专利名称：基于运营车辆的轨道检测系统的制作方法
技术领域：
本实用新 型属于轨道动态检测技术领域，尤其涉及基于运营车辆的轨道检测系统。
背景技术：
轨道不平顺，指轨道的空间几何形位及尺寸对其理想状态、标准位置产生了偏差。轨道不平顺对机车车辆系统是一种外部激扰，是产生机车车辆系统震动的主要根源。其不仅影响列车的平稳运行，而且该变形积累到一定限度时，将大大削弱线路的强度和结构稳定性并对铁路安全运输有严重的影响。目前，城市轨道交通轨道检测主要通过人工检测及轨检车检测来完成。人工检测是通过弦线、轨道检查仪等对轨道几何形位进行的检测，因此工务人员的劳动强度极大，且效率极低；轨检车大多使用一些光学元件、位移传感器、伺服系统等组成轨道几何形位检测系统，自动化程度相对较高，但由于其系统的复杂性，使得其易受外界环境干扰且易失效，从而使得其维修量大(需要定期做维修与元件的校准)，同时轨检车的检测周期也较长，不能够较为实时地发现一些严重的轨道不平顺。因此在城市轨道交通的高速发展的现状下，传统的人工检测及轨道检测车按固定的周期检测线路的措施已远远无法满足未来对轨道安全状态检测的要求。
实用新型内容本实用新型针对上述缺陷公开了基于运营车辆的轨道检测系统，它的结构如下第I-第η数据采集装置分别安装在第I-第η车厢上，第I-第η数据处理装置分别安装在第I-第η车厢上，车地通讯装置安装在任一车厢上；第I-第η数据采集装置分别通过以太网连接第I-第η数据处理装置，第I-第η数据处理装置分别通过以太网连接车地通讯装置，车载安全监控显示装置通过以太网连接车地通讯装置。所述I-η个结构相同的数据采集装置的结构如下信号调理电路的一端分别连接第I转向架横向加速度传感器、第2转向架横向加速度传感器、第I转向架垂向加速度传感器、第2转向架垂向加速度传感器、第I车体三轴加速度传感器、第2车体三轴加速度传感器、第3车体三轴加速度传感器和第4车体三轴加速度传感器，另一端连接数据处理装置的A/D转换器；第I转向架横向加速度传感器和第2转向架横向加速度传感器均安装在对应车厢的后转向架构架的轴箱上部位置，第I转向架垂向加速度传感器和第2转向架垂向加速度传感器均安装在对应车厢的前转向架构架的轴箱上部位置，第I车体三轴加速度传感器、第2车体三轴加速度传感器、第3车体三轴加速度传感器和第4车体三轴加速度传感器布设在对应车厢底部的四个角位置。所述I-η个结构相同的数据处理装置的结构如下CPU分别连接A/D转换器和信号处理运算器，数据存储装置分别连接A/D转换器和信号处理运算器，信号处理运算器和数据存储装置均连接车地通讯装置。[0007]所述车载安全监控显示装置为安装在司机室的一台显示屏。本实用新型的有益效果为本实用新型为在途检测系统，检测实时性更强；结构简单(检测单元只由加速度传感器构成)，不易受外界因素干扰，装置可靠性高；本实用新型不仅能够检测出轨道高低不平顺与水平不平顺等相关信息，还能有效地分离出中、长波轨道不平顺，为寻找轨道不平顺产生原因提供信息来源；通过对检测数据的存储及历史数据的对比分析，可以了解轨道状态的变化趋势，以实现轨道状态的趋势预警功能。
图I是本实用新型的基于运营车辆的轨道检测系统示意图；图2是数据采集装置的结构图；图3是转向架单轴加速度传感器布设图；图4是车体三轴加速度传感器布设图；图5是数据处理装置的结构图；图6是本实用新型的系统时序图；图7是本实用新型的以太网传输活动图；图8是本实用新型的数据处理装置的工作流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步的说明。本实用新型的目的在于提供一种结构简单、检测精度较高、检测实时性强的基于运营车辆的轨道检测系统。它能够有效地检测并分离出中、长波轨道不平顺，检测到轨道高低不平顺与水平不平顺等，并实现对轨道状态的实时监测，及时发现轨道不良处所。