專利名稱：基于鋼軌形變/應力參數(shù)的車輛脫軌預警方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于軌道交通系統(tǒng)的車輛脫軌預警方法，尤其涉及 一種基于鋼軌的形變/應力參數(shù)實現(xiàn)的軌道交通車輛脫軌預警方法，屬于 列車運行監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在軌道交通系統(tǒng)中，脫軌系數(shù)和減載率是確保列車安全運行的重 要參數(shù)?，F(xiàn)有技術(shù)中，對脫軌系數(shù)和減載率的測量一般使用地面框架 式測量床或車載測量系統(tǒng)。這些設(shè)備都存在一定的使用缺陷。例如地面 框架式測量床結(jié)構(gòu)比較復雜，而且需要改變道床與軌道的連接方式，
安裝過程復雜、維護困難；而車載測量系統(tǒng)存在車地之間的通信是否暢 通的問題，地面維護系統(tǒng)并不是在任何情況下都能方便地采集到所需 的數(shù)據(jù)。
鑒于現(xiàn)有車輛脫軌預警技術(shù)所存在的不足，人們先后提出一些改 進的列車脫軌預警方案。例如在公告號為CN2414962的中國實用新型 專利中，公開了一種可及時、準確拾取車輛脫軌信號并將信號傳遞出 去的軌道交通車輛脫軌自動報警系統(tǒng)傳感裝置。它有二個上部有卡口 且通過長螺栓連接的外卡具和傳感器卡具，在傳感器卡具下部有一個 插孔，在對應插孔兩側(cè)位置分別插裝有傳感器套管和壓切套管，且其 間通過安裝在傳感器卡具底部的頂絲緊固，在傳感器套管內(nèi)放置有傳 感觸頭伸入壓切套管內(nèi)的壓力萬向開關(guān)，在壓切套管上套裝支撐板， 且二個支撐板上部通過絕緣連接桿連接。
另外，在公開號為CN2414962的中國發(fā)明專利申請中，也公開了 一種軌道交通車輛脫軌檢測裝置。列車脫軌時，加速度使質(zhì)量塊產(chǎn)生 向下的作用力，當該作用力足以克服彈簧向上的作用力一即加速度超 過設(shè)定的域值時，出現(xiàn)一系列動作，從而達到迅速使列車產(chǎn)生緊急制 動的目的。
經(jīng)過研究，本發(fā)明人認為鋼軌上的應力和形狀變化是和車輪運動位 置對應的。因此通過測量鋼軌形變或應力參數(shù)的傳感器實時測量車輛
運行中的不同位置的應力或形狀變化可以間接測量得到列車脫軌系數(shù) 和減載率。這對于列車安全運行有很好的保障作用。
通過鋼軌應力和形狀變化測量車輛脫軌系數(shù)、減載率和車輪疤痕 盡管在原理上可行，而且鋼軌的形變規(guī)律也非常清楚，但鋼軌形變測 量一直僅用于鋼軌制造和維護，以及建立輪軌的受力模型，目前并沒 有基于鋼軌應力和形狀變化來進行車輛脫軌系數(shù)和減載率測量的具體 方法。
另外，由于對鋼軌之類的彈性體而言，其形變和內(nèi)部的應力成正比， 測量形變就相當于測量應力，為方便起見，在下文中統(tǒng)一采用測量形變 參數(shù)的表述。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)方案所存在的不足，提供一種基 于鋼軌形變或應力參數(shù)實現(xiàn)的軌道交通車輛脫軌預警方法。該脫軌預警 方法可以實現(xiàn)對脫軌系數(shù)、減載率、車輪疤痕等多種關(guān)鍵行車安全參 數(shù)的監(jiān)測。
為實現(xiàn)上述的發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述的技術(shù)方案 一種基于鋼軌形變/應力參數(shù)的車輛脫軌預警方法，其特征在于包 括如下步驟-
(1) 采集形變傳感器的測量數(shù)據(jù)；
(2) 根據(jù)列車軸數(shù)信息和傳感器測量數(shù)據(jù)生成列車通過預警測試 點的事件，啟動脫軌預警進程；
(3) 通過鋼軌的形變/應力參數(shù)分別獲取脫軌系數(shù)、減載率數(shù)據(jù)和 疤痕預警數(shù)據(jù)；
(4) 根據(jù)脫軌系數(shù)、減載率數(shù)據(jù)和疤痕預警數(shù)據(jù)對列車的脫軌趨勢 做出評價；
(5) 根據(jù)評價結(jié)果決定是否進行脫軌預警操作。
