轨道离缝检测方法及测速系统与流程

本发明实施例涉及轨道交通领域，更具体地，涉及一种轨道离缝检测方法及测速系统。

背景技术：

由于无砟轨道受到的载荷不均匀，以及路基沉降和温度等因素的影响，轨道会出现不规则离缝现象。轨道离缝是板式无砟轨道的主要病害形式之一，主要存在于轨道板、ca砂浆(或自密实混凝土)、底座板与路基结构之间。高速铁路自开通运营后，部分无砟轨道已经出现大量的离缝，严重影响高速铁路行车安全。为了对轨道中的离缝进行检测，现有技术中通常采用现场检修方法，该方法主要通过人工目测、钢尺插入量测以及现场揭板的方式。但是，上述方式存在不同的应用局限性，例如人工目测以及钢尺插入量测的方式无法检测轨道中间局部离缝及离缝的准确分布情况，而现场揭板的方法仅适用于在建铁路。并且，现场检修方法还存在着效率低、主观性强和费时费力等弊端，不利于轨道离缝缺陷的快速检测。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的轨道离缝检测方法及测速系统。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种轨道离缝检测方法，该方法包括：对待检测轨道的钢轨施加沿待检测轨道移动的动态载荷，并在动态载荷的移动过程中测量获得待检测轨道的轨道板的垂向变形速度；基于与待检测轨道的型号对应的轨道离缝检测模型，根据垂向变形速度获取待检测轨道的离缝检测结果；其中，轨道离缝检测模型用于反映样本轨道的样本垂向变形速度与样本离缝检测结果之间的对应关系。

根据本发明实施例第二方面，提供了一种用于上述第一方面提供的轨道离缝检测方法的测速系统，该系统包括：横梁、第一测速仪和第二测速仪、陀螺仪；横梁安装于测量载体上，陀螺仪、第一测速仪和第二测速仪安装于横梁上；测量载体用于沿待检测轨道移动并在移动过程中向待检测轨道的钢轨施加动态载荷；第一测速仪用于测量动态载荷作用力前方的轨道板的第一测量速度；第二测速仪用于测量动态载荷作用力前方的轨道板的变形区域外的第二测量速度；陀螺仪用于获取横梁的旋转角速度。

根据本发明实施例的第三方面，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现如第一方面的各种可能的实现方式中任一种可能的实现方式所提供的轨道离缝检测方法。

根据本发明实施例的第四方面，提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如第一方面的各种可能的实现方式中任一种可能的实现方式所提供的轨道离缝检测方法。

本发明实施例提供的轨道离缝检测方法及测速系统，通过对待检测轨道的钢轨施加沿待检测轨道移动的动态载荷，并在动态载荷移动过程中测量获得待检测轨道的轨道板的垂向变形速度；基于与待检测轨道的型号对应的轨道离缝检测模型，根据垂向变形速度获取待检测轨道的离缝检测结果；相比于人工检测的方式能够确定离缝的分布情况，适用于已建成的轨道，具有较大的应用范围；并且由于实现了对轨道离缝的自动检测，从而提高了检测效率，避免了主观性对检测结果的影响，减少了人力消耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的轨道离缝检测方法的流程示意图；

图2为本发明实施例的单轮压力载荷作用下的轨道离缝检测方案示意图；

图3为本发明实施例的双轮压力载荷作用下的轨道离缝检测方案示意图；

图4为本发明实施例提供的测速系统的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图。

图中，1：第一测速仪；2：第二测速仪；3：横梁；4：陀螺仪；5：轨道板表面。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对现场检修方法中存在的应用局限性、检测效率低、主观性强和费时费力的缺陷。并且，由于无砟轨道含多层密集钢筋混凝土结构，对电磁波具有较强的屏蔽作用，且离缝伤损厚度较小，对检测方法的精度要求较高，所以常规的无损检测手段较难实现轨道离缝的准确测量。因此，本发明实施例提供一种轨道离缝检测方法，参见图1，该方法包括但不限于如下步骤：

步骤10、对待检测轨道的钢轨施加沿待检测轨道移动的动态载荷，并在动态载荷的移动过程中测量获得待检测轨道的轨道板的垂向变形速度。

其中，对待检测轨道的钢轨施加沿待检测轨道移动的动态载荷，具体可通过驱动测量载体沿待检测轨道移动的方式实现。具体地，测量载体上可设置有用于施加动态载荷的载荷轮。测量载体通过载荷轮沿待检测轨道的钢轨移动，由于测量载体本身具有重量，从而测量载体能够在移动的过程中向待检测轨道施加动态载荷。应当说明的是，如图2所示，载荷轮的数量可以是一对或多对，例如图2所示，载荷轮的数量为一对，施加的作用力为fl和fr。例如图3所示，载荷轮的数量为二对，施加的作用力为fl1和fr1，以及fl2和fr2。

