[發明專利]基于偏最小二乘法的地鐵雜散電流下管道腐蝕預測方法

有效

• 申請號: 202110274856.8
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN112989660B
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 林珊;農興中;袁江;陳霞;王紅燕;崖尚松;陸云;王洪杰;王哲元;黃鳳至;高杰;黃忠興;林志立;阮艷妹;張悅;徐文田;羅旭;趙美君;鄧樹;黃強;諶小莉;盧小莉;鄧婕;申俊逸
• 申請（專利權）人: 廣州地鐵設計研究院股份有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F17/18;G06F17/11;G06K9/62;G06Q50/08;G06F113/14
• 代理公司: 廣州新諾專利商標事務所有限公司 44100
• 代理人: 羅毅萍;盧頌昇

本發明公開一種基于偏最小二乘法的地鐵雜散電流下管道腐蝕預測方法，包括以下步驟：1、測試點選取、有限元仿真；2、數據預處理；3、獲取訓練樣本；4、第一主成分對選取；5、因變量、自變量對主成分的回歸；6、殘差矩陣替換；7、偏最小二乘回歸方程式的建立；8、交叉有效性驗證；9、冗余位置變量的剔除、最佳傳感器排布的選取；10、測試樣本測試。本發明通過區間內獲得的地表電位數據，結合有限元仿真獲得有效的預測管道腐蝕電流密度，根據偏最小二乘法，得到預測回歸方程，判斷出管道的腐蝕情況，在減少傳感器數量的同時，可保持預測精度在可接受范圍內，對于直觀監測管道腐蝕情況和節省成本具有重大的實際意義。

技術領域

本發明涉及地鐵軌道交通技術領域，尤其涉及一種基于偏最小二乘法的地鐵雜散電流下管道腐蝕預測方法。

背景技術

隨著社會的不斷發展，我國城市化進程也在如火如荼的進行，城市交通系統帶來的擁堵問題不容小視。以地鐵為主的城市軌道交通系統具有運量大、占地小、環保、安全密閉等特點，正逐漸緩解城市交通壓力，改善居民出行舒適度，提升城市形象，帶動全城聯動，是城市經濟快速發展的催化劑。目前我國地鐵主要采用DC750V或DC1500V的直流牽引供電系統，牽引變電所為地鐵列車運行提供牽引電流，牽引電流經過列車最后沿軌道(即走行軌)再返回牽引變電所。由于軌道不可能完全對地絕緣，不可避免會有電流從走行軌泄入大地，形成雜散電流。長期的雜散電流泄漏會對地鐵沿線的埋地金屬造成嚴重的電化學腐蝕，進而造成巨大的經濟損失，并給乘客安全出行帶來巨大隱患。因此，雜散電流預測和防治對于地鐵系統的可持續安全運行有重要的實際工程意義。

在雜散電流的干擾作用下，土壤電位以及流過埋地管線金屬的電流密度均會發生變化。在城市軌道交通線路中，通常雜散電流監測系統通過埋設在軌道附近的傳感器對軌道電位偏移值進行采集，進而間接預測埋地管道等金屬的腐蝕程度，監測系統的預測精度對現場埋設傳感器的數量和精度有非常高的要求。為了明確地表電位與管道腐蝕之間的聯系，建立了地表電位與金屬電流密度之間的偏最小二乘法回歸模型，實現了通過地表電位預測管道腐蝕預測的目標，同時還相應減少了傳感器的數量，減少了不必要的浪費。

發明內容

針對上述問題，本發明提出一種基于偏最小二乘法的地鐵雜散電流下管道腐蝕預測方法，結合有限元仿真獲得有效的預測管道腐蝕電流密度，根據偏最小二乘法，得到預測回歸方程，判斷出管道的腐蝕情況，在減少傳感器數量的同時，可保持預測精度在可接受范圍內；同時，本測量方法測量方法測量簡便，在測量過程中無需對現有系統進行改造，可保證系統在長時間檢測時的預測精度。

本發明提出一種基于偏最小二乘法的地鐵雜散電流下管道腐蝕預測方法，所述方法包括以下步驟：

S1、在地鐵運行車間內設置若干個樣本參數測量點，同時沿軌道等間距鋪設若干個傳感器，所述測量點對地表電位進行測量采集得P，所述傳感器測量采集得到管道腐蝕電流密度值Q，并結合有限元軟件建立仿真等效模型，由此構成地表電位矩陣即自變量矩陣X，以及管道腐蝕電流密度矩陣即因變量矩陣Y；

S2、根據拉依達準則對自變量矩陣X和因變量矩陣Y進行預處理，并取列車運行工況為加速和勻速階段所得的自變量矩陣和因變量矩陣作為訓練變量組X_test和Y_test；

S3、對訓練變量組X_test和Y_test進行矩陣化處理得到殘差矩陣；

S4、根據S3得到的殘差矩陣建立偏最小二乘回歸方程式；

S5、優化偏最小二乘回歸方程式；

S6、將測試樣本代入到偏最小二乘回歸方程式，得到預測后的管道腐蝕電流密度結構。

進一步改進在于，所述步驟S2中根據拉依達準則對自變量矩陣X和因變量矩陣Y進行預處理具體包括：