本發(fā)明涉及磁懸浮列車領(lǐng)域，尤其涉及一種磁懸浮列車的軌道不平順的監(jiān)測及預(yù)測方法、裝置和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

磁懸浮列車是以非接觸的電磁力實現(xiàn)車輛的支撐和導(dǎo)向控制。在磁懸浮列車的軌道建設(shè)中，大量采用了高架橋梁等結(jié)構(gòu)，由于橋梁的地基構(gòu)造等問題，建設(shè)一條完全平順的列車軌道是難以實現(xiàn)的，在列車軌道中總是存在著高低、水平等多種軌道不平順的現(xiàn)象。而軌道不平順是引起磁懸浮列車振動的主要根源，嚴重的軌道不平順不僅會引起磁懸浮列車的劇烈振動，使軌道與磁懸浮列車之間作用力加大，甚至?xí)?dǎo)致磁懸浮列車與軌道直接相碰撞，危及行車安全。

因此，為了確保磁懸浮列車的安全穩(wěn)定運行，尋求對磁懸浮列車軌道不平順的監(jiān)測方法是本領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種磁懸浮列車軌道不平順的監(jiān)測及預(yù)測方法、裝置和系統(tǒng)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種磁懸浮列車軌道不平順的監(jiān)測方法，包括：

獲取磁懸浮列車在實際軌道上運行時的第一運行狀態(tài)數(shù)據(jù)和第一懸浮性能數(shù)據(jù)；所述第一運行狀態(tài)數(shù)據(jù)包括第一列車位置信息和第一運行速度；所述實際軌道上包括軌道不平順點；

根據(jù)所述第一列車位置信息確定所述軌道不平順點的特定軌道不平順類型；

從特定軌道不平順類型的各個軌道不平順程度的懸浮性能數(shù)據(jù)和運行速度的各個對應(yīng)關(guān)系中查找與所述第一運行速度、第一懸浮性能數(shù)據(jù)相對應(yīng)的第一軌道不平順程度。

一種磁懸浮列車軌道不平順的預(yù)測方法，包括：

根據(jù)上述實施方式所述的方法獲取軌道不平順點在過去T個不同時刻時的軌道不平順程度；其中，T≥2，且T為整數(shù)；

根據(jù)所述過去T個不同時刻對應(yīng)的軌道不平順程度，利用基于時間的預(yù)測模型預(yù)測未來預(yù)設(shè)時刻時的軌道不平順程度。

一種磁懸浮列車軌道不平順的預(yù)測方法，包括：

獲取磁懸浮列車在過去n個時刻內(nèi)通過實際軌道不平順點的懸浮性能數(shù)據(jù)；其中，n≥2，且T為整數(shù)；

根據(jù)所述過去n個不同時刻對應(yīng)的懸浮性能數(shù)據(jù)，利用基于時間的預(yù)測模型預(yù)測未來預(yù)設(shè)時刻時的懸浮性能數(shù)據(jù)；

查找懸浮性能數(shù)據(jù)和軌道不平順程度的關(guān)系，得到與未來預(yù)設(shè)時刻內(nèi)的懸浮性能數(shù)據(jù)相對應(yīng)的軌道不平順程度。

一種磁懸浮列車軌道不平順的監(jiān)測及預(yù)測系統(tǒng)，包括：

定位測速裝置，用于監(jiān)測磁懸浮列車在實際軌道上運行過程中經(jīng)過所述實際軌道上的軌道不平順點的第一運行狀態(tài)數(shù)據(jù)；所述第一運行狀態(tài)數(shù)據(jù)包括第一列車位置信息和第一運行速度；

懸浮性能數(shù)據(jù)監(jiān)測裝置，用于監(jiān)測磁懸浮列車在實際軌道上運行過程中經(jīng)過所述實際軌道上的軌道不平順點的第一懸浮性能數(shù)據(jù)；所述第一懸浮性能數(shù)據(jù)包括懸浮間隙幅值和懸浮電流幅值中的至少一種；

處理器，用于執(zhí)行上述任一實施方式所述的方法。

一種磁懸浮列車軌道不平順的監(jiān)測裝置，包括：

第一獲取單元，用于獲取磁懸浮列車在實際軌道上運行時的第一運行狀態(tài)數(shù)據(jù)和第一懸浮性能數(shù)據(jù)；所述第一運行狀態(tài)數(shù)據(jù)包括第一列車位置信息和第一運行速度；所述實際軌道上包括軌道不平順點；

第一確定單元，用于根據(jù)所述第一列車位置信息確定所述軌道不平順點的特定軌道不平順類型；

第一查找單元，用于從特定軌道不平順類型的各個軌道不平順程度的懸浮性能數(shù)據(jù)和運行速度的各個對應(yīng)關(guān)系中查找與所述第一運行速度、第一懸浮性能數(shù)據(jù)相對應(yīng)的第一軌道不平順程度。

一種磁懸浮列車軌道不平順的預(yù)測裝置，包括：

第三獲取單元，用于根據(jù)上述任一實施例所述的監(jiān)測方法獲取軌道不平順點在過去T個不同時刻時的軌道不平順程度；其中，T≥2，且T為整數(shù)；

第一預(yù)測單元，用于根據(jù)所述過去T個不同時刻對應(yīng)的軌道不平順程度，利用基于時間的預(yù)測模型預(yù)測未來預(yù)設(shè)時刻時的軌道不平順程度。

一種磁懸浮列車軌道不平順的預(yù)測裝置，包括：

第四獲取單元，用于獲取磁懸浮列車在過去n個時刻內(nèi)通過實際軌道不平順點的懸浮性能數(shù)據(jù)；其中，n≥2，且T為整數(shù)；

第二預(yù)測單元，用于根據(jù)所述過去n個不同時刻對應(yīng)的懸浮性能數(shù)據(jù)，利用基于時間的預(yù)測模型預(yù)測未來預(yù)設(shè)時刻時的懸浮性能數(shù)據(jù)；

第三查找單元，用于查找懸浮性能數(shù)據(jù)和軌道不平順程度的關(guān)系，得到與未來預(yù)設(shè)時刻內(nèi)的懸浮性能數(shù)據(jù)相對應(yīng)的軌道不平順程度。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

通過以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明提供的磁懸浮列車軌道不平順的監(jiān)測方法中，預(yù)先獲得不同軌道不平順類型下的各個軌道不平順程度下的懸浮性能數(shù)據(jù)和運行速度的各個對應(yīng)關(guān)系。其中，安裝在磁懸浮列車上的定位測速裝置能夠獲取磁懸浮列車在實際軌道上運行時的第一列車位置信息和第一運行速度，由于軌道不平順點在軌道上的位置是固定不變的，而且該實際軌道上的軌道不平順點對應(yīng)的軌道不平順類型也可以預(yù)先獲知，所以，通過第一列車位置信息能夠確定軌道不平順點的軌道不平順類型。又由于一個軌道不平順類型下各個軌道不平順程度對應(yīng)懸浮性能數(shù)據(jù)和運行速度的不同對應(yīng)關(guān)系，因此，從確定的該軌道不平順類型下的各個軌道不平順程度對應(yīng)的懸浮性能數(shù)據(jù)、運行速度的各個對應(yīng)關(guān)系中能夠查找到與所述第一運行速度、第一懸浮性能數(shù)據(jù)相對應(yīng)的第一軌道不平順程度。因此，通過該方法，能夠監(jiān)測磁懸浮列車軌道上的軌道不平順點在不同時間段時的軌道不平順程度，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對磁懸浮列車軌道不平順的監(jiān)測，進而能夠保證磁懸浮列車運行的安全。

附圖說明

為了清楚地理解本發(fā)明的具體實施方式，下面將描述本發(fā)明的具體實施方式時用到的附圖作一簡要說明。顯而易見地，這些附圖僅是本發(fā)明的部分實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在未付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以獲得其它附圖。

