一种钢轨扣件松脱状态检测方法和系统与流程

本发明实施例涉及轨道安全技术领域，尤其涉及一种钢轨扣件松脱状态检测方法和系统。

背景技术：

在列车高速行驶过程中，钢轨剧烈的振动极易导致扣件出现螺栓松动或弹条疲劳断裂现象，而一个扣件的松脱往往会诱发周边扣件的松脱，加剧轨道动态不平顺度，进而造成严重的列车脱轨隐患。

直到现在，无论是国外还是国内，为了防范由于钢轨扣件发生松动导致的危害，相关的防范措施还是完全依靠人工巡道检测轨道上的扣件是否发生松动，并对钢轨扣件进行定期全紧。

人工巡道容易出现漏检现象，而且效率较低，因此，如何提供一种自动、高效而准确的钢轨扣件松脱状态检测方法，成为亟需解决的问题。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明实施例提供一种钢轨扣件松脱状态检测方法和系统。

第一方面，本发明实施例提供一种钢轨扣件松脱状态检测方法，所述方法包括：

获取钢轨的三维频谱图；

根据所述三维频谱图中的第一特征频段，识别出所述第一特征频段对应的扣件的类型；

根据所述扣件的类型，得到所述扣件对应的第二特征频段和松脱阈值；

对所述扣件在第二特征频段对应的功率谱密度的幅值进行计权，得到所述扣件的计权幅值；

若判断获知，所述扣件的计权幅值大于所述松脱阈值，则所述扣件发生松脱。

第二方面，本发明实施例提供一种钢轨扣件松脱状态检测系统，所述系统包括：

获取模块，用于获取钢轨的三维频谱图；

类型识别模块，用于根据所述三维频谱图中的第一特征频段，识别出所述第一特征频段对应的扣件的类型；

阈值获取模块，用于根据所述扣件的类型，得到所述扣件对应的第二特征频段和松脱阈值；

计权模块，用于对所述扣件在第二特征频段对应的功率谱密度的幅值进行计权，得到所述扣件的计权幅值；

判断模块，用于若判断获知，所述扣件的计权幅值大于所述松脱阈值，则所述扣件发生松脱。

第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，所述设备包括存储器和处理器，所述处理器和所述存储器通过总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行上述钢轨扣件松脱状态检测方法。

第四方面，本发明实施例提供一种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上述钢轨扣件松脱状态检测方法。

本发明实施例提供的钢轨扣件松脱状态检测方法和系统，通过获取钢轨的三维频谱图，根据三维频谱图中的第一特征频段，识别出第一特征频段对应的扣件的类型，根据扣件的类型，得到扣件对应的第二特征频段和松脱阈值，对扣件在第二特征频段对应的功率谱密度的幅值进行计权，得到扣件的计权幅值，若判断获知，扣件的计权幅值大于松脱阈值，则扣件发生松脱。该方法和系统通过根据一个或多个频带处的功率谱密度的幅值的加权结果，判断扣件的松脱状态，可以避免随着钢轨与扣件不断被使用，特征频率发生偏移而导致的误判，而且对传感器的选择要求降低，具有鲁棒性，提高了对钢轨扣件松脱状态进行检测的效率和准确度。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的钢轨扣件松脱状态检测方法流程图；

图2为本发明实施例提供的钢轨扣件松脱状态检测系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。

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。

图1为本发明实施例提供的钢轨扣件松脱状态检测方法流程图，如图1所示，所述方法包括：

步骤10、获取钢轨的三维频谱图；

步骤11、根据所述三维频谱图中的第一特征频段，识别出所述第一特征频段对应的扣件的类型；

步骤12、根据所述扣件的类型，得到所述扣件对应的第二特征频段和松脱阈值；

步骤13、对所述扣件在第二特征频段对应的功率谱密度的幅值进行计权，得到所述扣件的计权幅值；

步骤14、若判断获知，所述扣件的计权幅值大于所述松脱阈值，则所述扣件发生松脱。

具体地，系统可以获取待检测钢轨的三维频谱图，该三维频谱图可以反映出待检测钢轨在不同位置处的频率分布，以及在不同频率处的功率谱密度分布。

轨道交通为综合考虑经济性和振动环境污染问题，在钢轨上采用多种类型的扣件，对于不同类型的扣件，其刚度和阻尼截然不同，因而不同类型的扣件所在位置处的钢轨的三维频谱图是不同的。其中，每种类型的扣件都对应有一个特征频段。系统可以从获取到的三维频谱图中，识别出不同的特征频段，比如，系统可以将识别出的一个特征频段记为第一特征频段，其中，第一特征频段可以包括多个特征频率，也可以包括多个频率带，系统可以根据该第一特征频段识别出对应的扣件的类型。

