專利名稱：基于運營車輛的軌道檢測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新 型屬于軌道動態(tài)檢測技術領域，尤其涉及基于運營車輛的軌道檢測系統(tǒng)。
背景技術：
軌道不平順，指軌道的空間幾何形位及尺寸對其理想狀態(tài)、標準位置產(chǎn)生了偏差。軌道不平順對機車車輛系統(tǒng)是一種外部激擾，是產(chǎn)生機車車輛系統(tǒng)震動的主要根源。其不僅影響列車的平穩(wěn)運行，而且該變形積累到一定限度時，將大大削弱線路的強度和結(jié)構穩(wěn)定性并對鐵路安全運輸有嚴重的影響。目前，城市軌道交通軌道檢測主要通過人工檢測及軌檢車檢測來完成。人工檢測是通過弦線、軌道檢查儀等對軌道幾何形位進行的檢測，因此工務人員的勞動強度極大，且效率極低；軌檢車大多使用一些光學元件、位移傳感器、伺服系統(tǒng)等組成軌道幾何形位檢測系統(tǒng)，自動化程度相對較高，但由于其系統(tǒng)的復雜性，使得其易受外界環(huán)境干擾且易失效，從而使得其維修量大(需要定期做維修與元件的校準)，同時軌檢車的檢測周期也較長，不能夠較為實時地發(fā)現(xiàn)一些嚴重的軌道不平順。因此在城市軌道交通的高速發(fā)展的現(xiàn)狀下，傳統(tǒng)的人工檢測及軌道檢測車按固定的周期檢測線路的措施已遠遠無法滿足未來對軌道安全狀態(tài)檢測的要求。

實用新型內(nèi)容本實用新型針對上述缺陷公開了基于運營車輛的軌道檢測系統(tǒng)，它的結(jié)構如下第I-第η數(shù)據(jù)采集裝置分別安裝在第I-第η車廂上，第I-第η數(shù)據(jù)處理裝置分別安裝在第I-第η車廂上，車地通訊裝置安裝在任一車廂上；第I-第η數(shù)據(jù)采集裝置分別通過以太網(wǎng)連接第I-第η數(shù)據(jù)處理裝置，第I-第η數(shù)據(jù)處理裝置分別通過以太網(wǎng)連接車地通訊裝置，車載安全監(jiān)控顯示裝置通過以太網(wǎng)連接車地通訊裝置。所述I-η個結(jié)構相同的數(shù)據(jù)采集裝置的結(jié)構如下信號調(diào)理電路的一端分別連接第I轉(zhuǎn)向架橫向加速度傳感器、第2轉(zhuǎn)向架橫向加速度傳感器、第I轉(zhuǎn)向架垂向加速度傳感器、第2轉(zhuǎn)向架垂向加速度傳感器、第I車體三軸加速度傳感器、第2車體三軸加速度傳感器、第3車體三軸加速度傳感器和第4車體三軸加速度傳感器，另一端連接數(shù)據(jù)處理裝置的A/D轉(zhuǎn)換器；第I轉(zhuǎn)向架橫向加速度傳感器和第2轉(zhuǎn)向架橫向加速度傳感器均安裝在對應車廂的后轉(zhuǎn)向架構架的軸箱上部位置，第I轉(zhuǎn)向架垂向加速度傳感器和第2轉(zhuǎn)向架垂向加速度傳感器均安裝在對應車廂的前轉(zhuǎn)向架構架的軸箱上部位置，第I車體三軸加速度傳感器、第2車體三軸加速度傳感器、第3車體三軸加速度傳感器和第4車體三軸加速度傳感器布設在對應車廂底部的四個角位置。所述I-η個結(jié)構相同的數(shù)據(jù)處理裝置的結(jié)構如下CPU分別連接A/D轉(zhuǎn)換器和信號處理運算器，數(shù)據(jù)存儲裝置分別連接A/D轉(zhuǎn)換器和信號處理運算器，信號處理運算器和數(shù)據(jù)存儲裝置均連接車地通訊裝置。[0007]所述車載安全監(jiān)控顯示裝置為安裝在司機室的一臺顯示屏。本實用新型的有益效果為本實用新型為在途檢測系統(tǒng)，檢測實時性更強；結(jié)構簡單(檢測單元只由加速度傳感器構成)，不易受外界因素干擾，裝置可靠性高；本實用新型不僅能夠檢測出軌道高低不平順與水平不平順等相關信息，還能有效地分離出中、長波軌道不平順，為尋找軌道不平順產(chǎn)生原因提供信息來源；通過對檢測數(shù)據(jù)的存儲及歷史數(shù)據(jù)的對比分析，可以了解軌道狀態(tài)的變化趨勢，以實現(xiàn)軌道狀態(tài)的趨勢預警功能。