其中，所述步驟(3)中，首先測量鋼軌的水平方向受力，然后用該 水平方向受力除以車輪對鋼軌的垂直壓力以得到所述脫軌系數(shù)。
所述鋼軌的水平方向受力通過如下步驟獲得首先，獲取傳感器 的測量數(shù)據(jù)，利用拐點計算方法得到車輪峰值壓力的數(shù)據(jù)；將車輪峰 值壓力數(shù)據(jù)減去測量基準數(shù)據(jù)就可以得到鋼軌形變數(shù)據(jù)；利用該鋼軌 形變數(shù)據(jù)并查閱預先準備的形變與受力數(shù)據(jù)對照表中就可以獲得與測
量數(shù)據(jù)對應的鋼軌受力數(shù)據(jù)。
在測量所述脫軌系數(shù)時，在一個預警測量點至少安裝五個傳感器， 其中兩個傳感器作為測量鋼軌水平方向形變的傳感器，分別安裝在同 一軌枕上兩根鋼軌的側(cè)邊；另外兩個傳感器作為測量鋼軌垂直方向形 變的傳感器，分別安裝在相鄰軌枕中點處的兩根鋼軌的軌底；第五個 傳感器作為計軸傳感器使用。
在測量所述減載率數(shù)據(jù)時，所采用的絕對壓力減載率測量方案包 括如下步驟首先獲得傳感器的測量數(shù)據(jù)，利用拐點計算方法得到車 輪峰值壓力下的形變數(shù)據(jù)，該峰值形變數(shù)據(jù)減去測量基準數(shù)據(jù)得到鋼 軌形變數(shù)據(jù)；利用該鋼軌形變數(shù)據(jù)并查閱形變與壓力數(shù)據(jù)對照表中就 可以獲得與測量數(shù)據(jù)對應的壓力數(shù)據(jù)；將該壓力數(shù)據(jù)和預設(shè)的告警壓 力數(shù)據(jù)表中得到的告警壓力數(shù)據(jù)進行比較，如果壓力數(shù)據(jù)大于告警壓 力數(shù)據(jù)則產(chǎn)生告警信號。
所述絕對壓力減載率測量方案中，每個測量點由一個傳感器或一 組傳感器組成，兩個測量點分別分布在兩條鋼軌上，且位于兩個軌枕 間隔的中點，進行測量的位置為鋼軌軌底。
在測量所述減載率數(shù)據(jù)時，在預先知道列車編組中各節(jié)車廂重量 的情況下，減載率測量方案為首先接收傳感器的數(shù)據(jù)，確認是否產(chǎn) 生計軸事件；出現(xiàn)計軸事件之后，進行加軸或減軸的數(shù)據(jù)處理；接著， 取計軸拐點或曲線交叉點的數(shù)據(jù)，得到所測量的壓力數(shù)據(jù)，按減載率 =1一測量的壓力數(shù)據(jù)/車輛輪重數(shù)據(jù)的公式獲得減載率數(shù)據(jù)。
其中，首先通過計軸事件計算列車車軸的數(shù)目，利用計軸數(shù)和計 軸事件發(fā)生的時間獲得列車編組數(shù)據(jù)庫中的車輛重量和車輛軸數(shù)數(shù) 據(jù)，用車重除以軸數(shù)，再除以2就可以得到所述車輛輪重數(shù)據(jù)。
在測量所述減載率數(shù)據(jù)時，在不能預先知道列車編組中各節(jié)車廂 重量的情況下，首先沿鋼軌布置多個形變傳感器，通過形變傳感器獲 得鋼軌形變數(shù)據(jù)；然后根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)進行輪重峰值識別，根據(jù)峰值 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為輪重數(shù)據(jù)，并將其存入輪重數(shù)據(jù)表中；另外，將計軸事件 進行記錄，同時從有關(guān)數(shù)據(jù)庫中得到車輛編組的車輪數(shù)據(jù)；結(jié)合計軸 事件，根據(jù)各測量點測量的輪重數(shù)據(jù)與車輪數(shù)據(jù)計算單個測量點測量 的單車車重平均值。
在測量疤痕預警數(shù)據(jù)時，首先根據(jù)傳感器輸入的測量數(shù)據(jù)進行計
軸和測速操作，根據(jù)經(jīng)驗曲線和車速給出理想曲線的數(shù)據(jù)；另外，采 集包含時間信息的傳感器測量數(shù)據(jù)并存入數(shù)據(jù)庫中；按照時間信息和 計軸數(shù)信息從該數(shù)據(jù)庫中取出對應的傳感器數(shù)據(jù)；用傳感器數(shù)據(jù)生成 實際曲線，再對照理想曲線分別獲得實際曲線和理想曲線的拐點信息； 將拐點兩側(cè)一定范圍內(nèi)的異常拐點認為是因車輪疤痕而出現(xiàn)的跳動； 將此車輪疤痕情況進行記錄，然后從列車編組數(shù)據(jù)庫中檢出車輪數(shù)信 息，根據(jù)計軸數(shù)確定出現(xiàn)疤痕的車輪信息并將其存入疤痕預警數(shù)據(jù)庫 中。
