CN112433004A - 一种轮轨损伤监测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轮轨损伤监测方法及系统，包括：声音传感器接收钢轨上的声音，并将接收到的声音发送到中央处理器；定位装置将当前的定位信息发送到中央处理器；中央处理器将声音传感器接收的声音通过设定频带范围的滤波器中进行滤波处理；中央处理器根据滤波后的声音得到声音的频谱分布；中央处理器从声音的频谱分布中提取出最高点的频率作为声音的特征频率，并在数据库中查找出该频率所对应的损伤类别；中央处理器将损伤类别和当前的定位信息打包发送到监控终端。本发明在钢轨上设置声音传感器，接收列车经过时候摩擦振动所产生的声音，在通过对接收到的声音进行处理，得到轮轨损伤类别信息，最后将轮轨损伤类别通过处理器发送到监控终端。
Description
技术领域
本发明涉及轮轨损伤监测领域，特别涉及一种轮轨损伤监测方法及系统。
背景技术
目前，我国轨道交通已经进入了全面发展的时期，高速铁路、重载铁路与城市轨道交通等运营里程逐年增加，而随之而来的轮轨损伤问题也逐渐加剧，如钢轨焊接区不平顺与波磨、车辆的擦伤与多边形磨耗等损伤问题不断发生，这给铁路的安全运营带来了严峻的挑战。由于铁路线网的庞大，传统的检测方法已经不能适应现代铁路养护维修的需要。
在现有的对轮轨损伤的检测方法中，通常是通过车辆的定期检修和轨道的定期维护来实现的。这种方式是无法实现及时有效的“状态修”甚至“预防修”，仅仅是对轮轨损伤发生一段时间后的补救措施。另外，传统的检测方式需要耗费巨大的人力资源以应对庞大的铁路网络的维护需求，且这种非实时的损伤检测方式使得损伤程度不断恶化，严重情况下甚至造成一定的安全隐患。目前，图像识别作为一种新方法在轮轨损伤检测中有初步的应用，但这种新方式使用识别方法精度一般，且一些肉眼难以发现的损伤也难以有效识别。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种轮轨损伤监测方法及系统，在钢轨上设置声音传感器，接收列车经过时候摩擦振动所产生的声音，在通过对接收到的声音进行处理，得到轮轨损伤类别信息，最后将轮轨损伤类别信息通过处理器发送到监控终端，实现实时准确的获取轮轨损伤状态。
为此，本发明提供一种轮轨损伤监测方法，包括如下步骤：
第一，沿钢轨的走向方向设置有多个采样点，每一个采样点分别采集钢轨上的声音信号和位置信息；
第二，将所采集的声音信号通过设定频带范围的滤波器中进行滤波处理，并根据滤波后的声音信号得到声音的频谱分布特征；
第三，从声音信号的频谱分布中提取出最高点的频率作为声音的特征频率，根据该特征频率得到其对应的损伤类别；
第四，将损伤类别类别和当前的定位信息通过监控终端进行显示。
进一步，每一个所述采样点均包括：声音传感器、定位装置以及中央处理器。具体的如下：
第一，所述声音传感器、所述定位装置以及所述中央处理器的数量相等且每一个中央处理器分别对应一个声音传感器和一个定位装置；
第二，声音传感器接收钢轨上的声音，并将接收到的声音发送到中央处理器；
第三，定位装置将当前的定位信息发送到中央处理器；
第四，中央处理器将声音传感器接收的声音通过设定频带范围的滤波器中进行滤波处理；
第五，中央处理器根据滤波后的声音得到声音的频谱分布；
第六，中央处理器从声音的频谱分布中提取出最高点的频率作为声音的频率，并在数据库中查找出该频率所对应的损伤类别；
第七，中央处理器将损伤类别和当前的定位信息打包发送到监控终端；
所述数据库，用于存储轮轨损伤类别及所对应的振动频率。
进一步，当声音传感器将接收到的声音发送到中央处理器的时候，中央处理器进行接收次数的计数，每接收一次声音传感器发送的声音，中央处理器的接收次数加一；当接收次数为奇数的时候，中央处理器将声音传感器接收的声音通过设定频带范围的滤波器中进行滤波处理；当接收次数为偶数的时候，中央处理器不做声音的处理。
