一种基于铁路线路设备健康指数计算方法与流程

本发明涉及铁路行业线路设备健康指数，具体为一种基于铁路线路设备健康指数计算方法。

背景技术：

1、我国对铁路的维修一般是通过间隔一定时间进行周期性的维修，然而不同地段的钢轨运行时间、负载不尽相同，容易造成轻负载地段过度维修，重负载地段维修频率不够，因此通过利用各个铁路的不同负载情况对不同地段的钢轨进行计算分析，以合理分配维修次数，对钢轨进行更精确的维修服务。

2、现有的线路设备健康指数计算方法存在的缺陷是：

3、1、专利文件cn114611913a公开了一种基于钢轨健康指数的钢轨服役状态评价方法，该专利由钢轨状态确定是否对钢轨进行维修和更换，科学配置钢轨维修资源，该方法没有评价相邻两段的单个钢轨上出现多个重伤点的处理方法，以钢轨段为研究单位，根据修规会出现这种问题，相邻的两段钢轨，如果前一段断末出现一个重伤点,下一段段前出现重伤点，两点间隔小于1公里,但因为跨钢轨且钢轨段为最小研究单位，单独看前后两个钢轨重伤点都未到达2处，造成对钢轨的维修判断不准确合理，因此需要一种可以将相邻两个单独钢轨的重伤点结合都进行评估来判断钢轨健康状态的基于铁路线路设备健康指数计算方法来解决该问题。

4、2、专利文件cn114943435a公开了一种铁路钢轨全寿命周期管理系统及方法，该专利公开了对钢轨的生产厂家，铺设过程和钢轨故障时间原因进行收集的钢轨全寿命周期管理系统，该专利没有对钢轨的使用条件，如天气因素、环境因素和自然灾害等因素进行分析来判断钢轨的健康状态的方法，人们无法直观的了解哪些钢轨需要维修，造成对钢轨的维修出现不合理资源配置，因此需要一种可以根据多个影响因素对钢轨进行健康预测的基于铁路线路设备健康指数计算方法来解决该问题。

5、3、专利文件cn116660382a公开了一种基于双层滤波和综合健康指数的钢轨结构健康监测方法，该专利公开了运算速率快，监测精准，裂纹分类准确钢轨检测方法，然而该方法无法根据各个各个地区的不同环境对钢轨的影响来预测钢轨的预计维护时间，人们无法快速准确的根据此方法对因钢轨损耗等因素造成的强度变低的钢轨进行及时的维修，因此需要一种可以对不同地区的不同环境对钢轨的影响来计算钢轨的预计维修时间的基于铁路线路设备健康指数计算方法来解决该问题。

6、4、专利文件cn112776851b公开了一种钢轨状态监测方法及监测设备，该专利公开了设备操作简单、安装方便，可大大提升钢轨廓形数据的测量效率及数据样本密度，而该方法需要首先对钢轨进行检测，然后根据钢轨的磨损值对各段进行计算评分，操作工程量大，消耗资源大，因此需要一种可以先预测需要维修的钢轨路段然后对路段进行检测的基于铁路线路设备健康指数计算方法来解决该问题。

技术实现思路

1、本技术的一个目的在于提供一种基于铁路线路设备健康指数计算方法，能够解决现有技术中提出的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一基于铁路线路设备健康指数计算方法，包括以下步骤：

3、步骤一：采集钢轨服役状态信息，采集当前时间信息；

4、步骤二：计算预计钢轨大修时间；

5、步骤三：计算钢轨健康指数得分；

6、步骤四：计算道岔、道床、轨枕、扣件健康指数得分；

7、步骤五：计算理想状态下线路设备健康指数得分rhs；

8、步骤六：计算大气环境因素；

9、步骤七：计算自然环境因素；

10、步骤八：计算自然灾害因素；

11、步骤九：计算线路设备健康指数总得分ths。

12、优选的，所述钢轨服役状态信息包括钢轨id,起点里程, 终点里程, 累计通过总质量, 年通过总质量, 轻伤数, 重伤数, 垂磨值, 侧磨值信息。

13、优选的，所述预计大修时间的公式，精确到天，公式如下：

14、od=+y

15、其中，od为预计大修时间,t为大修周期,为累计通过总质量数值,为年通过总质量,n为使用天数，y为当前时间。

16、优选的，所述钢轨健康指数评分包括计算通过总质量得分、伤损情况得分、曲线磨耗得分和计算钢轨健康指数得分，其中通过总质量得分计算公式为:

