專利名稱：列車故障數(shù)據(jù)的分析處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所述的列車故障數(shù)據(jù)的分析處理方法用于機(jī)車車輛行業(yè)列車運(yùn)行維護(hù)終端系統(tǒng)，對(duì)列車故障運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行處理優(yōu)化顯示。

背景技術(shù)：
目前列車運(yùn)行過程中發(fā)生故障時(shí)，分析列車發(fā)生故障原因的主要依據(jù)是列車發(fā)生故障時(shí)的運(yùn)行數(shù)據(jù)。列車維護(hù)人員根據(jù)故障數(shù)據(jù)分析發(fā)生故障的原因。當(dāng)前故障分析的主要方法是把列車運(yùn)行故障數(shù)據(jù)按時(shí)間順序在故障點(diǎn)之間用直線連接起來，以觀察故障發(fā)生的過程。這種對(duì)列車故障數(shù)據(jù)的處理沒有連續(xù)性，故障數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)之間的信息是未知，特別是當(dāng)故障數(shù)據(jù)的采樣點(diǎn)比較稀疏或有部分缺失時(shí)，甚至?xí)贸鲥e(cuò)誤的結(jié)論。如何在現(xiàn)有故障數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上盡可能多的體現(xiàn)列車故障的信息是列車維護(hù)人員比較關(guān)心的問題。針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，研究設(shè)計(jì)一種新型的列車故障數(shù)據(jù)的分析處理方法，從而克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題是十分必要的。


發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，本發(fā)明的目的是研究一種新型的列車故障數(shù)據(jù)的分析處理方法，從而解決列車故障時(shí)采集的故障數(shù)據(jù)較少或者數(shù)據(jù)丟失不全等問題。本發(fā)明所述的列車故障數(shù)據(jù)的分析處理方法步驟如下 第一步、輸入列車運(yùn)行原始故障數(shù)據(jù)(Xi，Yi)，i＝0，1…，m及故障數(shù)據(jù)組數(shù)m+1；設(shè)定相鄰故障數(shù)據(jù)之間要插入的故障數(shù)據(jù)數(shù)Num。
第二步、在故障數(shù)據(jù)區(qū)間內(nèi)，確定故障數(shù)據(jù)單調(diào)變化的區(qū)間，首先確定區(qū)間內(nèi)極值點(diǎn)，方法如下假設(shè)區(qū)間內(nèi)某列車故障數(shù)據(jù)采集點(diǎn)(xi，yi)，若該點(diǎn)滿足yi≤yi+1，yi＜yi-1或者yi＜yi+1，yi≤yi-1，則yi為區(qū)間內(nèi)極小值；若該點(diǎn)滿足yi≥yi+1，yi＞yi-1或者yi＞yi+1，yi≥yi-1，則yi為區(qū)間內(nèi)極大值；這里假定在相鄰的極大值和極小值之間便是該故障數(shù)據(jù)的一段單調(diào)變化的區(qū)間，這樣，在故障數(shù)據(jù)初始值和第一個(gè)極值點(diǎn)之間、相鄰極值點(diǎn)之間、最后一個(gè)極值點(diǎn)與最后一個(gè)故障數(shù)據(jù)之間變形成了若干個(gè)單調(diào)變化的故障數(shù)據(jù)區(qū)間。若認(rèn)為該故障數(shù)據(jù)是穩(wěn)定不變的。
第三步、在故障數(shù)據(jù)單調(diào)變化區(qū)間內(nèi)，利用最小二乘法擬合多項(xiàng)式，根據(jù)設(shè)定的相鄰故障數(shù)據(jù)之間要插入的故障數(shù)據(jù)數(shù)Num，求出相應(yīng)的插入故障數(shù)據(jù)。最小二乘多項(xiàng)式按下式確定 當(dāng)k＞4時(shí)，也可以使用下式進(jìn)行最小二乘四次多項(xiàng)式擬合 p(x)＝a0+a1x+a2x2+a3x3+a4x4，k＞4 其中，k為單調(diào)區(qū)間上故障數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)。
