本發(fā)明涉及軌道交通工具故障車載聲學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法。屬于軌道交通工具故障檢測(cè)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

軌道交通工具作為鐵路運(yùn)輸?shù)暮诵牟糠?，在運(yùn)行過程中可能會(huì)出現(xiàn)車體零部件異常情況。零部件異常情況的出現(xiàn)將危及行車安全。因此，軌道交通工具故障檢測(cè)的全面、準(zhǔn)確、快速對(duì)鐵路的安全運(yùn)行至關(guān)重要。

目前，軌道交通工具的故障通常采用人工進(jìn)行檢測(cè)和地對(duì)車動(dòng)態(tài)檢測(cè)兩種方式，采用此兩種方式存在以下缺陷：

1、軌道交通工具包括貨車、客車、動(dòng)車組、機(jī)車及其它類型列車大部分時(shí)間處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，只有進(jìn)站后或完成運(yùn)營公里數(shù)入庫后才檢修，這導(dǎo)致出現(xiàn)異常不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和檢修，最終增大人工檢測(cè)的難度和故障的漏檢概率。即便軌道交通工具進(jìn)站或入庫，由于它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，部件眾多，檢修人員很難記住各個(gè)零部件的正常狀態(tài)，而且零部件之間存在遮擋而存在視覺盲區(qū)，這既進(jìn)一步增大列車異常的漏檢概率，也進(jìn)一步降低異常檢測(cè)效率和準(zhǔn)確度。

檢修人員憑經(jīng)驗(yàn)檢查交通工具的情況，檢測(cè)過程對(duì)檢修人員的維修經(jīng)驗(yàn)依賴大，檢測(cè)結(jié)果和作業(yè)人員的專業(yè)技能、責(zé)任心有很大關(guān)系，主觀因素較強(qiáng)。

2、采用在地面上安裝的動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行中的軌道交通工具進(jìn)行檢測(cè)，受安裝現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件限制，通常間隔幾十公里甚至幾百公里，對(duì)運(yùn)行中的列車無法實(shí)現(xiàn)故障實(shí)時(shí)檢測(cè)，不利于行車安全。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的人工檢測(cè)困難、準(zhǔn)確率低和在地面上安裝的動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)車進(jìn)行檢測(cè)的實(shí)時(shí)性差的問題?，F(xiàn)提供軌道交通工具故障車載聲學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法。

軌道交通工具故障車載聲學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)，它包括聲音獲取單元、信號(hào)處理單元、特征提取單元和比對(duì)單元，

聲音獲取單元，由一個(gè)或多個(gè)聲學(xué)傳感器構(gòu)成傳感網(wǎng)絡(luò)，聲學(xué)傳感器安裝在軌道交通工具上，用于采集軌道交通工具在行駛過程中產(chǎn)生的聲音，該聲音通過轉(zhuǎn)化和編碼后，保存為聲音文件；

信號(hào)處理單元，用于對(duì)保存的聲音文件進(jìn)行濾波處理，濾出噪聲信號(hào)，然后對(duì)濾波后的聲音進(jìn)行分離，得到軌道交通工具的待測(cè)零部件的聲音數(shù)據(jù)；

特征提取單元，對(duì)軌道交通工具的待測(cè)零部件上的聲音數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，得到待測(cè)零部件的聲學(xué)特征參數(shù)；

比對(duì)單元，將待測(cè)零部件的聲學(xué)特征參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)特征數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對(duì)，確定待測(cè)零部件是否發(fā)生了故障。

軌道交通工具故障車載聲學(xué)檢測(cè)方法，它包括以下步驟：

由一個(gè)或多個(gè)聲學(xué)傳感器構(gòu)成傳感網(wǎng)絡(luò)，安裝在軌道交通工具的待測(cè)零部件附近，用于檢測(cè)軌道交通工具在行駛過程中產(chǎn)生的聲音，該聲音通過轉(zhuǎn)化和編碼后，保存為聲音文件的步驟；

用于對(duì)保存的聲音文件進(jìn)行濾波處理，濾出噪聲信號(hào)，然后對(duì)濾波后的聲音進(jìn)行分離，得到待測(cè)零部件上的聲音數(shù)據(jù)的步驟；

