CN114655279A - 一种铁路道岔健康状态实时监测方法 - Google Patents

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黄振
黄坤亮
陈超林
韦裕霖
李伟
冯青松
刘庆杰
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China Railway Nanning Group Co Ltd
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    • B61L23/044—Broken rails

Abstract

本发明公开了一种铁路道岔健康状态实时监测方法，属于轨道交通技术领域。该方法通过在直基本轨和曲基本轨上安装应力传感器，采集列车通过时钢轨的动力响应，并在直尖轨、曲尖轨、直心轨和曲尖轨上安装声发射传感器和振动传感器，声发射传感器负责感知由钢轨裂纹产生的高频振动信号，振动传感器负责检测轮轨状态，通过各个传感器检测到的数据发送至监测主机上，利用监测主机计算出列车行驶数据，并将列车行驶数据发送至云端共享和保存。本发明具有非常好的实时性，列车通过后的1分钟内就可以完成所有的计算工作，并将结果发送到云端，提高相关部门的工作效率。

Description

一种铁路道岔健康状态实时监测方法
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种铁路道岔健康状态实时监测方法。
背景技术
尖轨是铁路道岔系统中的重要部件，在服役过程中，由于受到材料特性、环境温度及轮轨之间复杂应力的影响，长期使用通常会出现压溃、侧磨、波磨、剥离、裂纹等不同程度的损伤，在轮轨间相互作用下，其缺陷扩展更加迅速，可能在没有征兆的情况下突然造成失效，情况严重时会损坏尖轨，甚至断裂，产生列车脱轨等事故，造成人员伤亡和巨大的经济损失。
目前铁路现用机载或手推检测设备几乎全是针对基本轨开发的，探测的区域仅仅是轨面宽度大于50mm的部位。道岔尖轨的尖端区段有3米左右是检测盲区，尚无有效的检测手段。我国高速铁路采用白天全封闭运行模式，只有夜间天窗才能上道检查、维修，因而采用在线监测模式可以实时掌握道岔的工作状态是确保其安全使用及状态维修的重要技术保障，但目前还缺少针对道岔的实时监测方法，因而需要找到一种能实时监测道岔的有效方法，以提高道岔允许的安全性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铁路道岔健康状态实时监测方法。根据本发明的铁路道岔健康状态实时监测方法，本发明采用的技术方案如下：
根据本发明的一个方面，提供了一种铁路道岔健康状态实时监测系统，包括以下步骤：
(1)在铁路的道岔段选定A测区、B测区、C测区和D测区，A测区位于所述道岔段前端的基本轨，B测区靠近A测区且位于道岔段的尖轨，C测区位于道岔段的心轨，D测区位于道岔段后端的基本轨；
(2)通过A测区测出道岔段前端的直基本轨和曲基本轨的应力信号；通过B测区测出直尖轨和曲尖轨的声发射信号和振动信号；通过C测区测出心轨的声发射信号和振动信号；通过D测区测出道岔段后端的直基本轨和曲基本轨的应变信号；当振动信号少于某一值时停止采集；
(3)A测区、B测区、C测区和D测区将所测出的信号，发送至数据处理的监测主机，所述监测主机进行边缘计算，得到由钢轨裂纹产生的高频振动指标、轮轨状态和钢轨的动力响应的数据信息；
(4)所述监测主机通过MQTT协议将数据信息发送到云端服务器；
(5)所述云端服务器将数据信息存储到数据库当中。
优选的，所述A测区包括a1测点和a2测点，a1测点用于检测该点的直基本轨的动力响应，a2测点用于检测该点曲基本轨的动力响应；B测区包括b1测点、b2测点、b3测点和b4测点，所述b1测点用于检测直尖轨由钢轨裂纹产生的高频振动信号，b2测点用于检测曲尖轨的由钢轨裂纹产生的高频振动信号，b3测点用于检测直尖轨的轮轨状态，b4测点用于检测曲尖轨的轮轨状态；C测区包括c1测点、c2测点、c3测点和c4测点，所述c1测点用于检测直股心轨的轮轨状态，所述c2测点用于检测曲股心轨的轮轨状态，所述c3测点用于检测直股心轨由钢轨裂纹产生的高频振动信号，所述c4用于检测曲股心轨由钢轨裂纹产生的高频振动信号，D测区包括d1测点和d2测点，所述d1测点用于检测直基本轨的动力响应，d2用于测试曲基本轨的动力响应。