本發(fā)明不僅提供了利用鋼軌形變/應力參數(shù)獲取脫軌系數(shù)、車輪疤 痕等關(guān)鍵行車安全參數(shù)的有效技術(shù)方案，而且還進一步提供了將脫軌
系數(shù)、減載率、車輪疤痕監(jiān)測整合在一起的完整脫軌預警方法。利用 該方法，可以將各種行車安全參數(shù)的監(jiān)測統(tǒng)一在一個系統(tǒng)中完成，避 免了相關(guān)監(jiān)測系統(tǒng)的復雜性。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的說明。 圖1為脫軌系數(shù)中P、 Q、 A、 B的關(guān)系示意圖2為測量鋼軌的水平方向受力時，有關(guān)的傳感器布置方式示意
圖3為"側(cè)向形變間接傳遞卡具"的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為"側(cè)向形變直接強制卡具"的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為"縱向形變直接受力卡具"的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6為第二減載率測量方案中，多個傳感器測量點的布置示意圖； 圖7為車輪出現(xiàn)疤痕時，形變測量數(shù)據(jù)曲線的波動狀況示意圖； 圖8為本發(fā)明所提供的基于鋼軌形變/應力參數(shù)的車輛脫軌預警
方法的實現(xiàn)流程示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明通過測量鋼軌在列車車輪重力作用下產(chǎn)生的動態(tài)形狀變 化，推算出鋼軌的側(cè)向受力和垂向受力，從而獲得脫軌系數(shù)、減載率、 車輪疤痕等關(guān)鍵的行車安全參數(shù)。利用這幾個關(guān)鍵的行車安全參數(shù)， 就可以實現(xiàn)本發(fā)明所提供的車輛脫軌預警方法。下面，對通過鋼軌形 變參數(shù)獲得脫軌系數(shù)、減載率和車輪疤痕等參數(shù)的具體過程進行詳細 的說明。首先介紹計算脫軌系數(shù)的具體過程。鋼軌對車輪的垂向支撐力P
和水平向車輪內(nèi)側(cè)(兩車輪中間)力Q的比值Q/P被稱為脫軌系數(shù)。 經(jīng)過鐵路行業(yè)多年研究，脫軌系數(shù)是避免出現(xiàn)車輪爬軌現(xiàn)象的關(guān)鍵參 數(shù)之一。參見圖1所示的脫軌系數(shù)中P、 Q、 A、 B的關(guān)系，從作用力與 反作用力的物理原理可以認為，鋼軌受車輪的垂直壓力A與P相等， 鋼軌受車輪水平向外(兩鋼軌外)的壓力B與Q相等。由此可以得到 Q/P=B/A的換算關(guān)系。其中，垂直壓力A的測量可以參照本發(fā)明人另 案申請的"基于鋼軌形變參數(shù)的車輛測重方法"中的輪重測量方案， 只不過在這里不需要反復測量以避免減載干擾，因為所測量的已經(jīng)不 是車輛的重量，而是輪軌的受力。從上面的分析可以看出，計算脫軌 系數(shù)所要解決的核心問題是鋼軌水平方向受力B的測量，下面對此進 行詳細的說明。
在本發(fā)明中，用于感應鋼軌形變參數(shù)的傳感器可以是安裝在鋼軌上 的光纖光柵、電應變片或者其他感應形狀應力變化的傳感器。它們可以 采用本申請人另案申請的"鋼軌形變參數(shù)間接測量裝置"進行安裝，從 而實現(xiàn)對鋼軌形變參數(shù)的間接測量；如采用光纖光柵傳感器也可以使用 前述公開號為CN1676389的中國發(fā)明專利申請中描述的安裝方式進行安 裝，從而實現(xiàn)對形變參數(shù)的直接測量?？紤]到工程實施的便利性等多方 面因素，本發(fā)明人建議優(yōu)選"鋼軌形變參數(shù)間接測量裝置"來具體實施 本發(fā)明。
在工程實踐中，為避免微弱干擾和/或非車輪因素的形變干擾，對傳 感器采集的變化數(shù)據(jù)應設(shè)置恰當?shù)拈T限閾值予以過濾。這是本領(lǐng)域技術(shù) 人員都能輕易完成的工作，在此就不詳細贅述了。
