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原文传递搭载式轨道健康状态动态监测与智慧分析系统及方法

专利名称：	搭载式轨道健康状态动态监测与智慧分析系统及方法
摘要：	一种轨道健康状态动态监测和分析方法，把信号采集硬件安装在运营列车的转向架上；在列车运行过程中，信号采集硬件对轨道健康状态信息进行即时采集；采集得到的轨道健康状态数据由数据分析软件进行分析；数据分析软件是载于安装在运营车辆车体内的计算机，或是载于云端服务器。一种搭载式轨道健康状态动态监测与智慧分析系统，该系统通过模块化方式将惯导系统组件、超声探伤组件、激光位移传感器、激光廓形传感器和线阵相机等装置进行一体化集成，并搭载于运营列车上，在运营时间内高频率动态采集包括轨道动态几何形位、车体加速度、钢轨伤损、轨枕及扣件缺损等多种轨道健康状态参数，实现运检合一，精确化、精细化地指导轨道养护维修。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	北京城建设计发展集团股份有限公司
发明人：	魏运;杨秀仁;白文飞;陈明钿;高国飞;郑宣传;李明华;仝淑贞;郭泽阔
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-28T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-21T00:00:00+0800
申请号：	CN201910082700.2
公开号：	CN109910947A
代理机构：	北京科亿知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	汤东凤
分类号：	B61K9/08(2006.01);B;B61;B61K;B61K9
申请人地址：	100034 北京市西城区阜成门北大街五号
主权项：	1.一种轨道健康状态动态监测和分析方法，其特征在于，把信号采集硬件安装在运营列车的转向架上；在列车运行过程中，信号采集硬件对轨道健康状态信息进行即时采集；采集得到的轨道健康状态数据由数据分析软件进行分析；数据分析软件是载于安装在运营车辆车体内的计算机，或是载于云端服务器。 2.一种实现权利要求1所述方法的搭载式轨道健康状态动态监测与智慧分析系统，其特征在于，该系统包括信号采集模块、伺服对中模块、里程同步模块、机械悬挂模块和数据分析模块；所述机械悬挂模块安装于运营列车转向架构架，机械悬挂模块用于集成安装所述信号采集模块、伺服对中模块和里程同步模块；机械悬挂模块包括用于与运营列车转向架架构连接的检测梁梁臂，以及用于安装各个模块的检测梁梁体；梁体通过梁臂固定连接与运营列车转向架构架；所述信号采集模块包括惯导系统组件，以及成对的超声探伤组件、激光位移传感器、激光廓形传感器和线阵相机；惯导系统组件固定连接于检测梁梁体；成对的激光廓形传感器和线阵相机分布在检测梁梁体的左右两端，且激光廓形传感器的传感头和线阵相机的镜头位置与两轨道的位置对应；信号采集模块与数据分析模块电连接，用于采集轨道健康状态的原始监测信号数据，并将原始监测信号数据传输至数据分析模块；所述伺服对中模块可移动地安装于机械悬挂模块；成对的超声探伤组件和激光位移传感器固定连接于伺服对中模块的左右两端，超声探伤组件和激光位移传感器随伺服对中模块相对于机械悬挂模块左右移动；伺服对中模块的移动受控于数据分析模块；伺服对中模块用于超声探伤组件和激光位移传感器的实时对中，实现超声探伤组件发出的超声波和激光位移传感器发出的激光射向钢轨踏面中心；所述里程同步模块安装于所述机械悬挂模块，里程同步模块与所述数据分析模块电连接，里程同步模块包