对于不同类型的扣件，由于其刚度和阻尼截然不同，因此，不同类型的扣件在发生松脱之后对应的特征频段不同，系统可以根据识别出的扣件的类型，获取该扣件对应的第二特征频段和松脱阈值，其中，第二特征频段可以包括多个特征频率，也可以包括多个频率带，采用特征频段而不是采用单个特征频率，是由于随着钢轨与扣件不断被使用，其特征频率发生偏移，如果还使用单个特征频率计算松脱状态，会出现误判。

然后，系统可以从获取到的三维频谱图中，得到该扣件在第二特征频段对应的功率谱密度，对第二特征频段中的每一个特征频率处的功率谱密度的幅值进行计权，可以得到该扣件的计权幅值。然后，系统可以将得到的计权幅值与该扣件的松脱阈值进行比较，如果经比较获知，该扣件的计权幅值大于松脱阈值，则说明该扣件发生了松脱。如果，该扣件的计权幅值小于或等于松脱阈值，则说明该扣件没有发生松脱。

本发明实施例提供的钢轨扣件松脱状态检测方法，可以实现对于某特定扣件的松脱状态进行检测，通过对特征频段处的功率谱密度的幅值的加权结果，判断扣件的松脱状态，可以避免随着钢轨与扣件不断被使用，特征频率发生偏移而导致的误判，而且该方法对传感器的选择要求降低，具有鲁棒性，提高了对钢轨扣件松脱状态进行检测的效率和准确度。

可选的，在上述实施例的基础上，所述获取钢轨的三维频谱图，包括：

采集所述钢轨的振动信号；

对所述钢轨的振动信号进行时频分析，得到所述钢轨的三维频谱图。

具体地，上述实施例中所述的三维频谱图的获取过程如下。

系统可以实时采集钢轨在不同位置处的振动信号，然后，对采集到的振动信号进行时频分析，得到钢轨在不同位置处的频率分布，以及在不同频率处的功率谱密度分布，即得到所述三维频谱图。

在对采集到的振动信号进行时频分析之前，系统还可以对该钢轨的振动信号进行滤波处理以及数据平滑处理，去除该振动信号中的噪声，从中提取有效的钢轨振动信号，可以提高对扣件松脱状态检测的准确度，使得所述方法更加科学。

可选的，在上述实施例的基础上，所述根据所述三维频谱图中的第一特征频段，识别出所述第一特征频段对应的扣件的类型，包括：

获取扣件类型识别特征数据库；

若所述第一特征频段与所述扣件类型识别特征数据库中的第一扣件类型的特征频段相匹配，则将所述第一扣件类型作为所述扣件的类型。

具体地，系统根据钢轨的三维频谱图，对扣件的类型进行识别的具体过程如下。

首先，系统可以获取扣件类型识别特征数据库，该数据库中保存有不同扣件类型对应的特征频段，根据某一个特征频段可以识别出对应的扣件类型。不同的扣件类型，对应的特征频段不同。

然后，系统可以从钢轨的三维频谱图中识别出一个或多个特征频段，比如，可以将识别出的一个特征频段记为第一特征频段，如果该第一特征频段与扣件类型识别特征数据库中的某个扣件类型的特征频段相匹配，比如，与第一扣件类型的特征频段相匹配，则将该第一扣件类型作为该扣件的类型。

本发明实施例提供的钢轨扣件松脱状态检测方法，通过获取扣件类型识别特征数据库，若第一特征频段与扣件类型识别特征数据库中的第一扣件类型的特征频段相匹配，则将第一扣件类型作为扣件的类型，使得所述方法更加科学。

可选的，在上述实施例的基础上，所述根据所述扣件的类型，得到所述扣件对应的第二特征频段和松脱阈值，包括：

获取扣件松脱识别特征数据库；

若所述扣件的类型与所述扣件松脱识别特征数据库中的第二特征频段对应的类型相匹配，则获取所述第二特征频段以及所述第二特征频段对应的松脱阈值。

具体地，系统根据扣件的类型，得到扣件对应的第二特征频段和松脱阈值的过程，具体如下。

首先，系统可以获取扣件松脱识别特征数据库，该数据库中保存有不同扣件类型对应的特征频段以及松脱阈值，根据某一个扣件类型可以得到对应的特征频段以及松脱阈值。不同的扣件类型，对应的特征频段和松脱阈值不同。

