基于声音特征的隧道衬砌空洞识别方法研究

目前隧道衬砌空洞检测以人工敲击判断为主,检测过程中由于受到检测人员水平、注意力等主观因素影响,检测结果存在较大不确定性,因此有必要研制一种智能化的检测装置实现空洞自动识别。文章开展了衬砌空洞敲击回声智能识别算法研究,通过提取隧道衬砌冲击回波的梅尔倒谱系数(Mel Frequency Cepstral Coefficient,MFCC)作为特征,针对敲击回声脉冲信号长度不一的特点,提出了变帧长MFCC优化算法,并面向小样本条件,建立了支持向量机(Support Vector Machine,SVM)的识别模型。试验结果表明,该模型对衬砌空洞识别准确率可达89.9%。

高速铁路周界入侵监测设备性能测试方法

针对高速铁路周界入侵报警前端监测设备上线应用前要对其性能进行充分验证的需求,通过分析高速铁路运行环境,明确了路基段、桥头、隧道口等周界入侵典型应用场景和人员、落石、泥石流等主要入侵行为,提出了主要入侵行为及雨、雾、风等干扰因素的模拟方法;根据监测设备的监测范围,针对视频+振动光纤、视频+激光雷达、视频+毫米波雷达三种测试技术,分别设计误报和漏报的测试用例。基于机械设计、测试技术、电气控制等搭建了测试环境并开展应用。结果表明:降雨对毫米波雷达影响较大,大雨时毫米波雷达漏报率高于50%;降雾对激光雷达影响显著,强浓雾时激光雷达漏报率已达98%。本文提出的测试方法能够准确评价不同监测设备性能,具有科学高效的优点;设计的测试环境可定量模拟雨、雾、风等干扰因素及人员、落石、泥石流等入侵行为。

基于5G毫米波的高速动车组运行品质轨旁动态监测系统设备研制

为了更好地监测高速动车组车轮多边形磨耗,保障运行品质,针对高速动车组轮对状态地面式动态检测需求,设计开发了一种基于5G毫米波的高速动车组运行品质轨旁动态监测系统设备并给出了整体安装方案。该设备主要由不打孔剪力传感器和结构-耦合二维垫板传感器构成的力学测试平台、5G毫米波无线数据采集模块、5G毫米波基站、图像车号相机、边缘计算设备箱、太阳能供电装置等组成。在测量原理上,该设备采用全连续的“剪力+支撑力”复合测区轮轨垂向力测量方法;在感知部件结构设计上,充分考虑高速铁路主型扣件的结构特点,研制开发了结构-耦合测力传感器;在轮轨力信号拾取及传输上,设计了低功耗、小型化分布式数据采集模块,并集成5G毫米波技术,实现低时延、高可靠、大带宽数据传输。

铁路声屏障表观病害智能检测技术

针对铁路声屏障外观状态检查效率低、检测精度差的现状,为满足自动化、智能化检测需求,开展声屏障表观病害智能检测技术研究。通过调研分析声屏障检测技术现状,提出基于图像的铁路声屏障表观病害智能检测技术方案。重点对声屏障外观成像、主从协同控制、在线识别等关键技术的实现方式进行研究,同时对部分功能进行了试验验证;基于钢轨探伤车进行图像采集,检测速度80 km/h,建立声屏障病害典型样本数据集,验证了在线识别的可行性和有效性。结果表明,铁路声屏障表观病害智能检测技术可大幅提升病害检测的自动化和智能化水平。

一种两阶段的无监督裂纹图像分割方法

针对混凝土表面图像裂纹强度不均匀,噪声干扰严重,人工标注成本高等问题,提出了一个两阶段的无监督裂纹分割方法,该方法充分利用丰富的无裂纹图像,构建一个由粗到细的裂纹分割框架.首先,该方法仅使用无裂纹的背景图像块训练一个裂纹图像块检测器,过滤大部分的背景区域,以便粗略地定位裂纹;其次,提出一种多尺度融合的混合阈值图像块分割方法,对裂纹图像块进行像素级的精细分割.多尺度融合策略有利于裂纹保持连续性以及抑制噪声.在经典的数据集CFD上的实验结果表明:对比无监督裂纹分割方法,本文的两阶段分割方法取得了更好的性能,比最好的分割方法 FFA,F1-score值提高了2.38%.

