[發明專利]鐵路道岔故障的智能檢測方法

在審

• 申請號: 201910857428.0
• 申請日: 2019-09-11
• 公開（公告）號: CN110596490A
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發明（設計）人: 可婷;呂慧;張立東;劉寅立;李敏
• 申請（專利權）人: 天津科技大學
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00;G06N20/10
• 代理公司: 12223 天津耀達律師事務所
• 代理人: 侯力

一種鐵路道岔的智能檢測方法。傳統的道岔故障檢測方式不僅會耗費大量人力、物力、財力，而且檢測結果完全依賴于個人工作經驗。隨著人工智能的飛速發展，研究鐵路道岔的智能診斷器是亟待解決的問題。本發明方法包括：獲取鐵路道岔動作電流離散值；對所獲離散值進行規范化處理及特征選擇；構設訓練集和驗證集；根據得到的訓練集，學習分類器；確定最終的分類器。本發明設計了更符合要求的道岔故障識別性能評價標準，通過matlab軟件對廣州鐘村站W1902#和W1904#型號的道岔動作電流數據進行仿真實驗。實驗結果顯示智能檢測系統不僅具有非常高的識別性能和泛化能力，而且識別時間為0.04s,滿足鐵路實時性要求。

技術領域

本發明涉及鐵路道岔故障的智能識別系統，具體涉及通過微機監測系統采集道岔動作電流數據的特征選擇與提取方法、識別器的學習模型構建、模型算法的設計、識別性能評價標準的設計、識別器的收益效果。

背景技術

作為一種重要的鐵路信號基礎設備，道岔的運行情況與列車的安全運行和運輸效率密不可分。一旦道岔運行發生故障沒有及時檢修，會帶來非常大的安全隱患，對人們的生命和財產安全造成巨大損失。因此，實時監控其運行狀態，并及時處理故障是鐵路安全運行的關鍵問題之一。

目前，我國大部分地區鐵路道岔故障的傳統檢測方法是利用微機監測系統采集道岔轉轍機動作時的電流值，圖1給出了隨著時間變化，道岔轉轍機動作時產生的電流變化趨勢圖。該圖可分為切斷表示電流、解鎖、轉換、鎖閉、接通表示電流五個階段。具體地，正常道岔電流曲線有如下的變化趨勢：在剛啟動時會需要較大的功率，使得功率曲線急劇上升；隨后設備平穩運行，其輸出功率又急劇下降并趨于平穩；隨著道岔鎖閉的完成，功率曲線會出現一定小幅度的下降，但并不會降到0；當道岔位置給出，相應電路被斷開，其功率也隨之降為0。

道岔傳統的故障檢測方式主要是現場工作人員將微機監測系統監測出的道岔動作電流曲線與總結得到的電流曲線進行人為比對，最終確定道岔的工作狀態。然而，這種人工識別方式存在三個方面的缺陷：(1).對維護人員的工作經驗依賴度較高，容易出現誤判或漏判等情況，特別是當道岔故障被誤判為正常狀態時，會導致未及時采取維護措施，造成無法挽回的損失。(2).在中國高速鐵路和客運專線飛速發展的今天，這種單純靠人工經驗判斷錯綜復雜的道岔設備的運行狀態需要耗費大量的人力、物力和財力。(3).人工判斷效率極其低下，已經完全不能滿足經濟發展的要求和人民出行的需求。因此，在當今人工智能和中國鐵路事業飛速發展的大背景下，研究一種具備學習能力的道岔故障智能識別方法是亟待解決的問題之一。

當前道岔故障的智能診斷方法面臨的兩大技術問題在于：(1).由于道岔工作機理復雜，在動作過程產生的電流值變化較大，當前提取特征的方法有效信息量不夠、信息不準確，導致后續識別準確性不高；(2).故障道岔是否準確及全的識別，才是我們研究的核心問題。當前，識別方法及對方法的評價標準的出發點存在偏差，導致即使識別率達到99％，也可能只是將100條道岔數據(包含99條正常道岔，1條故障道岔)全部識別為正常道岔。這對解決該問題沒有任何意義。因此，如何解決以上兩個關鍵技術問題實現真正意義上的道岔故障智能診斷是極具挑戰的難題。

發明內容

本發明目的是解決現有技術存在的以上缺陷，提供一種鐵路道岔故障的智能檢測方法，真正實現道岔故障的高效、全面、精準的智能診斷，提高鐵路運輸系統安全和效率。本發明從道岔數據的缺失值補齊、特征提取、道岔智能識別問題的轉化，道岔的智能識別技術，識別性能指標的設計方面進行研究，提供一種基于不均衡問題的鐵路道岔故障智能診斷技術。

本發明的技術方案

一種鐵路道岔故障的智能檢測方法，具體如下：

步驟1、從鐵路部門的微機監測系統中采集道岔動作電流離散值；

步驟1.1將道岔動作的電流離散值及動作時間記錄在數據庫中；

步驟1.2以時間為坐標系的橫軸，離散電流值為縱軸，畫出隨時間變化時，道岔電流值得變化曲線；