钢轨超声相控阵检测中的信号去噪研究

针对钢轨缺陷超声相控阵法检测应用中所存在的信噪比不高的问题,选用db4小波和阈值法对噪声图像进行小波变换,得到小波系数矩阵,再通过阈值化对小波系数矩阵做逆变换,抑制噪声对检测效果的不利影响,并重构钢轨缺陷的全聚焦图像。选用含人工缺陷的60钢轨试块开展超声相控阵检测实验,对比去噪前后的PSNR和MSE验证本方法的去噪性能,为钢轨缺陷相控阵C扫描成像提供有效保障。     

钢轨轨头内缺陷的超声相控阵DAC定量方法

为改善钢轨现行超声检测方法效率低和定量评价难度大的不足,将传统单探头DAC曲线定量方法引入超声相控阵检测领域,研究一种基于超声相控阵全矩阵数据的轨头内部缺陷定量评价方法。对轨头检测断面进行网格划分,模拟各网格节点处缺陷尺寸。利用超声相控阵测量模型,求得各网格节点处的DAC曲线。基于Kriging插值方法,构建轨头缺陷DAC定量评价模型,实现对检测断面内任意位置缺陷的定量评价。通过搭建钢轨超声相控阵检测试验系统,对钢轨人工缺陷试块进行检测试验。研究结果表明:相比工业中常用的-6 d B缺陷定量方法,本文方法在轨头内部缺陷检测精度和效率上均有明显优势。     

基于Wav2vec2.0神经网络的轨道交通钢轨损伤压电阵列超声导波定位方法

鉴于普通超声波检测方法无法实现对轨道交通钢轨的长距离检测，基于超声导波的SHM (结构健康监测)技术难以从响应信号中提取损伤特征而影响损伤定位精度，提出了一种基于Wav2vec2.0神经网络的压电阵列超声导波定位方法对轨道交通钢轨损伤进行定位。基于压电阵列超声导波数据的特点，对该方法进行了简要介绍。搭建了钢轨损伤的超声导波检测系统，并利用该系统进行数据集的采集。采用ABAQUS有限元软件建立钢轨损伤超声导波检测三维有限元模型，并利用该模型进行数据集的采集。利用小波信号处理方法对超声导波试验信号进行重构，以达到信号去噪的目的；在仿真信号中加入随机噪声，将叠加随机噪声后的超声导波仿真信号作为补充数据集；通过计算模型中钢轨损伤定位的准确率和误差对模型的性能进行评估。结果表明，当迭代轮次达到第120次时，训练样本的准确率达到100%。利用基于Wav2vec 2.0神经网络的压电阵列超声导波定位方法可实现轨道交通钢轨损伤的准确定位。     

基于相控阵超声技术的重载铁路钢轨焊缝检测方法

针对采用传统超声波对重载铁路钢轨焊缝检测时效率低且易漏检的问题,提出了利用相控阵超声技术对钢轨焊缝进行检测.通过仿真模拟确定了扫描角度和探头位置等检测工艺,并选取GHT-5和YN-1试块进行试验验证.结果表明:采用相控阵超声技术进行焊缝检测可以实现多角度扫查,探头小范围移动即可完成全覆盖扫查,操作简单,效率高,检测效果...     

基于钢轨电位时空关联的钢轨对地绝缘缺陷诊断方法

[目的]以钢轨电位为监测对象的各监测点数据间在时空上存在关联,钢轨对钢筋结构电阻变化后的直接表现形式为钢轨电位的变化。应基于钢轨电位时空关联的特点,对钢轨对地绝缘状态监测及缺陷诊断的方法进行深入研究。[方法]阐述了以钢轨电位为监测对象的杂散电流监测系统。对绝缘缺陷下的钢轨电位数据特征进行了分析,建立了数据的特征矩阵。基于闵可夫斯基距离的异常检测原理,阐述了钢轨对地绝缘异常区段的检测步骤,以及绝缘缺陷定位的检测步骤,提出了基于钢轨电位时空关联的钢轨绝缘缺陷诊断方法。以青岛某城市轨道交通工程为案例进行建模仿真,用以评估所提方法的有效性及准确性。[结果及结论]该方法能对钢轨绝缘状态进行有效监测,可准确定位绝缘缺陷位置。     