货车装载安全状态监测系统的研制

货物装载尺寸是否超限,货车车门的开闭状态直接影响到货物列车的运行安全。为此铁科院铁建所研制了货车装载安全状态监测系统。系统能够测量得到车辆的轮廓尺寸,监测车门开闭状态,并能正确识别车序。系统还能将得到的信息通过网络传送到商检等货运监管中心,供多用户查询。介绍了该系统的组成、主要功能和技术特点,并与现有的其它一些技术方式作了对比。

轨道视频检查系统

介绍了轨道视频检查系统研究中的一些相关技术,并对ENSCO公司的VIS系统作了简单介绍,为我们研制自己的轨道视频检查系统提供帮助。

提速区段直线钢轨交替不均匀侧磨的成因及其影响

介绍了国内外文献中很少提及 ,但在我国快速线上部分区段存在的直线段钢轨交替不均匀侧磨及其形态特征。通过仿真分析和试验 ,发现直线钢轨交替侧磨的原因是货车蛇行失稳 ,同时线路方向不平顺对车轮横向振动起到了相位整理作用。因此 ,解决钢轨的交替不均匀侧磨问题 ,关键在于提高车辆的蛇行临界失稳速度。控制线路上的较大幅值的方向不平顺 ,也有助于抑制钢轨交替性侧磨的形成。研究还发现 ,交替侧磨形成的方向不平顺比轨距不平顺对车辆有着更大的影响 ,尤其是对于快速客车车辆的车体加速度有较大影响 ,从而会影响旅客乘坐的舒适性 。

车辆运行状态监测系统(TPDS)在轨道负荷监测中的应用

车辆运行状态监测系统(TPDS)具有检测车辆超偏载、车轮扁疤和车辆运行状态的功能。利用TPDS的检测功能,通过对每段线路上车轮垂向力的统计,可以由计算得到轨道负荷,用以指导线路维修工作。

我国干线铁路通用轨道谱的研究

在对比和分析欧美铁路的轨道谱拟合公式及我国专家学者研究成果的基础上,结合对我国主要干线铁路大量轨道不平顺检测数据的分析和计算,研究并给出能较好表征我国干线铁路轨道不平顺特征的通用轨道谱拟合公式以及通用轨道谱的表达方式。由于我国干线铁路的建设标准差异比较大,采用平均轨道谱表达方式不能很好地表征我国干线铁路的轨道质量状况,而采用分级形式的轨道谱则能够更好地表征我国众多干线铁路的轨道不平顺特征;根据我国干线铁路的行车速度,建议将我国干线铁路轨道谱划分为3个等级,即200km.h-1等级提速线路轨道谱、160 km.h-1等级提速线路轨道谱和120 km.h-1及以下普通线路轨道谱。

秦沈客运专线轨道谱评判方法的研究

基于2004年1月至2005年4月轨道不平顺检测数据,利用Welch改进周期图算法,分析了秦沈客运专线轨道不平顺的功率谱密度,得出平均意义上的最大值、建议值和最小值。参考国内外成熟的轨道谱线表达形式,结合试算结果,得到表达秦沈客运专线轨道谱的拟合曲线公式,并应用非线性最小二乘拟合优化算法,获得拟合轨道谱表达式的参数。据此,提出秦沈客运专线轨道不平顺功率谱质量的评判方法。该方法将轨道谱图划分成A、B、C、D4个区域,依次定义为优秀、良好、合格和不合格轨道谱线区域。这样,对于一条给定的轨道谱线,就可依此方法来评定其质量,如落入A区的部分谱线为优秀轨道谱,落入B区的部分谱线为良好轨道谱等。

我国干线铁路轨道平顺性评判方法的研究

基于近年大量轨道不平顺检测数据得出铁路线路的轨道不平顺功率谱密度(PSD),从定性和定量2个方面对轨道不平顺性的评判方法进行研究。基于按我国干线铁路运行速度等级建立通用PSD的思路,研究并提出我国200,160 km.h-1等级提速线路和120 km.h-1普通线路的轨道平顺性的定性评判方法,将计算得到的线路PSD的上下包络谱定义为上下限界谱,所需评价线路的PSD谱线越靠近下限界谱,则该轨道的平顺性越好,反之,则越差。由于不同线路及不同区段的轨道质量参差不齐,PSD谱线的分布范围非常大,基于轨道谱分级管理的方法,研究并给出定量评判我国干线铁路轨道平顺性的方法,通过分析计算干线铁路5级PSD谱线,将干线铁路PSD谱图从下向上依次划分为A—F共6个区域,并对应定义为优秀、良好、较好、一般、较差和极差PSD谱线区的等级。

