高速列车轨道交通故障安全监测预警系统和信号处理方法
专利汇可以提供高速列车轨道交通故障安全监测预警系统和信号处理方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种列车轨道交通故障安全监测预警系统和 信号 处理方法，将基于萨格奈克干涉的振动传感系统与基于相干探测的 相位 敏感光时域反射振动检测系统相结合，对 转向架 以及 铁 轨进行损伤监测。通过萨格奈克干涉仪对转向架进行振动监测，在铁轨外侧部署分布式光纤，使用相位敏感光时域反射振动检测系统对铁轨进行振动监测；使用短时傅里叶变换进行时频分析，建立 频谱 特征 数据库 进行频谱分析，建立振动 特征向量 ，使用相关向量积进行振动 模式识别 ，实现对列车运行状态以及轨道安全健康损伤的监测预警。具有本质安全，信号测量 精度 高，可 直接还原 信号相位信息，可靠性高，实时性好，传感距离长，提前获取列车轨道交通危害预警信息等优点。，下面是高速列车轨道交通故障安全监测预警系统和信号处理方法专利的具体信息内容。
1.一种高速列车轨道交通故障安全监测预警系统，通过在列车底层的多个转向架的构架平面两侧铺设分布式光纤振动检测光纤环，并进行耦合固定，实现对转向架构架两侧振动的直接探测，并将其连接在双光开关模块上，实现多个转向架的同步检测监控；在两条轨道的外侧直接布设光缆，并与铁轨进行强耦合固定，同时光缆另一端与光开关连接，实现多条铁轨的同步监控；其特征在于，该系统包括：列车转向架结构损伤健康监测子系统部署在列车数字监控室，包括：萨格奈克干涉仪（1）、双光开关模块（2）、数据高速采集模块（3）、第一数据显示装置（4）、第一网络通信端口（5）、列车转向架构架（6）、列车转向架构架第一侧振动检测光纤环（7）、列车转向架构架第二侧振动检测光纤环（8）；萨格奈克干涉仪（1）连接双光开关模块（2）和数据高速采集模块（3），数据高速采集模块（3）与第一数据显示装置（4）和第一网络通信端口（5）顺次连接；列车转向架构架第一侧振动检测光纤环（7）和列车转向架构架第二侧振动检测光纤环（8）分别固定安装于列车转向架构架（6）的两侧，同时分别连接双光开关模块（2）；其中，萨格奈克干涉仪（1）与双光开关模块（2）连接用来检测铺设在转向架之上的多路光纤，所述数据高速采集模块（3）用于将萨格奈克干涉仪（1）采集的数据传输到第一数据显示装置（4）进行显示，同时数据通过第一网络通信端口（5）传输到远程监控中心使用信号处理方法进行数据处理和显示；轨道结构损伤健康监测子系统部署在铁路沿线的铁路轨道监控机房，包括：第二数据显示装置（9）、第二网络通信端口（10）、光开关（11）、相干光时域反射仪（12）、线路一铁轨第一外侧耦合光缆（13）、线路一铁轨第二外侧耦合光缆（14）、线路二铁轨第一外侧耦合光缆（15）、线路二铁轨第二外侧耦合光缆（16）；相干光时域反射仪（12）与光开关（11）和第二数据显示装置（9）连接，第二网络通信端口（10）连接第二数据显示装置（9），线路一铁轨第一外侧耦合光缆（13）、线路一铁轨第二外侧耦合光缆（14）、线路二铁轨第一外侧耦合光缆（15）、线路二铁轨第二外侧耦合光缆（16）分别耦合固定设置于对应铁轨外侧，并分别连接光开关（11）；相干光时域反射仪（12）通过光开关（11）进行多路切换实时监测多条铁轨健康损伤状态，所述第二数据显示装置（9）与相干光时域反射仪（12）连接，并与第二网络通信端口（10）相连接，将采集的数据进行显示并传输到远程监控中心进行信号处理。