用于將待測(cè)零部件上的聲音數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，得到軌道交通工具的待測(cè)零部件聲學(xué)特征參數(shù)的步驟；

用于將軌道交通工具的待測(cè)零部件聲學(xué)特征參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)特征數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對(duì)，確定待測(cè)零部件是否發(fā)生了故障的步驟。

本發(fā)明的有益效果為：通過在軌道交通工具上安裝的車載聲學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)，車載聲學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)中的聲音獲取單元實(shí)時(shí)采集軌道交通工具運(yùn)行中零部件發(fā)出的聲學(xué)信號(hào)，由信號(hào)處理單元對(duì)聲音原始信號(hào)進(jìn)行濾波處理和數(shù)據(jù)分離處理，通過特征提取單元對(duì)處理后的聲音信號(hào)進(jìn)行特征提取，最后由比對(duì)單元將提取的特征與標(biāo)準(zhǔn)特征庫進(jìn)行比對(duì)，識(shí)別出故障。

本發(fā)明的車載聲學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)在列車運(yùn)行過程中實(shí)時(shí)完成對(duì)信號(hào)的存儲(chǔ)、傳輸、處理和分析，通過與標(biāo)準(zhǔn)特征數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)聲音異常零部件，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛零部件故障的的早期的檢測(cè)和判斷，提高故障檢測(cè)的精度和可靠性，實(shí)現(xiàn)了故障的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，進(jìn)而保證列車高效、安全地運(yùn)行。本發(fā)明提供的軌道交通工具故障檢測(cè)系統(tǒng)，無需人工介入即可實(shí)現(xiàn)故障的在線檢測(cè)，可有效替代傳統(tǒng)的人工檢測(cè)作業(yè)，降低作業(yè)難度，提高作業(yè)效率和作業(yè)質(zhì)量。可廣泛用于鐵路動(dòng)車組、客車、貨車、機(jī)車、地鐵等各種軌道交通工具的故障檢測(cè)。

附圖說明

圖1為具體實(shí)施方式一所述的軌道交通工具故障聲學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)的原理圖；

圖2為本發(fā)明所述軌道交通工具故障聲學(xué)檢測(cè)方法的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：參照?qǐng)D1具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的軌道交通工具故障車載聲學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)，它包括聲音獲取單元1、信號(hào)處理單元2、特征提取單元3和比對(duì)單元4，

聲音獲取單元1，由一個(gè)或多個(gè)聲學(xué)傳感器構(gòu)成傳感網(wǎng)絡(luò)，聲學(xué)傳感器安裝在軌道交通工具的待測(cè)零部件附近，用于采集軌道交通工具在行駛過程中產(chǎn)生的聲音，該聲音通過轉(zhuǎn)化和編碼后，保存為聲音文件；

信號(hào)處理單元2，用于對(duì)保存的聲音文件進(jìn)行濾波處理，濾出噪聲信號(hào)，然后對(duì)濾波后的聲音進(jìn)行分離，得到待測(cè)零部件的聲音數(shù)據(jù)；

特征提取單元3，對(duì)待測(cè)零部件上的聲音數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，得到待測(cè)零部件的聲學(xué)特征參數(shù)；

比對(duì)單元4，將待測(cè)零部件的聲學(xué)特征參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)特征數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對(duì)，確定待測(cè)零部件是否發(fā)生了故障。

實(shí)施例：

軌道交通工具故障車載聲學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)，它包括聲音獲取單元1、信號(hào)處理單元2、特征提取單元3和比對(duì)單元4，

聲音獲取單元1，由一個(gè)或多個(gè)聲學(xué)傳感器構(gòu)成傳感網(wǎng)絡(luò)，聲學(xué)傳感器分別安裝在軌道交通工具的待測(cè)零部件附近，用于檢測(cè)軌道交通工具在行駛過程中產(chǎn)生的聲音，該聲音通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將聲音模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為能夠被計(jì)算機(jī)識(shí)別的二進(jìn)制碼，并將數(shù)據(jù)按照PCM格式進(jìn)行編碼，保存為WAV格式的聲音文件；