17、

18、其中，为累计通过总质量数值，t为大修周期，为扣分系数即变量值，当累计通过总质量小于等于大修周期时，按照100-累计通过总质量/大修周期*40得分，当累计通过总质量大于大修周期时，按照60-(累计通过总质量-大修周期)*得分,为扣分系数；

19、伤损情况得分为:

20、

21、其中，为钢轨段内重伤点个数，s为重伤点阈值，为扣分系数即变量值，当钢轨段内重伤点个数小于等于重伤点阈值时，按照100-重伤点个数/重伤点阈值*40得分；当伤损点数大于重伤点阈值时，按照60-(重伤点个数-重伤点阈值)*得分,为扣分系数；

22、曲线磨耗得分为:

23、

24、其中，为总磨耗值，q为总磨耗阈值，为扣分系数即变量值，当总磨耗值小于等于总磨耗阈值时，按照100-总磨耗值/总磨耗阈值*40得分；当总磨耗值大于总磨耗阈值时，按照60-(总磨耗值-总磨耗阈值)*得分,为扣分系数；

25、钢轨健康指数得分为:

26、

27、

28、为钢轨健康指数得分，为维度i的权重(变量值)，为维度得分，将定义成变量，专家根据业务需要，对各维度主观赋值，只要、、有一个小于60，总得分取、、的最小值，只有、、都大于60，总得分按照各维度的权重乘以对应分数再求和。

29、优选的，计算所述道岔、道床、轨枕、扣件健康指数得分，其中所述道岔健康指数得分为：

30、

31、其中，为累计通过总质量数值，t为大修周期，为扣分系数即变量值，当累计通过总质量小于等于大修周期时，按照100-累计通过总质量/大修周期*40得分，当累计通过总质量大于大修周期时，按照60-(累计通过总质量-大修周期)*得分,为扣分系数；

32、轨枕健康指数得分为：

33、

34、其中，为累计通过总质量数值，t为大修周期，为扣分系数即变量值，当累计通过总质量小于等于大修周期时，按照100-累计通过总质量/大修周期*40得分，当累计通过总质量大于大修周期时，按照60-(累计通过总质量-大修周期)*得分,为扣分系数；

35、道床健康指数得分为：

36、

37、其中，为累计通过总质量数值，t为大修周期，为扣分系数即变量值，当累计通过总质量小于等于大修周期时，按照100-累计通过总质量/大修周期*40得分，当累计通过总质量大于大修周期时，按照60-(累计通过总质量-大修周期)*得分,为扣分系数；

38、扣件健康指数得分为：

39、

40、其中，为累计通过总质量数值，t为大修周期，为扣分系数即变量值，当累计通过总质量小于等于大修周期时，按照100-累计通过总质量/大修周期*40得分，当累计通过总质量大于大修周期时，按照60-(累计通过总质量-大修周期)*得分,为扣分系数。

41、优选的，所述理想状态下线路设备健康指数得分rhs计算公式为：

42、rhs=，

43、

44、其中，rhs为理想状态下线路设备健康指数得分，为设备i的权重(变量值)，为设备健康指数得分，将定义成变量，专家根据业务需要，对各设备主观赋值,只要、、、、有一个小于60，总得分取、、、、的最小值,只有、、、、都大于60，总得分按照各设备的权重乘以对应分数再求和,通过以上标准确保了在任何一个设备得分小于60的情况下，整体得分也将受到影响，反映出相应设备的不足,而当所有设备的得分都高于等于60时，通过考虑各个设备的权重来计算总分，从而更准确地评估轨道在各个方面的表现。