在动态载荷移动的过程中，可实时测量获得轨道板的垂向变形速度。可采用速度仪来测量垂向变形速度，本发明实施例对此不作限定。参见图4，垂向变形速度为图中的p1至pn，即垂直向下的变形速度。图4为沿轨道板剖面的示意图，o点为施加于钢轨上的动态载荷的作用点之间的连线与轨道板剖面的交点。换言之，由于动态载荷是作用在钢轨上的，而垂向变形速度的被测材料为轨道板表面5，因此，o点并不是动态载荷的直接作用点，而是受到动态载荷影响而发生变形的轨道板表面5上的点。通过施加沿待检测轨道移动的动态载荷，能够测量获得整个移动过程中一系列的垂向变形速度。

步骤20、基于与待检测轨道的型号对应的轨道离缝检测模型，根据垂向变形速度获取待检测轨道的离缝检测结果；其中，轨道离缝检测模型用于反映样本轨道的样本垂向变形速度与样本离缝检测结果之间的对应关系。

首先，对垂向变形速度与离缝检测结果之间具有关联关系的原理进行说明：由弹塑性力学相关知识可知，当力作用于材料(结构或者构件)的外部时，会使材料或结构内部出现应力和应变，在应变的过程中将产生应变速度。在力的作用下，若被测材料无变形速度，则被测材料不存在形变；若被测材料(轨道板)存在一定变形速度，则被测材料存在形变(即存在离缝)。因此，基于上述原理可知，轨道板的垂向变形速度与离缝检测结果之间具有对应关系。

具体地，在步骤20前，可预先建立轨道离缝检测模型，该模型能够反映轨道的垂向变形速度与离缝检测结果之间的关联关系。由于不同型号的轨道具有不同的结构参数和尺寸参数，因此，可针对不同型号的轨道建立不同的轨道离缝检测模型。在建立的过程中，首先可收集样本集，样本集中可包括样本垂向变形速度和对应的样本离缝检测结果。其中，样本垂向变形速度是通过对样本轨道的钢轨施加沿样本轨道移动的动态载荷后，在动态载荷的移动过程中测量获得的样本轨道的轨道板的样本垂向变形速度。其中，样本离缝检测结果是样本轨道真实的离缝检测结果，具体可通过人工检测的方式确定，本发明实施例对此不作限定。基于上述原理可知，垂向变形速度与离缝检测结果之间是具有关联关系或对应关系的，因此，可以基于样本垂向变形速度和样本离缝检测结果建立二者之间对应关系的轨道离缝检测模型。

因此，在步骤20中，首先可确定待检测轨道的型号；然后基于该型号查找到对应的轨道离缝检测模型。最后，基于步骤10中测量获得的垂向变形速度，通过轨道离缝检测模型获得与该垂向变形速度对应的离缝检测结果。其中，离缝检测结果可以包括离缝的位置信息和离缝的尺寸信息等能够用来描述离缝情况的信息，本发明实施例对此不作限定。

本发明实施例提供的轨道离缝检测方法，通过对待检测轨道的钢轨施加沿待检测轨道移动的动态载荷，并在动态载荷移动过程中测量获得待检测轨道的轨道板的垂向变形速度；基于与待检测轨道的型号对应的轨道离缝检测模型，根据垂向变形速度获取待检测轨道的离缝检测结果；相比于人工检测的方式能够确定离缝的分布情况，适用于已建成的轨道，具有较大的应用范围；并且由于实现了对轨道离缝的自动检测，从而提高了检测效率，避免了主观性对检测结果的影响，减少了人力消耗。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，提供一种在动态载荷的移动过程中测量获得待检测轨道的轨道板的垂向变形速度的方法，该方法可包括但不限于如下步骤：

步骤101、在动态载荷的移动过程中，获取动态载荷的作用力前方的轨道板的第一测量速度以及变形区域外的第二测量速度。其中，第一测速仪1用于测量第一测量速度，第二测速仪2用于测量第二测量速度；第一测速仪1和第二测速仪2安装于横梁3。

具体地，参见图4，第一测速仪1用于测量轨道板变形区域内的速度，即第一测量速度；第二测速仪2用于测量轨道板变形区域外的速度，即第二测量速度。其中，第一测速仪1的数量可以为多个，第二测速仪2的数量可以为一个。

