CN117719554A - 高温超导磁悬浮轨道巡检预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温超导磁悬浮轨道巡检预警系统，系统适用具有安全转弯系统的高温超导磁悬浮车辆在导轨上行驶，高温超导磁悬浮车辆下端设置悬浮架，包括：安全系统终端、第一巡检传感器和第二巡检传感器；第一巡检传感器固定在悬浮架上；第一巡检传感器与安全系统终端信号连接；导轨上设置磁场装置并形成磁场参数；第二巡检传感器固定在高温超导磁悬浮车辆下端获取磁场装置的磁场参数并发送给安全系统终端；安全系统终端配置校验形态数据的第一校验数据，以及校验磁场参数的第二校验数据并进行轨道异常判断，以期望改善依赖于传统的接触式检测方法或人工在特定区域进行巡检，在识别轨道结构变形和提前预警方面的局限性问题。

Description

高温超导磁悬浮轨道巡检预警系统

技术领域

本发明涉及磁悬浮轨道安全装置，具体涉及一种高温超导磁悬浮轨道巡检预警系统。

背景技术

目前的高温超导磁悬浮车辆利用了高温超导块材特有的钉扎特性，在永磁轨道的强磁场环境中能够实现高温超导磁悬浮车辆的无源自稳定悬浮，基于高温超导磁悬浮车辆使用的安全性，其对应的轨道通常也需要使用轨道巡检技术进行巡检。

轨道巡检方式主要依赖于传统的接触式检测方法对轨道进行检测，这种方式对于轨道结构的微小变形可能无法准确识别，尤其是在轨道隐蔽部位或者轨道表面变形不明显的情况下，易出现导致轨道的变形未能及时发现。其次，传统的接触式检测方法受限于静态和特定检测速度的约束，难以实现对运行中轨道变形的实时监测和预警。其次，该方式在检测速度约束限制并且容易受到天气条件和轨道表面状况的影响。使得检测限制了巡检技术的稳定性和安全性影响。基于此，如何改善轨道结构变形巡检预警方面存在的稳定性和安全性问题，针对易发生轨道结构变化的区域，提供一种更高效、智能化且准确和可靠的解决方案，是值得研究的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温超导磁悬浮轨道巡检预警系统，以期望改善依赖于传统的接触式检测方法或人工在特定区域进行巡检，在识别轨道结构变形和提前预警方面的局限性问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种高温超导磁悬浮轨道巡检预警系统，系统适用具有安全转弯系统的高温超导磁悬浮车辆在导轨上行驶，上述高温超导磁悬浮车辆下端设置悬浮架，包括：安全系统终端、第一巡检传感器和第二巡检传感器；上述第一巡检传感器固定在悬浮架上；第一巡检传感器与安全系统终端信号连接，上述第一巡检传感器用于实时采集直线导轨外部的形态数据并发送至安全系统终端；上述导轨上设置磁场装置，由磁场装置安装在轨道上并形成磁场参数；上述第二巡检传感器固定在高温超导磁悬浮车辆下端，由第二巡检传感器经过磁场装置时，获取磁场装置的磁场参数并发送给安全系统终端；上述安全系统终端配置校验形态数据的第一校验数据，以及校验磁场参数的第二校验数据；其中，第一巡检传感器发送的形态数据与第一校验数据不对应时，则表示轨道异常。其中，第二巡检传感器发送的磁场参数与第二校验数据不对应时，则表示轨道异常。其中，形态数据与第一校验数据对应，同时磁场参数与第二校验数据对应时，则表示轨道正常。

其设计构思是：通过磁场装置在轨道上形成固定磁场，通过实时监测轨道的形态和磁场参数，快速识别出轨道的异常区域，并且采用多重监测手段增加监测数据的维度和可靠性，一旦监测到的数据与校验数据不一致，说明轨道可能存在异常，有利于及时发现轨道的细微变化和潜在隐患，便于维修工作能够在问题扩大前及时进行干预。

作为优选，上述第一巡检传感器为图像传感器，且图像传感器的采集端与导轨对应，上述图像传感器实时采集直线导轨外部的形态图像并转换为数字信号，且数字信号传递至安全系统终端形成形态数据；上述第一校验数据为对应轨道段的形态数据，且该形态数据允许一定偏差值。