圖1是相關(guān)技術(shù)中軌道呈隨機三角形不平順示意圖；

圖2是相關(guān)技術(shù)中軌道錯臺示意圖；

圖3是相關(guān)技術(shù)中軌道長波周期性不平順示意圖；

圖4是在不同的隨機三角形不平順程度下，列車運行速度與懸浮間隙波動幅值之間的關(guān)系；

圖5是在不同的隨機三角形不平順程度下，列車運行速度與懸浮電流波動幅值之間的關(guān)系；

圖6是車速為25m/s時，不同大小錯臺值與懸浮間隙波動幅值之間的關(guān)系；

圖7是車速為25m/s時，不同大小錯臺值與懸浮電流波動幅值之間的關(guān)系；

圖8是軌道隨機不平順模擬示意圖；

圖9是兩段軌排接縫處出現(xiàn)錯臺的模擬示意圖；

圖10是軌道不平順幅值a_w分別為2.5mm和3.5mm時的隨機不平順軌道中，不同車速與懸浮間隙波動幅值之間的關(guān)系曲線；

圖11是本發(fā)明實施例提供的磁懸浮列車軌道不平順程度的監(jiān)測及預(yù)測系統(tǒng)框架圖；

圖12是本發(fā)明實施例一提供的磁懸浮列車軌道不平順監(jiān)測方法的流程示意圖；

圖13是本發(fā)明實施例二提供的對未來預(yù)設(shè)時刻時的磁懸浮列車軌道不平順的預(yù)測方法的流程示意圖；

圖14是本發(fā)明實施例二中的步驟S132的具體實現(xiàn)方式流程示意圖；

圖15是相關(guān)技術(shù)中遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)示意圖；

圖16是本發(fā)明實施例三提供的磁懸浮列車軌道不平順的預(yù)測方法流程示意圖；

圖17是本發(fā)明實施例三提供的步驟S172的具體實現(xiàn)方式流程示意圖；

圖18是本發(fā)明實施例四提供的磁懸浮列車軌道不平順程度的監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖19是本發(fā)明實施例五提供的磁懸浮列車軌道不平順的預(yù)測裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖20是本發(fā)明實施例六提供的磁懸浮列車軌道不平順的預(yù)測裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的發(fā)明目的、技術(shù)手段和技術(shù)效果更加清楚、完整，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行描述。

在介紹本發(fā)明的具體實施方式之前，首先介紹磁懸浮列車的軌道不平順類型。

軌道不平順類型包括高低、水平和軌向三類。通過對已有磁懸浮線軌道的精密測量，線路軌道不平順主要出現(xiàn)在沿線路運行的高低方向，主要包括短波隨機性不平順、兩段軌排接縫處出現(xiàn)的錯臺和長波周期性不平順。

圖1示出了軌道呈隨機三角形不平順示意圖。其中，l_w為軌道不平順長度，作為示例，l_w通常為2.4米。a_w為軌道不平順幅值。其中，軌道不平順幅值a_w為軌道最高點或最低點與軌道正常高度之間的最大高度差。在本發(fā)明實施例中，軌道不平順幅值a_w可以用于表示軌道不平順程度。

圖2是軌道錯臺示意圖。錯臺主要是由于軌道接縫造成的兩段軌排出現(xiàn)的高低差a_w，其中，高低差a_w為錯臺值。在本發(fā)明實施例中，錯臺值a_w也可以表示軌道不平順程度。

圖3是軌道長波周期性不平順示意圖。這種類型的軌道不平順可以近似為正弦曲線，其不平順幅值a_w如圖3所示，其為軌道不平順點的最高點或最低點到軌道正常高度之間的最大高度差。

為了得到不同類型的軌道不平順類型對磁懸浮列車運行過程中的懸浮性能數(shù)據(jù)的影響，本發(fā)明還針對不同軌道平順類型在多個不同軌道不平順程度下的懸浮性能數(shù)據(jù)與列車運行速度之間的關(guān)系做了仿真實驗。

相較于短波不平順和錯臺影響，軌道長波不平順類型對中低速磁懸浮列車的運行影響較小，所以，在對軌道隨機不平順類型分析時忽略長波時刻不平順的影響。本發(fā)明實施例僅示例出短波隨機性不平順和兩段軌排接縫處出現(xiàn)的錯臺這兩種軌道不平順類型的仿真實驗。需要說明的是，在本發(fā)明實施例中，懸浮性能數(shù)據(jù)包括懸浮間隙波動幅值和懸浮電流波動幅值中的至少一種。

作為示例，在本發(fā)明實施例的仿真實驗中，仿真實驗?zāi)Ｐ椭械能囕v系統(tǒng)參數(shù)取自北京控股磁懸浮技術(shù)發(fā)展有限公司與國防科技大學(xué)研制的CMS04型的磁懸浮列車。需要說明的是，本發(fā)明實施例的仿真實驗中，也可以采用其它型號的磁懸浮列車，當(dāng)選用其它型號的磁懸浮列車時，相關(guān)數(shù)據(jù)將調(diào)整，但是仿真實驗相同。

首先參見短波隨機三角形不平順軌道在不同軌道不平順程度時，列車運行速度與懸浮性能數(shù)據(jù)之間的仿真結(jié)果。

在該仿真實驗中，磁懸浮列車運行速度v取5～30m/s，軌道不平順程度a_w取1～6mm。其中，圖4示出了在不同的隨機三角形不平順程度下，列車運行速度與懸浮間隙波動幅值之間的關(guān)系。圖5示出了在不同的隨機三角形不平順程度下，列車運行速度與懸浮電流波動幅值之間的關(guān)系。從圖4和圖5中可以看出，三角形軌道不平順對懸浮系統(tǒng)間隙和電流的影響隨著不平順幅值a_w與車輛運行速度的增大而增大。為了保證此懸浮列車運行的安全，設(shè)定允許的間隙波動幅值即懸浮間隙閾值，當(dāng)列車在某一速度下運行過程中，若懸浮間隙超過該設(shè)定的懸浮間隙閾值，則認為列車在該速度下運行存在安全風(fēng)險，需要降低車速。作為示例，在該仿真系統(tǒng)中，設(shè)定的懸浮間隙閾值可以為2.5mm。在軌道不平順幅值a_w為6mm，車速為30m/s時，懸浮間隙波動幅值為2.8mm。該懸浮間隙波動幅值超過了設(shè)定的懸浮間隙閾值，說明列車在運行速度下存在安全風(fēng)險。

下面介紹當(dāng)軌道不平順類型為錯臺時，錯臺值與懸浮系統(tǒng)間隙、電流的關(guān)系。

在仿真實驗中，在不同大小錯臺值的情況下，選取列車速度為0～30m/s。通過仿真結(jié)果得到，磁懸浮列車的懸浮間隙波動幅值和懸浮電流波動幅值的波動受列車速度的影響較小。圖6示出了車速為25m/s時，不同大小錯臺值與懸浮間隙波動幅值之間的關(guān)系，圖7示出了車速為25m/s時，不同大小錯臺值與懸浮電流波動幅值之間的關(guān)系。從圖6中可以看出，懸浮間隙的波動幅值與錯臺值a_w相等，只要錯臺值a_w大于8mm就會引發(fā)列車與軌道相撞的事故。而且，錯臺值對懸浮電流波動幅值的影響也比較大，這容易引起電磁鐵過流保護。在相同的行駛速度下，這是安全隱患最大的一種軌道不平順類型。即列車在經(jīng)過方波型畸變的軌道接縫處時，其對應(yīng)的懸浮間隙和電磁鐵電流就會產(chǎn)生劇烈波動，甚至可能超出磁懸浮列車正常行駛所設(shè)定的閾值。

另外，通過理論計算和實驗測試得到的在一定車速時，不同不平順程度下懸浮間隙和懸浮電流的曲線族可知，隨機三角形不平順類型和錯臺不平順類型有明顯區(qū)別，在同一錯臺值的情況下，懸浮間隙和電流波動幅值受車速影響較小甚至可以忽略。并且相較于隨機三角形不平順類型中的不平順程度，錯臺值對懸浮間隙和電流波動幅值的影響更大。

為了得到準(zhǔn)確的每種軌道不平順類型的不同軌道不平順程度下，懸浮性能數(shù)據(jù)與列車運行速度之間的關(guān)系，本發(fā)明通過人為調(diào)整線路導(dǎo)軌來模擬軌道出現(xiàn)短波隨機性不平順、兩段軌排接縫處出現(xiàn)錯臺以及長波周期性不平順情況，并進行車輛實際的運行試驗，從而得到上述曲線族。

其中，短波隨機性不平順的模擬具體如下：在線路平直段，在2.4m范圍內(nèi)，人為抬高軌枕處軌道高度，以模擬短波隨機性不平順。模擬軌道隨機不平順示意圖如圖8所示。其中，根據(jù)需求，軌道不平順幅值a_w可以取不同的值，例如可以為2.5mm，3.5mm。

兩段軌排接縫處出現(xiàn)錯臺的模擬具體如下：在接縫處將其中一端軌道抬高進行模擬，如圖9所示。同樣，根據(jù)需求，錯臺值a_w也可以取不同值，例如可以為1mm、1.5mm、2.5mm。

軌道長波不平順的模擬具體如下：在線路平直段，在10m范圍內(nèi)，按比例認為抬高軌枕處的軌道高度，以模擬這種不平順，如圖10所示。其中，軌道不平順幅值也可以取不同值，例如可以為4mm。