更进一步，在中央处理器进行接收次数的计数的时候，接收次数采用二进制数；当接收次数的位数为一的时候，中央处理器将声音传感器接收的声音通过设定频带范围的滤波器中进行滤波处理；当接收次数的位数为零的时候，中央处理器不做声音的处理。
进一步，监控终端在接收到损伤类别和当前的定位信息的时候，首先，根据当前定位信息将对应的损伤类别分布在电子地图上；其次，将电子地图上的钢轨根据空间位置进行分离；最后，分别统计每一条钢轨上的损伤类别。
相对于上述所提供的一种轮轨损伤监测方法，本发明还提供了一种轮轨损伤监测系统，包括：多个声音传感器、多个定位装置、多个中央处理器、数据库以及监控终端。其中，多个声音传感器沿着钢轨的走向方向依次设置，每一个声音传感器分别用于接收钢轨上的声音，并将接收到的声音发送到其对应的中央处理器；定位装置的数量与所述声音传感器的数量相等，每一个所述定位装置设置在一个所述声音传感器处，用于将当前的定位信息发送到对应的中央处理器；中央处理器的数量与所述声音传感器的数量相等，每一个所述中央处理器分别对应一个所述定位装置和一个所述声音传感器，用于将声音传感器接收的声音通过设定频带范围的滤波器中进行滤波处理，然后根据滤波后的声音得到声音的频谱分布特征，并从声音的频谱分布中提取出最高点的频率作为声音的频率，并在数据库中查找出该频率所对应的损伤类别，最后将损伤类别和当前的定位信息打包发送到监控终端；数据库用于存储各个声音频率以及各个声音频率所对应的损伤类别；监控终端用于将各个位置的损伤类别显示给用户。
进一步，中央处理器中还设置有计数模块，所述计数模块用于记录接收次数，所述接收次数为声音传感器发送的声音的次数；当接收次数为奇数的时候，中央处理器将声音传感器接收的声音通过设定频带范围的滤波器中进行滤波处理；当接收次数为偶数的时候，中央处理器不做声音的处理。
更进一步，所述接收次数采用二进制数；当接收次数的位数为一的时候，中央处理器将声音传感器接收的声音通过设定频带范围的滤波器中进行滤波处理；当接收次数的位数为零的时候，中央处理器不做声音的处理。
进一步，所述显示终端包括：电子地图、钢轨分离模块、统计模块以及显示模块。其中，电子地图用于分别记录所有的定位信息及其对应的损伤类别；钢轨分离模块用于将电子地图上的钢轨根据空间位置进行分离；统计模块用于分别统计每一条钢轨上的损伤类别；显示模块用于将每一条钢轨的损伤类别显示给用户。
本发明提供的一种轮轨损伤监测方法及系统，具有如下有益效果：
1、在钢轨上设置声音传感器，接收列车经过时候摩擦振动所产生的声音，在通过对接收到的声音进行处理，得到轮轨损伤类别，最后将轮轨损伤类别信息通过处理器发送到监控终端，这样就可以使用声音传感器将摄像头和平面传感器替换掉，由于声音传感器的造价远小于摄像头和平面传感器的造价，因此，就可以有效的减小在检测时候所投入的经济成本；
2、将声音传感器均匀的布置在钢轨上，这样就可以使得监控终端从宏观的角度分析当前钢轨的损伤情况，并将每一段钢轨的磨损损伤情况进行统计分析，得到每一段钢轨的损伤状况。
附图说明
图1为本发明提供的一种轮轨损伤监测方法的整体流程示意框图；
图2为本发明提供的一种轮轨损伤监测方法的监控终端的工作流程示意框图；
图3为本发明提供的一种轮轨损伤监测系统的整体系统连接示意框图；
图4为本发明提供的一种轮轨损伤监测系统的监控终端的整体系统连接示意框图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
在本申请文件中，未经明确的部件型号以及结构，均为本领域技术人员所公知的现有技术，本领域技术人员均可根据实际情况的需要进行设定，在本申请文件的实施例中不做具体的限定。
具体的，如图1-4所示，本发明实施例提供了一种轮轨损伤监测方法，包括如下步骤：
第一，沿钢轨的走向方向设置有多个采样点，每一个采样点分别采集钢轨上的声音信号和位置信息；