作为优选，上述磁场装置包括若干个永磁体，上述永磁体呈阵列分布在轨道上，上述永磁体形成的磁场覆盖轨道，上述第二校验数据为初设时的磁场参数。

进一步的技术方案是，上述第二巡检传感器为永磁轨道传感器；由永磁轨道传感器采集磁场装置覆盖区域的磁场参数；且磁场参数传递至安全系统终端，由安全系统终端判断永磁体阵列位置是否变化。

当磁场装置的磁场参数保持与初设时的磁场参数一致，则表示永磁体阵列位置未变化，则轨道正常。反之，当磁场装置的磁场参数与初设时的磁场参数不一致，则表示永磁体阵列位置变化，则轨道异常。

作为优选，高温超导磁悬浮车辆包括多个车厢，上述悬浮架分别位于每个车厢下端；上述悬浮架在静平衡时建立零点坐标，上述悬浮架位移时，通过坐标确定磁浮架在竖向运动和点头运动的受力状态。

其中，上述悬浮架竖向运动为沿着重力方向上升或下降的运动；高温超导磁悬浮车辆在竖向运动的受力计算公式为：

；

式中，为高温超导磁悬浮车辆的质量，/>为竖向运动的加速度，/>为竖向弹簧系数，/>为磁悬浮架的竖向位移，/>为静平衡位移的坐标零点，/>为阻尼系数，/>为悬浮架的竖向速度，/>为静平衡位移的速度，/>为其他竖向力的合力。

其中，上述悬浮架点头运动为绕垂直轴发生的摆动，且摆动视逆时针方向为正向；高温超导磁悬浮车辆在点头运动的受力计算公式为：

；

式中，为转动惯量，/>为点头运动的角加速度，/>为点头弹簧系数，/>为悬浮架的点头角度，/>为阻尼系数，/>为悬浮架的角速度，/>为静平衡位移的角速度，/>为其他点头力的合力。

作为优选，上述悬浮架下端设置杜瓦构件，上述杜瓦构件通过冷却介质和超导体使高温超导磁悬浮车辆在导轨上悬浮；上述悬浮架上用于挂载牵引供电系统的牵引电机，且牵引电机控制单元与安全系统终端信号连接，由安全系统终端向牵引电机控制单元发出指令，使牵引电机控制单元通过矢量控制的方式驱动牵引电机。

作为优选，安全转弯系统包括设置在轨道转弯处的磁力装置，上述高温超导磁悬浮车辆的侧壁设有与磁力装置对应的磁力作用装置，由磁力装置向磁力作用装置施加一个反作用力，使高温超导磁悬浮车辆在转弯时，保持第一巡检传感器与轨道的对应位置。

作为优选，上述安全系统终端连接云服务器，由安全系统终端向云服务器传递数据，上述云服务用于对数据进行深度学习；上述轨道周围还设有声波传感器；上述声波传感器与安全系统终端信号连接，由声波传感器发射声波至轨道，且传回的声波反射信号由声波传感器接收并上传至安全系统终端。

与现有技术相比，本发明的有益效果至少是如下之一：

本发明通过第一巡检传感器和第二巡检传感器的结合使用，配合安全系统终端能够同时监测导轨的形态数据和磁场参数，实现对导轨状态的多方位的实时监测。通过多重监测机制使得安全系统终端能够更全面、更精确地掌握轨道的实时状态，从而提高安全性；通过预设的第一校验数据和第二校验数据作为基准，安全系统终端能够迅速将采集到的数据与预设数据进行比对，高效识别出轨道的异常情况。这样的自动化比对校验流程提高了巡检效率和准确性。

本发明的通过磁场装置在永磁轨道上直接形成稳定的磁场，利用永磁轨道传感器直接获取磁场数据，从而磁场装置覆盖的轨道出现变化时，由永磁轨道传感器获取磁场变化信息，从而确定异常情况。该设置方式简单便捷，且覆盖效率高。

本发明的巡检方式，不需要繁琐的操作流程，可以随着高温超导磁悬浮车辆试运行过程中进行轨道实时巡检，并实时获取相关的轨道数据，其数据通过安全系统终端进行记录，有利于后续作为深度学习的基础数据。