基于电磁感应原理的应答器系统旁瓣成因分析及应用

广泛应用于CTCS-2与CTCS-3的应答器系统在车地信息传输过程中产生的感应电压幅值包络由于存在旁瓣结构,在算法设计时需要设置阈值区分旁瓣与主瓣,避免发生将包络中的多瓣结构识别为多个应答器等故障,还需在安装与维护过程中适当降低安装高度,防止信号衰减到无法识别。针对旁瓣问题,通过建立双线圈电磁感应耦合模型,对列车运行过程中应答器系统电磁耦合的感应电压进行计算,并结合天线的结构分解电磁信号耦合中的磁感应强度,分析天线各部分产生的磁感应强度垂直分量及其在接收天线中形成的感应电压,得出天线垂直于钢轨铺设方向的横向对边和平行于钢轨铺设方向的纵向对边的感应电压瞬时方向相反,且对应的幅值不平衡,产生的激励会导致包络出现旁瓣。通过有限元仿真设计一种调整空间磁场分布以实现削弱旁瓣包络的新型激励天线,并与现有天线的感应电压包络进行对比验证。     

基于人工鱼优化的MP超声微弱信号提取方法研究

强噪声背景下微弱信号的提取一直是超声信号处理领域研究的一个难题,传统的信号处理方法难以准确提取弱缺陷信号,稀疏分解方法为提高超声弱缺陷的检出率开辟一条新途径,但计算量大是困扰其应用的一个主要因素。本文提出一种人工鱼群优化匹配追踪的快速算法。人工鱼是一种新型智能优化算法,具有并行寻优、全局收敛性好,对初值不敏感的特点。利用本文算法在重建信号质量不变的情况下,提高稀疏分解在冗余字典中原子匹配的速度和精度,满足信号处理实时性要求。采用与超声信号最优匹配的Gabor函数,经伸缩和平移生成过完备原子库,提高对超声信号的表达能力。通过仿真分析和实际检测铸钢试件,表明该方法能够有效地检测出强噪声背景下的弱信号。     

热处理冷却工艺对U78CrV钢轨焊接质量的影响

为分析U78CrV钢轨闪光焊接接头的缺陷成因,设计4组不同的热处理冷却工艺,对每组工艺接头进行超声波探伤、磁粉探伤、显微组织分析、电镜分析、纵断面硬度测试及软化区宽度检验。结果表明:在接头热处理冷却工艺中,冷却速度过快容易导致出现马氏体组织和裂纹缺陷;喷风使接头全断面温度降至200℃以下后,接头遇水不会产生裂纹缺陷。焊轨基地冬季焊接U78CrV钢轨时,应当特别关注接头热处理后可能接触的环境温度。     

钢轨轨腰缺陷检测MsT有限元分析及优化

钢轨轨腰缺陷的存在严重影响了列车的运行安全,及时有效地对轨腰缺陷进行检测具有重要意义。基于铁磁性材料固有的磁致伸缩效应及其逆效应,分析了磁致伸缩换能器(MsT)激励过程的控制方程,采用有限元法建立了一个检测钢轨轨腰通孔缺陷、一发一收的单向聚焦斜入射SV波MsT二维多物理场耦合模型。该模型对钢轨轨腰处有缺陷时接收线圈的感应电压信号进行仿真分析,并结合正交试验法,分别研究了发射线圈和接收线圈的提离距离、导线结构参数对缺陷回波电压信号幅值的影响,得到了模型优化后的结构参数。该工作对MsT用于钢轨轨腰缺陷检测的接收电压信号分析以及导线设计具有指导意义。     

基于在途时间的快慢车停站方案优化算法

地铁开行快慢车是国内近几年的新探索,而其停站方案的不同会影响地铁的服务水平高低及企业运输成本等。首先确定车站重要度评价指标体系,对指标逐一打分形成评价指标矩阵,运用层次分析法评价沿线车站的重要度,并据此确定停站权重;然后将停站权重作为停站优化方案建模的重要参数,再构建基于启发式蚁群算法的MATLAB程序,对快慢车停站方案优化模型求解,得出优化停车方案;最后,以上海轨道交通16号线为例,设计相关调查问卷获取数据对优化算法进行求解,并与目前停站方案作对比分析。通过该优化算法可以缩短乘客出行时间,提升地铁服务水平,同时为运营管理部门制定行车方案提供决策支持。     

