本發(fā)明涉及鐵路列車車內(nèi)振噪（即振動加速度和噪聲）特征提取方法，尤其涉及一種可以將該方法應(yīng)用于鋼軌波磨的快速辨識，提升鐵路工務(wù)部門檢測效率的面向鋼軌波磨辨識的列車振噪特征提取方法。

背景技術(shù)：

1、鋼軌波磨是鋼軌表面出現(xiàn)的一種周期性、波浪形狀的不均勻磨耗，是導(dǎo)致輪軌系統(tǒng)出現(xiàn)劇烈高頻振動的主要原因，在地鐵線路中較為常見，鋼軌波磨誘發(fā)的環(huán)境振動是世界七大環(huán)境公害之一，會嚴重影響地鐵乘坐舒適性、地鐵沿線居民的正常生活以及精密設(shè)備的正常使用。

2、此外，在鋼軌波磨的長期作用下，軌道和車輛關(guān)鍵構(gòu)件會出現(xiàn)疲勞傷損，如：扣件彈跳飛斷、軸向裂紋等，嚴重威脅地鐵行車安全，因此，實現(xiàn)地鐵鋼軌波磨狀態(tài)的高效辨識對于指導(dǎo)地鐵工務(wù)部門制定打磨作業(yè)計劃、保障地鐵形成的安全舒適具有重要的工程價值。

3、當(dāng)前，最常見的鋼軌波磨檢測手段主要可以分為4類，第1類方法主要通過定長直尺來進行波磨的檢測，在此類檢測手段中，工務(wù)人員最早采用塞尺來判斷鋼軌波磨的狀態(tài)，在檢測時，通過可以塞入鋼片的數(shù)量來估計鋼軌波磨的波深，通常情況下，塞尺無法直接測量出鋼軌波磨的波長和范圍，因此，鐵路工務(wù)人員采用鋼軌平尺來同時測量鋼軌波磨的波深和波長，考慮到鋼軌平尺的讀數(shù)非常繁瑣，電子平直度儀被廣泛用于測量鋼軌波磨的服役狀態(tài)，但是，采用定長直尺的方式只能測量固定位置的鋼軌波磨狀態(tài)，為了大范圍測量鋼軌波磨，需要頻繁的搬運此類設(shè)備。

4、鑒于此，鋼軌波磨小車（第2類）也常用于鋼軌波磨的檢測，鋼軌波磨小車大多采用高性能傳感器，具備較高的測量精度，但其造價昂貴，難以實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，同時，鋼軌波磨小車（如：cat、bbm等）雖然相較于定長直尺檢測效率有所改善，但是其測量速度大多小于5km/h，在一個天窗點內(nèi)一般只能檢測1-2個地鐵區(qū)間，難以實現(xiàn)對全線波磨狀態(tài)進行快速辨識。

5、因此，很多學(xué)者及研究人員在列車軸箱或轉(zhuǎn)向架上安裝傳感設(shè)備來測量和評估鋼軌波磨的狀態(tài)（第3類），但此類檢測方法需要大型軌道檢測設(shè)備，造價與使用成本高，并且在轉(zhuǎn)向架和列車軸箱上安裝傳感器需要向車輛管理部門申請授權(quán)，過程非常繁瑣。

6、近年來，考慮到車廂內(nèi)振動和噪音等數(shù)據(jù)的獲取相對容易，輕量級、便捷式的智能車載終端（第4類）被逐漸采用作為鋼軌波磨快速檢測的解決方案，很多研究證明了車廂內(nèi)的振噪響應(yīng)能夠反應(yīng)鋼軌波磨的真實狀態(tài)，并且相比于其余3類檢測技術(shù)，車廂內(nèi)的振噪響應(yīng)可以通過輕量級的傳感技術(shù)進行采集，數(shù)據(jù)獲取成本較低，數(shù)據(jù)采集方式更加方便和快捷，能夠滿足地鐵線路時空稠密的鋼軌波磨快速測量需求（能夠在2-3小時內(nèi)進行地鐵全線檢測）。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本申請所解決的現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題是：

2、現(xiàn)有技術(shù)缺少對列車車內(nèi)振動、噪聲數(shù)據(jù)的深度挖掘方法來識別鋼軌波磨，因此，需要采用新的方法提出車內(nèi)振動及噪聲數(shù)據(jù)特征來識別鋼軌波磨。

3、本發(fā)明解決技術(shù)問題的方案是：提供一種面向鋼軌波磨辨識的列車振噪特征提取方法，包括以下步驟，

4、s1：根據(jù)線路波磨波長的主要分布特征以及列車行駛速度，確定車內(nèi)噪聲、振動的截止頻率；

5、s2：基于截止頻率對車內(nèi)噪聲、振動信號進行帶通濾波；

6、s3：對帶通濾波后的振噪信號進行波峰波谷識別，計算波深指數(shù)，即振動及噪聲特征；

7、s4：取波峰之間的距離作為鋼軌波磨波長。

8、優(yōu)選地，所述步驟s1中，車內(nèi)振動與噪聲信號的主要振動頻率與鋼軌波磨波長之間存在如下關(guān)系為；式中，為列車行駛速度(m/s)；為鋼軌波磨波長(m)，可根據(jù)既有統(tǒng)計資料獲?。粸檐噧?nèi)噪聲、振動信號主要頻率(hz)。