括光电编码器，光电编码器采用脉冲计数的方式计算获取列车运行速度和里程信息，并将这些信息传输至数据分析模块；所述数据分析模块先读取、计算和存储信号采集模块传送的轨道健康状态的原始监测信号数据与里程同步模块传送的列车速度、里程信息；再根据传送的原始监测信号数据和列车速度、里程信息对轨道健康状态参数进行计算和里程校准，对轨道健康状态进行评定，诊断轨道病害；所述信号采集模块中：惯导系统组件获取所述列车运行姿态数据，惯导系统组件包括光纤陀螺仪和加速度计；光纤陀螺仪获取列车的航向角、俯仰角、滚动角和角速度；加速度计获取列车的加速度；所述超声探伤组件用于发射超声波到钢轨内，以及接收钢轨反射的超声波，并转换为电信号，获取所述超声探伤波形数据；所述激光位移传感器发射点激光照射至钢轨踏面中心，并接收反射光，获取钢轨踏面至激光位移传感器距离数据；所述激光廓形传感器发射线激光照射至钢轨廓形，并接收反射光，获取钢轨廓形坐标数据；所述线阵相机在列车行进过程中拍摄轨道图像，获取所述轨道图像数据。 3.根据权利要求2所述的系统，其特征是所述伺服对中模块包括伺服电机和传动杆；伺服电机的控制输入端与数据分析模块电连接；伺服电机的输出轴与传动杆相连，超声探伤组件和激光位移传感器连接于传动杆；伺服电机根据数据分析模块传输的纠偏指令来驱动传动杆进行位置调节，进而带动超声探伤组件和激光位移传感器位移，实现所述超声探伤组件和激光位移传感器的实时自动对中。 4.根据权利要求2所述的系统，其特征是所述轨道健康状态原始监测信号数据包括列车运行姿态数据、超声探伤波形数据、钢轨踏面至激光位移传感器距离数据、钢轨断面廓形坐标数据以及轨道图像数据；所述列车运行姿态数据包括列车的航向角、俯仰角、滚动角、角速度及加速度；所述轨道健康状态参数包括轨道动态几何形位参数、车体加速度参数、钢轨伤损参数、轨枕及扣件缺损参数；其中：轨道动态几何形位参数包括轨距、轨向、高低、水平和三角坑；车体加速度参数包括水平加速度和垂直加速度；钢轨伤损参数包括轨头裂纹、核伤和螺孔裂纹这些钢轨内部伤损参数，垂直磨耗、侧面磨耗、波浪磨耗这些钢轨磨耗伤损参数，以及轨面擦伤和剥离掉块等这些钢轨踏面伤损参数；轨枕及扣件缺损参数包括轨枕缺失、轨枕掉块、扣件缺失和扣件断裂。 5.根据权利要求2所述的系统，其特征是所述数据分析模块，包括计算机设备和计算机设备中安装的轨道健康状态智慧分析软件；数据分析模块：根据所述列车运行姿态数据和钢轨廓形坐标数据计算分析轨道动态几何形位参数以及所述车体加速度参数，并根据预先设定的超限标准数据评定轨道动态几何形位状态以及车体加速度状态，诊断轨道动态几何形位超限病害以及车体加速度超限病害；根据超声探伤波形数据计算分析钢轨内部伤损参数，并根据预先设定的伤损等级标准数据评定钢轨内部伤损状态，诊断钢轨内部伤损病害；根据钢轨踏面至激光位移传感器距离数据计算提取分析钢轨波浪磨耗参数，并根据预先设定的伤损等级标准数据评定钢轨波浪磨耗状态，诊断钢轨波浪磨耗病害；根据钢轨廓形)坐标数据计算分析所述钢轨侧面磨耗参数和垂直磨耗参数，并根据预先设定的伤损等级标准数据评定钢轨侧面磨耗状态和垂直磨耗状态，诊断钢轨侧面磨耗病害和垂直磨耗病害；根据轨道图像数据计算分析所述钢轨踏面伤损参数和轨枕及扣件缺损参数，并根据预先设定的伤损等级标准数据评定钢轨踏面伤损状态和轨枕及扣件缺损状态，诊断钢轨踏面伤损病害和轨枕及扣件缺损病害；根据列车运行速度和里程信息，对所述轨道健康状态参数进行里程校准，实现轨道健康状态参数在里程上的统一；根据所述轨道动态几何形位参数中的轨距结果，计算超声探伤组件和激光位移传感器与钢轨中心线的偏差，并处理得到伺服电机的动作控制参数(即纠偏指令)，把动作控制参数传输至伺服电机。
所属类别：	发明专利