本发明能够实时自动地将采集到的形态数据和磁场参数与预设的校验数据进行比对，及时发现任何与正常轨道参数不一致的情况，降低了人为的资源消耗，通过对磁悬浮架悬浮状态的细致监测，包括竖向运动和点头运动的受力状态分析和计算，能够准确反映出轨道状况对高温超导磁悬浮车辆受力的直接影响。从而便于及时发现轨道问题，也对高温超导磁悬浮车辆行驶的稳定性以及舒适性提供数据参考。

附图说明

图1为本发明系统框图。

图2为本发明判断逻辑示意图。

图3为具有安全转弯系统的现有高温超导磁悬浮车辆。

附图标记说明：1-高温超导磁悬浮车辆、2-悬浮架、3-安全转弯系统、4-杜瓦容器、5-轨道、6-磁力作用装置、7-磁力装置。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定工作状态下的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”等应做广义理解，例如，“连接”可以是电信号连接，也可以是信号连接；也可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

磁悬浮列车大致可以分为常导磁悬浮列车、低温超导磁悬浮列车和高温超导磁悬浮列车三种类型。常导磁悬浮列车需要给悬浮导向电磁铁持续供电，其设备耗电量大。而低温超导磁悬浮列车利用电动悬浮原理可以实现较高的悬浮高度，但是在静态及低速条件下无法悬浮，且在前进方向上存在着较大的磁阻力。因此目前主流研究方向依旧是高温超导磁悬浮车辆，高温超导磁悬浮车辆利用钉扎特性进行无源自稳定悬浮，不需要设置悬浮稳定控制系统、不需要供电，即可令高温超导块材实现静态和动态悬浮。其高温超导磁悬浮是利用超导体由于超导感应电性以及独特的磁通钉扎特性，在梯度磁场中不仅能稳定悬浮，还能实现悬挂并具有横向的自稳定性。需要注意的是，高温超导磁浮悬浮通过永磁环境实现，且永磁环境是稳定的磁场环境。

一个实施例是，参考图1至图3所示，目前研发的高温超导磁悬浮车辆1通过将杜瓦容器4通过悬浮架2安装于高温超导磁悬浮车辆1下部，其杜瓦容器4内设置高温超导块材，其高温超导磁悬浮车辆的导轨5为永磁轨道，导轨5与杜瓦容器4相对设置；其杜瓦容器4内壁为双层结构，并且双层结构之间抽真空。杜瓦容器4中需填充液氮对高温超导块材进行低温保存，从而通过杜瓦容器壁的真空结构利于保温。其原理是，在外磁场中，超导体独有的强钉扎能力使得磁力线既难逃离钉扎中心的束缚，即已被俘获的磁力线；同时也难渗透进超导体内，即未被俘获的自由磁力线。利用钉扎特性使得超导体能够随外磁场的变化而感应出阻碍这种变化的超导强电流。且超导电流与外磁场的电磁相互作用在宏观上表现为产生与悬浮体自身重力平衡的悬浮力并提供横向稳定所需的导向力。其“高温超导磁”通常是指在价廉的液氮温区77K（约-196摄氏度）中表现出良好的超导性能。在该领域来说，“液氮温区”并不精确指一个具体的数值，通常视为一个随着压力变化而浮动的液态温度区间。

本申请的主要涉及高温超导，其“高温”的表述是相对常规超导体需要在接近绝对零度（-273.15°C）的环境下才能呈现出超导性质而言的；其“高温”具体指达到液氮的沸点温度（约-196°C），即77K温度范围。

参考图1和图2所示，本发明的提供一种高温超导磁悬浮轨道巡检预警系统，系统适用具有安全转弯系统的高温超导磁悬浮车辆在导轨上行驶，其导轨为永磁导轨，上述高温超导磁悬浮车辆1下端设置悬浮架2，包括安全系统终端、第一巡检传感器和第二巡检传感器。悬浮架2用于加固高温超导磁悬浮车辆，同时用于安装磁悬浮装置，其磁悬浮装置通常是与永磁导轨之间的相互作用的杜瓦容器，其杜瓦容器4中设置高温超导材料。通过高温超导材料内的磁通钉扎特性和外磁场作用达到无接触悬浮状态以及自我稳定的横向运动控制。