基于同步提取变换的钢轨踏面裂纹电磁超声表面SH波B扫成像检测研究

钢轨踏面在车轮的重复载荷作用下,极易产生滚动接触疲劳裂纹,并从轨头向下扩展,甚至导致断轨等重大安全事故,因此开展钢轨踏面裂纹高效准确的无损检测方法研究具有重要意义。对于钢轨轨头有限截面非规则几何体,无法采用解析法求解其频散曲线,采用Floquet-Bloch边界的有限元特征频率法,求解钢轨轨头类水平剪切导波频散曲线,在频散曲线的基础上,分析并确定电磁超声表面水平剪切波换能器的最佳检测频率。建立表面水平剪切波在含踏面裂纹钢轨轨头的传播有限元模型,研究表面水平剪切波在不同角度、深度的踏面裂纹上的反射及透射规律。为实现快速的钢轨踏面裂纹B扫成像检测且得到高信噪比的检测结果,实验对比同步提取变换和同步压缩变换对钢轨踏面检测回波的噪声滤除能力。结果表明：对单次检测回波应用同步提取变换消噪处理后,信噪比提高13.73 dB,比单次采集信号经同步压缩变换处理后的信噪比高4 dB。将同步提取变换用于钢轨踏面导波B扫成像检测,可以减小同步平均次数以满足快速检测的要求。     

基于模块化设计的地铁车辆牵引逆变器大修流程优化

介绍了一种地铁车辆牵引逆变器大修流程优化模型,根据RCM(以可靠性为中心的维修)理论对牵引逆变器大修流程进行了模块化设计,并建立了以最小大修时间为目标函数的流程优化模型。基于上海轨道交通11号线牵引逆变器委外大修项目案例,选择模拟退火算法对该优化模型进行求解,获得的理论最优解相比项目交付周期缩短3 d,按优化模型重新组织生产后,实际平均交付时间缩短4.3 d,提高了维修效率,验证了优化模型的可行性。     

城市轨道交通人工作业日的夜间施工线路封锁方案优化

介绍了目前城市轨道交通使用的线路封锁方案,并指出其缺陷。根据人工作业日给定的施工需求,制定以封锁次数最少为目标、施工按时执行为约束条件的线路封锁方案模型,通过分析封锁区域、封锁时间与封锁次数的关系得到优化算法。以上海轨道交通8号线人工作业日为例进行算法验证,结果表明该算法弥补了目前线路封锁方案的缺陷,达到"以机替人"的智能管控效果。     

牵引电机转子钎焊缺陷的超声相控阵检测工艺

铁路牵引电机转子钎焊缺陷的存在对电机运行安全有较大影响,文章介绍了电机转子超声相控阵检测时的探头设计和扫查技术参数选择,并对设计结果进行了仿真分析和实际验证。     

基于几何特征的钢轨磨耗检测系统的研究

为解决高速动态条件下车体振动对钢轨磨耗检测带来的问题,在大量调研国内外利用激光技术进行钢轨磨耗检测的基础上,提出一种基于标准钢轨轨廓固有曲线曲率的钢轨磨耗检测方法,首先利用基于激光三角测距原理的传感器得到组成钢轨全断面轮廓一系列点的空间坐标;其次利用L-M优化算法进行数据处理,采用Hough变换方法检测钢轨轮廓固有几何特性;最后进行钢轨轮廓匹配后实现钢轨磨耗高精度检测。该方法已经运用在轨道检测小车上,试验数据表明:钢轨磨耗检测系统的重复性精度能到达0.005 mm,其高精度性和快速性能满足铁路部门对钢轨磨耗检测的要求。     

基于高通滤波和直方图均衡的钢轨裂纹红外图像增强技术

针对钢轨裂纹红外图像采集过程中产生的噪声大、对比度低的问题,以及传统直方图均衡化方法在对红外图像增强时灰度级减少和细节信息丢失等不足,提出频域增强与空域增强相结合的红外图像增强算法,以弥补传统算法在红外图像增强时的不足。在空间域上采用直方图均衡化对红外图像进行处理,提高图像对比度降低图像噪声;在频率域上采用高通滤波对红外图像进行锐化处理,增强图像的边缘和细节信息。仿真结果表明:该算法在对钢轨裂纹红外图像增强时很好地抑制了背景噪声,而且有效地凸显了钢轨裂纹内部微弱的细节纹理,保护图像的细节信息,为更好地提取钢轨裂纹的缺陷信息提供条件。     

