CN115730476B - 一种基于长波不平顺的轨道安全性评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于长波不平顺的轨道安全性评估方法，包括：获取待评估轨道线路的设计参数和检测数据；基于所述检测数据将所述待评估轨道线路划分为不同类型的区段；基于克里金法构建代理模型；将不同区段对应的所述设计参数和检测数据作为所述代理模型的输入，基于所述代理模型输出轨道安全性评估结果。本发明通过构建多类能够表征轨道不平顺的基础不平顺参数作为模型的输入，并引入克里金法构建代理模型以处理动态不平顺数据并输出轨道安全性评估结果及故障位置，解决了传统的轨道安全性评估存在的局限性强、评估结果不可靠的问题。
Description
技术领域
本发明涉及列车轨道检测技术领域，具体涉及一种基于长波不平顺的轨道安全性评估方法。
背景技术
城市轨道交通行业的不断发展使得安全性问题日益突出。另外，地铁多具有小半径多、频繁启停、潮汐现象明显、轨道减震需求大等特点，使得轮轨相互作用激烈，在某些路段会强于高速铁路及普速铁路，造成严重的轮轨接触界面失形、轨道不平顺和轮轨界面损伤问题。其中，轨道不平顺指的是轨道几何形状、尺寸及空间位置的偏差。广义而言，是直线轨道不平、不直，对中心线位置和轨道高度、宽度正确尺寸的偏离，曲线轨道不圆顺，偏离曲线中心线位置及正确的曲率、超高、轨距等几何偏差。
具体来说，轨道不平顺主要包括：高低不平顺（左右轨）、水平不平顺、轨向（左右轨）、轨距、三角坑等。其中，高低不平顺具体指轨道沿钢轨长度方向在垂向上的凹凸不平。由线路施工和大修作业的高程偏差，桥梁挠曲变形，道床和路基残余变形沉降不均匀，轨道各部件间的间隙不相等，吊板以及轨道垂向弹性不一致等造成；水平不平顺具体指轨道同一横截面上左右两轨顶面的高差。在曲线上，水平不平顺是指扣除正常超高值的偏差部分，在直线上，它是指扣除将一侧钢轨故意抬高形成的水平平均值后的差值；轨道方向不平顺是指轨头内侧面沿长度方向的横向凹凸不平顺，由铺轨施工、整道作业的轨道中心线定位偏差，轨排横向残余变形积累和轨头侧面磨耗不均匀、扣件失效、轨道横向弹性不一致等原因造成。
上述轨道不平顺极大地降低了列车的运行安全性、平稳性、舒适性，也降低了轮轨及车辆、轨道相关部件的服役寿命，显著增加地铁运维成本。目前，针对轨道几何参数采用轨检车采集轨道动态不平顺或轨道巡检车测量静态不平顺，通过相关标准及规则（TQI等）进行计算，评估钢轨的健康状况。但是，这种评估结果单一，并没有完全考虑钢轨、车轮之间的耦合关系影响。
综上所述，传统的轨道安全性评估存在局限性强、评估结果不可靠的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种基于长波不平顺的轨道安全性评估方法，通过引入轮轨耦合动力学模型处理动态不平顺数据并输出轨道安全性评估结果及故障位置，解决了传统的轨道安全性评估存在的局限性强、评估结果不可靠的问题。
为解决以上问题，本发明的技术方案为采用一种基于长波不平顺的轨道安全性评估方法，包括：获取待评估轨道线路的设计参数和检测数据；基于所述检测数据将所述待评估轨道线路划分为不同类型的区段；基于克里金法构建代理模型；将不同区段对应的所述设计参数和检测数据作为所述代理模型的输入，基于所述代理模型输出轨道安全性评估结果。
可选地，所述设计参数至少包括轨道设计参数和车辆设计参数，其中，所述轨道设计参数至少包括轨道形式参数、扣件形式参数、轨枕参数和道床参数，所述车辆设计参数至少包括车体质量参数、构架质量参数、轮轨重量参数和轴箱参数。
可选地，所述检测数据至少包括实测曲率半径及总里程参数、实测过车车速参数、实测轨道不平顺参数、实测超高参数、轨底坡及轮轨廓形检测数据。