圖I是本實用新型的基于運營車輛的軌道檢測系統(tǒng)示意圖；圖2是數(shù)據(jù)采集裝置的結(jié)構圖；圖3是轉(zhuǎn)向架單軸加速度傳感器布設圖；圖4是車體三軸加速度傳感器布設圖；圖5是數(shù)據(jù)處理裝置的結(jié)構圖；圖6是本實用新型的系統(tǒng)時序圖；圖7是本實用新型的以太網(wǎng)傳輸活動圖；圖8是本實用新型的數(shù)據(jù)處理裝置的工作流程示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的說明。本實用新型的目的在于提供一種結(jié)構簡單、檢測精度較高、檢測實時性強的基于運營車輛的軌道檢測系統(tǒng)。它能夠有效地檢測并分離出中、長波軌道不平順，檢測到軌道高低不平順與水平不平順等，并實現(xiàn)對軌道狀態(tài)的實時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)軌道不良處所。如圖I所示，本實用新型的結(jié)構如下 第I-第η數(shù)據(jù)采集裝置分別安裝在第I-第η車廂上，第I-第η數(shù)據(jù)處理裝置分別安裝在第I-第η車廂上，車地通訊裝置安裝在任一車廂上；第I-第η數(shù)據(jù)采集裝置分別通過以太網(wǎng)9連接第I-第η數(shù)據(jù)處理裝置，第1_第η數(shù)據(jù)處理裝置分別通過以太網(wǎng)9連接車地通訊裝置，車載安全監(jiān)控顯示裝置(安裝在司機室的一臺顯示屏)通過以太網(wǎng)9連接車地通訊裝置。如圖2所示，I-η個結(jié)構相同的數(shù)據(jù)采集裝置的結(jié)構如下信號調(diào)理電路的一端分別連接第I轉(zhuǎn)向架橫向加速度傳感器5、第2轉(zhuǎn)向架橫向加速度傳感器6、第I轉(zhuǎn)向架垂向加速度傳感器7、第2轉(zhuǎn)向架垂向加速度傳感器8和第I車體三軸加速度傳感器I、第2車體三軸加速度傳感器2、第3車體三軸加速度傳感器3和第4車體三軸加速度傳感器4，另一端連接對應的數(shù)據(jù)處理裝置的A/D轉(zhuǎn)換器；如圖3所不,第I轉(zhuǎn)向架橫向加速度傳感器5和第2轉(zhuǎn)向架橫向加速度傳感器6均安裝在對應車廂的后轉(zhuǎn)向架構架的軸箱上部位置，第I轉(zhuǎn)向架垂向加速度傳感器7和第2轉(zhuǎn)向架垂向加速度傳感器8均安裝在對應車廂的前轉(zhuǎn)向架構架的軸箱上部位置，轉(zhuǎn)向架橫向加速度傳感器和轉(zhuǎn)向架垂向加速度傳感器統(tǒng)稱為轉(zhuǎn)向架單軸加速度傳感器，如圖4所示，第I車體三軸加速度傳感器I、第2車體三軸加速度傳感器2、第3車體三軸加速度傳感器3和第4車體三軸加速度傳感器4布設在對應車廂底部的四個角位置。如圖5所示，I-η個結(jié)構相同的數(shù)據(jù)處理裝置的結(jié)構如下CPU分別連接A/D轉(zhuǎn)換器和信號處理運算器，數(shù)據(jù)存儲裝置分別連接A/D轉(zhuǎn)換器和信號處理運算器，信號處理運算器和數(shù)據(jù)存儲裝置均連接車地通訊裝置。如圖6所示，本實用新型先由數(shù)據(jù)采集裝置采集電壓數(shù)據(jù)，采集到的電壓數(shù)據(jù)以曲線的形式動態(tài)顯示出來，同時數(shù)據(jù)被存儲在預定的位置。數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)量(10000個數(shù)據(jù)點)打包，經(jīng)過以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理系統(tǒng)。在數(shù)據(jù)處理裝置中，把這些電壓數(shù)據(jù)還原成加速度數(shù)據(jù)，再對加速度數(shù)據(jù)進行濾波處理，并繪制出加速度曲線。對經(jīng)過濾波的加速度數(shù)據(jù)進行短時快速傅立葉變換(STFT)以及小波變換(DWT)，并顯示頻域圖像。