上述第一巡检传感器固定在悬浮架2上；第一巡检传感器与安全系统终端信号连接，上述第一巡检传感器用于实时采集直线导轨外部的形态数据并发送至安全系统终端。其中，形态数据包括轨道几何表面状态以及轨道位置信息。上述导轨上设置磁场装置，由磁场装置安装在轨道上并形成磁场参数；上述第二巡检传感器固定在高温超导磁悬浮车辆下端，由第二巡检传感器经过磁场装置时，获取磁场装置的磁场参数并发送给安全系统终端。为了便于判断，上述安全系统终端配置校验形态数据的第一校验数据，以及校验磁场参数的第二校验数据。

其中，第一校验数据是高温超导磁悬浮轨道巡检预警系统中用于与实时采集到的形态数据进行对比的一组参考数据或参数；通常在轨道投入使用前，先测量捕捉轨道的初始状态，确定轨道表面的几何参数，通过提取反映轨道形态的几何参数形成基准参数，设定每个参数的正常范围和异常判定阈值，且阈值的设定应充分考虑到实际运营中可能遇到的环境因素对参数的影响，从而形成第一校验数据。

其中，在轨道未投入使用时，安装好磁场装置，并对磁场装置的磁场参数进行测量，确定磁场的强度、方向以及分布等。将测量得到的磁场参数作为基准数据，在基准数据的基础上将理论上认为磁场处于“正常”恒定状态的数据作为第二校验数据。

参考性的，第二校验数据可以采用范围值，磁场参数的平均值标准差确定范围，通常可以设定95%置信区间，例如平均值是1000毫特斯拉，第二校验数据设定900-1100的毫特斯拉，从而规避正常的自然波动，也便于异常值被有效识别。其次，考虑轨道和磁场装置在长期使用过程中，可能会有微小的位移或变化，因此可以定期重新评估和调整第二校验数据的范围值，以确保其准确性和时效性。

参考性的，取一个轨道任意一个几何指标，计算平均值μ，再基于平均值μ计算标准差σ，其公式是：

；

；

式中，σ是样本标准差，μ是平均值，是单个测量值，n是测量值的总数。

其中，几何指标的正常范围可以设定为平均值加减几倍标准差，其第一校验数据设定的取值范围为{μ，μ±kσ}，其k表示置信区间的选择倍数，μ和σ分别是测量数据的平均值和标准差。

示范性的，由于第一校验数据和第二校验数据分别代表轨道的理想或正常状态下的形态和磁场特征。当实时监测到的轨道的形态数据（例如，轨道的平整度、轨距、倾角等）与提前设置好的第一校验数据相匹配时，说明轨道在形态上保持着设计时的状态，没有显著变化或损坏，可以认为轨道在形态上是正常的。当监测到的磁场参数（例如，磁场强度和方向等）和预设的第二校验数据一致时，表明轨道上的磁场装置（通常是永磁体或其他磁场生成元件）工作正常，没有出现位移、损坏或其他干扰磁场正常分布的问题，磁悬浮列车可以正常利用这个磁场实现悬浮。

当第一巡检传感器发送的形态数据与第一校验数据不对应时，则表示轨道异常。该异常意味着轨道可能出现变形、位移、损坏或其他结构性问题，这会影响列车的正常运行，甚至有可能造成安全事故。

当第二巡检传感器发送的磁场参数与第二校验数据不对应时，意味着磁场装置出现了问题，可能是永磁体的位置移动，故也表示轨道异常。

当形态数据与第一校验数据对应，同时磁场参数与第二校验数据对应时，就可以结论轨道在形态和磁场上都维持在正常和安全的状态，则表示轨道正常。

基于上述实施例，本发明的另一个实施例是，上述第一巡检传感器为图像传感器，且图像传感器的采集端与导轨对应，上述图像传感器实时采集直线导轨外部的形态图像并转换为数字信号，且数字信号传递至安全系统终端形成形态数据；上述第一校验数据为对应轨道段的形态数据。

其中，图像传感器捕捉轨道表面的图像信息。图像传感器可以使用现有的CCD图像传感器，也可以是CMOS图像传感器，由于图像传感器将其转换为数字信号传递至安全系统终端。