信號(hào)處理單元2，用于接收保存的聲音文件，采用波紋高通濾波器濾除聲音信號(hào)中低頻段的噪聲信號(hào)，然后對(duì)濾波后的聲音進(jìn)行分離，得到各個(gè)聲學(xué)傳感器檢測(cè)的零部件上的高頻聲音數(shù)據(jù)；

特征提取單元3，用于接收各個(gè)聲學(xué)傳感器檢測(cè)的零部件上的高頻聲音數(shù)據(jù)采用時(shí)域分析和頻域分析方法進(jìn)行特征提取，輸出完備的待測(cè)零部件聲學(xué)特征參數(shù)；

比對(duì)單元4，用于接收完備的待測(cè)零部件的聲學(xué)特征參數(shù)，在時(shí)域范圍內(nèi)進(jìn)行特征值比對(duì)，在時(shí)域范圍內(nèi)對(duì)故障進(jìn)行初步的判斷，得到存在故障的聲音信號(hào)點(diǎn)，在該聲音信號(hào)點(diǎn)附近的鄰域在時(shí)域范圍內(nèi)進(jìn)行頻域變換，得到這些聲音信號(hào)點(diǎn)的頻域特性值，再將這些頻域特性值與特征數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對(duì)，確定某個(gè)零部件發(fā)生了故障，并且根據(jù)頻域參數(shù)的偏離程度，識(shí)別出故障的程度。

本實(shí)施方式中，聲音獲取單元1，用于獲取軌道交通工具運(yùn)行過程中的聲音原始信號(hào)；利用聲音獲取單元將來獲取原始數(shù)據(jù)。聲音獲取單元由多個(gè)聲學(xué)傳感器構(gòu)成傳感網(wǎng)絡(luò)，安裝在軌道交通工具的關(guān)鍵零部件如轉(zhuǎn)向架、車輪軸承、車輪踏面等附近，用于檢測(cè)行駛過程中產(chǎn)生的聲響，將聲音模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為交流電信號(hào)。通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將多路聲學(xué)傳感器的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)識(shí)別的二進(jìn)制碼，并將數(shù)據(jù)按照PCM格式進(jìn)行編碼，保存為WAV格式的聲音文件。

信號(hào)處理單元2，用于對(duì)聲音原始信號(hào)進(jìn)行濾波處理和數(shù)據(jù)分離處理；

預(yù)處理階段由信號(hào)處理單元來完成。保存的原始數(shù)據(jù)中除了正常聲音信號(hào)和故障聲音外，還包含了環(huán)境噪聲、列車氣動(dòng)噪聲和白噪聲等對(duì)故障診斷無用的信號(hào)，這些噪聲信號(hào)會(huì)對(duì)后續(xù)的故障處理造成影響。噪聲信號(hào)的頻率段主要在低頻段，于此相反，列車聲音信號(hào)主要集中在高頻段。本實(shí)施方式采用FIR有限長(zhǎng)沖激響應(yīng)濾波器的等波紋高通濾波器，能夠有效地濾除聲音信號(hào)中低頻段的噪聲信號(hào)。對(duì)濾波后的聲音進(jìn)行分離，得到各個(gè)聲學(xué)傳感器檢測(cè)的聲音數(shù)據(jù)。

特征提取單元3，用于對(duì)處理后的聲音信號(hào)進(jìn)行特征提取；

利用特征提取單元，采用時(shí)域分析和頻域分析方法，對(duì)通過濾波處理并分離后的各個(gè)聲學(xué)傳感器的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)級(jí)預(yù)處理，提取出相對(duì)完備的聲學(xué)故障特征參數(shù)。具體方法為：

⑴提取時(shí)域特征參數(shù)；

時(shí)域信號(hào)包含著原始的非常豐富的狀態(tài)信息，設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，其信號(hào)中許多統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)都會(huì)隨著故障的性質(zhì)及大小發(fā)生變化，可作為診斷依據(jù)。利用統(tǒng)計(jì)分析方法，提取有效值、峰峰值、平均幅值、方根幅值等有量綱參數(shù)，其數(shù)值一般會(huì)隨著故障發(fā)展而上升，但也會(huì)因工況變化而變化，難以區(qū)分，為此，提取脈沖因子、峭度、峰值因子等時(shí)域無量綱參數(shù)，此類特征量受工況變化的影響較小。