第四步、對(duì)插值后各變化區(qū)間上的數(shù)據(jù)，進(jìn)行三次樣條函數(shù)擬合，根據(jù)求出的擬合函數(shù)，畫出區(qū)間上連續(xù)變化的故障曲線。
第五步、在故障數(shù)據(jù)穩(wěn)定不變的區(qū)間內(nèi)，不對(duì)故障數(shù)據(jù)作處理，畫故障曲線時(shí)直接在各故障數(shù)據(jù)點(diǎn)之間以直線連接。
本發(fā)明所述的多項(xiàng)式擬合的最小二乘方法步驟如下 a、設(shè)定擬合多項(xiàng)式的次數(shù)n和兩數(shù)據(jù)點(diǎn)之間要插入的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)Num； b、列表計(jì)算和 c、寫出正規(guī)方程組，求出a0，a1，…an； d、寫出擬合多項(xiàng)式 根據(jù)d計(jì)算出來的擬合多項(xiàng)式求出插值點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的擬合故障數(shù)據(jù)，若對(duì)求出的插值點(diǎn)數(shù)據(jù)不滿意，重新設(shè)定擬合多項(xiàng)式的次數(shù)n和兩數(shù)據(jù)點(diǎn)之間要插入的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)Num，返回步驟b。
本發(fā)明所述的三次樣條插值算法步驟如下 A、計(jì)算步長hi及差商f[xi-1，xi]對(duì)i＝1，2，…，m，置hi＝xi-xi-1，f[xi-1，xi]＝(yi-yi-1)/hi， B、計(jì)算參數(shù)λi，μi，di(i＝1，2，…，m-1)，置λi＝hi+1/(hi+hi+1)，μi＝1-λi，di＝6f[xi-1，xi，xi+1] C、利用追趕法解三對(duì)角方程組
其中由于方程組矩陣是嚴(yán)格對(duì)角占優(yōu)矩陣，方程組有唯一解，求出S(x)在[xi-1，xi]上的表達(dá)式，即可得到故障數(shù)據(jù)在區(qū)間[xi-1，xi]上的連續(xù)曲線。
在各單調(diào)變化的故障數(shù)據(jù)時(shí)間段均進(jìn)行擬合并選取合適的擬合數(shù)據(jù)后，原故障數(shù)據(jù)序列中除穩(wěn)定不變的數(shù)據(jù)區(qū)間外便成為均勻分布的并且具有所需密度的數(shù)據(jù)序列，在故障數(shù)據(jù)發(fā)生變化的序列上，利用三次樣條插值函數(shù)，便構(gòu)造出對(duì)應(yīng)時(shí)間序列上連續(xù)變化的故障曲線。



本發(fā)明共有一張附圖 附圖1、列車故障數(shù)據(jù)的分析處理方法算法整體流程圖。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明的具體實(shí)施如下，為了驗(yàn)證上述故障數(shù)據(jù)處理的算法，選取下表的列車運(yùn)行故障數(shù)據(jù)應(yīng)用該算法。表中原始數(shù)據(jù)的標(biāo)志‘-’為原始數(shù)據(jù)采集的缺失數(shù)據(jù)。
按上述算法步驟， 1、列車故障數(shù)據(jù)如上表，設(shè)表中每相鄰兩數(shù)據(jù)點(diǎn)間插入數(shù)據(jù)數(shù)Num＝1。
2、根據(jù)確定單調(diào)區(qū)間的方法，可知，區(qū)間[13，14]是故障數(shù)據(jù)穩(wěn)定區(qū)間；區(qū)間[1，13]和[14，20]是故障數(shù)據(jù)單調(diào)變化區(qū)間。