45、优选的，所述大气环境因素包括温度，湿度和年降水量，把钢轨运行的适宜温度，湿度和年降水量记为1，根据实际数据与适宜条件数据的差值将数据映射到0-1区间内，

46、温度1-(实际温度区间最大数值-适宜温度区间最大数值)/区间宽度*0.125，

47、湿度=1-(实际湿度区间最大数值-适宜湿度区间最大数值)/区间宽度*0.2，

48、降水量=1-(实际降水量区间最大数值-适宜降水量区间最大数值)/区间宽度*0.33。

49、优选的，所述大气环境因素的无量纲参量公式为：

50、通过熵权法确定各权重系数，

51、大气环境因素的无量纲参量

52、其中，代表温度的权重系数，代表湿度的权重系数代表降雨量的权重系数。

53、优选的，所述自然环境因素包括海拔高度、坡度、地基承载力 、曲线半径,对各指标进行归一化处理，

54、海拔高度=(海拔高度最大值-海拔高度实际值)/(海拔高度最大值-海拔高度最小值)

55、坡度=(坡度最大值-坡度实际值)/(坡度最大值-坡度最小值)

56、地基承载力=(实际地基承载力值-地基承载力最小值)/(地基承载力最大值-地基承载力最小值)

57、曲线半径=(实际曲线半径值-曲线半径最小值)/(曲线半径最大值-曲线半径最小值)

58、其中，海拔高度和坡度越小越好，地基承载力和曲线半径越大越好。

59、优选的，所述自然环境因素的无量纲参量公式为：通过熵权法确定各权重系数，

60、自然环境因素的无量纲参量

61、其中，代表海拔高度的权重系数，代表坡度的权重系数，代表地基承载力的权重系数，代表曲线半径的权重系数。

62、优选的，所述自然灾害因素公式：

63、

64、其中，是否发生为是否发生自然灾害，如果为是，那钢轨的健康指数得分直接为0，如果为否，那不影响钢轨的健康指数得分。

65、优选的，综合考虑所述大气环境因素、自然环境因素、自然灾害因素和理想状态下线路设备健康指数得分后，计算线路设备健康指数总得分分为以下多种情况ths：

66、ths=

67、其中，rhs为理想状态下线路设备健康指数得分，a为大气环境因素，n为自然环境因素，d为自然灾害因素。

68、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

69、1、本发明按照钢轨里程分段筛选出伤损时间大于换轨时间，并且伤损程度为重伤的伤损点，然后,统计1km内重伤数大于等于2的连续的伤损点，组成伤损段，这个段内包含的点都标记为报警点，存在包含报警点的钢轨段就报警，轻伤数大于等于4处标记为预警，其他标记为健康，解决了跨钢轨的问题。

70、2、本发明综合通过通过总质量、伤损情况、曲线磨耗三个维度考虑钢轨、道岔、道床、轨枕、扣件状况等内部因素，同时考虑大气环境、自然环境和自然灾害等外部因素，多角度评估线路设备健康水平，避免因单一维度评估而导致遗漏关键信息的情况发生，可以更好地预测轨道未来的健康状况。

71、3、本发明通过数值化的健康分数，直观地展现钢轨、道岔、道床、轨枕、扣件的健康状况，且可以对各种影响因素的权重进行合理的调整，以便于适应于各种环境天气下的钢轨健康检测，出现问题有助于铁路交通运营单位更好地定位，并采取相应的维护措施。

72、4、本发明可以提前预测钢轨需要或者可能够需要维修的路段，减少检测钢轨的时间，及时发现设备故障，避免设备损坏进一步扩大，减少维修成本和停机时间，帮助维修人员快速定位故障，提高维修效率，减少维修时间，可以实时监测设备的运行状态，预测设备的使用寿命，优化设备的采购、库存和维修计划，提高资源利用效率。