在測量鋼軌的水平方向受力B時，有關(guān)的傳感器布置方式如圖2 所示。在一個預警測量點至少安裝五個傳感器。這五個傳感器中，兩 個傳感器作為測量鋼軌水平方向形變的傳感器，分別安裝在同一軌枕 上兩根鋼軌的側(cè)邊。另外兩個傳感器作為測量鋼軌垂直方向形變的傳 感器，分別安裝在相鄰軌枕中點處的兩根鋼軌的軌底。第五個傳感器 作為計軸傳感器使用，安裝點可以參考本發(fā)明人另案申請的"基于鋼 軌形變參數(shù)的車輛計軸方法"中的內(nèi)容。第5傳感器作為計軸傳感器 使用，可以安裝在其他4個傳感器中的任意一個傳感器附近，與鄰近 的傳感器按本發(fā)明另案申請的"基于鋼軌形變/應力參數(shù)的車輛計軸
方法"中說明的布置方式組成一個有方向計軸的測量點。
上述測量鋼軌水平方向受力的傳感器可以安裝在如圖3所示的
"側(cè)向形變間接傳遞卡具"或者圖4所示的"側(cè)向形變直接強制卡具" 上；測量鋼軌垂直方向受力的傳感器可以安裝在如圖5所示的"縱向 形變直接受力卡具"上。關(guān)于這些間接測量卡具的進一步說明，請參 閱本申請人另案申請的"鋼軌形變參數(shù)間接測量裝置"，在此就不一一 詳細說明了。
鋼軌受力數(shù)據(jù)的計算過程是這樣的首先，獲取傳感器的測量數(shù)
據(jù)，利用拐點計算方法得到車輪峰值壓力時的形變數(shù)據(jù)。這里的拐點 計算方法是首先將當前采樣數(shù)據(jù)與前一時刻的采樣數(shù)據(jù)的差值除以當 前采樣數(shù)據(jù)，獲得當前的曲線離散導數(shù)。根據(jù)當前時刻的曲線離散導 數(shù)與采樣數(shù)據(jù)的符號進行判斷比較，如果兩者符號不同則可以認為產(chǎn) 生了一個曲線拐點。該曲線拐點處的受力值就是所需的峰值壓力數(shù)據(jù)。 將車輪峰值壓力時的形變數(shù)據(jù)減去測量基準數(shù)據(jù)(該測量基準數(shù)據(jù)是
在長期測量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)在無車狀態(tài)下間隔10分鐘以上采樣平
均值進行修正的基準數(shù)據(jù))就可以得到鋼軌形變數(shù)據(jù)。利用該鋼軌形 變數(shù)據(jù)并查閱預先準備的形變與受力數(shù)據(jù)對照表中就可以獲得與測量
數(shù)據(jù)對應的鋼軌受力數(shù)據(jù)(也可以根據(jù)經(jīng)驗曲線進行擬合計算)；該鋼 軌受力數(shù)據(jù)和相應的時間信息一起被記錄到受力數(shù)據(jù)記錄數(shù)據(jù)庫中。
上述脫軌系數(shù)計算方法在具體實施時，預警測量點可以沿鐵路沿 線連續(xù)布置多個。這樣可以一次性地對多個地點的鐵路安全狀況進行 監(jiān)測，從而有效提高工作效率。
下面介紹計算車輛減載率參數(shù)的具體過程。車輛減載是鐵路專用 術(shù)語，是指在車速比較高時，由于鋼軌表面所存在的不平順性，車輪 的壓力出現(xiàn)暫時減小的情況。減載率達到一定程度之后，會出現(xiàn)非常 嚴重的脫軌隱患，因此鐵路系統(tǒng)對減載率的監(jiān)測有明確的要求。對此， 本發(fā)明的一個重要應用就在于對減載率參數(shù)超過標準情況的監(jiān)測。
在車輛運行過程中，監(jiān)測減載率參數(shù)主要解決的問題包括鋼軌縱
向形變量與車重的對應關(guān)系的非線性問題(尤其是使用本發(fā)明人另案 申請的"鋼軌形變參數(shù)間接測量裝置"的情況)、傳感器的布置方式問 題、同一車軸的判定問題、數(shù)據(jù)曲線中輪重計量點的選擇問題等。另 外，還應該考慮不同車速下的減載補償問題。下面分別進行詳細的說 明。
絕對壓力減載率測量方案是實際測量輪軌在垂直方向上的受力情 況，記錄壓力數(shù)值并對于壓力小于規(guī)定值達到一定比率的情況給出報塾。
絕對壓力減載率測量方案中的傳感器布置方式如圖3所示。其中 1、 2所指示的是兩個測量點。每個測量點由一個傳感器或一組傳感器 組成。兩個測量點分別分布在兩條鋼軌上，且位于兩個軌枕間隔的中 點。分布在兩條鋼軌上的測量點應該接近，但不必限制在同一軌枕間 隔內(nèi)。實際進行測量的位置為鋼軌軌底，以測量鋼軌的拉伸形變。
