CN116767307A - 一种轨道交通的动态不平顺测量系统及轮轨关系评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轨道交通的动态不平顺测量系统及轮轨关系评估方法，系统包括车上单元，车上单元设置在交通设备内部，其包括电源、数据采集箱和工控机；车下单元，车下单元设置在交通设备外部，其包括振动加速度传感器、线缆与扎带；车上单元与车下单元通过多芯线缆进行信号传输。采集数据后使用轮轨关系评估方法，结合理论模型来评价轮轨关系和乘客的舒适度等，进一步反应线路和交通设备的健康状况。本发明将理论模型运用于轮轨接触状态及线路健康评价的体系建设中，丰富了原有基于线路几何参数评价的体系的单一性，同时能够科学评价指导线路健康维护，从线路全寿命周期成本角度出发并制定最佳的线路管养方针。
Description
技术领域
本发明涉及城市轨道交通测试评估领域，具体而言，涉及一种轨道交通的动态不平顺测量系统及轮轨关系评估方法。
背景技术
当前城市轨道交通车辆运营条件下关于车辆及轨道状态检测的项目或课题较少：现有车载监测数据较少、轨道状态评估较为单一。轮轨关系状态监测与评估的方法还不够完善，在车辆与轨道服役状态诊断激素方面还存在不足。
发明内容
有鉴于此，第一方面，本发明提供一种轨道交通的动态不平顺测量系统，通过车上单元和车下单元的配合实现对交通设备的运行状况进行检测。
第二方面，本发明提供了一种轮轨关系评估方法，通过上述系统检测的数据，结合理论模型来评价轮轨关系和乘客的舒适度等，进一步反应线路和交通设备的健康状况。
为解决以上技术问题，本发明提供了一种轨道交通的动态不平顺测量系统，包括车上单元，车上单元设置在交通设备内部，其包括电源、数据采集箱和工控机；车下单元，车下单元设置在交通设备外部，其包括振动加速度传感器、线缆与扎带；车上单元与车下单元通过多芯线缆进行信号传输。
作为一种可选方式，电源包括配电箱、线性电源与开关电源；配电箱用于为线性电源、开关电源和工控机提供能源；
数据采集箱包括信号适配电路板与NI采集设备，线性电源用于为信号适配电路板的信号处理电路供电，开关电源用于为信号适配电路板和NI采集设备供电。
作为一种可选方式，NI采集设备通过RJ45网线与工控机通讯连接。
作为一种可选方式，振动加速度传感器用于测量轴箱、车体横向/垂向的加速度，在任一个交通设备上其布置有多个，并分别设置在该交通设备的轴箱、空簧处构架和轴箱上方构架处。
另一方面，本发明还提供了一种轮轨关系评估方法，采用上述的动态不平顺测量系统对交通设备进行车载监测，还包括步骤：
S1：采集轮轨数据，包括车载监测数据、线路巡检数据、便携式测量数据；
S2：整合采集到的数据，调用接口将其输出；
S3：检索知识库，通过接口接收参数并构建轮轨耦合动力学模型完成对线路数据、车辆数据和车辆设备健康情况的关联映射；
S4：对轮轨关系进行评价决策，输出评价结果。
作为一种可选方式，对交通设备进行车载监测包括如下步骤：
确定时间维度方向，基于该时间维度方向通过动态不平顺测量系统连续采集多次车载数据，生成监测数据集，并对监测数据集进行预处理，获得车载数据集。
作为一种可选方式，对监测数据集进行预处理为对其进行均匀离散化和异常点剔除包括如下步骤：
标定参考基础数据，按照采集顺序对该参考基础数据及其相邻的数据进行差异度识别；
遍历监测数据集中的数据，提取所有差异度信息，并筛选满足预设差异度要求的有效监测数据；
将有效监测数据进行合并处理，得到车载数据集。
作为一种可选方式，在上述步骤S2中，接口包括管理员高级接口和普通用户常用接口；管理员高级接口用于传输车辆轴重、轨道形式与扣件形式的车辆和线路设计参数；普通用户常用接口用于传输运行里程、速度、轨道不平顺、轨底坡及轮轨廓形的建模信息。
作为一种可选方式，在上述步骤S3中，模型输入参数包括轨道设计参数、线路参数、车辆设计参数与其他非测量参数。
作为一种可选方式，评价决策包括获得车辆运行平稳性、车辆运行舒适性与车辆运行安全性指标，并根据相关标准对上述指标进行分级；其中，
车辆运行平稳性与舒适性包括横向平稳性、垂向平稳性、横向舒适性、垂向舒适性；
车辆运行安全性包括脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力、车辆倾覆系数。
本发明的有益效果为：
本发明将理论模型运用于轮轨接触状态及线路健康评价的体系建设中，丰富了原有基于线路几何参数评价的体系的单一性，同时能够科学评价指导线路健康维护，从线路全寿命周期成本角度出发并制定最佳的线路管养方针。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的动态不平顺监测系统的连接结构示意图；
图2为本发明实施例2提供的轮轨关系评估流程示意图。