通过图像传感器来捕捉轨道表面的图像，使得第一巡检传感器可以获得永磁轨道的细节和状态信息，如裂缝、变形、沉降等的图像数据，从而可以图像数据分析和检测轨道的异常，以及进行预警和进一步的维修措施。

基于上述实施例，本发明的另一个实施例是，上述磁场装置包括若干个永磁体，上述永磁体呈阵列分布在轨道上，上述永磁体形成的磁场覆盖轨道，上述第二校验数据为初设时的磁场参数。

其中，导轨上的磁场装置可以采用若干永磁体分布在导轨上，由于永磁体在没有外力作用的正常环境下能够产生相对稳定的磁场，且磁场强度、磁场方向不会随时间变化而显著改变，因此，在没有外界干扰的情况下，其轨道上的永磁体形成的磁场参数是恒定的。当轨道受到物理振动、形变影响，则会导致磁场强度、磁场方向变化。

进一步的，上述第二巡检传感器为永磁轨道传感器；永磁轨道传感器为现有商品，其永磁轨道传感器主要通过磁敏感元器件直接感应轨道上永磁体的磁场，并将磁感应元件的信号转换为数字信号进行输出。

由永磁轨道传感器采集磁场装置覆盖区域的磁场参数；且磁场参数传递至安全系统终端，由安全系统终端判断永磁体阵列位置是否变化：永磁轨道传感器的核心工作原理是基于磁场的检测。这种传感器能够感应和测量周围环境中的磁场强度和磁场方向。由于轨道系统中，永磁体阵列被安置在导轨上，它们以一定的间隔和规律分布，形成一个稳定的磁场环境。轨道上这些永磁体的磁力线模式是预先设定的，永磁轨道传感器在列车行进过程中沿轨道移动，并实时监测相应位置的磁场参数。若磁场装置的磁场参数保持与初设时的磁场参数一致，则表示永磁体阵列位置未变化，则轨道正常。若磁场装置的磁场参数与初设时的磁场参数不一致，则表示永磁体阵列位置变化，则轨道异常。

工作时，将轨道上每一个永磁体的磁场进行详细测量，包括磁场的强度和方向等。获得反映了初设时的正常磁场状态的第二校验数据，当高温超导磁悬浮车辆试运行时，永磁轨道传感器实时地沿轨道移动，监测并采集当前的磁场参数，即每个位置点下的磁场强度和方向参数，确定对应的永磁体是否发生磁场变化，若磁场变化可能表述出现位移，则轨道异常。

基于上述实施例，本发明的另一个实施例是，高温超导磁悬浮车辆包括多个车厢，上述悬浮架分别位于每个车厢下端；上述悬浮架在静平衡时建立零点坐标，上述悬浮架位移时，通过坐标确定磁浮架在竖向运动和点头运动的受力状态。

其中，高温超导磁悬浮车辆还适配现有的加速度传感、位移传感器和倾角传感器等设备，从而能实时监测悬浮架的运动状态。从而分析悬浮架的位移和受力情况。

首先，在高温超导磁悬浮车辆静止状态下，系统会测量悬浮架相对于轨道的位置，并建立一组零点坐标，这表示悬浮架在无任何外力作用下的平衡位置，通过高温超导磁悬浮车辆配备的加速度传感器、位移传感器和倾角传感器能够实时监测悬浮架相对于这个零点的位移、加速度和倾角变化；当悬浮架发生竖向运动时，传感器会记录其竖向位移y1、竖向速度v1以及加速度a1。

进一步的，上述悬浮架竖向运动为沿着重力方向上升或下降的运动。高温超导磁悬浮车辆在竖向运动的受力计算公式为：

；

式中，为高温超导磁悬浮车辆的质量，/>为竖向运动的加速度，/>为竖向弹簧系数，/>为磁悬浮架的竖向位移，/>为静平衡位移的坐标零点，/>为阻尼系数，/>为悬浮架的竖向速度，/>为静平衡位移的速度，/>为其他竖向力的合力。

通过计算高温超导磁悬浮车辆在竖向运动的受力，监测和分析竖向受力还可以快速检测到可能的悬浮系统故障，便于确定是否有任何竖向力的异常，有利于系统提前采取预警。必要时，通过向运动的受力状况反馈，有助于高温超导磁悬浮车辆的控制系统对车辆做出更精细的动态调整，维护高速行驶中从而提升运行效率。