基于改进YOLOX的轻量级钢轨表面缺陷检测算法北大核心

针对现有基于深度学习的钢轨表面缺陷检测方法在嵌入式检测系统上兼容性较差、计算资源占用高以及检测速度慢的问题,提出了一种基于改进YOLOX的轻量级钢轨表面缺陷检测算法。模型中主干特征层以MobileNetv3单元为基础,在保留其网络轻量化的同时进行局部优化,改进了浅层网络的激活函数,嵌入了SE(Squeeze and Excitation)注意力机制;在加强特征层优化了尾部的冗余卷积。通过与几种代表性算法进行对比试验,验证该算法的性能。结果表明:本文提出的改进算法在模型参数量仅为1.10×106的情况下,检出率和准确率分别达到了92.17%和90.92%,每秒传输帧数(Frame Per Second,FPS)为115.07,模型大小仅为原模型的1/5。该算法在保证较高检测精度的同时大大降低了模型参数量,并提升了检测速度,更适合部署于算力有限的嵌入式轨道检测系统,可为钢轨缺陷高效检测提供有效手段。     

优化GM(1,1)与SVM组合模型的路基冻胀预测应用

基于非等时距GM(1,1)优化预测模型,采用支持向量机进行预测残差修正,建立一种组合预测算法,并运用该算法对铁路路基冻胀进行定量预测。对经典非等时距GM(1,1)模型背景值和初值的计算方法进行优化,同时设置时距权值矩阵,对不同时间测量所得数据赋予不同权重。在初始预测后,对残差值采用支持向量机进行非线性修正,得到最终预测值。选取哈大客专某区段实际测量路基冻胀数据,对算法实用效果进行检验。所建立预测模型平均预测误差值为2.039%,最大预测误差5.911%,后验证差比值0.005,各项指标均优于单一灰色模型与文献[6]中建立的组合预测模型,实现了对铁路路基冻胀的较高精度定量预测。     

基于光电的钢轨探伤车超声探轮自动对中系统设计及验证

钢轨探伤车超声探轮对中控制技术是探伤车高速检测的一项关键技术，在实际运用中因对中控制技术不足易造成钢轨伤损漏检。在既有对中控制技术基础上，采用自主化技术研究全新的基于光电的对中系统设计方案。针对钢轨夹板和道岔的干扰问题，优化自动对中软件的钢轨廓形测量算法；针对不同偏移量的对中控制问题，优化对中控制软件的控制参数及控制算法。此外，根据现场用户静态测试需求，开展探轮自动对中系统静态响应指标试验；根据现场用户动态测试需求，开展探轮自动对中系统运行测试试验。结果表明：新设计的对中系统能够在60 kg负载情况下对5 mm阶跃信号的动态响应可上升时间57 ms、超调量18.6%、稳定时间156 ms，并在铁路线路实测中对中标准差可达到2.46 mm、极限偏差不大于7.19 mm，且无对中不良情况出现；全路60辆80 km·h^-1的GTC-80型探伤车全部完成了激光对中改造，现场运用良好，设计的基于光电的超声探轮自动对中系统能够满足探伤车在80 km·h-1时的探伤检测需求。     

中央发送两端电流接收式无绝缘轨道电路的断轨态分析

分析中央发送两端电流接收式无绝缘轨道电路,必须考虑电流传感器参数及其接收电路等效阻抗对轨道电路的影响。通过电路变换,推导轨道电路接收端及轨道电路的等效电路,建立轨道电路断轨态等效电路及其二端口网络模型。根据等效电路,推导断轨态数学模型,给出传输矩阵参数以及接收端钢轨电流、感应电压和转移阻抗的计算公式。算例结果表明:电流传感器参数及其接收电路等效阻抗对轨道电路的影响,可以通过分析传感器等效阻抗参数对轨道电路的转移阻抗的影响得到;传感器等效阻抗越小,转移阻抗越小,则电流传感器处钢轨电流及其感应电压越大;当传感器等效阻抗为零时的算例结果与文献[4]的有关结果一致,说明给出的分析方法和结论是可信的,并且说明文献[4]是本文在传感器等效阻抗为零条件下的特例。