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地铁轨道扣件失效与异物入侵状态识别研究
| 论文题名： | 地铁轨道扣件失效与异物入侵状态识别研究 |
| 关键词： | 地铁轨道;扣件失效;异物入侵;状态识别;弱光栅分布式振动传感;支持向量机 |
| 摘要： | 地铁轨道结构状态的监测识别和非正常状态的预警对于地铁的安全运营意义重大。其中扣件失效情况的出现会使得车轨动力响应大大增强，影响车轨正常使用，缩短其服役时间，严重时会导致列车脱轨等安全事故；轨道范围内异物入侵未及时发现则有可能直接造成列车碰撞、脱轨等事故。而现在缺乏能够全时全域对地铁轨道结构状态进行监测的手段。本文针对以上两种地铁轨道结构的异常状态，在理论研究的基础上进行了现场实验，应用弱光栅分布式振动传感技术采集钢轨振动信号，并利用支持向量机最终实现了异常事件的识别分类。为应用弱光栅分布式振动传感技术实现地铁全时全域监测系统做出了尝试并提供一定的技术支撑，为地铁轨道的预防性养护和安全管控提供依据。 本文的主要研究工作如下： （1）从光纤光栅技术与分布式振动传感技术融合的角度分析了弱光栅分布式振动传感技术的原理。弱光栅分布式振动传感通过在传感光纤上周期性地刻制超低反射率的光栅，将相邻光栅点作为反射干涉源，利用光栅定向反射的信号进行干涉。从原理角度分析得到弱光栅分布式振动传感在振动传感中动态范围大、监测空间分辨率高以及信噪比高的优势。 （2）对弱光栅分布式振动传感系统进行实验室测试。利用压电陶瓷相位调制器对于弱光栅分布式振动传感进行了包括频率和相位的响应测试，测试该系统对于不同频率、不同强度振动的响应特性，验证了该系统可以实现不同频率、不同幅度的振动信息的采集。 （3）进行实际轨道的弱光栅分布式振动传感振动监测。通过实验对比确定振动传感光缆的布置方式；并设计多种工况，使用锤击法施加脉冲激励采集大量钢轨在外加激励下产生的振动信号。 （4）对所采集数据进行初步处理以供后续分类识别，包括降噪和特征提取。对比谱减法、滑动平均法及多种小波函数降噪法，采用降噪后的信噪比和均方根误差评价各种方法的降噪效果，选择效果最优方法进行降噪；分别提取信号的时域和时频域特征，时域特征包括峰值、均值、均方根等，应用变分模态分解的方法获取模态分量的能量熵作为信号的时频域特征。 （5）采用支持向量机对经过降噪与特征提取的信号进行分类识别。选择决策树法进行多分类问题的解决，应用麻雀搜索算法寻找最优参数构建了共分四级的分类模型，利用前一章节中所提取的振动特征作为特征向量输入进行了分类识别，得到了较高的正确率。 |
| 作者： | 刘若晨 |
| 专业： | 土木水利 |
| 导师： | 刘胜春 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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