同理，对于点头运动，传感器同样会记录角位移θ1、角速度ω1和角加速度α1。上述悬浮架点头运动为绕垂直轴发生的摆动，且摆动视逆时针方向为正向。高温超导磁悬浮车辆在点头运动的受力计算公式为：

；

式中，为转动惯量，/>为点头运动的角加速度，/>为点头弹簧系数，/>为悬浮架的点头角度，/>为阻尼系数，/>为悬浮架的角速度，/>为静平衡位移的角速度，/>为其他点头力的合力。

通过计算高温超导磁悬浮车辆在点头运动的受力，便于判断悬浮架是否在点头运动时受到正常范围以外的作用力，通过点头运动受力分析可以减少悬浮架对轨道的侧向压力。必要时，通过实时监测点头运动受力状态，系统可以及时发现由于风力、轨道条件变化等因素导致的高温超导磁悬浮车辆倾斜风险，及时进行自动矫正，保证行车安全。

基于上述实施例，本发明的另一个实施例是，上述悬浮架下端设置杜瓦构件，上述杜瓦构件通过冷却介质和超导体使高温超导磁悬浮车辆在导轨上悬浮；上述悬浮架上用于挂载牵引供电系统的牵引电机，且牵引电机控制单元与安全系统终端信号连接，由安全系统终端向牵引电机控制单元发出指令，使牵引电机控制单元通过矢量控制的方式驱动牵引电机。

其中，牵引供电系统为现有磁悬浮车辆的电力系统，牵引供电系统包括整流变压器、整流器、中间直流环节、逆变器。利用悬浮架上的牵引电机用于推动磁悬浮载体在轨道上运行。牵引电机通过连接牵引供电系统以获取电供应。

参考性的，矢量控制为现有的电机场向量控制策略，通过对电机内部的磁场方向进行精确控制来实现对电机转矩和转速的精细调节。具体而言，矢量控制能够将多相交流电动机（通常是三相）的电流分解为与磁场正交和平行的两个分量，也就是直轴电流（d轴电流）和交轴电流（q轴电流）。通过独立控制这两个电流分量，可以直接控制电机的磁通（影响电机的磁场强度）和电机产生的转矩（影响电机的旋转力矩），从而达到模拟直流电机控制的效果，实现电机软启动、平滑运行、高精度调速和优化能耗。通过这种方式，矢量控制显著提高了电机的动态响应、扭矩控制精度以及整体的电力转换效率。

参考性的，在测试阶段，悬浮架下方可以设置备用安全轮。当发生险情，例如意外失去悬浮力时，通过安全轮落地，避免车体因惯性而发生更大的险情。

基于上述实施例，参考图3所示，本发明的另一个实施例是，高温超导磁悬浮车辆1在轨道5上方运行时，高温超导体只能提供有限的导向力，而经过曲线线路时会受到离心力的作用，在高速运行需求和较小曲线半径线路等条件下，高温超导磁悬浮车辆的运行平稳性和安全性会受到较大的影响。因此，上述安全转弯系统3包括设置在轨道转弯处的磁力装置7，上述高温超导磁悬浮车辆1的侧壁设有与磁力装置7对应的磁力作用装置6，由磁力装置7向磁力作用装置6施加一个反作用力，使高温超导磁悬浮车辆1在转弯时，保持第一巡检传感器与轨道的对应位置。

通过转弯区域设置安全转弯系统3，利用安全转弯系统3给高温超导磁悬浮车辆1施加一个导向力来平衡离心力影响，避免出现高温超导磁悬浮车辆1侧移、甚至侧滚的情况，同时使得第一巡检传感器与轨道的对应位置。同理，其第二巡检传感器与轨道上永磁体也可以保证相互对应的位置。

示范性的，磁力作用装置6可以是现有的杜瓦容器；其磁力装置7可以是现有的永磁弧形轨道，以杜瓦容器作为磁力作用装置，其高温超导磁悬浮车辆1进入转弯之前杜瓦容器需要进行充磁；保证车体与永磁轨道之间能够维持在安全距离的同时又能提供一部分导向力。