本實用新型的具體工作過程如下第I車體三軸加速度傳感器I、第2車體三軸加速度傳感器2、第3車體三軸加速度傳感器3、第4車體三軸加速度傳感器4 (四者的型號為DYTRAN3363A2)、第I轉(zhuǎn)向架橫向加速度傳感器5、第2轉(zhuǎn)向架橫向加速度傳感器6 (兩者的型號為DYTRAN3055B)、第I轉(zhuǎn)向架垂向加速度傳感器7和第2轉(zhuǎn)向架垂向加速度傳感器8 (兩者的型號為DYTRAN3035BG)根據(jù)車體運動中的6自由度振型側(cè)滾、點頭、搖頭、垂向、橫向、縱向運動來采集電信號，從而來判別車體運動的平穩(wěn)性與安全性，另外，它們能夠排除由車輛自身故障等原因而產(chǎn)生的突變加速度信號，確保了檢測的冗余性；同時，轉(zhuǎn)向架橫向加速度傳感器和轉(zhuǎn)向架垂向加速度傳感器還能夠測試懸掛裝置對車體運動的激勵影響；信號調(diào)理電路對電信號進行低通濾波和電壓轉(zhuǎn)化，并將處理后的電信號通過以太網(wǎng)輸出至A/D轉(zhuǎn)換器中(本實用新型采用以太網(wǎng)協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸)。如圖5所示，A/D轉(zhuǎn)換器接收由數(shù)據(jù)采集裝置傳來的數(shù)據(jù)并進行A/D轉(zhuǎn)換(由CPU控制其工作)，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存儲至數(shù)據(jù)存儲裝置中，信號處理運算器從數(shù)據(jù)存儲裝置中讀取數(shù)據(jù)并進行信號處理(其工作也由CPU控制)，將處理所得結(jié)果一方面存儲至數(shù)據(jù)存儲裝置中，一方面通過以太網(wǎng)傳輸至車地通訊裝置(即車載天線)如圖8所示，數(shù)據(jù)處理的流程為進行A/D轉(zhuǎn)換，將采集得的電信號根據(jù)傳感器標定轉(zhuǎn)化為加速度信號(模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)量)，也就是把電壓數(shù)據(jù)還原成加速度數(shù)據(jù)，并存儲數(shù)據(jù)。對存儲的加速度數(shù)據(jù)進行濾波處理，繪制加速度/位移曲線圖，對所得加速度/位移曲線進行短時快速傅立葉變換(STFT)和離散小波變換(DWT)等時頻分析與處理，轉(zhuǎn)換成時頻圖像，繪制相應頻譜圖，同時存儲時頻數(shù)據(jù)，以上過程中，CPU同時控制A/D轉(zhuǎn)換器和信號處理運算器工作。時頻數(shù)據(jù)再通過以太網(wǎng)發(fā)送到車地通訊裝置。再通過車地通訊裝置將軌道狀態(tài)數(shù)據(jù)高速發(fā)送至地面工作人員。通過以上過程，本實用新型實現(xiàn)了對軌道高低不平順與水平不平順等相關項目的檢測，并有效地分離出中、長波軌道不平順信息，并能通過分析歷史數(shù)據(jù)，對軌道的安全狀態(tài)進行評價與預警。本實用新型中，數(shù)據(jù)采集裝置的功能主要包括I)通過動態(tài)鏈接技術與數(shù)據(jù)采集卡連接；2)實現(xiàn)電壓數(shù)據(jù)及曲線的實時顯示；3)控制數(shù)據(jù)采集，可手動開始、停止。信號處理運算器主要實現(xiàn)的功能主要有對采集信號的濾波與放大，并對檢測數(shù)據(jù)進行短時傅立葉變換(STFT)與小波變換(DWT)等信號時頻分析處理，從而實時提取軌道線路的健康狀況特征參數(shù)，并對中、長波軌道不平順進行分離。同時依據(jù)實時獲取的軌道安全特征參數(shù)動態(tài)評價軌道線路的各項安全性指標。并與歷史數(shù)據(jù)進行對比分析，了解軌道狀態(tài)的變化趨勢。車載安全監(jiān)控顯示裝置的作用為將各采集的信號用不同標識在司機室人機界面、上實時繪制出來，從而達到實時監(jiān)測和預警的作用。同時，本實用新型采用以太網(wǎng)協(xié)議實現(xiàn)文件傳輸，如圖7所示，以太網(wǎng)傳輸文件的流程如下文件接收端先輸入發(fā)送端的IP和端口，若輸入正確，則建立連接；否則，提示出錯。建立連接后，發(fā)送端查找要發(fā)送的文件，添加到發(fā)送列表中，開始發(fā)送。文件接收端接收發(fā)送過來的文件，同時可以選擇取消接收；文 件發(fā)送端發(fā)送文件，同時可以選擇取消發(fā)送。