絕對壓力減載率測量方案的實施過程是這樣的首先獲得傳感器 的測量數(shù)據(jù)，利用上面介紹的拐點計算方法，得到車輪峰值壓力時的 形變數(shù)據(jù)，該峰值形變數(shù)據(jù)減去測量基準數(shù)據(jù)(測量基準數(shù)據(jù)的獲得 方式同上)得到鋼軌形變數(shù)據(jù)。利用該鋼軌形變數(shù)據(jù)并查閱預先準備 的形變與壓力數(shù)據(jù)對照表中就可以獲得與測量數(shù)據(jù)對應的壓力數(shù)據(jù) (也可以根據(jù)經(jīng)驗曲線進行擬合計算)；該壓力數(shù)據(jù)和相應的時間信息 一起被記錄到壓力數(shù)據(jù)記錄數(shù)據(jù)庫中。將該壓力數(shù)據(jù)和預設(shè)的告警壓 力數(shù)據(jù)表中得到的告警壓力數(shù)據(jù)進行比較，如果壓力數(shù)據(jù)大于告警壓 力數(shù)據(jù)則產(chǎn)生告警信號。將告警信號產(chǎn)生時的壓力數(shù)據(jù)和相應的時間 信息組合存入告警數(shù)據(jù)庫中。
在此應要注意的是，對于傳感器測量點1和2，上述的計算是分 別進行的。
針對能夠預先知道列車編組中各節(jié)車廂重量的情況，本發(fā)明人提 出了如下的第一減載率測量方案。
首先，確定傳感器識別出的車輪是哪一列列車的以及是列車編組 的哪一節(jié)車廂的，由此得出的減載率是l一(測量的壓力數(shù)據(jù)/(車廂 總重/車輪數(shù)))。對于減載率參數(shù)，各國鐵路都有明確的規(guī)定，應按該 規(guī)定對減載率超限的情況進行告警。
為了確定每一個車輪具體所屬的車輛，測量點的布置方式應滿足 進行計軸運算的要求，即如圖2所示，用于測量鋼軌側(cè)向形變的兩個 測量點應該分別布置在支撐點的兩側(cè)附近，用于測量鋼軌拉伸形變的 兩個測量點應該分別布置在單根鋼軌兩個相鄰的支撐點之間。這樣， 通過計軸的方法并結(jié)合有關(guān)的列車編組信息就可以確認某一車輪所屬
的車廂。
與上述的絕對壓力減載率測量方案類似，在第一減載率測量方案 中，每個測量點由一個傳感器或一組傳感器組成。分布在兩條鋼軌上 的兩個測量點應該接近，但不必限制在同一軌枕間隔內(nèi)，也可以錯開 放置在不同軌枕間隔內(nèi)。實際進行測量的位置為鋼軌軌底。
第一減載率測量方案的實施過程如下首先接收傳感器的數(shù)據(jù)， 確認是否產(chǎn)生計軸事件。出現(xiàn)計軸事件之后，進行加軸或減軸的數(shù)據(jù) 處理。計軸數(shù)的加減根據(jù)經(jīng)過當前交叉點之后第一和第二測量點的測量 數(shù)據(jù)大小關(guān)系和預定的計軸數(shù)增加方向確定。接著，取計軸拐點或曲線 交叉點的數(shù)據(jù)，按上述絕對壓力減載率測量方案中計算車輪壓力的方 法得到所測量的壓力數(shù)據(jù)，按減載率=1一 (測量的壓力數(shù)據(jù)/輪重) 輸出減載率數(shù)據(jù)。這里的輪重數(shù)據(jù)是首先通過計軸事件計算列車車軸 的數(shù)目，利用計軸數(shù)和計軸事件發(fā)生的時間獲得列車編組數(shù)據(jù)庫中的 車輛重量和車輛軸數(shù)數(shù)據(jù)，用車重除以軸數(shù)，再除以2就可以得到車 輛輪重數(shù)據(jù)。獲得減載率數(shù)據(jù)之后，與減載率限制數(shù)據(jù)表中的最低減 載率數(shù)據(jù)進行比較，如果減載率數(shù)據(jù)大于該最低減載率數(shù)據(jù)，則將告 警信息存入告警數(shù)據(jù)庫，告警數(shù)據(jù)庫向外接的監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)送告警數(shù)據(jù)。
針對不能夠預先知道列車編組中各節(jié)車廂重量的情況，本發(fā)明人 提出了如下的第二減載率測量方案。
第二減載率測量方案與第一減載率測量方案的主要不同在于需要 直接測量車廂本身的重量，其余的技術(shù)步驟非常類似于上述的第一減 載率測量方案。針對車廂重量的測量，應多布置一些測量點，并適當