参考性的，在轨道在转弯处的内侧和/或外侧设置可旋转的支撑件，其永磁弧形轨道设置在支撑件上，通过永磁弧形轨道与杜瓦容器相适配，使得杜瓦容器和永磁弧形轨道产生的磁力作用于高温超导磁悬浮车辆1的转弯限制，使高温超导磁悬浮车辆1的受力方向与高温超导磁悬浮车辆1的转弯方向一致。

参考性的，高温超导磁悬浮车辆1侧面的杜瓦容器与高温超导磁悬浮车辆1之间通过一个可以发生一定量弹性变形的缓冲装置进行连接，利用缓冲装置能够吸收一部分振动，提高高温超导磁悬浮车辆运行平稳性。其缓冲装置可以是现有的阻尼弹簧组件。

需要说明的是，若高温超导磁悬浮车辆1运行速度较低，悬浮架上的杜瓦容器通过高温超导块材提供的钉扎力足够保证高温超导磁悬浮车辆1平顺过弯时，那么轨道外侧的支撑杆也可以向外转动一定的角度，使永磁弧形轨道远离高温超导磁悬浮车辆1的侧壁，同时高温超导磁悬浮车辆1侧面杜瓦容器也不需要进行降温场冷。

基于上述实施例，本发明的另一个实施例是，上述安全系统终端连接云服务器，由安全系统终端向云服务器传递数据，上述云服务器用于对数据进行深度学习。

上述轨道周围还设有声波传感器；上述声波传感器与安全系统终端信号连接，由声波传感器发射声波至轨道，且传回的声波反射信号由声波传感器接收并上传至安全系统终端。

安全系统终端还与云服务器交互，当安全系统终端识别出异常受力状态，便于安全系统终端向云服务器发送预警，利于后续采取相应的应对措施。

声波传感器安装在永磁轨道的周围，以接收传回的声波反射信号。声波传感器可以是现有的超声波测距仪，声波传感器通常被安装在仪器前端，并接收反射信号，以测量目标物体的距离。

参考性的，上述深度学习至少包括：步骤A，数据储存和降噪，云服务器可以使用现有的AWS的S3、GoogleCloud的CloudBlobStorage，来存储和管理轨道结构图像数据，利用云服务器运行数据清洗脚本，包括裁剪、缩放、降噪等，生成清洁和标准化后的数据集。

步骤B，数据划分，将数据集分为训练集、验证集和测试集。以便于模型训练过程中调整和验证模型参数，最终在测试集上评估模型的实际性能。

步骤C，特征提取，通过云服务器接入现有云平台的计算服务，例如GoogleCloud的AIPlatform、AWS的SageMaker提供的计算服务，进行高性能的特征提取数据的计算。利用TensorFlow、PyTorch等深度学习框架配合云服务平台的API，对降噪之后的图像数据执行特征提取任务。通过自动提取图像中的重要特征，避免了人工选择特征的主观性和复杂性。

步骤D，模型选择和训练，选择合适的机器学习模型，可以是CNN卷积神经网络或GAN生成对抗网络，定义损失函数和优化器，再结合云服务的GPU和TPU资源，可以实现模型训练。且训练生成的模型参数和状态可保存在云服务器中，以便后续重用或分析。

在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、“优选实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (10)

1.一种高温超导磁悬浮轨道巡检预警系统，系统适用具有安全转弯系统的高温超导磁悬浮车辆在导轨上行驶，所述高温超导磁悬浮车辆下端设置悬浮架，其特征在于：包括安全系统终端、第一巡检传感器和第二巡检传感器；

所述第一巡检传感器固定在悬浮架上；第一巡检传感器与安全系统终端信号连接，所述第一巡检传感器用于实时采集直线导轨外部的形态数据并发送至安全系统终端；

所述导轨上设置磁场装置，由磁场装置安装在轨道上并形成磁场参数；所述第二巡检传感器固定在高温超导磁悬浮车辆下端，由第二巡检传感器经过磁场装置时，获取磁场装置的磁场参数并发送给安全系统终端；