權利要求1.基于運營車輛的軌道檢測系統(tǒng)，其特征在于，它的結(jié)構如下 第I-第η數(shù)據(jù)采集裝置分別安裝在第I-第η車廂上，第I-第η數(shù)據(jù)處理裝置分別安裝在第I-第η車廂上，車地通訊裝置安裝在任一車廂上；第I-第η數(shù)據(jù)采集裝置分別通過以太網(wǎng)(9)連接第I-第η數(shù)據(jù)處理裝置，第I-第η數(shù)據(jù)處理裝置分別通過以太網(wǎng)(9)連接車地通訊裝置，車載安全監(jiān)控顯示裝置通過以太網(wǎng)(9)連接車地通訊裝置。
2.根據(jù)權利要求I所述的基于運營車輛的軌道檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述I-η個結(jié)構相同的數(shù)據(jù)采集裝置的結(jié)構如下信號調(diào)理電路的一端分別連接第I轉(zhuǎn)向架橫向加速度傳感器(5)、第2轉(zhuǎn)向架橫向加速度傳感器(6)、第I轉(zhuǎn)向架垂向加速度傳感器(7)、第2轉(zhuǎn)向架垂向加速度傳感器(8)、第I車體三軸加速度傳感器(I)、第2車體三軸加速度傳感器(2)、第3車體三軸加速度傳感器(3)和第4車體三軸加速度傳感器(4);另一端連接數(shù)據(jù)處理裝置的A/D轉(zhuǎn)換器； 第I轉(zhuǎn)向架橫向加速度傳感器(5)和第2轉(zhuǎn)向架橫向加速度傳感器(6)均安裝在對應車廂的后轉(zhuǎn)向架構架的軸箱上部位置，第I轉(zhuǎn)向架垂向加速度傳感器(7)和第2轉(zhuǎn)向架垂向加速度傳感器(8)均安裝在對應車廂的前轉(zhuǎn)向架構架的軸箱上部位置，第I車體三軸加速度傳感器(I)、第2車體三軸加速度傳感器(2)、第3車體三軸加速度傳感器(3)和第4車體三軸加速度傳感器(4)布設在對應車廂底部的四個角位置。
3.根據(jù)權利要求I所述的基于運營車輛的軌道檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述I-η個結(jié)構相同的數(shù)據(jù)處理裝置的結(jié)構如下(PU分別連接A/D轉(zhuǎn)換器和信號處理運算器，數(shù)據(jù)存儲裝置分別連接A/D轉(zhuǎn)換器和信號處理運算器，信號處理運算器和數(shù)據(jù)存儲裝置均連接車地通訊裝置。
4.根據(jù)權利要求I所述的基于運營車輛的軌道檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述車載安全監(jiān)控顯示裝置為安裝在司機室的一臺顯示屏。
專利摘要本實用新型公開了屬于軌道動態(tài)檢測技術領域的基于運營車輛的軌道檢測系統(tǒng)。它的結(jié)構如下第1-第n數(shù)據(jù)采集裝置分別安裝在第1-第n車廂上，第1-第n數(shù)據(jù)處理裝置分別安裝在第1-第n車廂上，車地通訊裝置安裝在任一車廂上；第1-第n數(shù)據(jù)采集裝置分別通過以太網(wǎng)連接第1-第n數(shù)據(jù)處理裝置，第1-第n數(shù)據(jù)處理裝置分別通過以太網(wǎng)連接車地通訊裝置，車載安全監(jiān)控顯示裝置通過以太網(wǎng)連接車地通訊裝置。本實用新型的有益效果為檢測實時性更強；結(jié)構簡單，不易受外界因素干擾，裝置可靠性高；能夠為尋找軌道不平順產(chǎn)生原因提供信息來源；實現(xiàn)了軌道狀態(tài)的趨勢預警功能。
文檔編號B61K9/08GK202368608SQ20112046819
公開日2012年8月8日 申請日期2011年11月22日 優(yōu)先權日2011年11月22日
發(fā)明者蘭添, 張秀潔, 林帥, 柳海, 汪煜婷, 秦勇, 賈利民, 郭昆, 郭淑萍, 鞠志強, 魏秀琨 申請人:北京交通大學