可选地，基于所述检测数据将所述待评估轨道线路划分为不同类型的区段，包括：基于所述检测数据的实测曲率半径及总里程参数将所述待评估轨道线路划分为直线段、缓和曲线段和圆曲线段；基于空间滑动窗口和所述总里程参数分别将所述直线段、缓和曲线段和圆曲线段划分为依次编号的区段。
可选地，所述轨道安全性评估方法还包括：在将所述直线段、缓和曲线段和圆曲线段划分为依次编号的区段后，同步将设计参数和检测数据按所述区段对应的位置信息进行划分后建立与所述区段的索引关系。
可选地，所述轨道安全性评估结果包括车辆运行安全性参数和车辆运行平稳性与舒适性参数，其中，所述车辆运行安全性参数包括脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力和车辆倾覆系数，所述车辆运行平稳性与舒适性参数包括横向平稳性参数、垂向平稳性参数、横向舒适性参数和垂向舒适性参数。
可选地，所述轨道安全性评估方法还包括：在所述轨道安全性评估结果中任意一类参数超过预设阈值的情况下，输出超过预设阈值的该类参数对应的所述区段的故障提示。
可选地，所述轨道安全性评估方法还包括：获取待评估轨道线路的设计参数和检测数据后，对所述检测数据进行预处理，以提取所述检测数据中的异常点。
本发明的首要改进之处为提供的基于长波不平顺的轨道安全性评估方法，通过构建多类能够表征轨道不平顺的基础不平顺参数作为模型的输入，并引入克里金法构建代理模型以处理动态不平顺数据并输出轨道安全性评估结果及故障位置，解决了传统的轨道安全性评估存在的局限性强、评估结果不可靠的问题。
附图说明
图1是本发明的基于长波不平顺的轨道安全性评估方法的简化流程图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，一种基于长波不平顺的轨道安全性评估方法，包括：
S1：获取待评估轨道线路的设计参数和检测数据。
进一步的，所述设计参数至少包括轨道设计参数和车辆设计参数，其中，所述轨道设计参数至少包括轨道形式参数、扣件形式参数、轨枕参数和道床参数，所述车辆设计参数至少包括车体质量参数、构架质量参数、轮轨重量参数和轴箱参数。所述检测数据至少包括实测曲率半径及总里程参数、实测过车车速参数、实测轨道不平顺参数、实测超高参数、轨底坡及轮轨廓形检测数据。
更进一步的，所述轨道安全性评估方法还包括：获取待评估轨道线路的设计参数和检测数据后，对所述检测数据进行预处理，以提取所述检测数据中的异常点。
S2：基于所述检测数据将所述待评估轨道线路划分为不同类型的区段，包括：基于所述检测数据的实测曲率半径及总里程参数将所述待评估轨道线路划分为直线段、缓和曲线段和圆曲线段；基于空间滑动窗口和所述总里程参数分别将所述直线段、缓和曲线段和圆曲线段划分为依次编号的区段。
进一步的，所述轨道安全性评估方法还包括：在将所述直线段、缓和曲线段和圆曲线段划分为依次编号的区段后，同步将设计参数和检测数据按所述区段对应的位置信息进行划分后建立与所述区段的索引关系。
S3：基于克里金法构建代理模型。
进一步的，由于实际检测数据种类较多，特别是长波不平顺，包括左、右轨高低、轨向等，需要对其进行降维，以便寻找最合适的代理特征值来表达多个参数，本发明采用的方法是从统计学（离散性）与物理学（轨道质量均衡性）的角度去反应轨道状态的整体恶化程度。根据传统的轨道安全限值数据去预测超限数据，并形成拟合函数后，基于克里金法构建代理模型，其中，假定采样点之间的距离或反向距离可以反映可用于说明表面变化的空间相关性，克里金法可以对周围测量值进行加权并得出未测量位置的预测结果，因此与反距离权重法类似。具体的，计算公式可以是
，其中，Z(s0)表示第i个位置处的测量值；ωi为第i个位置处的测量值的未知权重；s0为预测位置；N为测量值的数量。
S4：将不同区段对应的所述设计参数和检测数据作为所述代理模型的输入，基于所述代理模型输出轨道安全性评估结果。