优选的，所述系统包括监测主机和传感器模块，所述传感器模块包括声发射传感器单元、振动传感器单元和应变传感器单元，所述声发射传感器单元用于感知由钢轨裂纹产生的高频振动信号；所述振动传感器复杂分析轮轨状态；应变传感器负载采集列车通过时钢轨的动力响应。
优选的，所述发射传感器单元包括4个声发射传感器，4个所述声发射传感器分别安装在a1测点、a2测点、d1测点和d2测点；所述振动传感器单元包括4个振动传感器，4个所述振动传感器分别安装在b3测点、b4测点、c1测点和c2测点；所述应变传感器单元包括4个应变传感器，4个所述应变传感器安装在b1测点、b2测点、c3测点和c4测点。
优选的，所述系统还包括摄像头，所述摄像头与所述监测主机连接。
优选的，所述系统还包括太阳能电池，所述太阳能电池通过供电线与所述监测主机连接。
本发明采用的上述技术方案，具有如下显著效果：
(1)本发明的通过在铁路的道岔段选定多个测区，每个测区包括多个测点，在不同测点设置相应的传感器，利用传感器测出不同测点的轨道状态信号，并将信号传至监测主机进行计算，得出铁路道岔段当前状态数值，判断该道岔段的健康情况，采用多传感器协同工作，可以更好的判断钢轨是否存在病害。
(2)本发明的监测方法简单，具有非常好的实时性，列车通过后的1分钟内就可以完成所有的计算工作，并将结果发送到云端，对安全要求非常高的铁路部门提供有力的监测方法。
(3)本发明中监测主机在接收信号后，对信号数据进行边缘计算，通过边缘计算可以减少数据传输量，减少宽带的流量费用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
1-A测区，2-B测区，3-C测区，4-D测区，5-a1测点，6-a2测点，7-b1测点，8-b2测点，9-b3测点，10-b4测点，11-c1测点，12-c2测点，13-c3测点，14-c4测点，15-d1测点，16-d2测点。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
如图1所示，根据本发明的一种铁路道岔健康状态实时监测方法，该方法包括以下步骤：
在铁路的道岔段选定A测区、B测区、C测区和D测区，A测区位于道岔段前端的基本轨，B测区靠近A测区且位于道岔段的尖轨，C测区位于道岔段的心轨，D测区位于道岔段后端的基本轨；通过A测区测出道岔段前端的直基本轨和曲基本轨的应力信号；通过B测区测出直尖轨和曲尖轨的声发射信号和振动信号；通过C测区测出心轨的声发射信号和振动信号；通过D测区测出道岔段后端的直基本轨和曲基本轨的应变信号；当振动信号少于某一值时停止采集。
其中，A测区包括a1测点和a2测点，在a1测点和a2测点上安装声发射传感器，a1测点用于检测该点的直基本轨的动力响应，a2测点用于检测该点曲基本轨的动力响应；B测区包括b1测点、b2测点、b3测点和b4测点，在b1测点和b2测点安装应变传感器，在b3测点和b4测点安装振动传感器，b1测点用于检测直尖轨由钢轨裂纹产生的高频振动信号，b2测点用于检测曲尖轨的由钢轨裂纹产生的高频振动信号，b3测点用于检测直尖轨的轮轨状态，b4测点用于检测曲尖轨的轮轨状态；C测区包括c1测点、c2测点、c3测点和c4测点，在c1测点和c2测点安装振动传感器，在c3测点和c4测点安装应变传感器，c1测点用于检测直股心轨的轮轨状态，c2测点用于检测曲股心轨的轮轨状态，c3测点用于检测直股心轨由钢轨裂纹产生的高频振动信号，c4用于检测曲股心轨由钢轨裂纹产生的高频振动信号，D测区包括d1测点和d2测点，在d1测点和d2测点安装声发射传感器，d1测点用于检测直基本轨的动力响应，d2用于测试曲基本轨的动力响应。
A测区、B测区、C测区和D测区中的各测点的传感器将所测出的信号，发送至数据处理的监测主机，所述监测主机进行边缘计算，得到由钢轨裂纹产生的高频振动指标、轮轨状态和钢轨的动力响应的数据信息。
监测主机通过MQTT协议将数据信息发送到云端服务器。
云端服务器将数据信息存储到数据库当中。
其中，系统包括监测主机和传感器模块，传感器模块包括声发射传感器单元、振动传感器单元和应变传感器单元，声发射传感器单元用于感知由钢轨裂纹产生的高频振动信号；振动传感器复杂分析轮轨状态；应变传感器负载采集列车通过时钢轨的动力响应。系统还包括摄像头，所述摄像头与所述监测主机连接。系统还包括太阳能电池，所述太阳能电池通过供电线与所述监测主机连接。