在調(diào)整好軌道不平順測試路段后，控制磁懸浮列車以不同速度通過調(diào)整的某一軌道不平順幅值的軌道不平順測試路段，利用懸浮性能數(shù)據(jù)監(jiān)測裝置監(jiān)測列車通過該軌道不平順測試路段的懸浮性能數(shù)據(jù)，如懸浮間隙波動幅值和懸浮電流波動幅值。如此，就可以得到該某一軌道不平順程度下的車速與懸浮性能數(shù)據(jù)之間的關(guān)系曲線。采用同樣的實驗方法，可以得到其它軌道不平順程度下的車速與懸浮性能數(shù)據(jù)之間的關(guān)系曲線。圖10示例出軌道不平順幅值a_w分別為2.5mm和3.5mm時的隨機不平順軌道中，不同車速與懸浮間隙波動幅值之間的關(guān)系曲線。

需要說明的是，上述關(guān)系曲線是通過對大量實驗數(shù)據(jù)進行擬合、修正得到的。在曲線擬合、修正過程中，將明顯偏離大部分實驗數(shù)據(jù)的實驗數(shù)據(jù)去除，從而使得由實驗數(shù)據(jù)擬合、修正得到的曲線能夠反映真實情況。進而使得得到的曲線與仿真曲線基本吻合。

上述關(guān)系曲線可以作為各個軌道不平順程度下的列車懸浮性能數(shù)據(jù)與運行速率的各個對應(yīng)關(guān)系。此外，還可以根據(jù)上述曲線得到每條曲線的函數(shù)表達式，此時，可以將該曲線函數(shù)表達式作為各個軌道不平順程度下的列車懸浮性能數(shù)據(jù)與運行速率的各個對應(yīng)關(guān)系。

此外，也可以將上述關(guān)系曲線轉(zhuǎn)換為軌道不平順程度標(biāo)準(zhǔn)表。其中，軌道不平順程度標(biāo)準(zhǔn)表里的數(shù)據(jù)為關(guān)系曲線上的實驗數(shù)據(jù)或擬合數(shù)據(jù)。在軌道不平順程度標(biāo)準(zhǔn)表的行方向和列方向中，一個方向為列車運行速度，另外一個方向為懸浮性能數(shù)據(jù)，行列交叉點為運行速度、懸浮性能數(shù)據(jù)對應(yīng)的軌道不平順程度。作為示例，表1為根據(jù)懸浮間隙波動幅值與列車速度判斷軌道不平順程度的的軌道不平順程度標(biāo)準(zhǔn)表，表2為根據(jù)懸浮電流波動幅值與列車運行速率判斷軌道不平順程度的軌道不平順程度標(biāo)準(zhǔn)表。

表1

表2

需要說明的是，同一軌道不平順類型的各個軌道不平順程度下的懸浮性能數(shù)據(jù)與運行速度之間的關(guān)系曲線可以成為一個曲線族。上述所述的曲線族、曲線族中的各條曲線的函數(shù)表達式以及軌道不平順程度標(biāo)準(zhǔn)表均可以表示同一軌道不平順類型的各個軌道不平順程度下的列車懸浮性能數(shù)據(jù)與運行速率之間的關(guān)系。

當(dāng)獲知軌道不平順類型、列車懸浮性能數(shù)據(jù)和運行速率時，可以利用對應(yīng)軌道不平順類型的各個軌道不平順程度下的列車懸浮性能數(shù)據(jù)與運行速率的關(guān)系，獲知與該列車懸浮性能數(shù)據(jù)、運行速度相對應(yīng)的軌道不平順程度，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對軌道不平順程度的監(jiān)測。

需要說明的是，在本發(fā)明實施例中，預(yù)先將各個軌道不平順類型的各個軌道不平順程度下的的列車懸浮性能數(shù)據(jù)與運行速率的關(guān)系存儲在處理器中，以方便后續(xù)處理器查找。

為了能夠?qū)崿F(xiàn)對磁懸浮列車軌道不平順程度的監(jiān)測和預(yù)測，本發(fā)明實施例提供了一種磁懸浮列車軌道不平順程度的監(jiān)測及預(yù)測系統(tǒng)。

圖11是本發(fā)明實施例提供的磁懸浮列車軌道不平順程度的監(jiān)測及預(yù)測系統(tǒng)框架圖。如圖11所示，該監(jiān)測及預(yù)測系統(tǒng)包括：定位測速裝置111、懸浮間隙傳感器112、懸浮電流傳感器113、處理器114，其中，處理器114可以集成在磁懸浮列車上，也可以設(shè)置在地面維護機上。當(dāng)處理器114集成在磁懸浮列車上時，定位測速裝置111、懸浮間隙傳感器112、懸浮電流傳感器113可以分別通過CAN通信總線與處理器114通信連接。當(dāng)處理器114設(shè)置在地面維護機上，定位測速裝置111、懸浮間隙傳感器112、懸浮電流傳感器113可以分別通過無線局域網(wǎng)與處理器114實現(xiàn)通信連接。如此，定位測速裝置111、懸浮間隙傳感器112、懸浮電流傳感器113能夠?qū)⒏髯员O(jiān)測到的數(shù)據(jù)傳送至處理器114，以使處理器114根據(jù)接收到數(shù)據(jù)進行分析處理，從而得到列車經(jīng)過的軌道不平順點的軌道不平順程度。

在本發(fā)明實施例中，定位測試裝置111、懸浮間隙傳感器112、懸浮電流傳感器113在列車運行之前，預(yù)先安裝在列車上。

其中，定位測速裝置111用于監(jiān)測磁懸浮列車在實際軌道上運行過程中的第一運行狀態(tài)數(shù)據(jù)；所述第一運行狀態(tài)數(shù)據(jù)包括第一列車位置信息和第一運行速度；其中，實際軌道為磁懸浮列車在實際運行過程中的軌道。在該實際軌道上存在軌道不平順點。

懸浮間隙傳感器112用于監(jiān)測磁懸浮列車在實際軌道上運行過程中經(jīng)過所述實際軌道上的軌道不平順點的第一懸浮間隙波動幅值；

懸浮電流傳感器113用于監(jiān)測磁懸浮列車在實際軌道上運行過程中經(jīng)過所述實際軌道上的軌道不平順點的第一懸浮電流波動幅值；

處理器114用于執(zhí)行下述任一實施例所述的磁懸浮列車軌道不平順程度監(jiān)測方法和/或磁懸浮列車軌道不平順程度的預(yù)測方法。

作為本發(fā)明的另一實施例，上述所述的監(jiān)測及預(yù)測系統(tǒng)還可以包括磁懸浮列車車載數(shù)據(jù)記錄器115，該車載數(shù)據(jù)記錄器115在列車運行前，預(yù)先安裝在列車上。需要說明的是，當(dāng)處理器114集成在列車上時，車載數(shù)據(jù)記錄器115與處理器114之間通過CAN總線實現(xiàn)通信連接，當(dāng)處理器114設(shè)置在地面維護機上時，車載數(shù)據(jù)記錄器115與處理器114之間通過無線局域網(wǎng)實現(xiàn)通信連接。

在運行過程中，定位測速裝置111、懸浮間隙傳感器112、懸浮電流傳感器113將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)通過CAN總線傳輸?shù)杰囕d數(shù)據(jù)記錄器115中。如此，車載數(shù)據(jù)記錄器115即可記錄來自定位測速裝置111、懸浮間隙傳感器112、懸浮電流傳感器113中的運列車運行狀態(tài)數(shù)據(jù)、懸浮間隙波動幅值、懸浮電流波動幅值，從而為處理器114進行數(shù)據(jù)處理分析提供數(shù)據(jù)來源。

當(dāng)處理器114設(shè)置在無線局域網(wǎng)上時，車載數(shù)據(jù)記錄器115能夠在列車入庫時，通過無線局域網(wǎng)等設(shè)備把其記錄的數(shù)據(jù)發(fā)送至處理器114，以使處理器114能夠獲取到監(jiān)測得到的列車運行狀態(tài)數(shù)據(jù)和懸浮性能數(shù)據(jù)。此外，車載數(shù)據(jù)記錄器115也能夠?qū)崟r將其記錄的數(shù)據(jù)發(fā)送至處理器114。

需要說明的是，本發(fā)明實施例中的懸浮間隙傳感器112和懸浮電流傳感器113可以統(tǒng)稱為懸浮性能數(shù)據(jù)監(jiān)測裝置，且該兩個裝置僅是懸浮性能數(shù)據(jù)監(jiān)測裝置的示例，實際上，作為本發(fā)明實施例的擴展，懸浮性能數(shù)據(jù)監(jiān)測裝置還可以包括其它懸浮性能數(shù)據(jù)監(jiān)測裝置，在此不再列舉。