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，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
请参阅图1，由于目前涉及车辆动力学研究的基础数据采集或设备研发项目较少，因此本实施例采用振动加速度传感器测量轨道线路动态不平顺，可检测并计算的参数主要包括车体横向及垂向加速度、钢轨波磨等。具体而言，本实施例提供了一种轨道交通的动态不平顺测量系统，包括车上单元，车上单元设置在交通设备内部，其包括电源、数据采集箱和工控机。数据采集箱用于对数据进行预处理和采集、工控机用于保存采集的数据。车下单元，车下单元布置在交通设备室内空间外部，其包括振动加速度传感器、线缆与扎带。作为一种可选方式，通过扎带将振动加速度传感器固定在车体的轴箱上、轴箱上方的构架处、或者空簧处构架等。多个传感器连接到前置多通道数字采集模块后通过多芯线缆与车上单元的信号适配电路板连接以进行信号传输。这样通过车外与车内的联合传感与采集，可以更好地实现监测效果。
为了进一步的达到所需的效果，请再次参阅图1，电源包括配电箱、线性电源与开关电源；配电箱用于为线性电源、开关电源和工控机提供能源，其型号与功率本实施例不做限制，可以采用市面上的常见规格。数据采集箱包括信号适配电路板与NI采集设备，线性电源用于为信号适配电路板的信号处理电路供电，开关电源用于为信号适配电路板和NI采集设备供电。其中，作为一种可选方式，本实施例的NI采集设备通过RJ45网线与工控机通讯连接。
在车外的监测过程中，为了保证数据采集的准度，本实施例的振动加速度传感器用于测量轴箱、车体横向/垂向的加速度。并对于任何一个交通设备（列车，高铁，地铁等），在其的车外机械结构上按照预设需求布置多个。想要说明的是，本实施例的图1仅作为一种可选形式，例如分别设置在该交通设备的轴箱、空簧处构架和轴箱上方构架处。可以根据实际需要自行布置。
实施例2
车载振动加速度是速度变化后的具体表征形式，可以反映线路单项病害、线路复核病害等。车体垂直及水平加速度是车辆对轨道几何偏差的动力响应，也是反映轮轨关系（含动力学性能车辆运行平稳及乘客舒适性）的关键测量参数。通过采集车体振动加速度（垂向/横向），并结合理论模型来评价轮轨关系及乘客舒适度指标，进一步反映线路健康状况。
目前轮轨状态综合监测及评价理论体系还不完善，需要研究基于轮轨接触状态更加科学的线路健康状况评价体系。基于以上，请参阅图2，本实施例提供了一种轮轨关系评估方法，首先采用上述实施例1所述的动态不平顺测量系统对交通设备进行车载监测，再按照如下步骤进行评估：
S1：采集轮轨数据，包括车载监测数据、线路巡检数据、便携式测量数据；
S2：整合采集到的数据，调用接口将其输出；
S3：检索知识库，通过接口接收参数并构建轮轨耦合动力学模型完成对线路数据、车辆数据和车辆设备健康情况的关联映射；
S4：对轮轨关系进行评价决策，输出评价结果。
在上述步骤S1中，对交通设备进行车载监测包括如下步骤：
确定时间维度方向，基于该时间维度方向通过动态不平顺测量系统连续采集多次车载数据，生成监测数据集，并对监测数据集进行预处理，获得车载数据集。是为了确认采集的数据符合时间流逝方向，且为了避免数据的误差引起结果失真，还对其进行预处理。
落实到本实施例中，所述预处理是指对采集的数据进行均匀离散化和异常点剔除，具体而言，首先标定参考基础数据，按照采集顺序对该参考基础数据及其相邻的数据进行差异度识别；然后遍历监测数据集中的数据，提取所有差异度信息，并筛选满足预设差异度要求的有效监测数据；最后将有效监测数据进行合并处理，得到车载数据集。在一些例子中，可以理解为，在采集温度时，将每一个采集到的数值与前后采集的数值进行比较，将明显差异绝对值大于预设期望的（例如，上一项比下一项在一个时间单位内发生明显降低或者明显提高）进行剔除，认定为是采集偏差。以此来保证采集到的数据的准确性。
此外，除了对数据进行均匀离散化和异常点剔除，预处理还包括采集轨道不平顺数据异常脉冲，尖刺及峰值；车体垂向加速度数据异常情况检测；钢轨垂直磨耗数据干扰收集；轨道不平顺空间分布误差识别；曲线超高稳定性欠佳检测与钢轨侧面磨耗数据异常采集等。
在上述步骤S2中，接口的调用是将采集到的数据以规定的格式接口传给后端进行分析计算。其本身不具备数据的筛选和过滤功能，通过步骤S1对数据完成预处理（均匀离散化及异常点剔除等）后再对其进行调用。在本实施例中，在接口方面主要分为管理员高级接口（包含车辆轴重、轨道形式、扣件形式…的车辆及线路设计参数）、普通用户常用接口（包含传递给理论模型计算的输入参数：运行里程、速度、轨道不平顺、超高、轨底坡及轮轨廓形等）。然后将其整合，所述整合是指将物理接口确定下来后，将数据格式固定，然后输入到理论模型中参与计算。
在上述步骤S3中，首先需要明确模型建立的基本输入参数，包括轨道设计参数（轨道形式、扣件形式、轨枕、道床等）、车辆设计参数（车体质量、构架质量、轮轨重量、轴箱等）及其他非测量参数（例如：车轮与钢轨之间摩擦系数为固定参量0.3）。
