[發(fā)明專利]一種基于φ-OTDR的高鐵軌道健康在線監(jiān)控方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911409410.0
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111497902A
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張旭蘋;王蘇;李密
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號: B61L23/04
• 分類號: B61L23/04;G01N29/04;G01N29/46;G01N29/44;E01B35/00;E01B35/12
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

1.一種基于φ-OTDR的高鐵軌道健康在線監(jiān)控方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、利用鐵路沿線鋪設(shè)的既有通信光纖進(jìn)行傳感，捕獲鐵路沿線各處在列車經(jīng)過后的振動信息沿時(shí)間和空間的二維分布情況；將所測量得到的光纖振動曲線數(shù)據(jù)按時(shí)間軸組織為一灰度表示強(qiáng)度的瀑布圖，該瀑布圖的橫坐標(biāo)為光纖長度信息、縱坐標(biāo)為時(shí)間長度信息；

步驟二、對有列車駛過的時(shí)間段所對應(yīng)的瀑布圖進(jìn)行濾波，采用基于動態(tài)規(guī)劃的邊緣提取算法提取列車駛過被測鋼軌的軌跡圖，軌跡圖內(nèi)包含輪軌振動關(guān)系數(shù)據(jù)；在軌跡圖中劃分出軌跡前后兩個(gè)范圍，這兩個(gè)范圍內(nèi)包含鋼軌振動數(shù)據(jù)；

步驟三、對輪軌振動關(guān)系數(shù)據(jù)和鋼軌振動數(shù)據(jù)分別進(jìn)行時(shí)頻分析處理，提取出輪軌振動特征頻譜和鋼軌諧振特征頻譜，將輪軌振動特征頻譜和鋼軌諧振特征頻譜再分別經(jīng)過特征頻譜提取算法，得到輪軌振動特征頻率和鋼軌諧振特征頻率；

步驟四、對無列車駛過的時(shí)間段所對應(yīng)的瀑布圖進(jìn)行時(shí)域分析處理，提取背景噪聲的特征頻譜，將背景噪聲的特征頻譜再經(jīng)過特征頻譜提取算法，得到背景噪聲的特征頻率；

步驟五、在鐵軌和車輪的表面均無損傷的情況下，重復(fù)步驟一至步驟四，建立輪軌關(guān)系數(shù)據(jù)庫和背景噪聲數(shù)據(jù)庫；將輪軌振動特征頻率和鋼軌諧振特征頻率與對應(yīng)的列車型號和鋼軌路段信息存儲在輪軌關(guān)系數(shù)據(jù)庫中；將背景噪聲的特征頻率與鋼軌路段信息存儲在背景噪聲數(shù)據(jù)庫；

步驟六、將步驟三中得到的輪軌振動特征頻率和鋼軌諧振特征頻率與步驟五建立的輪軌關(guān)系數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較；具體如下：

601、當(dāng)輪軌振動特征頻率與輪軌關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的輪軌振動特征頻率的差異在預(yù)設(shè)允許范圍內(nèi)，且鋼軌諧振特征頻率與輪軌關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的鋼軌諧振特征頻率的差距也在預(yù)設(shè)允許范圍內(nèi)；則將該組數(shù)據(jù)標(biāo)記為觀察狀態(tài)存入輪軌關(guān)系數(shù)據(jù)庫；

602、當(dāng)輪軌振動特征頻率與輪軌關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的輪軌振動特征頻率的差異不在預(yù)設(shè)允許范圍內(nèi)，或者鋼軌諧振特征頻率與輪軌關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的鋼軌諧振特征頻率的差距不在預(yù)設(shè)允許范圍內(nèi)時(shí)，若整條鐵路的輪軌振動特征頻率均變化，則是列車輪子出現(xiàn)問題，否則，則是鋼軌出現(xiàn)問題，將該組數(shù)據(jù)標(biāo)記為報(bào)警狀態(tài)存入輪軌關(guān)系數(shù)據(jù)庫，并將列車輪子出現(xiàn)問題的信息、鋼軌出現(xiàn)問題的信息傳輸給監(jiān)測人員；

步驟七、將步驟四中得到的背景噪聲的特征頻率與背景噪聲數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，對背景噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，分析鋼軌隨外部環(huán)境的變化情況，從而得到其老化規(guī)律和預(yù)測壽命信息。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于φ-OTDR的高鐵軌道健康在線監(jiān)控方法，其特征在于，所述步驟二中的濾波方法為小波分解去噪。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于φ-OTDR的高鐵軌道健康在線監(jiān)控方法，其特征在于，時(shí)頻分析處理的方法為短時(shí)傅里葉變換或小波分析。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于φ-OTDR的高鐵軌道健康在線監(jiān)控方法，其特征在于，特征頻譜提取算法為基于最小二乘法的多項(xiàng)式擬合方法。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于φ-OTDR的高鐵軌道健康在線監(jiān)控方法，其特征在于，采用φ-OTDR對高鐵軌道沿線鋪設(shè)的既有通信光纖進(jìn)行傳感。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于φ-OTDR的高鐵軌道健康在線監(jiān)控方法，其特征在于，分析步驟二中得到的軌跡在空間軸和時(shí)間軸的位置，實(shí)現(xiàn)對列車的定位，測量出速度和加速度。