步骤102、将第一测量速度与第二测量速度作差，获得测量速度差值。具体地，第一测速仪1测量的速度包括：横梁上下震动所产生的速度噪声、横梁旋转线速度、沿载荷移动方向的分量速度噪声、轨道板的垂向变形速度；第二测速仪2测量的速度包括：横梁上下震动所产生的速度噪声、横梁旋转线速度、沿载荷移动方向的分量速度噪声。因此，通过将第一测量速度与第二测量速度作差，可以去除第一测速仪1测量获得的第一测量速度中的上下震动速度噪声。

步骤103、去除测量速度差值中的旋转速度噪声、沿载荷移动方向的分量速度噪声以及噪声常量，获得垂向变形速度。

其中，旋转速度噪声由横梁旋转角速度和测速仪安装距离差确定，沿载荷移动方向的分量速度噪声由动态载荷移动速度和测速仪安装角度差确定；其中，测速仪安装距离为沿移动载荷移动方向上第一测速仪1与第二测速仪2之间的距离，测速仪安装角度差为第一测速仪1的安装角度与第二测速仪2的安装角度之差。

具体地，可通过标定的方式去除旋转速度噪声、沿载荷移动方向的分量速度噪声以及噪声常量。基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例的内容，提供一种去除测量速度差值中的旋转速度噪声、沿载荷移动方向的分量速度噪声以及噪声常量，获得垂向变形速度的方法，包括但不限于如下步骤：

步骤1031、获取无离缝路段的轨道板对应的测量速度差值、横梁旋转角速度、测速仪安装距离差、载荷移动速度和测速仪安装角度差。

具体地，首先可测量无离缝路段的轨道板的第一测量速度和第二测量速度，获得测量速度差值。由于该轨道板的路段为无离缝路段，因此，轨道板的变形速度为零，即此时测量的速度差值为测速仪的旋转速度噪声、测速仪沿行车方向的分量速度噪声(即沿载荷移动方向的分量速度噪声)和噪声常量的总和。

步骤1032、通过回归分析法建立无离缝路段的轨道板对应的测量速度差值、横梁旋转角速度、测速仪安装距离差、载荷移动速度和测速仪安装角度差之间的关联关系模型。

步骤1033、基于关联关系模型，去除测量速度差值中的旋转速度噪声、沿载荷移动方向的分量速度噪声以及噪声常量，获得垂向变形速度。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，待检测轨道的型号由轨道板的型号、钢轨的型号和轨道的扣件的型号的组合确定。具体地，可将不同的上述轨道板的型号、钢轨的型号和扣件的型号进行组合，每种组合对应一种轨道的型号，从而建立每种型号分别对应的轨道离缝检测模型。

本发明实施例提供的轨道离缝检测方法与现有技术相比至少具有以下有益效果：

1、实现轨道离缝的快速、准确、自动检测，解决了传统无砟轨道离缝检测存在的检测效率低、主观性强、以点概面、费时费力等问题；

2、受环境影响较小，测量结果不受钢筋混凝土结构的影响；

3、可快速获取轨道板的向下变形速度；

4、通过建立轨道板的垂向变形速度与轨道离缝的关系模型，实现轨道离缝快速检测。

本发明实施例还提供一种用于上述实施例提供的轨道离缝检测方法的测速系统，该测速系统用于获得第一测量速度和第二测量速度。参见图4，该系统包括：横梁3、第一测速仪1和第二测速仪2、陀螺仪4；横梁3安装于测量载体上，第一测速仪1和第二测速仪2、陀螺仪4安装于横梁3上；测量载体用于沿待检测轨道移动并在移动过程中向待检测轨道的钢轨施加动态载荷；第一测速仪1用于测量动态载荷作用力前方的轨道板的第一测量速度；第二测速仪2用于测量动态载荷作用力前方的轨道板的变形区域外的第二测量速度；陀螺仪4用于获取横梁的旋转角速度。