模型前端输入数据还包括实际地铁线路的总里程、实际过车车速、轨道不平顺、超高、轨底坡及轮轨廓形监测数据。上述数据均来自实际地铁线路的轨道动态检查车数据。动态检查车主要是铁路工务部门用于检测轨道几何状态及不平顺的状况，以便评价轨道几何状态的特种车辆。然后通过轮轨耦合动力学模型，将前端数据和最终的线路及车辆健康状况进行关联。
关联完成后，进行评价决策并输出报告。落实到本实施例中，评价决策包括获得车辆运行平稳性、车辆运行舒适性与车辆运行安全性指标，并根据相关标准对上述指标进行分级；其中，车辆运行平稳性与舒适性包括横向平稳性、垂向平稳性、横向舒适性、垂向舒适性；车辆运行安全性包括脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力、车辆倾覆系数。同时，按照相关标准分别对上述8类指标进行分级：1级 免维护；2级 下次周期性作业时需维护；3级 及时维护；4级 不合格。其中，上述8类指标各自的4个级别参考相应的标准《GB/T 5599-2019机车车辆动力学性能评定及试验鉴定规范》制定阈值，最终的输出的轨道安全性评估结果均包括8类指标4个等级的占比。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种轨道交通的动态不平顺测量系统，其特征在于，包括：
车上单元，所述车上单元设置在交通设备内部，其包括电源、数据采集箱和工控机；
车下单元，所述车下单元设置在交通设备外部，其包括振动加速度传感器、线缆与扎带；所述车上单元与车下单元通过多芯线缆进行信号传输。
2.根据权利要求1所述的一种轨道交通的动态不平顺测量系统，其特征在于，
所述电源包括配电箱、线性电源与开关电源；所述配电箱用于为所述线性电源、开关电源和工控机提供能源；
所述数据采集箱包括信号适配电路板与NI采集设备，所述线性电源用于为所述信号适配电路板的信号处理电路供电，所述开关电源用于为所述信号适配电路板和NI采集设备供电。
3.根据权利要求2所述的一种轨道交通的动态不平顺测量系统，其特征在于，所述NI采集设备通过RJ45网线与所述工控机通讯连接。
4.根据权利要求1所述的一种轨道交通的动态不平顺测量系统，其特征在于，所述振动加速度传感器用于测量轴箱、车体横向/垂向的加速度，在任一个交通设备上其布置有多个，并分别设置在该交通设备的轴箱、空簧处构架和轴箱上方构架处。
5.一种轮轨关系评估方法，其特征在于，采用上述权利要求1-4任意一项所述的动态不平顺测量系统对交通设备进行车载监测，还包括步骤：
S1：采集轮轨数据，包括车载监测数据、线路巡检数据、便携式测量数据；
S2：整合采集到的数据，调用接口将其输出；
S3：检索知识库，通过所述接口接收参数并构建轮轨耦合动力学模型完成对线路数据、车辆数据和车辆设备健康情况的关联映射；
S4：对轮轨关系进行评价决策，输出评价结果。
6.根据权利要求5所述的一种轮轨关系评估方法，其特征在于，对交通设备进行车载监测包括如下步骤：
确定时间维度方向，基于该时间维度方向通过所述动态不平顺测量系统连续采集多次车载数据，生成监测数据集，并对监测数据集进行预处理，获得车载数据集。
7.根据权利要求6所述的一种轮轨关系评估方法，其特征在于，对监测数据集进行预处理为对其进行均匀离散化和异常点剔除包括如下步骤：
标定参考基础数据，按照采集顺序对该参考基础数据及其相邻的数据进行差异度识别；
遍历监测数据集中的数据，提取所有差异度信息，并筛选满足预设差异度要求的有效监测数据；
将所述有效监测数据进行合并处理，得到所述车载数据集。
8.根据权利要求5所述的一种轮轨关系评估方法，其特征在于，在上述步骤S2中，接口包括管理员高级接口和普通用户常用接口；所述管理员高级接口用于传输车辆轴重、轨道形式与扣件形式的车辆和线路设计参数；所述普通用户常用接口用于传输运行里程、速度、轨道不平顺、轨底坡及轮轨廓形的建模信息。
9.根据权利要求5所述的一种轮轨关系评估方法，其特征在于，在上述步骤S3中，模型输入参数包括轨道设计参数、线路参数、车辆设计参数与其他非测量参数。
10.根据权利要求5所述的一种轮轨关系评估方法，其特征在于，所述评价决策包括获得车辆运行平稳性、车辆运行舒适性与车辆运行安全性指标，并根据相关标准对上述指标进行分级；其中，
所述车辆运行平稳性与舒适性包括横向平稳性、垂向平稳性、横向舒适性、垂向舒适性；
所述车辆运行安全性包括脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力、车辆倾覆系数。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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