第二，将所采集的声音信号通过设定频带范围的滤波器中进行滤波处理，并根据滤波后的声音信号得到声音的频谱分布特征；
第三，从声音信号的频谱分布中提取出最高点的频率作为声音的特征频率，根据该特征频率得到其对应的损伤类别；
第四，将损伤类别类别和当前的定位信息通过监控终端进行显示。
具体的，每一个所述采样点均包括：声音传感器、定位装置以及中央处理器，这样上述的步骤就可以依次进行细化，具体如下：
第一，在钢轨上设置若干个声音传感器、定位装置以及中央处理器，声音传感器、定位装置以及中央处理器的数量相等且每一个中央处理器分别对应一个声音传感器和一个定位装置；
第二，声音传感器接收钢轨上的声音，并将接收到的声音发送到中央处理器；
第三，定位装置将当前的定位信息发送到中央处理器；
第四，中央处理器将声音传感器接收的声音通过设定频带范围的滤波器中进行滤波处理；
第五，中央处理器根据滤波后的声音得到声音的频谱分布；
第六，中央处理器从声音的频谱分布中提取出最高点的频率作为声音的频率，并在数据库中查找出该频率所对应的损伤类别；
第七，中央处理器将损伤类别和当前的定位信息打包发送到监控终端；
所述数据库，用于存储轮轨损伤类别及其所对应的振动频率。
上述技术方案中，钢轨即是机车在运行的时候所要支撑的轨道，在运行的时候，机车在钢轨上行使会发出声音，由于钢轨表面的形状不同就会使得产生的声音不同，因此，本发明在钢轨的各个部分设置了声音传感器、定位装置以及中央处理器，并且在设置的时候，钢轨设定的距离内就会设置一组声音传感器、定位装置以及中央处理器，此时，声音传感器、定位装置分别工作，中央处理器根据声音传感器、定位装置所检测到的数据进行处理，判断是否有损伤并将损伤的类别发送到监控终端。
在本发明中，对检测到的声音信号进行处理，具体的，是通过将声音进行滤波，截取出设定频段范围的声音信号，在将滤波后的声音进行处理得到声音的频谱分布，通过声音的频谱分布中提取出最高点的频率作为声音的频率，并在数据库中查找出该频率所对应的损伤类别，声音最高点的频率也就是声音频谱的特点。
在本实施例中，当声音传感器将接收到的声音发送到中央处理器的时候，中央处理器进行接收次数的计数，每接收一次声音传感器发送的声音，中央处理器的接收次数加一；当接收次数为奇数的时候，中央处理器将声音传感器接收的声音通过设定频带范围的滤波器中进行滤波处理；当接收次数为偶数的时候，中央处理器不做声音的处理。
上述技术方案中，在接收到两次声音信号的时候，只对其中的一个声音信号进行处理，这是因为在机车经过的时候，会产生大多数的声音信号，使用上述的方案可以使得见检测的频率降低，但是不影响检测的效率和准确度，相当于在检测的时候，使用了抽检的方式对钢轨的损伤进行检测和监控。
同时，在本实施例中，在中央处理器进行接收次数的计数的时候，接收次数采用二进制数；当接收次数的位数为一的时候，中央处理器将声音传感器接收的声音通过设定频带范围的滤波器中进行滤波处理；当接收次数的位数为零的时候，中央处理器不做声音的处理。使用二进制数不但方便对数据进行计数，也方便对数据的奇数和偶数进行判断，仅仅需要检测最后一位的数据。
在本实施例中，监控终端在接收到损伤类别和当前的定位信息的时候：
首先，根据当前定位信息将对应的损伤类别分布在电子地图上；
其次，将电子地图上的钢轨根据空间位置进行分离；
最后，分别统计每一条钢轨上的损伤类别。
上述技术方案中，通过定位信息将钢轨的损伤程度匹配在电子地图上，这样用户就可以在电子地图上直观的看到各个位置的钢轨的损伤程度，然后在根据钢轨的空间位置将每一条钢轨进行分离，这样就方便统计出每一条钢轨上的全部损伤类别，这样可以使得用户对各条钢轨的损伤情况有一个直观的了解。