本发明的监测系统采用触发采样的模式对道岔段钢轨状态进行监测，当列车通过各测点时，触发系统开始采集数据，列车离开后结束采集。传感器负责采集列车通过时钢轨的动力响应，监测系统共用到了三种类型的传感器：声发射传感器、振动传感器、应变传感器，声发射传感器负责感知由钢轨裂纹产生的高频振动信号，振动传感器复杂分析轮轨状态，应变传感器负载采集列车通过时钢轨的动力响应。监测系统共需布置12个传感器，其中声发射、振动和应变各4个。
监测主机布置在信号机机箱旁边，与正线保持足够的安全距离。太阳能电池布置在监测主机周边，通过供电线将电引至监测主机。摄像头采用太阳能供电的4G摄像头，监测道岔的状态。摄像头固定在附近供电线的立柱上。
在列车通过测点时，钢轨的振动信号会触发采集仪开始采集数据，通过触发通道可以判断列车是从直股通过还是由曲股通过。当列车通过测点后，振动信号变小触发结束值，采集仪停止数据采集。随后采集仪将数据自动发送给分析系统进行边缘计算，得到振动加速度的峰值、有效值、频谱、1/3倍频程等振动相关的指标，得到声发射信号的峰值、不同频段的有效值、每秒的峰值等声发射相关的指标，得到应变的最大值、最小值指标。最后将计算的指标通过MQTT协议发送到云端服务器，并存储到数据库当中。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种铁路道岔健康状态实时监测方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)在铁路的道岔段选定A测区、B测区、C测区和D测区，A测区位于所述道岔段前端的基本轨，B测区靠近A测区且位于道岔段的尖轨，C测区位于道岔段的心轨，D测区位于道岔段后端的基本轨；
(2)通过A测区测出道岔段前端的直基本轨和曲基本轨的应力信号；通过B测区测出直尖轨和曲尖轨的声发射信号和振动信号；通过C测区测出心轨的声发射信号和振动信号；通过D测区测出道岔段后端的直基本轨和曲基本轨的应变信号；当振动信号少于某一值时停止采集；
(3)A测区、B测区、C测区和D测区将所测出的信号，发送至数据处理的监测主机，所述监测主机进行边缘计算，得到由钢轨裂纹产生的高频振动指标、轮轨状态和钢轨的动力响应的数据信息；
(4)所述监测主机通过MQTT协议将数据信息发送到云端服务器；
(5)所述云端服务器将数据信息存储到数据库当中。
2.根据权利要求1所述的一种铁路道岔健康状态实时监测方法，其特征在于：所述A测区包括a1测点和a2测点，a1测点用于检测该点的直基本轨的动力响应，a2测点用于检测该点曲基本轨的动力响应；B测区包括b1测点、b2测点、b3测点和b4测点，所述b1测点用于检测直尖轨由钢轨裂纹产生的高频振动信号，b2测点用于检测曲尖轨的由钢轨裂纹产生的高频振动信号，b3测点用于检测直尖轨的轮轨状态，b4测点用于检测曲尖轨的轮轨状态；C测区包括c1测点、c2测点、c3测点和c4测点，所述c1测点用于检测直股心轨的轮轨状态，所述c2测点用于检测曲股心轨的轮轨状态，所述c3测点用于检测直股心轨由钢轨裂纹产生的高频振动信号，所述c4用于检测曲股心轨由钢轨裂纹产生的高频振动信号，D测区包括d1测点和d2测点，所述d1测点用于检测直基本轨的动力响应，d2用于测试曲基本轨的动力响应。
3.一种应用于权利要求1-2中任意一项的铁路道岔健康状态实时监测系统，其特征在于：所述系统包括监测主机和传感器模块，所述传感器模块包括声发射传感器单元、振动传感器单元和应变传感器单元，所述声发射传感器单元用于感知由钢轨裂纹产生的高频振动信号；所述振动传感器复杂分析轮轨状态；应变传感器负载采集列车通过时钢轨的动力响应。
4.根据权利要求3所述的一种铁路道岔健康状态实时监测系统，其特征在于：所述发射传感器单元包括4个声发射传感器，4个所述声发射传感器分别安装在a1测点、a2测点、d1测点和d2测点；所述振动传感器单元包括4个振动传感器，4个所述振动传感器分别安装在b3测点、b4测点、c1测点和c2测点；所述应变传感器单元包括4个应变传感器，4个所述应变传感器安装在b1测点、b2测点、c3测点和c4测点。
5.根据权利要求3所述的一种铁路道岔健康状态实时监测系统，其特征在于：所述系统还包括摄像头，所述摄像头与所述监测主机连接。
6.根据权利要求3所述的一种铁路道岔健康状态实时监测系统，其特征在于：所述系统还包括太阳能电池，所述太阳能电池通过供电线与所述监测主机连接。
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