3、在單調(diào)區(qū)間[1，13]和[14，20]上的故障數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)均大于3，故采用三次最小二乘多項(xiàng)式函數(shù)p(x)＝a0+a1x+a2x2+a3x3。求得擬合多項(xiàng)式系數(shù)如下 在區(qū)間[1，13]上，a0＝7893.3，a1＝-247.7，a2＝20.1，a3＝-0.6，求得插值點(diǎn)處故障數(shù)據(jù)值如下表 在區(qū)間[14，20]上，a0＝-10244，a1＝3363，a2＝-223，a3＝5，求得插值點(diǎn)處故障數(shù)據(jù)值如下表 4、根據(jù)上述插值點(diǎn)數(shù)據(jù)和原始故障數(shù)據(jù)，在區(qū)間[1，13]和[14，20]上分別利用三次樣條擬合算法，求出三次樣條擬合函數(shù)。
在區(qū)間[1，13]上，插值后數(shù)據(jù)序列如下表
共有25組數(shù)據(jù)，即三次樣條算法中m＝24，利用上述數(shù)據(jù)解方程組(6)可得M0，M1…，M24的值，把上述各Mi(i＝0，1，2…24)值代入下式 其中，x∈[xi-1，xi]，hi＝xi-xi-1，i＝1，2…24 上式就是在區(qū)間[1，13]上的三次樣條擬合函數(shù)。
在區(qū)間[14，20]上，插值后數(shù)據(jù)序列如下表 共有13組數(shù)據(jù)，即三次樣條算法中m＝12，利用上述數(shù)據(jù)解方程組(6)可得M0，M1…，M12的值，把上述各Mi(i＝0，1，2…12)值代入下式 其中，x∈[xi-1，xi]，hi＝xi-xi-1，i＝1，2…12 上式就是在區(qū)間[14，20]上的三次樣條擬合函數(shù)。
利用上述求出的三次樣條函數(shù)，即可得出各區(qū)間上連續(xù)光滑的曲線。
5、在故障數(shù)據(jù)穩(wěn)定的區(qū)間[13，14]上，直接把兩點(diǎn)的故障數(shù)據(jù)值以直線連接，這樣，便得出在整個(gè)區(qū)間[1，20]上故障數(shù)據(jù)的連續(xù)曲線。
權(quán)利要求
1、一種列車故障數(shù)據(jù)的分析處理方法，主要是故障數(shù)據(jù)的采樣點(diǎn)比較稀疏或有部分缺失時(shí)，在故障數(shù)據(jù)間進(jìn)行局部逼近和整體連續(xù)。其特征在于分析處理方法的步驟如下
第一步、輸入列車運(yùn)行原始故障數(shù)據(jù)(Xi，Yi)，i＝0，1…，m及故障數(shù)據(jù)組數(shù)m+1；設(shè)定相鄰故障數(shù)據(jù)之間要插入的故障數(shù)據(jù)數(shù)Num。
第二步、在故障數(shù)據(jù)區(qū)間內(nèi)，確定故障數(shù)據(jù)單調(diào)變化的區(qū)間，首先確定區(qū)間內(nèi)極值點(diǎn)，方法如下假設(shè)區(qū)間內(nèi)某列車故障數(shù)據(jù)采集點(diǎn)(xi，yi)，若該點(diǎn)滿足yi≤yi+1，yi＜yi-1或者yi＜yi+1，yi≤yi-1，則yi為區(qū)間內(nèi)極小值；若該點(diǎn)滿足yi≥yi+1，yi＞yi-1或者yi＞yi+1，yi≥yi-1，則yi為區(qū)間內(nèi)極大值；這里假定在相鄰的極大值和極小值之間便是該故障數(shù)據(jù)的一段單調(diào)變化的區(qū)間，這樣，在故障數(shù)據(jù)初始值和第一個(gè)極值點(diǎn)之間、相鄰極值點(diǎn)之間、最后一個(gè)極值點(diǎn)與最后一個(gè)故障數(shù)據(jù)之間變形成了若干個(gè)單調(diào)變化的故障數(shù)據(jù)區(qū)間。若認(rèn)為該故障數(shù)據(jù)是穩(wěn)定不變的。
第三步、在故障數(shù)據(jù)單調(diào)變化區(qū)間內(nèi)，利用最小二乘法擬合多項(xiàng)式，根據(jù)設(shè)定的相鄰故障數(shù)據(jù)之間要插入的故障數(shù)據(jù)數(shù)Num，求出相應(yīng)的插入故障數(shù)據(jù)。最小二乘多項(xiàng)式按下式確定
當(dāng)k＞4時(shí)，也可以使用下式進(jìn)行最小二乘四次多項(xiàng)式擬合
p(x)＝a0+a1x+a2x2+a3x3+a4x4，k＞4
其中，k為單調(diào)區(qū)間上故障數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)。