然后，系统可以将该扣件的类型与扣件松脱识别特征数据库中的扣件类型进行匹配，比如，可以将该扣件的类型记为类型a，如果扣件松脱识别特征数据库中的扣件类型为a时，对应的特征频段为第二特征频段，对应的松脱阈值为t，则系统可以获取该第二特征频段以及该第二特征频段对应的松脱阈值t。

本发明实施例提供的钢轨扣件松脱状态检测方法，通过获取扣件松脱识别特征数据库，若扣件的类型与扣件松脱识别特征数据库中的第二特征频段对应的类型相匹配，则获取第二特征频段以及第二特征频段对应的松脱阈值，使得所述方法更加科学。

可选的，在上述实施例的基础上，所述方法还包括：

若判断获知所述扣件发生松脱，则发出报警信息。

具体地，系统按照上述实施例中所述的方法对扣件的松脱状态进行检测，如果经检测获知，某个扣件发生松脱，则系统可以发出报警信息，比如，可以发出声光报警。此外，系统还可以将对扣件进行松脱状态检测的结果进行记录保存，并根据用户的要求，生成相应格式的报表，以供用户查询，这使得所述方法更加科学。

图2为本发明实施例提供的钢轨扣件松脱状态检测系统的结构示意图，如图2所示，所述系统包括：获取模块20、类型识别模块21、阈值获取模块22、计权模块23和判断模块24，其中：

获取模块20用于获取钢轨的三维频谱图；类型识别模块21用于根据所述三维频谱图中的第一特征频段，识别出所述第一特征频段对应的扣件的类型；阈值获取模块22用于根据所述扣件的类型，得到所述扣件对应的第二特征频段和松脱阈值；计权模块23用于对所述扣件在第二特征频段对应的功率谱密度的幅值进行计权，得到所述扣件的计权幅值；判断模块24用于若判断获知，所述扣件的计权幅值大于所述松脱阈值，则所述扣件发生松脱。

具体地，本发明实施例提供的钢轨扣件松脱状态检测系统，可以包括：获取模块20、类型识别模块21、阈值获取模块22、计权模块23和判断模块24。

获取模块20可以获取待检测钢轨的三维频谱图，该三维频谱图可以反映出待检测钢轨在不同位置处的频率分布，以及在不同频率处的功率谱密度分布。

轨道交通为综合考虑经济性和振动环境污染问题，在钢轨上采用多种类型的扣件，对于不同类型的扣件，其刚度和阻尼截然不同，因而不同类型的扣件所在位置处的钢轨的三维频谱图是不同的，其中，每种类型的扣件都对应有一个特征频段。类型识别模块21可以从获取到的三维频谱图中，识别出不同的特征频段，比如，类型识别模块21可以将识别出的一个特征频段记为第一特征频段，其中，第一特征频段可以包括多个特征频率，也可以包括多个频率带，类型识别模块21可以根据该第一特征频段识别出对应的扣件的类型。

对于不同类型的扣件，由于其刚度和阻尼截然不同，因此，不同类型的扣件在发生松脱之后对应的特征频段不同，阈值获取模块22可以根据类型识别模块21识别出的扣件的类型，获取该扣件对应的第二特征频段和松脱阈值，其中，第二特征频段可以包括多个特征频率，也可以包括多个频率带，采用特征频段而不是采用单个的特征频率，是由于随着钢轨与扣件不断被使用，其特征频率发生偏移，如果还使用单个特征频率计算松脱状态会出现误判。

计权模块23可以从获取到的三维频谱图中，得到该扣件在第二特征频段对应的功率谱密度，对第二特征频段中的每一个特征频率处的功率谱密度的幅值进行计权，可以得到该扣件的计权幅值。判断模块24可以将得到的计权幅值与该扣件的松脱阈值进行比较，如果经比较获知，该扣件的计权幅值大于松脱阈值，则说明该扣件发生了松脱。如果，该扣件的计权幅值小于或等于松脱阈值，则说明该扣件没有发生松脱。

本发明实施例提供的钢轨扣件松脱状态检测系统，其功能具体参照上述方法实施例，此处不再赘述。

此外，本发明实施例提供的钢轨扣件松脱状态检测系统还可以包括：显示模块，其中，所述显示模块可以实时显示识别出的每个扣件的空间位置和松脱扣件的空间位置，所述显示模块还可以包括“查看历史数据”子界面、“分析历史数据”子界面和“tdms->txt”数据转换子界面，这三个子界面可以进行数据回溯、数据分析及数据格式的转换。