2.一种高速列车轨道交通故障安全监测预警信号处理方法，用于对权利要求1所述的高速列车及轨道交通故障安全监测预警系统发送至远程监控中心的数据信号进行信号分析与处理，其特征在于，包括如下处理步骤：步骤一：远程监控中心分别接收来自列车转向架结构健康监测子系统和轨道安全健康监测子系统的各振动数据；步骤二：通过窗函数及参数的设定对时域信号进行分割；步骤三：通过傅里叶变换对时域信号进行时频转换，获得众多短时的频率信号；步骤四：通过累加平均、寻峰算法进行降噪和信号提取，最终获得转向架和轨道振动的长时频域信号；步骤五：根据长时频域信号，分别建立转向架和轨道的振动频谱特征库；步骤六：融合各参数和两种振动特征库进行频谱分析，建立对应的振动特征向量；步骤七：对相关向量机模式识别算法进行模型训练和特征提取，并确定算法的权重和相关向量等参数，完成相关向量机模式识别方案的构建；步骤八：融合短时傅里叶变换时频分析和相关向量机进行模式识别，建立列车与轨道故障损伤模式识别方法模型，实现列车运行状态以及轨道安全健康损伤状态的智能监测预警。
高速列车轨道交通故障安全监测预警系统和信号处理方法
技术领域
背景技术
发明内容
其中，萨格奈克干涉仪与双光开关模块连接用来检测铺设在转向架之上的多路光纤，所述数据高速采集模块用于将萨格奈克干涉仪采集的数据传输到第一数据显示装置进行显示，同时数据通过第一网络通信端口传输到远程监控中心使用信号处理方法进行数据处理和显示；
轨道结构损伤健康监测子系统部署在铁路沿线的铁路轨道监控机房，包括：第二数据显示装置、第二网络通信端口、光开关、相干光时域反射仪、线路一铁轨第一外侧耦合光缆、线路一铁轨第二外侧耦合光缆、线路二铁轨第一外侧耦合光缆、线路二铁轨第二外侧耦合光缆；相干光时域反射仪与光开关和第二数据显示装置连接，第二网络通信端口连接第二数据显示装置，线路一铁轨第一外侧耦合光缆、线路一铁轨第二外侧耦合光缆、线路二铁轨第一外侧耦合光缆、线路二铁轨第二外侧耦合光缆分别耦合固定设置于对应铁轨外侧，并分别连接光开关；
相干光时域反射仪通过光开关进行多路切换实时监测多条铁轨健康损伤状态，所述第二数据显示装置与相干光时域反射仪连接，并与第二网络通信端口相连接，将采集的数据进行显示并传输到远程监控中心进行信号处理。
步骤二：通过窗函数及参数的设定对时域信号进行分割；
步骤三：通过傅里叶变换对时域信号进行时频转换，获得众多短时的频率信号；
步骤四：通过累加平均、寻峰算法进行降噪和信号提取，最终获得转向架和轨道振动的长时频域信号；
步骤五：根据长时频域信号，分别建立转向架和轨道的振动频谱特征库；
步骤六：融合各参数和两种振动特征库进行频谱分析，建立对应的振动特征向量；
步骤七：对相关向量机模式识别算法进行模型训练和特征提取，并确定算法的权重和相关向量等参数，完成相关向量机模式识别方案的构建；
步骤八：融合短时傅里叶变换时频分析和相关向量机进行模式识别，建立列车与轨道故障损伤模式识别方法模型，实现列车运行状态以及轨道安全健康损伤状态的智能监测预警。
二、设计了高速列车及轨道交通故障安全监测预警系统的信号处理方法，融合短时傅里叶变换时频分析方法进行频率信号的高精度还原，以及机器学习算法相关向量机进行各种振动模式的分类和识别，最终实现对列车转向架和铁轨结构健康损伤状态的智能监测与预警；