拉開距離。圖6顯示了包含6個測量點的實施例，其中1、 2、 3、 4、 5、 6分別是一個測量點。每個測量點根據(jù)編組信息測量列車編組中所 有車輪的壓力數(shù)據(jù)之和，將其作為一次測重的結(jié)果。多個測量點取平 均值就可以得到各車的重量。根據(jù)各節(jié)車廂的重量計算輪重數(shù)據(jù)，根 據(jù)輪重數(shù)據(jù)就可以獲得相對減載率。
在第二減載率測量方案中，設(shè)置多個測量點的做法不僅可以較好 地測量車廂重量，也可以根據(jù)相對連續(xù)的減載率測量對車輛運行的安 全性進行預警。
下面對第二減載率測量方案中，測量車輛重量的具體實施方式
進 行說明。在測量車輛重量的過程中，傳感器測量點的布置方式如圖6所示。首先從傳感器中獲得鋼軌形變數(shù)據(jù)；然后根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)進行 輪重峰值識別，根據(jù)峰值數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為輪重數(shù)據(jù)，并將其存入輪重數(shù)據(jù) 表中。另外，將計軸事件進行記錄，同時從有關(guān)數(shù)據(jù)庫中得到車輛編 組的車輪數(shù)據(jù)。結(jié)合計軸事件，根據(jù)各測量點測量的輪重數(shù)據(jù)與車輪 數(shù)據(jù)計算單個測量點測量的單車車重平均值，將該單車車重平均值存
入測重數(shù)據(jù)庫中。獲得車輛重量的數(shù)據(jù)之后，參照上述第一減載率測 量方案中的有關(guān)步驟，就可以獲得相應的減載率數(shù)據(jù)。
本發(fā)明所解決的另外一個技術(shù)問題是根據(jù)鋼軌形變參數(shù)對車輪疤 痕狀況進行動態(tài)監(jiān)測。列車在運行中，可能因多種原因造成車輪與鋼 軌的接觸面損傷而形成疤痕。當車輪上有這種疤痕時，運行中的車輪 會出現(xiàn)輕微的上下跳動，這會在鋼軌的形變測量數(shù)據(jù)曲線上出現(xiàn)波動， 如圖7所示。通過測量這種波動可以有效檢測車輪的疤痕狀況。
車輪疤痕檢測的具體實現(xiàn)過程是這樣的首先根據(jù)傳感器輸入的 測量數(shù)據(jù)進行計軸和測速操作，根據(jù)經(jīng)驗曲線和車速給出理想曲線的 數(shù)據(jù)。另外，采集包含時間信息的傳感器測量數(shù)據(jù)并存入數(shù)據(jù)庫中。 按照時間信息和計軸數(shù)信息從該數(shù)據(jù)庫中取出對應的傳感器數(shù)據(jù)。用 傳感器數(shù)據(jù)生成實際曲線，再對照理想曲線分別獲得實際曲線和理想 曲線的拐點信息。將拐點(即形變數(shù)據(jù)的峰值點)兩側(cè)一定范圍內(nèi)(范 圍為超過預定幅度的曲線部分，該預定幅度由實際測量得出的經(jīng)驗數(shù) 據(jù)確定)的異常拐點(即實際曲線拐點與理想拐點不符合的拐點)認 為是因車輪疤痕而出現(xiàn)的跳動。將此車輪疤痕情況進行記錄，然后從 列車編組數(shù)據(jù)庫中檢出車輪數(shù)信息(包含總軸數(shù)、車軸所屬車廂和車 廂車輪編號等)，根據(jù)計軸數(shù)確定出現(xiàn)疤痕的車輪信息并將其存入疤痕
預警數(shù)據(jù)庫中。
基于上述對脫軌系數(shù)、減載率、車輪疤痕等關(guān)鍵行車安全參數(shù)的 監(jiān)測，本發(fā)明人在此提出一套完整的脫軌預警方法。參見圖8所示， 該脫軌預警方法的實現(xiàn)過程是這樣的首先，采集形變傳感器的測量 數(shù)據(jù)，根據(jù)列車編組數(shù)據(jù)庫中列車軸數(shù)信息和基于傳感器測量數(shù)據(jù)的 計軸方法(參照本發(fā)明人另案申請的"基于鋼軌形變參數(shù)的車輛計軸 方法")生成列車通過預警測試點的事件，由此啟動脫軌預警進程。脫 軌預警進程啟動之后，分別根據(jù)上述各技術(shù)方案所獲得的減載率數(shù)據(jù)、 疤痕預警數(shù)據(jù)和脫軌系數(shù)數(shù)據(jù)，結(jié)合脫軌風險評價參數(shù)表對列車運行