如图I所示，本实用新型的结构如下 第I-第η数据采集装置分别安装在第I-第η车厢上，第I-第η数据处理装置分别安装在第I-第η车厢上，车地通讯装置安装在任一车厢上；第I-第η数据采集装置分别通过以太网9连接第I-第η数据处理装置，第1_第η数据处理装置分别通过以太网9连接车地通讯装置，车载安全监控显示装置(安装在司机室的一台显示屏)通过以太网9连接车地通讯装置。如图2所示，I-η个结构相同的数据采集装置的结构如下信号调理电路的一端分别连接第I转向架横向加速度传感器5、第2转向架横向加速度传感器6、第I转向架垂向加速度传感器7、第2转向架垂向加速度传感器8和第I车体三轴加速度传感器I、第2车体三轴加速度传感器2、第3车体三轴加速度传感器3和第4车体三轴加速度传感器4，另一端连接对应的数据处理装置的A/D转换器；如图3所不,第I转向架横向加速度传感器5和第2转向架横向加速度传感器6均安装在对应车厢的后转向架构架的轴箱上部位置，第I转向架垂向加速度传感器7和第2转向架垂向加速度传感器8均安装在对应车厢的前转向架构架的轴箱上部位置，转向架横向加速度传感器和转向架垂向加速度传感器统称为转向架单轴加速度传感器，如图4所示，第I车体三轴加速度传感器I、第2车体三轴加速度传感器2、第3车体三轴加速度传感器3和第4车体三轴加速度传感器4布设在对应车厢底部的四个角位置。如图5所示，I-η个结构相同的数据处理装置的结构如下CPU分别连接A/D转换器和信号处理运算器，数据存储装置分别连接A/D转换器和信号处理运算器，信号处理运算器和数据存储装置均连接车地通讯装置。如图6所示，本实用新型先由数据采集装置采集电压数据，采集到的电压数据以曲线的形式动态显示出来，同时数据被存储在预定的位置。数据按一定的数据量(10000个数据点)打包，经过以太网TCP/IP协议传输到数据处理系统。在数据处理装置中，把这些电压数据还原成加速度数据，再对加速度数据进行滤波处理，并绘制出加速度曲线。对经过滤波的加速度数据进行短时快速傅立叶变换(STFT)以及小波变换(DWT)，并显示频域图像。本实用新型的具体工作过程如下第I车体三轴加速度传感器I、第2车体三轴加速度传感器2、第3车体三轴加速度传感器3、第4车体三轴加速度传感器4 (四者的型号为DYTRAN3363A2)、第I转向架横向加速度传感器5、第2转向架横向加速度传感器6 (两者的型号为DYTRAN3055B)、第I转向架垂向加速度传感器7和第2转向架垂向加速度传感器8 (两者的型号为DYTRAN3035BG)根据车体运动中的6自由度振型侧滚、点头、摇头、垂向、横向、纵向运动来采集电信号，从而来判别车体运动的平稳性与安全性，另外，它们能够排除由车辆自身故障等原因而产生的突变加速度信号，确保了检测的冗余性；同时，转向架横向加速度传感器和转向架垂向加速度传感器还能够测试悬挂装置对车体运动的激励影响；信号调理电路对电信号进行低通滤波和电压转化，并将处理后的电信号通过以太网输出至A/D转换器中(本实用新型采用以太网协议实现数据传输)。如图5所示，A/D转换器接收由数据采集装置传来的数据并进行A/D转换(由CPU控制其工作)，将转换后的数据存储至数据存储装置中，信号处理运算器从数据存储装置中读取数据并进行信号处理(其工作也由CPU控制)，将处理所得结果一方面存储至数据存储装置中，一方面通过以太网传输至车地通讯装置(即车载天线)如图8所示，数据处理的流程为进行A/D转换，将采集得的电信号根据传感器标定转化为加速度信号(模拟量转换为数据量)，也就是把电压数据还原成加速度数据，并存储数据。对存储的加速度数据进行滤波处理，绘制加速度/位移曲线图，对所得加速度/位移曲线进行短时快速傅立叶变换(STFT)和离散小波变换(DWT)等时频分析与处理，转换成时频图像，绘制相应频谱图，同时存储时频数据，以上过程中，CPU同时控制A/D转换器和信号处理运算器工作。时频数据再通过以太网发送到车地通讯装置。再通过车地通讯装置将轨道状态数据高速发送至地面工作人员。通过以上过程，本实用新型实现了对轨道高低不平顺与水平不平顺等相关项目的检测，并有效地分离出中、长波轨道不平顺信息，并能通过分析历史数据，对轨道的安全状态进行评价与预警。