相对于上述所提供的一种轮轨损伤监测方法，本发明还提供了一种轮轨损伤监测系统，包括：多个声音传感器、多个定位装置、多个中央处理器、数据库以及监控终端。其中，多个声音传感器沿着钢轨的走向方向依次设置，每一个声音传感器分别用于接收钢轨上的声音，并将接收到的声音发送到其对应的中央处理器；定位装置的数量与所述声音传感器的数量相等，每一个所述定位装置设置在一个所述声音传感器处，用于将当前的定位信息发送到对应的中央处理器；中央处理器的数量与所述声音传感器的数量相等，每一个所述中央处理器分别对应一个所述定位装置和一个所述声音传感器，用于将声音传感器接收的声音通过设定频带范围的滤波器中进行滤波处理，然后根据滤波后的声音得到声音的频谱分布特征，并从声音的频谱分布中提取出最高点的频率作为声音的频率，并在数据库中查找出该频率所对应的损伤类别，最后将损伤类别和当前的定位信息打包发送到监控终端；数据库用于存储各个声音频率以及各个声音频率所对应的损伤类别；监控终端用于将各个位置的损伤类别显示给用户。
上述技术方案中，本发明在钢轨的各个部分设置了声音传感器、定位装置以及中央处理器，并且在设置的时候，钢轨设定的距离内就会设置一组声音传感器、定位装置以及中央处理器，此时，声音传感器、定位装置分别工作，中央处理器根据声音传感器、定位装置所检测到的数据进行处理，判断是否有损伤并将损伤的类别发送到监控终端，监控终端用于将各个位置的损伤类别显示给用户，使得用户可以直观的了解到各个的钢轨上各个位置上的损伤情况。
在本发明中，对检测到的声音信号进行处理，具体的，是通过将声音进行滤波，截取出设定频段范围的声音信号，在将滤波后的声音进行处理得到声音的频谱分布，通过声音的频谱分布中提取出最高点的频率作为声音的频率，并在数据库中查找出该频率所对应的损伤类别，声音最高点的频率也就是声音频谱的特点。
在本实施例中，中央处理器中还设置有计数模块，所述计数模块用于记录接收次数，所述接收次数为声音传感器发送的声音的次数；当接收次数为奇数的时候，中央处理器将声音传感器接收的声音通过设定频带范围的滤波器中进行滤波处理；当接收次数为偶数的时候，中央处理器不做声音的处理。
上述技术方案的技术模块，在接收到两次声音信号的时候，只对其中的一个声音信号进行处理，这是因为在机车经过的时候，会产生大多数的声音信号，使用上述的方案可以使得见检测的频率降低，但是不影响检测的效率和准确度，相当于在检测的时候，使用了抽检的方式对钢轨的损伤进行检测和监控。
同时，在本实施例中，所述接收次数采用二进制数；当接收次数的位数为一的时候，中央处理器将声音传感器接收的声音通过设定频带范围的滤波器中进行滤波处理；当接收次数的位数为零的时候，中央处理器不做声音的处理。使用二进制数不但方便对数据进行计数，也方便对数据的奇数和偶数进行判断，仅仅需要检测最后一位的数据。
在本实施例中，所述显示终端包括：电子地图、钢轨分离模块、统计模块以及显示模块。其中，电子地图用于分别记录所有的定位信息及其对应的损伤类别；钢轨分离模块用于将电子地图上的钢轨根据空间位置进行分离；统计模块用于分别统计每一条钢轨上的损伤类别；显示模块，用于将每一条钢轨的损伤类别信息显示反馈给用户。
上述技术方案中，通过定位信息将钢轨的损伤程度匹配在电子地图上，这样用户就可以在电子地图上直观的看到各个位置的钢轨的损伤程度，然后在根据钢轨的空间位置将每一条钢轨进行分离，这样就方便统计出每一条钢轨上的全部损伤类别，这样可以使得用户对各条钢轨的损伤情况有一个直观的了解。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种轮轨损伤监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
沿钢轨的走向方向设置有多个采样点，每一个采样点分别采集钢轨上的声音信号和位置信息；
将所采集的声音信号通过设定频带范围的滤波器中进行滤波处理，并根据滤波后的声音信号得到声音的频谱分布特征；
从声音信号的频谱分布中提取出最高点的频率作为声音的特征频率，根据该特征频率得到其对应的损伤类别；
将损伤类别类别和当前的定位信息通过监控终端进行显示。