的脫軌趨勢做出評價(脫軌風險評價參數(shù)表是一個需要根據(jù)鐵路技術(shù) 管理部門根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)定和當?shù)罔F路線路的具體參數(shù)給出的預警規(guī) 則表，實際系統(tǒng)實現(xiàn)時可以根據(jù)具體情況設(shè)定)，評價結(jié)果及時傳遞到 列車調(diào)度指揮系統(tǒng)中，以便供有關(guān)調(diào)度人員及時進行脫軌預警操作。 同時，該評價結(jié)果和相關(guān)的數(shù)據(jù)也會存入脫軌預警數(shù)據(jù)庫中，以備日 后的査詢和分析。
以上對本發(fā)明所提供的基于鋼軌形變/應力參數(shù)的車輛脫軌預警方 法進行了詳細的說明。對本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員而言，在不背離本發(fā)明 實質(zhì)精神的前提下對它所做的任何顯而易見的改動，都將構(gòu)成對本發(fā)明 專利權(quán)的侵犯，將承擔相應的法律責任。
權(quán)利要求
1. 一種基于鋼軌形變/應力參數(shù)的車輛脫軌預警方法，其特征在于包括如下步驟(1)采集傳感器的測量數(shù)據(jù)；(2)根據(jù)列車軸數(shù)信息和傳感器測量數(shù)據(jù)生成列車通過預警測試點的事件，啟動脫軌預警進程；(3)通過鋼軌的形變/應力參數(shù)分別獲取脫軌系數(shù)、減載率數(shù)據(jù)和疤痕預警數(shù)據(jù)；(4)根據(jù)脫軌系數(shù)、減載率數(shù)據(jù)和疤痕預警數(shù)據(jù)對列車的脫軌趨勢做出評價；(5)根據(jù)評價結(jié)果決定是否進行脫軌預警操作。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于鋼軌形變/應力參數(shù)的車輛脫軌預警 方法，其特征在于-所述步驟(3)中，首先測量鋼軌的水平方向受力，然后用該水平方 向受力除以車輪對鋼軌的垂直壓力以得到所述脫軌系數(shù)。
3. 如權(quán)利要求2所述的基于鋼軌形變/應力參數(shù)的車輛脫軌預警 方法，其特征在于所述鋼軌的水平方向受力通過如下步驟獲得首先，獲取傳感器 的測量數(shù)據(jù)，利用拐點計算方法得到車輪峰值壓力的數(shù)據(jù)；將車輪峰 值壓力數(shù)據(jù)減去測量基準數(shù)據(jù)就可以得到鋼軌形變數(shù)據(jù)；利用該鋼軌 形變數(shù)據(jù)并査閱預先準備的形變與受力數(shù)據(jù)對照表中就可以獲得與測 量數(shù)據(jù)對應的鋼軌受力數(shù)據(jù)。
4. 如權(quán)利要求1所述的基于鋼軌形變/應力參數(shù)的車輛脫軌預警 方法，其特征在于在測量所述脫軌系數(shù)時，在一個預警測量點至少安裝五個傳感器， 其中兩個傳感器作為測量鋼軌水平方向形變的傳感器，分別安裝在同 一軌枕上兩根鋼軌的側(cè)邊；另外兩個傳感器作為測量鋼軌垂直方向形 變的傳感器，分別安裝在相鄰軌枕中點處的兩根鋼軌的軌底；第五個 傳感器作為計軸傳感器使用。
5. 如權(quán)利要求1所述的基于鋼軌形變/應力參數(shù)的車輛脫軌預警 方法，其特征在于在測量所述減載率數(shù)據(jù)時，所采用的絕對壓力減載率測量方案包 括如下步驟首先獲得傳感器的測量數(shù)據(jù)，利用拐點計算方法得到車 輪峰值壓力下的形變數(shù)據(jù)，該峰值形變數(shù)據(jù)減去測量基準數(shù)據(jù)得到鋼 軌形變數(shù)據(jù)；利用該鋼軌形變數(shù)據(jù)并查閱形變與壓力數(shù)據(jù)對照表中就 可以獲得與測量數(shù)據(jù)對應的壓力數(shù)據(jù)；將該壓力數(shù)據(jù)和預設(shè)的告警壓 力數(shù)據(jù)表中得到的告警壓力數(shù)據(jù)進行比較，如果壓力數(shù)據(jù)大于告警壓 力數(shù)據(jù)則產(chǎn)生告警信號。
6. 如權(quán)利要求5所述的基于鋼軌形變/應力參數(shù)的車輛脫軌預警 方法，其特征在于所述絕對壓力減載率測量方案中，每個測量點由一個傳感器或一 組傳感器組成，兩個測量點分別分布在兩條鋼軌上，且位于兩個軌枕 間隔的中點，進行測量的位置為鋼軌軌底。