本发明实施例提供的钢轨扣件松脱状态检测系统，可以实现对于某特定扣件的松脱状态进行分析，根据对一个或多个频带处的功率谱密度的幅值的加权结果，判断扣件的松脱状态，可以避免随着钢轨与扣件不断被使用，特征频率发生偏移而导致的误判，而且该系统对传感器的选择要求降低，具有鲁棒性，提高了对钢轨扣件松脱状态进行检测的效率和准确度。

可选的，在上述实施例的基础上，所述获取模块包括：采集子模块和分析子模块，其中：

采集子模块用于采集所述钢轨的振动信号；分析子模块用于对所述钢轨的振动信号进行时频分析，得到所述钢轨的三维频谱图。

具体地，上述实施例中所述的获取模块，可以包括：采集子模块和分析子模块。

采集子模块可以实时采集钢轨在不同位置处的振动信号，分析子模块可以对采集子模块采集到的振动信号进行时频分析，得到钢轨在不同位置处的频率分布，以及在不同频率处的功率谱密度分布，即得到所述三维频谱图。

其中，在对采集到的振动信号进行时频分析之前，分析子模块还可以对该钢轨的振动信号进行滤波处理以及数据平滑处理，去除该振动信号中的噪声，从中提取有效的钢轨振动信号，可以提高对扣件松脱状态检测的准确度，使得所述系统更加科学。

可选的，在上述实施例的基础上，所述类型识别模块包括：获取子模块和匹配子模块，其中：

获取子模块用于获取扣件类型识别特征数据库；匹配子模块用于若所述第一特征频段与所述扣件类型识别特征数据库中的第一扣件类型的特征频段相匹配，则将所述第一扣件类型作为所述扣件的类型。

具体地，上述实施例中所述的类型识别模块，可以包括：获取子模块和匹配子模块。

获取子模块可以获取扣件类型识别特征数据库，该数据库中保存有不同扣件类型对应的特征频段，根据某一个特征频段可以识别出对应的扣件类型。不同的扣件类型，对应的特征频段不同。

匹配子模块可以从钢轨的三维频谱图中识别出一个或多个特征频段，比如，可以将识别出的一个特征频段记为第一特征频段，如果该第一特征频段与扣件类型识别特征数据库中的某个扣件类型的特征频段相匹配，比如，与第一扣件类型的特征频段相匹配，则将该第一扣件类型作为该扣件的类型。

本发明实施例提供的钢轨扣件松脱状态检测系统，通过获取扣件类型识别特征数据库，若第一特征频段与扣件类型识别特征数据库中的第一扣件类型的特征频段相匹配，则将第一扣件类型作为扣件的类型，使得所述系统更加科学。

图3为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图，如图3所示，所述设备包括：处理器(processor)31、存储器(memory)32和总线33，其中：

所述处理器31和所述存储器32通过所述总线33完成相互间的通信；所述处理器31用于调用所述存储器32中的程序指令，以执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：获取钢轨的三维频谱图；根据所述三维频谱图中的第一特征频段，识别出所述第一特征频段对应的扣件的类型；根据所述扣件的类型，得到所述扣件对应的第二特征频段和松脱阈值；对所述扣件在第二特征频段对应的功率谱密度的幅值进行计权，得到所述扣件的计权幅值；若判断获知，所述扣件的计权幅值大于所述松脱阈值，则所述扣件发生松脱。

本发明实施例公开一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：获取钢轨的三维频谱图；根据所述三维频谱图中的第一特征频段，识别出所述第一特征频段对应的扣件的类型；根据所述扣件的类型，得到所述扣件对应的第二特征频段和松脱阈值；对所述扣件在第二特征频段对应的功率谱密度的幅值进行计权，得到所述扣件的计权幅值；若判断获知，所述扣件的计权幅值大于所述松脱阈值，则所述扣件发生松脱。

本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：获取钢轨的三维频谱图；根据所述三维频谱图中的第一特征频段，识别出所述第一特征频段对应的扣件的类型；根据所述扣件的类型，得到所述扣件对应的第二特征频段和松脱阈值；对所述扣件在第二特征频段对应的功率谱密度的幅值进行计权，得到所述扣件的计权幅值；若判断获知，所述扣件的计权幅值大于所述松脱阈值，则所述扣件发生松脱。

以上所描述的电子设备等实施例仅仅是示意性的，其中所述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所述的方法。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明的实施例进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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的实施例各实施例技术方案的范围。