一种城市地铁轨道螺栓压力信号检测系统及方法与流程

本发明涉及轨道安全检测技术领域，具体涉及一种城市地铁轨道螺栓压力信号检测系统及方法。

背景技术：

在我国，城市轨道交通系统都是用以解决交通堵塞问题的办法，其有四大优点：节省土地、减少噪音、减少干扰、节约能源。而地铁铁轨在路基上的固定是通过钢轨固定装置来实现的，现有的大多钢轨固定装置通常具有螺栓，这些钢轨固定装置将铁轨固定后，所含有的螺栓是主要的受力部件之一，其松动可导致铁轨变形，造成车毁人亡的悲剧。因此，对螺栓的受力和松动检查一直是车辆日检的重要项目。

目前，虽然在专利技术方面有多种创新方案提出，但是我国范围内将传感器引入螺栓用于城市轨道监测的案例还不够成熟，对于铁轨螺栓松动与否仍依赖工人检查的方式，检测工作一般在深夜进行，且轨道距离长，人力和时间成本高，另外检测精度低，危险排查难度颇高，缺乏系统性的管理和监测，这部分问题更增加了检测工作的难度；此外有机器人代替人工的方式可对轨道螺栓进行巡检，但是机器人的研发、维护成本高，且同样存在巡检时产生的时间成本高的问题。

技术实现要素：

针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种检测精度高的城市地铁轨道螺栓压力信号检测系统及方法。

为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：

提供一种城市地铁轨道螺栓压力信号检测系统，其包括：

压力传感器，压力传感器设置在固定轨道的螺栓垫片内，采集螺栓挤压螺栓垫片时压力传感器产生的压力；

无线传输模块：无线传输模块与压力传感器电连接，将压力信号发送给列车上的上位机；

上位机：上位机收集若干个压力传感器采集的电信号，进行轨道螺栓的故障诊断，并将诊断结果反馈给列车员；

稳压电路：稳压电路与无线传输模块和压力传感器电连接，稳压电路从轨道上接触网取电。

提供一种采用城市地铁轨道螺栓压力信号检测系统检测螺栓故障的方法，其包括以下步骤：

s1：压力传感器采集螺栓对螺栓垫片的压力，发送给上位机，并且螺栓压力值中标记此螺栓的位置标签；

s2：上位机收集列车前方轨道上若干螺栓垫片的螺栓压力及对应的位置标签，每一个螺栓压力值对应一个位置标签；

s3：建立螺栓数据库，并将收集的若干螺栓压力和位置标签输入螺栓数据库中；

s4：训练判断螺栓状态的支持向量分类器，将每个螺栓压力分别输入训练好的支持向量分类器中，标记出每个螺栓压力值对应的螺栓状态；螺栓状态包括松动螺栓、正常螺栓和过紧螺栓；

s5：将松动螺栓和过紧螺栓标记为列车不可行区域，并通过根据对应松动螺栓和过紧螺栓的位置标签标记出列车不可行区域在前方轨道的位置，通过上位机反馈给列车员。

本发明的有益效果为：本方案利用压力传感器检测螺栓对螺栓垫片的压力，判断轨道的可靠度，当列车经过铁轨，螺栓明显受力压迫垫片产生形变时，可实时检测螺栓受到的拉力，监测方法中采用支持向量机分类器来进行区分诊断，训练完成后，训练样本无需保留，最终模型仅与向量的点有关。本方案大大降低了人力成本，效率高，整体小巧，维护成本低，便于后期轨道维修。

附图说明

图1为城市地铁轨道螺栓压力信号检测系统的监测流程图。

图2为分类线确定的正常状态区域图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

本方案提供的城市地铁轨道螺栓压力信号检测系统包括：

压力传感器，压力传感器设置在固定轨道的螺栓垫片内，采集螺栓挤压螺栓垫片时压力传感器产生的压力；螺栓垫片上的压力传感器主要由应变片组成，各应变片均接有导线，受压反馈信号；除定时收集稳态下的螺栓压力外，在列车经过时也会收集螺栓所受拉力；

无线传输模块：无线传输模块与压力传感器电连接，将压力信号发送给列车上的上位机；

上位机：上位机收集若干个压力传感器采集的电信号，进行轨道螺栓的故障诊断，并将诊断结果反馈给列车员；

稳压电路：稳压电路与无线传输模块和压力传感器电连接，稳压电路从轨道上接触网取电。

如图1所示，本方案采用城市地铁轨道螺栓压力信号检测系统检测螺栓故障的方法包括以下步骤：

s1：压力传感器采集螺栓对螺栓垫片的压力，发送给上位机，并且螺栓压力值中标记所采集的螺栓的位置标签，位置标签可根据编号和轨道路线进行标定，在压力检测点上，沿轨道路线依次编号，每一个压力检测点对应一个编号，；

s2：上位机收集列车前方轨道上若干螺栓垫片的螺栓压力及对应的位置标签，每一个螺栓压力值对应一个位置标签；

s3：建立螺栓数据库，并将收集的若干螺栓压力和位置标签输入螺栓数据库中；

s4：训练判断螺栓状态的支持向量分类器，将螺栓数据库中的每个螺栓压力分别输入训练好的支持向量分类器中，标记出每个螺栓压力值对应的螺栓状态；螺栓状态包括松动螺栓、正常螺栓和过紧螺栓；具体包括：

s41：收集关于轨道螺栓压力的样本集d＝{(x1，y1)，(x2，y2)，···，(xn，yn)}，其中xn为螺栓压力值，n∈r，yn为螺栓状态，yn∈(松动，正常，过紧)；

s42：利用样本集d中所有螺栓状态为正常的点，计算样本集d特征空间中的螺栓状态为正常的分类线，得到若干根正常状态的分类线，分类线计算公式为：ω^*·x+b*＝y，其中ω^*、b^*为参数变量，x为螺栓状态正常时承受的螺栓压力值，y为螺栓状态；

s43：若干根分类线在特征空间中构成正常状态区域，所有螺栓状态为正常的点均落入该正常状态区域；

s44：提取正常状态区域两端边沿的分类线，构建分类函数

s45：将螺栓数据库中采集的螺栓压力值分别输入分类函数中，判断螺栓状态；

s46：若f(xn)>1，则螺栓过紧；若f(xn)<-1，则螺栓松动；否则，则螺栓状态正常；

s5：将松动螺栓和过紧螺栓标记为列车不可行区域，并通过根据对应松动螺栓和过紧螺栓的位置标签标记出列车不可行区域在前方轨道的位置，通过上位机反馈给列车员。

本方案利用压力传感器检测螺栓对螺栓垫片的压力，判断轨道的可靠度，当列车经过铁轨，螺栓明显受力压迫垫片产生形变时，可实时检测螺栓受到的拉力，监测方法中采用支持向量机分类器来进行区分诊断，训练完成后，训练样本无需保留，最终模型仅与向量的点有关。本方案大大降低了人力成本，效率高，整体小巧，维护成本低，便于后期轨道维修。

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