第四步、對(duì)插值后各變化區(qū)間上的數(shù)據(jù)，進(jìn)行三次樣條函數(shù)擬合，根據(jù)求出的擬合函數(shù)，畫出區(qū)間上連續(xù)變化的故障曲線。
第五步、在故障數(shù)據(jù)穩(wěn)定不變的區(qū)間內(nèi)，不對(duì)故障數(shù)據(jù)作處理，畫故障曲線時(shí)直接在各故障數(shù)據(jù)點(diǎn)之間以直線連接。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的列車故障數(shù)據(jù)的處理方法，其特征在于多項(xiàng)式擬合的最小二乘方法步驟如下
a、設(shè)定擬合多項(xiàng)式的次數(shù)n和兩數(shù)據(jù)點(diǎn)之間要插入的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)Num；
b、列表計(jì)算和
c、寫出正規(guī)方程組，求出a0，a1，…an；
d、寫出擬合多項(xiàng)式
根據(jù)d計(jì)算出來的擬合多項(xiàng)式求出插值點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的擬合故障數(shù)據(jù)，若對(duì)求出的插值點(diǎn)數(shù)據(jù)不滿意，重新設(shè)定擬合多項(xiàng)式的次數(shù)n和兩數(shù)據(jù)點(diǎn)之間要插入的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)Num，返回步驟b。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的列車故障數(shù)據(jù)的處理方法，其特征在于三次樣條插值算法步驟如下
A、計(jì)算步長hi及差商f[xi-1，xi]對(duì)i＝1，2，…，m，置hi＝xi-xi-1，f[xi-1，xi]＝(yi-yi-1)/hi，
B、計(jì)算參數(shù)λi，μi，di(i＝1，2，…，m-1)，置λi＝hi+1/(hi+hi+1)，μi＝1-λi，di＝6f[xi-1，xi，xi+1]
C、利用追趕法解三對(duì)角方程組
其中由于方程組矩陣是嚴(yán)格對(duì)角占優(yōu)矩陣，方程組有唯一解，求出S(x)在[xi-1，xi]上的表達(dá)式，即可得到故障數(shù)據(jù)在區(qū)間[xi-1，xi]上的連續(xù)曲線。
全文摘要
本發(fā)明所述的列車故障數(shù)據(jù)的分析處理方法，主要是故障數(shù)據(jù)的采樣點(diǎn)比較稀疏或有部分缺失時(shí)，在故障數(shù)據(jù)間進(jìn)行局部逼近和整體連續(xù)。首先把故障運(yùn)行數(shù)據(jù)按采樣點(diǎn)的時(shí)間順序分成若干段，使每一時(shí)間段內(nèi)的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出單調(diào)變化或穩(wěn)定不變的特征。設(shè)定相鄰故障數(shù)據(jù)之間要插入的故障數(shù)據(jù)數(shù)，在故障數(shù)據(jù)單調(diào)變化區(qū)間內(nèi)，利用最小二乘法擬合多項(xiàng)式，求出相應(yīng)的插入故障數(shù)據(jù)。對(duì)插值后各變化區(qū)間上的數(shù)據(jù)，進(jìn)行三次樣條函數(shù)擬合，根據(jù)求出的擬合函數(shù)，畫出區(qū)間上連續(xù)變化的故障曲線。在故障數(shù)據(jù)穩(wěn)定不變的區(qū)間內(nèi)，直接在各故障數(shù)據(jù)點(diǎn)之間以直線連接。使列車故障時(shí)采集的故障數(shù)據(jù)出現(xiàn)連續(xù)變化的曲線，便于工作人員進(jìn)行正確分析判斷。
文檔編號(hào)G06F19/00GK101281556SQ20081001070
公開日2008年10月8日 申請(qǐng)日期2008年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月19日
發(fā)明者崔殿國, 張福景, 李礫工, 趙國平, 王建強(qiáng) 申請(qǐng)人:謝步明