基于上述實施例提供的磁懸浮列車軌道不平順監(jiān)測及預(yù)測系統(tǒng)，本發(fā)明提供了磁懸浮列車軌道不平順監(jiān)測方法的具體實施方式。具體參見實施例一。

實施例一

圖12是本發(fā)明實施例一提供的磁懸浮列車軌道不平順監(jiān)測方法的流程示意圖，如圖12所示，該方法包括以下步驟：

S121、定位測速裝置監(jiān)測磁懸浮列車在實際軌道上運行時的第一運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，同時懸浮性能數(shù)據(jù)監(jiān)測裝置監(jiān)測磁懸浮列車在實際軌道上運行時的軌道不平順點的第一懸浮性能數(shù)據(jù)：

需要說明的是，在本發(fā)明實施例中，實際軌道上包括軌道不平順點。而且，該軌道不平順點的不平順類型可以在監(jiān)測之前獲知。另外，在實際軌道上可以包括多個軌道不平順點。

為了方便監(jiān)測，控制磁懸浮列車在實際軌道上按照一定速度勻速運行。在本發(fā)明實施例中，可以控制磁懸浮列車在實際軌道上按照第一運行速度勻速運行。而且，為了安全起見，避免軌道不平順監(jiān)測過程中，列車在實際軌道上行駛時的懸浮性能數(shù)據(jù)超過允許的懸浮性能數(shù)據(jù)閾值，磁懸浮列車在實際軌道上行駛的第一運行速度一般為低速。

在本發(fā)明實施例中，懸浮性能數(shù)據(jù)檢測裝置可以包括懸浮間隙傳感器和懸浮電流傳感器中的至少一種。相應(yīng)地，第一懸浮性能數(shù)據(jù)包括懸浮間隙波動幅值和懸浮電流波動幅值的至少一種。

S122、處理器獲取第一運行狀態(tài)數(shù)據(jù)和第一懸浮性能數(shù)據(jù)：

定位測速裝置將監(jiān)測到的第一運行狀態(tài)數(shù)據(jù)通過CAN總線傳輸?shù)教幚砥鳎瑧腋⌒阅軘?shù)據(jù)監(jiān)測裝置將監(jiān)測到的第一懸浮性能數(shù)據(jù)通過CAN總線傳輸?shù)教幚砥?，從而使處理器獲取到第一運行狀態(tài)數(shù)據(jù)和第一懸浮性能數(shù)據(jù)。

S123、處理器根據(jù)第一列車位置信息確定所述軌道不平順點的特定軌道不平順類型；

需要說明的是，由于軌道不平順點在實際軌道上的位置是固定不變的，而且軌道不平順點的不平順類型是預(yù)先知道的，所以，處理器能夠根據(jù)第一列車位置信息確定軌道不平順點的軌道不平順類型。

S124、處理器從特定軌道不平順類型的各個軌道不平順程度下懸浮性能數(shù)據(jù)和運行速度的各個對應(yīng)關(guān)系中查找與所述第一運行速度、第一懸浮性能數(shù)據(jù)相對應(yīng)的第一軌道不平順程度。

需要說明的是，不同軌道不平順類型的各個軌道不平順程度下，懸浮性能數(shù)據(jù)和運行速度的各個對應(yīng)關(guān)系預(yù)先存儲在處理器中。而且，該對應(yīng)關(guān)系可以為關(guān)系曲線、關(guān)系曲線函數(shù)表達式或者軌道不平順程度標(biāo)準(zhǔn)表。

處理器將第一運行速度、第一懸浮性能數(shù)據(jù)與各個對應(yīng)關(guān)系中的運行速度和懸浮性能數(shù)據(jù)比較，以找到第一運行速度和第一懸浮性能數(shù)據(jù)對應(yīng)的第一軌道不平順程度。

通過以上步驟根據(jù)列車第一運行速度以及第一運行速度下的第一懸浮性能數(shù)據(jù)能夠監(jiān)測磁懸浮列車軌道上的軌道不平順點的軌道不平順程度。從而能夠為磁懸浮列車的安全運行提供安全保障。

為了能夠測算列車在其它速度下運行時對應(yīng)的懸浮性能數(shù)據(jù)，上述所述的磁懸浮列車軌道不平順的監(jiān)測方法還可以進一步包括以下步驟：

S125、處理器根據(jù)所述第一軌道不平順程度獲得所述第一軌道不平順程度的懸浮性能數(shù)據(jù)和運行速度的第一對應(yīng)關(guān)系：

由于一個軌道不平順程度對應(yīng)一個懸浮性能數(shù)據(jù)與運行速度的關(guān)系，所以，根據(jù)上述得到的第一軌道不平順程度能夠獲得所述第一軌道不平順程度的懸浮性能數(shù)據(jù)與運行速度的第一對應(yīng)關(guān)系。需要說明的是，根據(jù)上述所述的軌道不平順類型下的各軌道不平順程度對應(yīng)的運行速度和懸浮性能數(shù)據(jù)之間的關(guān)系可以由不同的表達方式，第一對應(yīng)關(guān)系也可以有不同的表達方式，具體地說，第一對應(yīng)關(guān)系可以為運行速度和懸浮性能數(shù)據(jù)的關(guān)系曲線、該關(guān)系曲線函數(shù)表達式或該關(guān)系曲線上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成的該軌道不平順程度對應(yīng)的軌道不平順程度標(biāo)準(zhǔn)表。

S126、處理器從所述第一對應(yīng)關(guān)系中查找磁懸浮列車以第二運行速度通過所述軌道不平順點時的對應(yīng)的第二磁懸浮性能數(shù)據(jù)：

需要說明的是，第二運行速度可以為任意大小的速度。然而，為了測算列車高速通過該軌道不平順點時是否存在安全隱患，第二運行速度一般為磁懸浮列車運行的較高速度，更具體地說，第二運行速度大于第一運行速度。

S127、處理器判斷所述第二磁懸浮性能數(shù)據(jù)是否超過磁懸浮性能數(shù)據(jù)閾值，如果是，執(zhí)行步驟S128；

為了安全起見，針對磁懸浮列車的運行狀況，會設(shè)置一個允許的磁懸浮性能數(shù)據(jù)的閾值，當(dāng)列車運行時的實際懸浮性能數(shù)據(jù)小于磁懸浮性能數(shù)據(jù)的閾值時，就認為列車的運行狀態(tài)安全，一旦列車運行時的實際懸浮性能數(shù)據(jù)超過磁懸浮性能數(shù)據(jù)的閾值，就認為列車的運行狀態(tài)不安全，需要對列車采取安全處理措施。

S128、處理器對磁懸浮列車經(jīng)過所述軌道不平順點時進行限速運行或?qū)壍啦黄巾橖c進行維修。

以上為本發(fā)明實施例一提供的磁懸浮列車軌道不平順的監(jiān)測方法。該監(jiān)測方法是通過監(jiān)測在實際軌道上運行的磁懸浮列車的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)和懸浮性能數(shù)據(jù)進行的。因此，本發(fā)明提供的軌道不平順的監(jiān)測方法不再停留在實驗室階段，而是可以結(jié)合工程實際來實現(xiàn)對軌道不平順的監(jiān)測、因此，該方法能夠為磁懸浮列車的實際運行提供數(shù)據(jù)安全保障。

由于本發(fā)明實施例提供的磁懸浮列軌道不平順的監(jiān)測方法可以結(jié)合工程實際考慮，因此，為了保證列車運營的安全，上述所述的監(jiān)測方法可以在每天或每隔固定時間段監(jiān)測一次實際軌道上的軌道不平順點的軌道不平順程度。

如此，在每天或每隔固定時間段的列車運營前，控制列車低速運行，控制列車通過實際軌道的軌道不平順點的軌道段，同時利用數(shù)據(jù)監(jiān)測裝置監(jiān)測該運行過程中的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)和懸浮性能數(shù)據(jù)，然后從各個軌道不平順類型的各個軌道不平順程度的運行速度與懸浮性能數(shù)據(jù)之間的關(guān)系中，查找到該低速運行時的運行速度和懸浮性能數(shù)據(jù)對應(yīng)的軌道不平順程度。根據(jù)該查找到的軌道不平順程度以及該軌道不平順程度對應(yīng)的運行速度和懸浮性能數(shù)據(jù)的關(guān)系，可以測算列車當(dāng)前高速運行時通過軌道不平順點的懸浮性能數(shù)據(jù)。該測算得到的高速運行時的懸浮性能數(shù)據(jù)為當(dāng)前列車的運營和維修提供了決策依據(jù)。具體為：