三、两种传感器布设方式：在列车转向架的构架平面两侧布设并固定安装萨格奈克振动检测光纤环，实现对转向架健康状态的监测；在铁轨的两侧外围铺设固定分布式光纤，并进行强耦合，增强轨道振动耦合到光纤中的效率，实现对铁轨损伤状态的监测。
附图说明
具体实施方式
列车转向架结构损伤健康监测子系统部署在列车数字监控室，包括：萨格奈克干涉仪
1、双光开关模块2、数据高速采集模块3、第一数据显示装置4、第一网络通信端口5、列车转向架构架6、列车转向架构架第一侧振动检测光纤环7、列车转向架构架第二侧振动检测光纤环8；萨格奈克干涉仪1连接双光开关模块2和数据高速采集模块3，数据高速采集模块3与第一数据显示装置4和第一网络通信端口5顺次连接；列车转向架构架第一侧振动检测光纤环7和列车转向架构架第二侧振动检测光纤环8分别固定安装于列车转向架构架6的两侧，同时分别连接双光开关模块2；
其中，萨格奈克干涉仪1与双光开关模块2连接用来检测铺设在转向架之上的多路光纤，所述数据高速采集模块3用于将萨格奈克干涉仪1采集的数据传输到第一数据显示装置
4进行显示，同时数据通过第一网络通信端口5传输到远程监控中心使用信号处理方法进行数据处理和显示；
轨道结构损伤健康监测子系统部署在铁路沿线的机房，包括：第二数据显示装置9、第二网络通信端口10、光开关11、相干光时域反射仪12、线路一铁轨第一外侧耦合光缆13、线路一铁轨第二外侧耦合光缆14、线路二铁轨第一外侧耦合光缆15、线路二铁轨第二外侧耦合光缆16；相干光时域反射仪12与光开关11和第二数据显示装置9连接，第二网络通信端口
10连接第二数据显示装置9，线路一铁轨第一外侧耦合光缆13、线路一铁轨第二外侧耦合光缆14、线路二铁轨第一外侧耦合光缆15、线路二铁轨第二外侧耦合光缆16分别耦合固定设置于对应铁轨外侧，并分别连接光开关11；
相干光时域反射仪12通过光开关11进行多路切换实时监测多条铁轨健康损伤状态，所述第二数据显示装置9与相干光时域反射仪12连接，并与第二网络通信端口10相连接，将采集的数据进行显示并传输到远程监控中心进行信号处理。
步骤二：通过窗函数及参数的设定对时域信号进行分割；
步骤三：通过傅里叶变换对时域信号进行时频转换，获得众多短时的频率信号；
步骤四：通过累加平均、寻峰算法进行降噪和信号提取，最终获得转向架和轨道振动的长时频域信号；
步骤五：根据长时频域信号，分别建立转向架和轨道的振动频谱特征库；
步骤六：融合各参数和两种振动特征库进行频谱分析，建立对应的振动特征向量；
步骤七：对相关向量机模式识别算法进行模型训练和特征提取，并确定算法的权重和相关向量等参数，完成相关向量机模式识别方案的构建；
步骤八：融合短时傅里叶变换时频分析和相关向量机进行模式识别，建立列车与轨道故障损伤模式识别方法模型，实现列车运行状态以及轨道安全健康损伤状态的智能监测预警。
二、设计了高速列车及轨道交通故障安全监测预警系统的信号处理方法，融合短时傅里叶变换时频分析方法进行频率信号的高精度还原，以及机器学习算法相关向量机进行各种振动模式的识别，最终实现对列车转向架和铁轨结构健康损伤状态的智能监测与预警；
三、两种传感器布设方式：在列车转向架的构架平面两侧布设并固定安装萨格奈克振动检测光纤环，实现对转向架健康状态的监测；在铁轨的两侧外围铺设固定分布式光纤，并进行强耦合，增强轨道振动耦合到光纤中的效率，实现对铁轨损伤状态的监测。
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