2.如权利要求1所述的一种轮轨损伤监测方法，其特征在于，每一个所述采样点均包括：声音传感器、定位装置以及中央处理器；
所述声音传感器、所述定位装置以及所述中央处理器的数量相等且每一个中央处理器分别对应一个声音传感器和一个定位装置；
声音传感器接收钢轨上的声音，并将接收到的声音发送到中央处理器；
定位装置将当前的定位信息发送到中央处理器；
中央处理器将声音传感器接收的声音信号通过设定频带范围的滤波器中进行滤波处理；
中央处理器根据滤波后的声音信号得到声音的频谱分布特征；
中央处理器从声音信号的频谱分布中提取出最高点的频率作为声音的特征频率，并在数据库中查找出该频率所对应的损伤类别；
中央处理器将损伤类别类别和当前的定位信息打包发送到监控终端；
所述数据库，用于存储轮轨损伤类别所对应的振动频率。
3.如权利要求2所述的一种轮轨损伤监测方法，其特征在于，当声音传感器将接收到的声音发送到中央处理器的时候，中央处理器进行接收次数的计数，每接收一次声音传感器发送的声音，中央处理器的接收次数加一；
当接收次数为奇数的时候，中央处理器将声音传感器接收的声音通过设定频带范围的滤波器中进行滤波处理；
当接收次数为偶数的时候，中央处理器不做声音的处理。
4.如权利要求3所述的一种轮轨损伤监测方法，其特征在于，在中央处理器进行接收次数的计数的时候，接收次数采用二进制数；
当接收次数的位数为一的时候，中央处理器将声音传感器接收的声音通过设定频带范围的滤波器中进行滤波处理；
当接收次数的位数为零的时候，中央处理器不做声音的处理。
5.如权利要求1所述的一种轮轨损伤监测方法，其特征在于，监控终端在接收到轮轨损伤类别信息和当前的定位信息的时候：
根据当前定位信息将对应的损伤类别分布在电子地图上；
将电子地图上的钢轨根据空间位置进行分离；
分别统计每一条钢轨上的损伤类别。
6.一种轮轨损伤监测系统，其特征在于，包括：
多个声音传感器，沿着钢轨的走向方向依次设置，每一个声音传感器分别用于接收钢轨上的声音，并将接收到的声音发送到其对应的中央处理器；
多个定位装置，其数量与所述声音传感器的数量相等，每一个所述定位装置设置在一个所述声音传感器处，用于将当前的定位信息发送到对应的中央处理器；
多个中央处理器，其数量与所述声音传感器的数量相等，每一个所述中央处理器分别对应一个所述定位装置和一个所述声音传感器，用于将声音传感器接收的声音通过设定频带范围的滤波器中进行滤波处理，然后根据滤波后的声音得到声音的频谱分布特征，并从声音的频谱分布中提取出最高点的频率作为声音的频率，并在数据库中查找出该频率所对应的损伤类别，最后将损伤类别和当前的定位信息打包发送到监控终端；
数据库，用于存储轮轨损伤类别及其所对应的振动频率；
监控终端，用于将各个位置的损伤类别信息显示给用户。
7.如权利要求6所述的一种轮轨损伤监测系统，其特征在于，中央处理器中还设置有计数模块，所述计数模块用于记录接收次数，所述接收次数为声音传感器发送的声音的次数；
当接收次数为奇数的时候，中央处理器将声音传感器接收的声音通过设定频带范围的滤波器中进行滤波处理；
当接收次数为偶数的时候，中央处理器不做声音的处理。
8.如权利要求7所述的一种轮轨损伤监测系统，其特征在于，所述接收次数采用二进制数；
当接收次数的位数为一的时候，中央处理器将声音传感器接收的声音通过设定频带范围的滤波器中进行滤波处理；
当接收次数的位数为零的时候，中央处理器不做声音的处理。
9.如权利要求6所述的一种轮轨损伤监测系统，其特征在于，所述显示终端包括：
电子地图，用于分别记录所有的定位信息及其对应的损伤类别信息；
钢轨分离模块，用于将电子地图上的钢轨根据空间位置进行分离；
统计模块，用于分别统计每一条钢轨上全部损伤类别；
显示模块，用于将每一条钢轨的损伤类别显示给用户。
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