如果測算的高速運行時通過軌道不平順點的懸浮性能數(shù)據(jù)超過運行的懸浮性能數(shù)據(jù)閾值，則控制磁懸浮列車在該軌道不平順點進行限速運行。如果高速運行的懸浮性能數(shù)據(jù)嚴重超過懸浮性能數(shù)據(jù)閾值時，則停止當(dāng)天列車運營，或?qū)Σ粷M足要求的軌道段進行維修。

需要說明的是，用于監(jiān)測軌道不平順時，為了方便監(jiān)測，控制列車在全線軌道上或某一軌道段上以某一低速定速運行。

基于上述實施例提供的磁懸浮列車軌道不平順程度的監(jiān)測方法，本發(fā)明實施例還提供了對未來某些時刻時的磁懸浮列車軌道不平順的預(yù)測方法。具體參見實施例二。

實施例二

需要說明的是，由于軌道平順性在軌道的長期使用中呈緩慢下降趨勢，不同時刻的軌道不平順性呈一個具有遞增趨勢的時間序列。但這種軌道不平順性隨時間變化程度呈非線性變化，因此，難以用曲線擬合的方法預(yù)測未來某一時刻的軌道不平順程度。

為了解決該問題，本發(fā)明實施例提供了一種利用過去多個時刻的軌道不平順程度，利用基于時間的預(yù)測算法對未來某些時刻的磁懸浮列車軌道不平順程度進行預(yù)測。

圖13是本發(fā)明實施例二提供的對未來預(yù)設(shè)時刻時的磁懸浮列車軌道不平順的預(yù)測方法的流程示意圖。如圖13所示，該方法包括以下步驟：

S131、獲取過去T個不同時刻時軌道不平順點的軌道不平順程度，其中，T≥2，且T為整數(shù)：

采用上述實施例一所述的軌道不平順程度監(jiān)測方法獲取過去T個不同時刻時的軌道不平順點的軌道不平順程度。需要說明的是，所述T個不同時刻中，每相鄰兩個時刻之間的時長可以相同，也可以不同。

S132、根據(jù)所述過去T個不同時刻對應(yīng)的軌道不平順程度，利用基于時間的預(yù)測模型預(yù)測未來預(yù)設(shè)時刻時的軌道不平順程度。

在本發(fā)明實施例中，基于時間的預(yù)測模型可以包括：經(jīng)典時間序列預(yù)測模型、Kalman濾波器預(yù)測模型、灰色理論預(yù)測模型、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型(也可以稱為BP網(wǎng)絡(luò)模型)和遞推合成人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型(也可以稱為遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型)中的任意一種。

其中，遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型將BP網(wǎng)絡(luò)模型的輸出層節(jié)點的激發(fā)函數(shù)(sigmond函數(shù))改為線性函數(shù)g(x)＝x，并引入輸入層至輸出層的直接連接權(quán)，以克服BP網(wǎng)絡(luò)模型的飽和性，另一方面，在隱藏層和輸出層節(jié)點之間增加了橫向連接權(quán)，并在學(xué)習(xí)算法中使用有序偏導(dǎo)數(shù)代替常規(guī)偏導(dǎo)數(shù)，以反映網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部各量之間的時序遞推關(guān)系。這種遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型更加適合對具有確定性遞增或遞減趨勢的時間序列的建模與預(yù)測。

下面以遞推合成人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型為例說明步驟S132的具體實現(xiàn)方式，具體參見圖14。

需要說明的是，本發(fā)明實施例采用的遞推合成人工神經(jīng)模型的結(jié)構(gòu)示意圖如圖15所示，其包括輸入層、隱藏層和輸出層，其結(jié)構(gòu)為N-M-F結(jié)構(gòu)，即輸入層、隱藏層和輸出層對應(yīng)的節(jié)點數(shù)分別為N、M、F，其中，N、M、F均為正整數(shù)。作為遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型的一個示例，該遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型的結(jié)構(gòu)為9-5-1結(jié)構(gòu)，即輸入層、隱藏層和輸出層對應(yīng)的節(jié)點數(shù)分別為9、5、1。

如圖14所示，根據(jù)過去T個不同時刻對應(yīng)的軌道不平順程度，利用遞推合成人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測未來預(yù)設(shè)時刻時的軌道不平順程度的方法包括以下步驟：

S1321、將所述過去T個不同時刻對應(yīng)的軌道不平順程度按照時間先后順序排序，形成軌道不平順程度時間序列：

作為示例，形成的軌道不平順程度時間序列可以表示如下：S(T)＝[s(1),s(2),s(3),...,s(T)]；從上述表示中可以看出，時間序列中的時間序列值為不同時刻下的軌道不平順程度。

在本發(fā)明實施例中，設(shè)定T＝N+F+Q-1；其中，N、F、Q均為正整數(shù)，且N、F的物理意義與上述所述的N和F的物理意義相同，其分別為遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型的輸入層和輸出層的節(jié)點，Q為后續(xù)劃分的輸入輸出樣本對的數(shù)量。

S1322、將軌道不平順程度時間序列中的時間序列值進行歸一化，得到歸一化后的軌道不平順程度時間序列；

作為本發(fā)明的一個示例，可以按照以下公式(1)對每個軌道不平順程度時間序列中的時間序列值進行歸一化；

其中，s_min和s_max分別為軌道不平順程度時間序列S(T)中的最小值和最大值；

s(i)為第i個時刻時的軌道不平順程度；

為歸一化后的第i個時刻時的軌道不平順程度s(i)。

作為示例，歸一化后的軌道不平順程度時間序列表示為：

S1323、根據(jù)遞推合成人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸入層、隱藏層和輸出層的結(jié)構(gòu)將歸一化后的軌道不平順程度時間序列中的T個時間序列值劃分為Q對輸入輸出樣本對：

在劃分的Q對輸入輸出樣本對中，每對輸入輸出樣本對包括N+F個時間序列值，前N個時間序列值為輸入樣本中的時間序列值，后F個時間序列值為輸出樣本。

此外，由于軌道不平順程度在軌道的長期使用中呈緩慢增加趨勢，這就說明軌道不平順除具有隨機性外，還具有一定的確定性增加趨勢，即時間因素對軌道不平順程度有一定影響，所以，將時間因素也作為遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型的輸入樣本的值。所以，在本發(fā)明實施例的輸入樣本中除了包括軌道不平順程度即時間序列值外，還包括與該輸入樣本中的時間序列值構(gòu)成輸入輸出樣本對的輸出樣本的時刻。由于在本發(fā)明采用的遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型中，輸出層有F個節(jié)點，假設(shè)輸入樣本中的最后一個時刻為T，則輸入樣本中包含的輸出樣本的時刻為N+1,N+2,...,N+F。即輸入樣本中包含的輸出樣本的時刻為輸入樣本中后續(xù)的F個時刻。

作為示例，本發(fā)明實施例劃分的Q對輸入輸出樣本對如表3所示。

表3

當(dāng)遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型的結(jié)構(gòu)為9-5-1結(jié)構(gòu)時，本發(fā)明實施例劃分的Q對輸入輸出樣本對如表4所示。

表4

S1324、將上述劃分的Q對輸入輸出樣本對中的至少部分樣本對作為訓(xùn)練樣本，將訓(xùn)練樣本中的輸入樣本到遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型的輸入層的各個節(jié)點上，通過遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型的運算，得到該模型的實際輸出：

需要說明的是，可以將全部Q對輸入輸出樣本對作為遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型的訓(xùn)練樣本，也可以將Q對輸入輸出樣本中的部分輸入輸出樣本對作為遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型的訓(xùn)練樣本。當(dāng)將部分輸入輸出樣本對作為訓(xùn)練樣本時，可以選取前q1對輸入輸出樣本對作為訓(xùn)練樣本，其中q1<Q，且q1為正整數(shù)。

S1325、判斷所述實際輸出與目標(biāo)輸出的均方誤差是否達到預(yù)設(shè)要求，如果是，訓(xùn)練結(jié)束，執(zhí)行步驟S1327，如果否，執(zhí)行步驟S1326：

在本發(fā)明實施例中，目標(biāo)輸出為與訓(xùn)練樣本中的輸入樣本構(gòu)成輸入輸出樣本對的輸出樣本。

S1326、調(diào)整遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型的各節(jié)點的連接權(quán)值與閾值，返回執(zhí)行步驟S1324。

S1327、將歸一化后的軌道不平順程度時間序列中的最近(N-F)個時刻的時間序列值和未來F個預(yù)設(shè)時刻輸入訓(xùn)練后的遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型中，預(yù)測得到未來F個預(yù)設(shè)時刻的軌道不平順程度：

