面伤损状态和轨枕及扣件缺损状态，诊断钢轨踏面伤损病害和轨枕及扣件缺损病害；

根据列车运行速度和里程信息，对所述轨道健康状态参数进行里程校准，实现轨道健康状态参数在里程上的统一；

根据所述轨道动态几何形位参数中的轨距结果，计算超声探伤组件和激光位移传感器与钢轨中心线的偏差，并处理得到伺服电机的动作控制参数即纠偏指令，把动作控制参数传输至伺服电机。

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