所述安全系统终端配置校验形态数据的第一校验数据，以及校验磁场参数的第二校验数据，

当第一巡检传感器发送的形态数据与第一校验数据不对应时，则表示轨道异常；

当第二巡检传感器发送的磁场参数与第二校验数据不对应时，则表示轨道异常；

当形态数据与第一校验数据对应，同时磁场参数与第二校验数据对应时，则表示轨道正常。

2.根据权利要求1所述的高温超导磁悬浮轨道巡检预警系统，其特征在于：所述第一巡检传感器为图像传感器，且图像传感器的采集端与导轨对应，所述图像传感器实时采集直线导轨外部的形态图像并转换为数字信号，且数字信号传递至安全系统终端形成形态数据；所述第一校验数据为对应轨道段的形态数据。

3.根据权利要求1所述的高温超导磁悬浮轨道巡检预警系统，其特征在于：所述磁场装置包括若干个永磁体，所述永磁体呈阵列分布在轨道上，所述永磁体形成的磁场覆盖轨道，所述第二校验数据为初设时的磁场参数。

4.根据权利要求3所述的高温超导磁悬浮轨道巡检预警系统，其特征在于：所述第二巡检传感器为永磁轨道传感器；由永磁轨道传感器采集磁场装置覆盖区域的磁场参数；且磁场参数传递至安全系统终端，由安全系统终端判断永磁体阵列位置是否变化；

若磁场装置的磁场参数保持与初设时的磁场参数一致，则表示永磁体阵列位置未变化，则轨道正常；

若磁场装置的磁场参数与初设时的磁场参数不一致，则表示永磁体阵列位置变化，则轨道异常。

5.根据权利要求1所述的高温超导磁悬浮轨道巡检预警系统，其特征在于：高温超导磁悬浮车辆包括多个车厢，所述悬浮架分别位于每个车厢下端；所述悬浮架在静平衡时建立零点坐标，所述悬浮架位移时，通过坐标确定磁浮架在竖向运动和点头运动的受力状态。

6.根据权利要求5所述的高温超导磁悬浮轨道巡检预警系统，其特征在于：所述悬浮架竖向运动为沿着重力方向上升或下降的运动；高温超导磁悬浮车辆在竖向运动的受力计算公式为：

；

式中，为高温超导磁悬浮车辆的质量，/>为竖向运动的加速度，/>为竖向弹簧系数，为磁悬浮架的竖向位移，/>为静平衡位移的坐标零点，/>为阻尼系数，/>为悬浮架的竖向速度，/>为静平衡位移的速度，/>为其他竖向力的合力。

7.根据权利要求5所述的高温超导磁悬浮轨道巡检预警系统，其特征在于：所述悬浮架点头运动为绕垂直轴发生的摆动，且摆动视逆时针方向为正向；高温超导磁悬浮车辆在点头运动的受力计算公式为：

；

式中，为转动惯量，/>为点头运动的角加速度，/>为点头弹簧系数，/>为悬浮架的点头角度，/>为阻尼系数，/>为悬浮架的角速度，/>为静平衡位移的角速度，/>为其他点头力的合力。

8.根据权利要求1所述的高温超导磁悬浮轨道巡检预警系统，其特征在于：所述悬浮架下端设置杜瓦构件，所述杜瓦构件通过冷却介质和超导体使高温超导磁悬浮车辆在导轨上悬浮；所述悬浮架上用于挂载牵引供电系统的牵引电机，且牵引电机控制单元与安全系统终端信号连接，由安全系统终端向牵引电机控制单元发出指令，使牵引电机控制单元通过矢量控制的方式驱动牵引电机。

9.根据权利要求1所述的高温超导磁悬浮轨道巡检预警系统，其特征在于：安全转弯系统包括设置在轨道转弯处的磁力装置，所述高温超导磁悬浮车辆的侧壁设有与磁力装置对应的磁力作用装置，由磁力装置向磁力作用装置施加一个反作用力，使高温超导磁悬浮车辆在转弯时，保持第一巡检传感器与轨道的对应位置。

10.根据权利要求1所述的高温超导磁悬浮轨道巡检预警系统，其特征在于：所述安全系统终端连接云服务器，由安全系统终端向云服务器传递数据，所述云服务器用于对数据进行深度学习；所述轨道周围还设有声波传感器；所述声波传感器与安全系统终端信号连接，由声波传感器发射声波至轨道，且传回的声波反射信号由声波传感器接收并上传至安全系统终端。