具體地，將歸一化后的軌道不平順程度時間序列中的最近(N-F)個時刻的時間序列值以及未來F個預(yù)設(shè)時刻T+1,T+2,...,T+F輸入到訓(xùn)練后的遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型的輸入層中，通過訓(xùn)練后的遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型的運算，得到遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型的實際輸出通過公式(2)計算得到未來F個預(yù)設(shè)時刻T+1,T+2,...,T+F時的軌道不平順程度s'(T+1),s'(T+2,...,s'(T+F)；

其中，公式(2)如下：

s'(T+I)是未來第(T+I)個時刻的軌道不平順程度；

是遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型輸出的第(T+I)個時刻的輸出。

通過圖14所示的方法即可預(yù)測出未來預(yù)設(shè)時刻時的軌道不平順程度，從而能夠為磁懸浮列車運行的安全運行提供數(shù)據(jù)保障。

需要說明的是，在上述實施例中，是先對樣本數(shù)據(jù)進行歸一化處理，然后再進行輸入輸出樣本對的劃分。實際上，作為本發(fā)明的另一實施例，也可以先進行輸入輸出樣本對的劃分，再進行樣本數(shù)據(jù)的歸一化處理，即先執(zhí)行步驟S1323，再執(zhí)行步驟S1322。

另外，當(dāng)訓(xùn)練樣本對Q對輸入輸出樣本對中的部分輸入輸出樣本對時，可以將前q1對輸入輸出樣本對作為訓(xùn)練樣本，將后(Q-q1)對輸入輸出樣本作為測試樣本。所述測試樣本用于檢測訓(xùn)練后的遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型是否正確，以確定訓(xùn)練后的遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型是否可以用于預(yù)測未來預(yù)設(shè)時刻的軌道不平順程度。

作為本發(fā)明的一個具體實施方式，為了檢測訓(xùn)練后的遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型是否正確，可以在模型訓(xùn)練結(jié)束后，預(yù)測未來預(yù)設(shè)時刻的軌道不平順程度之前，執(zhí)行利用測試樣本檢測訓(xùn)練后的遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型是否正確的步驟。

其中，利用測試樣本檢測訓(xùn)練后的遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型是否正確的具體實現(xiàn)方式如下：

將測試樣本的輸入樣本輸入到訓(xùn)練后的遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型中，經(jīng)過模型運算，得到輸入樣本的實際輸出：

判斷所述實際輸出與目標(biāo)輸出的均方誤差是否達到預(yù)設(shè)要求，如果是，則訓(xùn)練后的遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)型正確，可以利用該訓(xùn)練后的遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型進行未來預(yù)設(shè)時刻的軌道不平順程度的預(yù)測；如果否，訓(xùn)練后的遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型不正確，需要繼續(xù)對該遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型進行訓(xùn)練：

此處，目標(biāo)輸出為輸入到模型中的所述測試樣本中輸入樣本相對應(yīng)的的輸出樣本。

上述實施例二是以實施例一測算得到的軌道不平順程度為基礎(chǔ)預(yù)測未來預(yù)設(shè)時刻時的軌道不平順程度。此外，軌道不平順對列車運行所產(chǎn)生的最直接最重要的影響就是造成列車懸浮性能數(shù)據(jù)的異常，因此對軌道不平順程度的預(yù)測可以轉(zhuǎn)化為對列車懸浮性能數(shù)據(jù)波動幅值的預(yù)測。由于軌道平順性在軌道的長期使用中呈緩慢下降趨勢，列車在每次以恒定速度經(jīng)過軌道定點時的懸浮性能數(shù)據(jù)波動幅值也會逐漸增加，懸浮性能數(shù)據(jù)的波動幅值呈一個具有遞增趨勢的時間序列。因此，軌道不平順程度的預(yù)測問題也就簡化為使用遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)對這一時間序列的預(yù)測問題。

基于此，本發(fā)明還提供了一種基于懸浮性能數(shù)據(jù)波動幅值實現(xiàn)對未來預(yù)設(shè)時刻時的磁懸浮列車軌道不平順的預(yù)測。具體參見實施例三。

實施例三

需要說明的是，在本發(fā)明實施例中，懸浮性能數(shù)據(jù)波動幅值包括懸浮間隙波動幅值和懸浮電流波動幅值中的至少一種。根據(jù)列車運行速度與懸浮間隙波動幅值之間的關(guān)系和/或列車運行速度與懸浮電流波動幅值之間的關(guān)系可以確定出軌道不平順程度。

另外，在懸浮性能數(shù)據(jù)中，軌道不平順程度影響最明顯的懸浮性能數(shù)據(jù)一般為懸浮間隙波動幅值。作為示例，本發(fā)明實施例以懸浮間隙波動幅值為例說明如何利用利用懸浮性能數(shù)據(jù)預(yù)測未來預(yù)設(shè)時刻的軌道不平順程度。

另外，考慮到懸浮電流與懸浮間隙之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，為提高預(yù)測精度，可以使用多變量預(yù)測，因此，本發(fā)明實施例以懸浮間隙波動幅值和懸浮電流波動幅值均作為預(yù)測的參考因素，懸浮間隙波動幅值和懸浮電流波動幅值均作為遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型的輸入樣本。由于軌道的不平順程度在軌道的長期使用中呈緩慢增加趨勢，這就說明軌道不平順除具有隨機性外，還具有一定的確定性增加趨勢，即時間因素對間隙波動幅值也有一定的影響，故將時間也作為遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型的的輸入樣本。

圖16是本發(fā)明實施例三提供的磁懸浮列車軌道不平順的預(yù)測方法流程示意圖。如圖16所示，該方法包括以下步驟：

S161、獲取磁懸浮列車在過去n個時刻時以預(yù)設(shè)速度通過實際軌道不平順點的懸浮性能數(shù)據(jù)；

懸浮性能數(shù)據(jù)包括懸浮間隙波動幅值和懸浮電流波動幅值。需要說明的是，由于懸浮性能數(shù)據(jù)不僅與軌道不平順程度有關(guān)，還與列車運行速度有關(guān)，所以，為了避免列車運行速度對懸浮性能數(shù)據(jù)的影響，在本步驟中，獲取的過去n個時刻時列車通過實際軌道不平順點的懸浮性能數(shù)據(jù)為列車以同一預(yù)設(shè)速度運行通過實際軌道不平順點的數(shù)據(jù)。

S162、根據(jù)所述過去n個不同時刻對應(yīng)的懸浮性能數(shù)據(jù)，利用基于時間的預(yù)測模型預(yù)測未來預(yù)設(shè)時刻時的懸浮性能數(shù)據(jù)。

同上述實施例二相同，本發(fā)明實施例所述的基于時間的預(yù)測模型也可以包括：經(jīng)典時間序列預(yù)測模型、Kalman濾波器預(yù)測模型、灰色理論預(yù)測模型、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型(也可以稱為BP網(wǎng)絡(luò)模型)或遞推合成人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型(也可以稱為遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型)。

下面以遞推合成人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型為例說明步驟S162的具體實現(xiàn)方式，具體參見圖17。

如圖17所示，步驟S162的具體實現(xiàn)方式包括以下步驟：

S1621、將過去n個不同時刻對應(yīng)的懸浮性能數(shù)據(jù)按照時間先后順序排序，生成懸浮性能數(shù)據(jù)時間序列，其中，n為正整數(shù)：

具體地，將過去n個不同時刻對應(yīng)的懸浮間隙波動幅值按照時間先后順序排序，生成懸浮間隙波動幅值時間序列Z(n)，將過去n個不同時刻對應(yīng)的懸浮電流波動幅值按照時間先后順序排序，生成懸浮電流波動幅值I(n)。

其中，Z(n)＝[z(1),z(2),...,z(n)]；I(n)＝[i(1),i(2),...,i(n)]

在本發(fā)明實施例中，設(shè)定n＝N+F+Q-1；其中，N、F的物理意義與上述所述的N和F的物理意義相同，其分別為遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型的輸入層和輸出層的節(jié)點數(shù)，Q為后續(xù)劃分的輸入輸出樣本對數(shù)量。

S1622、將懸浮性能數(shù)據(jù)時間序列中的時間序列值進行歸一化處理，得到歸一化后的軌道不平順程度時間序列：

具體地，將懸浮間隙波動幅值時間序列Z(n)按照上述公式(3)進行歸一化處理，得到歸一化后的懸浮間隙波動幅值時間序列Z’(n)，將懸浮電流波動幅值時間序列I(n)按照上述公式(4)進行歸一化處理，得到歸一化后的懸浮間隙波動幅值時間序列I’(n)。