7. 如權(quán)利要求1所述的基于鋼軌形變/應力參數(shù)的車輛脫軌預警 方法，其特征在于在測量所述減載率數(shù)據(jù)時，在預先知道列車編組中各節(jié)車廂重量 的情況下，減載率測量方案為首先接收傳感器的數(shù)據(jù)，確認是否產(chǎn) 生計軸事件；出現(xiàn)計軸事件之后，進行加軸或減軸的數(shù)據(jù)處理；接著， 取計軸拐點或曲線交叉點的數(shù)據(jù)，得到所測量的壓力數(shù)據(jù)，按減載率 =1一測量的壓力數(shù)據(jù)/車輛輪重數(shù)據(jù)的公式獲得減載率數(shù)據(jù)。
8. 如權(quán)利要求7所述的基于鋼軌形變/應力參數(shù)的車輛脫軌預警 方法，其特征在于首先通過計軸事件計算列車車軸的數(shù)目，利用計軸數(shù)和計軸事件 發(fā)生的時間獲得列車編組數(shù)據(jù)庫中的車輛重量和車輛軸數(shù)數(shù)據(jù)，用車 重除以軸數(shù)，再除以2就可以得到所述車輛輪重數(shù)據(jù)。
9. 如權(quán)利要求1所述的基于鋼軌形變/應力參數(shù)的車輛脫軌預警 方法，其特征在于在測量所述減載率數(shù)據(jù)時，在不能預先知道列車編組中各節(jié)車廂 重量的情況下，首先沿鋼軌布置多個形變傳感器，通過形變傳感器獲 得鋼軌形變數(shù)據(jù)；然后根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)進行輪重峰值識別，根據(jù)峰值 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為輪重數(shù)據(jù)，并將其存入輪重數(shù)據(jù)表中；另外，將計軸事件 進行記錄，同時從有關(guān)數(shù)據(jù)庫中得到車輛編組的車輪數(shù)據(jù)；結(jié)合計軸 事件，根據(jù)各測量點測量的輪重數(shù)據(jù)與車輪數(shù)據(jù)計算單個測量點測量 的單車車重平均值。
10.如權(quán)利要求1所述的基于鋼軌形變/應力參數(shù)的車輛脫軌預警 方法，其特征在于在測量疤痕預警數(shù)據(jù)時，首先根據(jù)傳感器輸入的測量數(shù)據(jù)進行計 軸和測速操作，根據(jù)經(jīng)驗曲線和車速給出理想曲線的數(shù)據(jù)；另外，采 集包含時間信息的傳感器測量數(shù)據(jù)并存入數(shù)據(jù)庫中；按照時間信息和 計軸數(shù)信息從該數(shù)據(jù)庫中取出對應的傳感器數(shù)據(jù)；用傳感器數(shù)據(jù)生成 實際曲線，再對照理想曲線分別獲得實際曲線和理想曲線的拐點信息； 將拐點兩側(cè)一定范圍內(nèi)的異常拐點認為是因車輪疤痕而出現(xiàn)的跳動； 將此車輪疤痕情況進行記錄，然后從列車編組數(shù)據(jù)庫中檢出車輪數(shù)信 息，根據(jù)計軸數(shù)確定出現(xiàn)疤痕的車輪信息并將其存入疤痕預警數(shù)據(jù)庫 中。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于鋼軌形變/應力參數(shù)的車輛脫軌預警方法，包括如下步驟(1)采集傳感器的測量數(shù)據(jù)；(2)根據(jù)列車軸數(shù)信息和傳感器測量數(shù)據(jù)生成列車通過預警測試點的事件，啟動脫軌預警進程；(3)通過鋼軌的形變/應力參數(shù)分別獲取脫軌系數(shù)、減載率數(shù)據(jù)和疤痕預警數(shù)據(jù)；(4)根據(jù)脫軌系數(shù)、減載率數(shù)據(jù)和疤痕預警數(shù)據(jù)對列車的脫軌趨勢做出評價；(5)根據(jù)評價結(jié)果決定是否進行脫軌預警操作。利用本發(fā)明，可以將各種行車安全參數(shù)的監(jiān)測統(tǒng)一在一個系統(tǒng)中完成，避免了相關(guān)監(jiān)測系統(tǒng)的復雜性。
文檔編號B61L23/00GK101376394SQ20071012115
公開日2009年3月4日 申請日期2007年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月30日
發(fā)明者呂志東, 李明華, 袁軍國, 斌 辛 申請人:北京佳訊飛鴻電氣股份有限公司