用于铁路轨道不平顺预测的综合因子法

根据轨道结构存在的不平顺特征及其形成原因,提出基于数字统计理论、信号处理理论和轨道不平顺检测数据的综合因子法,对各类轨道不平顺的发展趋势进行预测,为铁路线路的维修提供参考依据。方法的核心思想是基于对同一地段轨道不平顺变化规律相近的认知,即轨道在线路脆弱的地方会更脆弱,在不平顺幅值较大的地方其不平顺发展也相应较大。综合考虑影响轨道不平顺发展的众多因素,如轨道系统各部件的材料影响、铁路施工以及各种运营条件、环境因素等,将这些影响因素共同作用后的整体效果反映在构建的预测模型中,给出相应的综合因子和随机量的参数矩阵,并建立轨道不平顺管理的分级概念。计算结果表明,综合因子法能够较好地预测轨道不平顺的变化。

中国干线铁路轨道谱的拟合方法

为获得能够合理表征中国干线铁路轨道不平顺特征的轨道谱,提出了一种轨道谱拟合方法。根据轨道不平顺检测数据计算实测轨道谱,对实测轨道谱进行平滑与插值预处理,采用直接剔除法、三点逐段平均法和包络平均法消除计算轨道谱波形上出现的较大凸凹波形,应用3次样条插值法提高拟合的精度,利用非线性最小二乘优化算法拟合轨道谱。拟合结果表明:所提出的拟合方法是可行的,拟合谱能够较好地反映中国干线铁路轨道的不平顺特征。

秦沈客运专线轨道谱的研究

基于2004年和2005年前4个月秦沈客运专线轨道不平顺检测数据,利用Welch改进周期图算法,进行了功率谱密度(Power Spectrum Density)分析计算,获得了秦沈客运专线轨道不平顺的功率谱密度。参考国内外成熟轨道谱线,提出了轨道不平顺功率谱的拟合谱,采用最小二乘拟合优化算法,求得拟合谱表达式的参数。

高速铁路动车组运行状态地面监测系统的研制

研制了一种高速铁路动车组运行状态监测系统。该监测系统包括安装于轨道上的测试单元、数据采集单元及评判分析软件等。其工作原理是应用轨道上的测试单元连续测得动车组通过时的轮轨力,根据轮轨力分析动车组的运行状态及车轮伤损状况。本文介绍该监测系统的技术方案及关键部件的设计与开发。该监测系统在兰新二线大风专项试验中得以应用及验证,并为兰新二线动车组在大风条件下的运行状态提供了重要的试验数据。

移动式线路动态加载试验车轨道刚度检测技术

移动式线路动态加载试验车是铁路线路工程领域的新型试验平台,利用加载车可以开展轨道刚度的连续检测。本文从加载力、轨道变形测试两个关键因素出发分析了加载车轨道刚度检测的可靠性,结合现场测试数据,介绍了轨道刚度测试的重复性和刚度薄弱区段的测试效果。

移动式线路动态加载试验车加载机构设计

加载机构作为移动式线路动态加载试验车(以下简称加载车)的核心部分,由反力架、移动加载架、测力轮对、定点加载架、夹持装置等组成,是加载车设计的重点和难点之一。参考仿真计算的结果,结合机械设计、液压控制等原理,对加载过程进行系统分析,最终提出了加载机构的详细设计方案,保证了加载系统结构的合理性及可靠性。

无碴轨道谱的初步分析

无碴轨道在我国将获得广泛的应用,其轨道谱的研究还没有引起重视。基于最大熵谱分析方法,计算了秦沈客运专线上沙河、狗河和双河特大桥之无碴轨道的不平顺检测数据,获得了初步的无碴轨道的轨道谱,并建立了相应的反演模型,采用非线性最小二乘优化算法获得了模型参数。分析结果认为,长枕埋入式无碴轨道的平顺性好于板式无碴轨道,无碴轨道的平顺性远远好于有碴轨道。

基于图像处理的铁路轨道板裂缝检测研究

铁路轨道板表面裂缝的存在会直接影响轨道板使用寿命和状态,因此轨道板表面质量的自动检测至关重要。本文提出一种非接触式基于图像处理的轨道板表面质量检测方法,该方法首先通过预处理增强原始图像中的裂缝信息,然后针对预处理后裂缝图像的特点,经过二值化、裂缝合并、噪声剔除等步骤,准确定位裂缝所在的位置。经试验验证,本文提出的方法能有效检测出铁路轨道板图像中的裂缝。