公式(3)如下：

其中，z_min和z_max分別為懸浮間隙波動幅值時間序列Z(T)中的最小值和最大值；

z(i)為第i個時刻時的懸浮間隙波動幅值；

為第i個時刻時的懸浮間隙波動幅值z(i)歸一化后的值。

歸一化后的懸浮間隙波動幅值時間序列

公式(4)如下：

其中，i_min和i_max分別為懸浮電流波動幅值時間序列I(T)中的最小值和最大值；

i(i)為第i個時刻時的懸浮電流波動幅值；

為第i個時刻時的懸浮電流波動幅值i(i)歸一化后的值；

歸一化后的懸浮電流波動幅值時間序列

S1623、根據(jù)遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型的輸入層和輸出層的節(jié)點數(shù)，將懸浮性能數(shù)據(jù)時間序列中的n個時刻的數(shù)據(jù)劃分為Q對輸入輸出樣本對：

在劃分的Q對輸入輸出樣本對中，每對輸入輸出樣本對包括N+F個時間序列值，前N個時間序列值為輸入樣本中的時間序列值，后F個時間序列值為輸出樣本。

由于在本發(fā)明實施例中，采用懸浮間隙波動幅值和懸浮電流波動幅值均作為預(yù)測軌道不平順程度的參考因素，所以，每對輸入輸出樣本對的輸入樣本中包括[(N-F)/2]個懸浮間隙波動幅值和[(N-F)/2]個懸浮電流波動幅值，而輸出樣本中僅包括F個懸浮間隙波動幅值；其中，輸入樣本中的懸浮間隙波動幅值的數(shù)量為[(N-F)/2]向上取整得到的值，懸浮電流波動幅值的數(shù)量為[(N-F)/2]向下取整得到的值。

在本發(fā)明實施例中，設(shè)定n＝N+F+Q-1，作為示例，本步驟劃分的輸入輸出樣本對可以如表5所示。

表5

當(dāng)遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型的結(jié)構(gòu)為9-5-1結(jié)構(gòu)時，本發(fā)明實施例劃分的Q對輸入輸出樣本對如表6所示。

表6

S1624、將上述劃分的Q對輸入輸出樣本對中的至少部分樣本對作為訓(xùn)練樣本，將訓(xùn)練樣本中的輸入樣本到遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型的輸出層的各個節(jié)點上，通過遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型的運算，得到該模型的實際輸出：

需要說明的是，可以將全部Q對輸入輸出樣本對作為遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型的訓(xùn)練樣本，也可以將Q對輸入輸出樣本中的部分輸入輸出樣本對作為遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型的訓(xùn)練樣本。當(dāng)將部分輸入輸出樣本對作為訓(xùn)練樣本時，可以選取前q1對輸入輸出樣本對作為訓(xùn)練樣本，其中q1<Q，且q1為正整數(shù)。

需要說明的是，在本發(fā)明實施例中，遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型輸出變量為懸浮間隙波動幅值。

S1625、判斷所述實際輸出與目標(biāo)輸出的均方誤差是否達到預(yù)設(shè)要求，如果是，訓(xùn)練結(jié)束，執(zhí)行步驟S1627，如果否，執(zhí)行步驟S1626：

在本發(fā)明實施例中，目標(biāo)輸出為與訓(xùn)練樣本中的輸入樣本構(gòu)成輸入輸出樣本對的輸出樣本。

S1626、調(diào)整遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型的各節(jié)點的連接權(quán)值與閾值，返回執(zhí)行步驟S1624。

S1627、將歸一化后的懸浮間隙波動幅值時間序列和懸浮電流波動幅值時間序列中的最近(N-F)/2個時刻的時間序列值和未來F個預(yù)設(shè)時刻輸入訓(xùn)練后的遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型的輸入層，預(yù)測得到未來預(yù)設(shè)F個時刻的懸浮性能數(shù)據(jù)：

具體地，將歸一化后的懸浮間隙波動幅值時間序列和懸浮電流波動幅值時間序列中的最近(N-F)/2個時刻的時間序列值z(n-(N-F)/2+1),...,z(n),i(n-(N-F)/2+1),...,i(n)和未來F個預(yù)設(shè)時刻n+1,n+2,...,n+F輸入到訓(xùn)練后的遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型的輸入層中，通過訓(xùn)練后的遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型的運算，得到遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型的輸出通過公式(5)計算得到未來F個預(yù)設(shè)時刻n+1,n+2,...,n+F時的懸浮間隙波動幅值z'(n+1),z'(n+2,...,z'(n+F)；

其中，公式(5)如下：

z'(n+I)是未來第(n+I)個時刻的軌道不平順程度；

是遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型輸出的第(n+I)個時刻的輸出。

S163、查找懸浮性能數(shù)據(jù)和軌道不平順程度的關(guān)系，得到與未來預(yù)設(shè)F個時刻內(nèi)的懸浮性能數(shù)據(jù)相對應(yīng)的軌道不平順程度。

由于某一類型的軌道不平順類型的各個軌道不平順程度對應(yīng)不同的懸浮性能數(shù)據(jù)和不平順程度的關(guān)系，因此，從已知的懸浮性能數(shù)據(jù)和軌道不平順程度的關(guān)系中，能夠查找到與上述預(yù)測到的未來預(yù)設(shè)F個時刻的懸浮性能數(shù)據(jù)對應(yīng)的軌道不平順程度。

以上為本發(fā)明實施例三所述的軌道不平順程度的預(yù)測方法。在本發(fā)明實施例中，將未來預(yù)設(shè)時刻的軌道不平順程度的預(yù)測轉(zhuǎn)換為未來預(yù)設(shè)時刻的懸浮性能數(shù)據(jù)的預(yù)測，然后從已知的懸浮性能數(shù)據(jù)和軌道不平順程度的關(guān)系，查找到與預(yù)測得到的未來預(yù)設(shè)時刻的懸浮性能數(shù)據(jù)相對應(yīng)的軌道不平順程度。

由于在列車運行速度一定和軌道不平順類型一定的前提下，軌道不平順程度是影響懸浮性能數(shù)據(jù)最主要的因素，因此，預(yù)測得到未來預(yù)設(shè)時刻的懸浮性能數(shù)據(jù)也就相當(dāng)于預(yù)測得到了未來預(yù)設(shè)時刻的軌道不平順程度。因此，實施例三和實施例二有異曲同工的效果。

需要說明的是，在上述實施例三中，也可以僅采用一種懸浮性能數(shù)據(jù)如懸浮間隙波動幅值或懸浮電流波動幅值作為遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型的輸入層中的輸入，此時，對未來預(yù)設(shè)時刻的懸浮性能數(shù)據(jù)的預(yù)測與實施例二中的為未來預(yù)設(shè)時刻的軌道不平順程度的預(yù)測類似，其不同之處，僅在于將實施例二中的軌道不平順程度相應(yīng)替換為懸浮性能數(shù)據(jù)。在此，不再詳細描述。

此外，在上述實施例二中，利用了懸浮間隙波動幅值和懸浮電流波動幅值兩種類型的懸浮性能數(shù)據(jù)進行預(yù)測。實際上，作為本發(fā)明實施例的擴展，本發(fā)明實施例提供的預(yù)測方法不限于上述兩種懸浮性能數(shù)據(jù)，還可以為3種、4種或更多種懸浮性能數(shù)據(jù)。因而，可以將該多個實施方式概括為：根據(jù)m個種類的懸浮性能數(shù)據(jù)對其中一個種類型的懸浮性能數(shù)據(jù)進行預(yù)測。其中，m為正整數(shù)。此時，任意一對輸入輸出樣本對中的樣本輸出中每種懸浮性能數(shù)據(jù)的數(shù)量為[(N-F)/m]個，其中，一些種類的懸浮性能數(shù)據(jù)的數(shù)量對[(N-F)/m]向上取整，另外一些種類的懸浮性能數(shù)據(jù)的數(shù)量對[(N-F)/m]向下取整。

基于上述實施例一提供的磁懸浮列車軌道不平順程度的監(jiān)測方法，本發(fā)明實施例還提供了一種磁懸浮列車軌道不平順的監(jiān)測裝置。具體參見實施例四。

實施例四

圖18是本發(fā)明實施例四提供的磁懸浮列車軌道不平順程度的監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)示意圖。如圖18所示，該監(jiān)測裝置包括以下單元：

第一獲取單元181，用于獲取磁懸浮列車在實際軌道上運行時的第一運行狀態(tài)數(shù)據(jù)和第一懸浮性能數(shù)據(jù)；所述第一運行狀態(tài)數(shù)據(jù)包括第一列車位置信息和第一運行速度；所述實際軌道上包括軌道不平順點；