进一步的，所述轨道安全性评估结果包括车辆运行安全性参数和车辆运行平稳性与舒适性参数，其中，所述车辆运行安全性参数包括脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力和车辆倾覆系数，所述车辆运行平稳性与舒适性参数包括横向平稳性参数、垂向平稳性参数、横向舒适性参数和垂向舒适性参数。
更进一步的，所述轨道安全性评估方法还包括：在所述轨道安全性评估结果中任意一类参数超过预设阈值的情况下，输出超过预设阈值的该类参数对应的所述区段的故障提示。其中，预设阈值由用户根据实际应用环境自行设置。
本发明通过构建多类能够表征轨道不平顺的基础不平顺参数作为模型的输入，并引入克里金法构建代理模型以处理动态不平顺数据并输出轨道安全性评估结果及故障位置，解决了传统的轨道安全性评估存在的局限性强、评估结果不可靠的问题。
以上对本发明实施例所提供的基于长波不平顺的轨道安全性评估方法。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
Claims (8)
1.一种基于长波不平顺的轨道安全性评估方法，其特征在于，包括：
获取待评估轨道线路的设计参数和检测数据；
基于所述检测数据将所述待评估轨道线路划分为不同类型的区段；
基于克里金法构建代理模型，代理模型为
其中，Z(si)表示第i个位置处的测量值，ωi为第i个位置处的测量值的未知权重，s0为预测位置，N为测量值的数量；
将不同区段对应的所述设计参数和检测数据作为所述代理模型的输入，基于所述代理模型输出轨道安全性评估结果。
2.根据权利要求1所述的基于长波不平顺的轨道安全性评估方法，其特征在于，所述设计参数至少包括轨道设计参数和车辆设计参数，其中，所述轨道设计参数至少包括轨道形式参数、扣件形式参数、轨枕参数和道床参数，所述车辆设计参数至少包括车体质量参数、构架质量参数、轮轨重量参数和轴箱参数。
3.根据权利要求1所述的基于长波不平顺的轨道安全性评估方法，其特征在于，所述检测数据至少包括实测曲率半径及总里程参数、实测过车车速参数、实测轨道不平顺参数、实测超高参数、轨底坡及轮轨廓形检测数据。
4.根据权利要求3所述的基于长波不平顺的轨道安全性评估方法，其特征在于，基于所述检测数据将所述待评估轨道线路划分为不同类型的区段，包括：
基于所述检测数据的实测曲率半径及总里程参数将所述待评估轨道线路划分为直线段、缓和曲线段和圆曲线段；
基于空间滑动窗口和所述总里程参数分别将所述直线段、缓和曲线段和圆曲线段划分为依次编号的区段。
5.根据权利要求4所述的基于长波不平顺的轨道安全性评估方法，其特征在于，所述轨道安全性评估方法还包括：在将所述直线段、缓和曲线段和圆曲线段划分为依次编号的区段后，同步将设计参数和检测数据按所述区段对应的位置信息进行划分后建立与所述区段的索引关系。
6.根据权利要求1所述的基于长波不平顺的轨道安全性评估方法，其特征在于，所述轨道安全性评估结果包括车辆运行安全性参数和车辆运行平稳性与舒适性参数，其中，所述车辆运行安全性参数包括脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力和车辆倾覆系数，所述车辆运行平稳性与舒适性参数包括横向平稳性参数、垂向平稳性参数、横向舒适性参数和垂向舒适性参数。
7.根据权利要求6所述的基于长波不平顺的轨道安全性评估方法，其特征在于，所述轨道安全性评估方法还包括：在所述轨道安全性评估结果中任意一类参数超过预设阈值的情况下，输出超过预设阈值的该类参数对应的所述区段的故障提示。
8.根据权利要求1所述的基于长波不平顺的轨道安全性评估方法，其特征在于，所述轨道安全性评估方法还包括：获取待评估轨道线路的设计参数和检测数据后，对所述检测数据进行预处理，以提取所述检测数据中的异常点。
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