9、優(yōu)選地，所述列車行駛速度及鋼軌波磨波長存在變化，加上車內(nèi)其他噪聲干擾，車內(nèi)噪聲、振動信號包含上下限截止頻率，即：

10、；

11、式中，和分別為帶通濾波器的上限、下限截止頻率。

12、優(yōu)選地，所述步驟s2中，對時序振噪信號（記為）進行濾波處理，獲取對應(yīng)頻段下的振噪信號特征：；式中，為特定頻段下的振噪信號特征，為時序振噪信號的頻域表達，通過傅里葉變換進行計算；；為帶通濾波器，其特性表達如下：；式中，和分別為帶通濾波器的上限、下限截止頻率；實際情況下，可進一步根據(jù)振噪信號的時頻分析結(jié)果，確定帶通濾波器的上限、下限截止頻率；經(jīng)過濾波后的時序振噪信號記為，可通過逆傅里葉變換獲得：。

13、優(yōu)選地，所述步驟s3中，振噪數(shù)據(jù)經(jīng)過里程標定以后，可將濾波后的時序振噪信號轉(zhuǎn)化為沿線路里程的空間序列數(shù)據(jù)；對濾波后的振噪空間序列進行波峰值識別，波峰值需同時滿足如下條件：；式中，為波峰值所在的里程位置，和分別為在處的一階和二階導(dǎo)數(shù)；所述波峰值定義為波深指數(shù)。

14、優(yōu)選地，所述步驟s4中，獲取波峰值位置以后，可以根據(jù)相鄰波峰位置處的里程差異估算特征波長，其中，和分別為相鄰波峰的里程位置。

15、本申請解決技術(shù)問題所產(chǎn)生的技術(shù)效果如下：

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種面向鋼軌波磨辨識的列車振噪特征提取方法通過同時采用以下步驟，s1：根據(jù)線路波磨波長的主要分布特征以及列車行駛速度，確定車內(nèi)噪聲、振動的截止頻率；s2：基于截止頻率對車內(nèi)噪聲、振動信號進行帶通濾波；s3：對帶通濾波后的振噪信號進行波峰波谷識別，計算波深指數(shù)，即振動及噪聲特征；s4：取波峰之間的距離作為鋼軌波磨波長，實際應(yīng)用中，車廂內(nèi)的振噪響應(yīng)可以通過輕量級的傳感技術(shù)進行采集，數(shù)據(jù)獲取成本較低，數(shù)據(jù)采集方式更加方便和快捷，能夠滿足地鐵線路時空稠密的鋼軌波磨快速測量需求。

技術(shù)特征：

1.一種面向鋼軌波磨辨識的列車振噪特征提取方法，其特征在于：包括以下步驟，

2.如權(quán)利要求1所述的一種面向鋼軌波磨辨識的列車振噪特征提取方法，其特征在于：所述步驟s1中，車內(nèi)振動與噪聲信號的主要振動頻率與鋼軌波磨波長之間存在如下關(guān)系為；式中，為列車行駛速度(m/s)；為鋼軌波磨波長(m)，可根據(jù)既有統(tǒng)計資料獲??；為車內(nèi)噪聲、振動信號主要頻率(hz)。

3.如權(quán)利要求2所述的一種面向鋼軌波磨辨識的列車振噪特征提取方法，其特征在于：所述列車行駛速度及鋼軌波磨波長存在變化，加上車內(nèi)其他噪聲干擾，車內(nèi)噪聲、振動信號包含上下限截止頻率，即：

4.如權(quán)利要求3所述的一種面向鋼軌波磨辨識的列車振噪特征提取方法，其特征在于：所述步驟s2中，對時序振噪信號（記為）進行濾波處理，獲取對應(yīng)頻段下的振噪信號特征：；式中，為特定頻段下的振噪信號特征，為時序振噪信號的頻域表達，通過傅里葉變換進行計算；；為帶通濾波器，其特性表達如下：；式中，和分別為帶通濾波器的上限、下限截止頻率；實際情況下，可進一步根據(jù)振噪信號的時頻分析結(jié)果，確定帶通濾波器的上限、下限截止頻率；經(jīng)過濾波后的時序振噪信號記為，可通過逆傅里葉變換獲得：。

5.如權(quán)利要求1所述的一種面向鋼軌波磨辨識的列車振噪特征提取方法，其特征在于：所述步驟s3中，振噪數(shù)據(jù)經(jīng)過里程標定以后，可將濾波后的時序振噪信號轉(zhuǎn)化為沿線路里程的空間序列數(shù)據(jù)；對濾波后的振噪空間序列進行波峰值識別，波峰值需同時滿足如下條件：；式中，為波峰值所在的里程位置，和分別為在處的一階和二階導(dǎo)數(shù)；所述波峰值定義為波深指數(shù)。

6.如權(quán)利要求1所述的一種面向鋼軌波磨辨識的列車振噪特征提取方法，其特征在于：所述步驟s4中，獲取波峰值位置以后，可以根據(jù)相鄰波峰位置處的里程差異估算特征波長，其中，和分別為相鄰波峰的里程位置。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種面向鋼軌波磨辨識的列車振噪特征提取方法，包括以下步驟，S1：根據(jù)線路波磨波長的主要分布特征以及列車行駛速度，確定車內(nèi)噪聲、振動的截止頻率；S2：基于截止頻率對車內(nèi)噪聲、振動信號進行帶通濾波；S3：對帶通濾波后的振噪信號進行波峰波谷識別，計算波深指數(shù)，即振動及噪聲特征，S4：取波峰之間的距離作為鋼軌波磨波長，實際應(yīng)用中，車廂內(nèi)的振噪響應(yīng)可以通過輕量級的傳感技術(shù)進行采集，數(shù)據(jù)獲取成本較低，數(shù)據(jù)采集方式更加方便和快捷，能夠滿足地鐵線路時空稠密的鋼軌波磨快速測量需求。

技術(shù)研發(fā)人員：王源,高天賜,江樂鵬,汪琦力,史一帆
受保護的技術(shù)使用者：深圳市埃伯瑞科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30