第一確定單元182，用于根據(jù)所述第一列車位置信息確定所述軌道不平順點的特定軌道不平順類型；

第一查找單元183，用于從特定軌道不平順類型的各個軌道不平順程度的懸浮性能數(shù)據(jù)和運行速度的各個對應(yīng)關(guān)系中查找與所述第一運行速度、第一懸浮性能數(shù)據(jù)相對應(yīng)的第一軌道不平順程度。

作為本發(fā)明的一個具體實施例，上述所述的監(jiān)測裝置還可以包括：

第二獲取單元184，用于根據(jù)所述第一軌道不平順程度獲得在所述第一軌道不平順程度的懸浮性能數(shù)據(jù)和運行速度的第一對應(yīng)關(guān)系；

第二查找單元185，用于從所述第一對應(yīng)關(guān)系中查找磁懸浮列車以第二運行速度通過所述軌道不平順點時對應(yīng)的第二磁懸浮性能數(shù)據(jù)；

第一判斷單元186，用于判斷所述第二磁懸浮性能數(shù)據(jù)是否超過磁懸浮性能數(shù)據(jù)閾值，如果是，對磁懸浮列車經(jīng)過所述軌道不平順點時進行限速運行或?qū)壍啦黄巾橖c進行維修。

基于上述實施例二提供的磁懸浮列車軌道不平順的預(yù)測方法，本發(fā)明實施例還提供了一種磁懸浮列車軌道不平順程度的預(yù)測裝置，具體參見實施例五。

實施例五

圖19是本發(fā)明實施例五提供的磁懸浮列車軌道不平順的預(yù)測裝置結(jié)構(gòu)示意圖。如圖19所示，該裝置包括以下單元：

第三獲取單元191，用于根據(jù)實施例一所述的方法獲取軌道不平順點在過去T個不同時刻時的軌道不平順程度；其中，T≥2，且T為整數(shù)；

第一預(yù)測單元192，用于根據(jù)所述過去T個不同時刻對應(yīng)的軌道不平順程度，利用基于時間的預(yù)測模型預(yù)測未來預(yù)設(shè)時刻時的軌道不平順程度。

作為本發(fā)明的一個具體實施例，當(dāng)所述基于時間的預(yù)測模型為遞推合成人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，所述遞推合成人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸入層為N個節(jié)點，輸出層為F個節(jié)點；且N、F均為正整數(shù)時，第一預(yù)測單元具體包括以下子單元，

第一排序子單元1921，用于將所述過去T個不同時刻對應(yīng)的軌道不平順程度按照時間先后順序排序，形成軌道不平順程度時間序列；所述軌道不平順程度時間序列中的時間序列值為不同時刻下的軌道不平順程度；T＝N+F+Q-1，且Q均為正整數(shù)；

第一歸一化子單元1922，用于將軌道不平順程度時間序列中的時間序列值進行歸一化，得到歸一化后的軌道不平順程度時間序列；

第一輸入輸出樣本對子單元1923，用于根據(jù)遞推合成人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸入層和輸出層的節(jié)點數(shù)將所述歸一化后的軌道不平順程度時間序列中的T個時間序列值劃分為Q對輸入輸出樣本對，每對輸入輸出樣本對包括N+F個時間序列值，前N個時間序列值為輸入樣本中的時間序列值，后F個時間序列值為輸出樣本中的時間序列值；所述輸入樣本還包括與該輸入樣本構(gòu)成輸入輸出樣本對的輸出樣本的時刻；

第一訓(xùn)練子單元1924，用于將訓(xùn)練樣本中的輸入樣本輸入到遞推合成人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸入層中，得到遞推人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的實際輸出；所述訓(xùn)練樣本為所述Q對輸入輸出樣本對的至少部分對輸入輸出樣本對；

第一判斷子單元1925，用于判斷所述實際輸出與目標(biāo)輸出的均方誤差是否達到預(yù)設(shè)要求，如果是，訓(xùn)練結(jié)束，如果否，調(diào)整遞推合成人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的各節(jié)點的連接權(quán)值與閾值，返回執(zhí)行所述將訓(xùn)練樣本中的輸入樣本到遞推合成人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中，得到遞推人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的實際輸出的步驟；其中，所述目標(biāo)輸出為與所述輸入樣本形成輸入輸出樣本對的輸出樣本；

第一預(yù)測子單元1926，用于將所述歸一化后的軌道不平順程度時間序列中的最近(N-F)個時刻的時間序列值和未來F個預(yù)設(shè)時刻輸入訓(xùn)練后的遞推合成人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中，預(yù)測得到未來F個預(yù)設(shè)時刻的軌道不平順程度。

基于上述實施例三提供的磁懸浮列車軌道不平順的預(yù)測方法，本發(fā)明實施例還提供了一種磁懸浮列車軌道不平順程度的預(yù)測裝置，具體參見實施例六。

實施例六

圖20是本發(fā)明實施例六提供的磁懸浮列車軌道不平順的預(yù)測裝置結(jié)構(gòu)示意圖。如圖20所示，該裝置包括以下單元：

第四獲取單元201，用于獲取磁懸浮列車在過去n個時刻內(nèi)通過實際軌道不平順點的懸浮性能數(shù)據(jù)；其中，n≥2，且T為整數(shù)；

第二預(yù)測單元202，用于根據(jù)所述過去n個不同時刻對應(yīng)的懸浮性能數(shù)據(jù)，利用基于時間的預(yù)測模型預(yù)測未來預(yù)設(shè)時刻時的懸浮性能數(shù)據(jù)；

第三查找單元203，用于查找懸浮性能數(shù)據(jù)和軌道不平順程度的關(guān)系，得到與未來預(yù)設(shè)時刻內(nèi)的懸浮性能數(shù)據(jù)相對應(yīng)的軌道不平順程度。

當(dāng)所述基于時間的預(yù)測模型為遞推合成人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，所述遞推合成人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸入層為N個節(jié)點，輸出層為F個節(jié)點；且N、F均為正整數(shù)；且根據(jù)所述過去n個不同時刻對應(yīng)的m個種類的懸浮性能數(shù)據(jù)，利用基于時間的預(yù)測模型預(yù)測未來預(yù)設(shè)時刻時的懸浮性能數(shù)據(jù)，m為正整數(shù)時，所述第二預(yù)測單元202包括以下子單元：

第二排序子單元2021，用于將過去n個不同時刻對應(yīng)的m個種類的懸浮性能數(shù)據(jù)按照時間先后順序排序，生成懸浮性能數(shù)據(jù)時間序列；每種懸浮性能數(shù)據(jù)生成對應(yīng)的一個懸浮性能數(shù)據(jù)時間序列；

第二歸一化子單元2022，用于將懸浮性能數(shù)據(jù)時間序列中的時間序列值進行歸一化處理，得到歸一化后的懸浮性能數(shù)據(jù)時間序列；

第二輸入輸出樣本對劃分子單元2023，用于根據(jù)遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型的輸入層和輸出層的節(jié)點數(shù)，將懸浮性能數(shù)據(jù)時間序列中的n個時刻的數(shù)據(jù)劃分為Q對輸入輸出樣本對：每對輸入輸出樣本對包括N+F個時間序列值，前N個時間序列值為輸入樣本中的時間序列值，后F個時間序列值為輸出樣本中的時間序列值；所述輸入樣本還包括與該輸入樣本構(gòu)成輸入輸出樣本對的輸出樣本的時刻；n＝N+F+Q-1，且Q均為正整數(shù)；

第二訓(xùn)練子單元2024，用于將所述Q對輸入輸出樣本對中的至少部分樣本對作為訓(xùn)練樣本，將訓(xùn)練樣本中的輸入樣本輸入到遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型的輸入層的各個節(jié)點上，通過遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型的運算，得到該模型的實際輸出：

第二判斷子單元2025，用于判斷所述實際輸出與目標(biāo)輸出的均方誤差是否達到預(yù)設(shè)要求，如果是，訓(xùn)練結(jié)束，如果否，調(diào)整遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型的各節(jié)點的連接權(quán)值與閾值，返回執(zhí)行所述將訓(xùn)練樣本中的輸入樣本到遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型的輸出層的各個節(jié)點上，通過遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型的運算，得到該模型的實際輸出；其中，所述目標(biāo)輸出為與所述輸入樣本形成輸入輸出樣本對的輸出樣本；

第二預(yù)測子單元2026，用于將歸一化后的懸浮性能數(shù)據(jù)時間序列中的最近(N-F)/m個時刻的時間序列值和未來F個預(yù)設(shè)時刻輸入訓(xùn)練后的遞推合成BP網(wǎng)絡(luò)模型的輸入層，預(yù)測得到未來F個預(yù)設(shè)時刻的懸浮性能數(shù)據(jù)。

以上所述僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。