其中，横梁3为刚性横梁。测速系统可位于轨道的中部区域，即位于轨道的左右钢轨中间。由于测量载体是对钢轨施加动态载荷的，而第一测速仪1和第二测速仪2是测量测速仪与轨道板沿激光线方向的相对运动速度的，因此，可以理解的是，在水平面中，动态载荷在钢轨上的作用点在轨道板平面的投影与测速仪在轨道上的测量点无法连成直线。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，测量载体包括：至少一对载荷轮；载荷轮沿待检测轨道的钢轨上移动，并通过载荷轮向待检测轨道的钢轨施加动态载荷。其中，载荷轮的数量可以是一对或多对，本发明实施例对此不作限定。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，测速系统包括多个第一测速仪1和一个第二测速仪2；多个第一测速仪1和第二测速仪2沿测量载体的移动方向共线安装；在垂直于所述测量载体的移动的方向，第一测速仪和第二测速仪安装于左右钢轨的中间区域。具体地，变形区域内的测速仪(即第一测速仪1)含多个测速仪；变形区域外的测速仪(即第二测速仪2)有且仅有一个测速仪。全部的测速仪沿测量载体的运动方向分布，且所有测速仪尽量共线安装。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，测速系统还包括：陀螺仪4；陀螺仪4安装于横梁3上，用于测量横梁3旋转角速度。

以下提供一个具体示例对上述实施例提供的轨道离缝检测方法及测速系统进行说明：

测速系统包括横梁3、测速仪、陀螺仪4。其中，横梁3为刚性横梁3，测速仪、陀螺仪4安装在刚性横梁3上，横梁3安装于测量载体上；测速仪为多普勒测速仪；陀螺仪4为光纤陀螺仪4；

测量载体用于沿钢轨表面移动，并对钢轨表面施加动态载荷；

测速仪沿测量载体运动方向分布，所有测速仪在垂直于行车方向的水平安装距离小于5mm；

测速系统位于左右钢轨中间区域，在垂直于测量载体运动方向，载荷轮与测速仪对应测点的安装距离约为0.72米，即测量载体施加的动态荷载与测速仪不共线；

测速仪含变形区域内的测速仪和变形区域外的测速仪。其中变形区域内的测速仪(第一测速仪)测量的速度含轨道板垂向变形速度和速度噪声；变形区域外的测速仪(第二测速仪)测量的速度为速度噪声，即不含轨道板垂向变形速度；

变形区域内的测速仪含3个测速仪，沿测量载体运动方向，距离载荷轮中心点的距离分别为150mm、500mm、1500mm；变形区域外的测速仪有且仅有一个测速仪，沿测量载体运动方向，距离载荷轮中心点的距离为4500mm；

变形区域内，沿测量载体运动方向，为单轮压力载荷；

速度噪声主要包含测速仪上下震动速度、测速仪旋转速度、测速仪沿行车方向的分量速度；

轨道板的垂向变形速度与轨道离缝的关系模型，在轨道板离缝自动检测前，通过统计分析不同轨道板型号、钢轨型号、扣件型号组合情况下轨道板的垂向变形速度与人工测量轨道离缝的关系，建立关系模型。

在轨道板离缝自动检测中，首先获取检测路段的轨道板型号、钢轨型号、扣件型号；再利用测速系统获取轨道板变形速度，结合轨道板的垂向变形速度与轨道离缝的关系模型，获取轨道离缝，实现轨道离缝自动检测。

通过测速系统获取轨道板的垂向变形速度，具体方法为：通过变形区域内测速仪的测量值与变形区域外测速仪的测量值作差，消除测速仪上下震动速度噪声，得到测量速度差值；再通过标定，消除测量速度差中的测速仪旋转速度噪声、测速仪沿行车方向的分量速度噪声和噪声常量，进而得到轨道板的垂向变形速度。

本发明实施例提供了一种电子设备，如图5所示，该设备包括：处理器(processor)501、通信接口(communicationsinterface)502、存储器(memory)503和通信总线504，其中，处理器501，通信接口502，存储器503通过通信总线504完成相互间的通信。处理器501可以调用存储器503上并可在处理器501上运行的计算机程序，以执行上述各实施例提供的轨道离缝检测方法，例如包括：对待检测轨道的钢轨施加沿待检测轨道移动的动态载荷，并在动态载荷的移动过程中测量获得待检测轨道的轨道板的垂向变形速度；基于与待检测轨道的型号对应的轨道离缝检测模型，根据垂向变形速度获取待检测轨道的离缝检测结果；其中，轨道离缝检测模型用于反映样本轨道的样本垂向变形速度与样本离缝检测结果之间的对应关系。

此外，上述的存储器503中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的轨道离缝检测方法，例如包括：对待检测轨道的钢轨施加沿待检测轨道移动的动态载荷，并在动态载荷的移动过程中测量获得待检测轨道的轨道板的垂向变形速度；基于与待检测轨道的型号对应的轨道离缝检测模型，根据垂向变形速度获取待检测轨道的离缝检测结果；其中，轨道离缝检测模型用于反映样本轨道的样本垂向变形速度与样本离缝检测结果之间的对应关系。

以上所描述的电子设备等实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。