本实用新型中，数据采集装置的功能主要包括I)通过动态链接技术与数据采集卡连接；2)实现电压数据及曲线的实时显示；3)控制数据采集，可手动开始、停止。信号处理运算器主要实现的功能主要有对采集信号的滤波与放大，并对检测数据进行短时傅立叶变换(STFT)与小波变换(DWT)等信号时频分析处理，从而实时提取轨道线路的健康状况特征参数，并对中、长波轨道不平顺进行分离。同时依据实时获取的轨道安全特征参数动态评价轨道线路的各项安全性指标。并与历史数据进行对比分析，了解轨道状态的变化趋势。车载安全监控显示装置的作用为将各采集的信号用不同标识在司机室人机界面、上实时绘制出来，从而达到实时监测和预警的作用。同时，本实用新型采用以太网协议实现文件传输，如图7所示，以太网传输文件的流程如下文件接收端先输入发送端的IP和端口，若输入正确，则建立连接；否则，提示出错。建立连接后，发送端查找要发送的文件，添加到发送列表中，开始发送。文件接收端接收发送过来的文件，同时可以选择取消接收；文 件发送端发送文件，同时可以选择取消发送。
权利要求1.基于运营车辆的轨道检测系统，其特征在于，它的结构如下 第I-第η数据采集装置分别安装在第I-第η车厢上，第I-第η数据处理装置分别安装在第I-第η车厢上，车地通讯装置安装在任一车厢上；第I-第η数据采集装置分别通过以太网(9)连接第I-第η数据处理装置，第I-第η数据处理装置分别通过以太网(9)连接车地通讯装置，车载安全监控显示装置通过以太网(9)连接车地通讯装置。
2.根据权利要求I所述的基于运营车辆的轨道检测系统，其特征在于，所述I-η个结构相同的数据采集装置的结构如下信号调理电路的一端分别连接第I转向架横向加速度传感器(5)、第2转向架横向加速度传感器(6)、第I转向架垂向加速度传感器(7)、第2转向架垂向加速度传感器(8)、第I车体三轴加速度传感器(I)、第2车体三轴加速度传感器(2)、第3车体三轴加速度传感器(3)和第4车体三轴加速度传感器(4);另一端连接数据处理装置的A/D转换器； 第I转向架横向加速度传感器(5)和第2转向架横向加速度传感器(6)均安装在对应车厢的后转向架构架的轴箱上部位置，第I转向架垂向加速度传感器(7)和第2转向架垂向加速度传感器(8)均安装在对应车厢的前转向架构架的轴箱上部位置，第I车体三轴加速度传感器(I)、第2车体三轴加速度传感器(2)、第3车体三轴加速度传感器(3)和第4车体三轴加速度传感器(4)布设在对应车厢底部的四个角位置。
3.根据权利要求I所述的基于运营车辆的轨道检测系统，其特征在于，所述I-η个结构相同的数据处理装置的结构如下(PU分别连接A/D转换器和信号处理运算器，数据存储装置分别连接A/D转换器和信号处理运算器，信号处理运算器和数据存储装置均连接车地通讯装置。
4.根据权利要求I所述的基于运营车辆的轨道检测系统，其特征在于，所述车载安全监控显示装置为安装在司机室的一台显示屏。
专利摘要本实用新型公开了属于轨道动态检测技术领域的基于运营车辆的轨道检测系统。它的结构如下第1-第n数据采集装置分别安装在第1-第n车厢上，第1-第n数据处理装置分别安装在第1-第n车厢上，车地通讯装置安装在任一车厢上；第1-第n数据采集装置分别通过以太网连接第1-第n数据处理装置，第1-第n数据处理装置分别通过以太网连接车地通讯装置，车载安全监控显示装置通过以太网连接车地通讯装置。本实用新型的有益效果为检测实时性更强；结构简单，不易受外界因素干扰，装置可靠性高；能够为寻找轨道不平顺产生原因提供信息来源；实现了轨道状态的趋势预警功能。
文档编号B61K9/08GK202368608SQ20112046819
公开日2012年8月8日 申请日期2011年11月22日 优先权日2011年11月22日
发明者兰添, 张秀洁, 林帅, 柳海, 汪煜婷, 秦勇, 贾利民, 郭昆, 郭淑萍, 鞠志强, 魏秀琨 申请人:北京交通大学