⑵提取頻域特征參數(shù)；

通過對(duì)信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換FFT，得到頻譜特征值。

⑶將時(shí)域參數(shù)和頻域參數(shù)有效的結(jié)合起來，形成能夠反映聲音信號(hào)特征的參數(shù)矩陣，作為故障識(shí)別階段的輸入?yún)?shù)。

比對(duì)單元4，用于將提取的特征與標(biāo)準(zhǔn)特征庫進(jìn)行比對(duì)，識(shí)別出故障；

故障識(shí)別階段由故障比對(duì)單元完成。通過獲取交通工具的各個(gè)零部件在正常情況下的特征參數(shù)數(shù)據(jù)，建立標(biāo)準(zhǔn)聲音特征數(shù)據(jù)庫，作為系統(tǒng)判斷故障的依據(jù)。通過在時(shí)域范圍內(nèi)進(jìn)行特征值峭度、峰值因子和有效值等特征參數(shù)比對(duì)，同時(shí)結(jié)合周期性的考慮，可以在時(shí)域范圍內(nèi)對(duì)故障進(jìn)行初步的判斷，得到存在故障的聲音信號(hào)點(diǎn)，在該聲音信號(hào)點(diǎn)附近的鄰域內(nèi)進(jìn)行頻域變換，即FFT快速傅里葉變換，變換到頻域進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證，得到這些聲音信號(hào)點(diǎn)的頻域特性值。再將這些特征值與特征數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對(duì)，確定故障，并且根據(jù)頻域參數(shù)的偏離程度，識(shí)別出故障的程度。

具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式一所述的軌道交通工具故障車載聲學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，聲音的轉(zhuǎn)化通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將聲音模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為能夠被計(jì)算機(jī)識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。

具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式一所述的軌道交通工具故障車載聲學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，濾波處理采用FIR有限長(zhǎng)沖激響應(yīng)濾波器實(shí)現(xiàn)。

具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式一所述的軌道交通工具故障車載聲學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中保存的聲音文件包括正常聲音信號(hào)、故障聲音信號(hào)和噪聲信號(hào)。

具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式一所述的軌道交通工具故障車載聲學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，聲學(xué)傳感器采用駐極體式聲傳感器實(shí)現(xiàn)。

具體實(shí)施方式六：參照?qǐng)D2具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的軌道交通工具故障車載聲學(xué)檢測(cè)方法，它包括以下步驟：

由一個(gè)或多個(gè)聲學(xué)傳感器構(gòu)成傳感網(wǎng)絡(luò)，安裝在管道交通工具的待測(cè)零部件附近，用于檢測(cè)軌道交通工具在行駛過程中產(chǎn)生的聲音，該聲音通過轉(zhuǎn)化和編碼后，保存為聲音文件的步驟；

用于對(duì)保存的聲音文件進(jìn)行濾波處理，濾出噪聲信號(hào)，然后對(duì)濾波后的聲音進(jìn)行分離，得到待測(cè)零部件上的聲音數(shù)據(jù)的步驟；

用于將待測(cè)零部件上的聲音數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，得到待測(cè)零部件聲學(xué)特征參數(shù)的步驟；

用于將待測(cè)零部件聲學(xué)特征參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)特征數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對(duì)，確定待測(cè)零部件是否發(fā)生了故障的步驟。

實(shí)施例：

軌道交通工具故障車載聲學(xué)檢測(cè)方法，它包括以下步驟：

由一個(gè)或多個(gè)聲學(xué)傳感器構(gòu)成傳感網(wǎng)絡(luò)，安裝在軌道交通工具的待測(cè)零部件上，用于檢測(cè)軌道交通工具在行駛過程中產(chǎn)生的聲音，該聲音通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將聲音模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為能夠被計(jì)算機(jī)識(shí)別的二進(jìn)制碼，并將數(shù)據(jù)按照PCM格式進(jìn)行編碼，保存為WAV格式的聲音文件的步驟；

用于接收保存的聲音文件，采用波紋高通濾波器濾除聲音信號(hào)中低頻段的噪聲信號(hào)，然后對(duì)濾波后的聲音進(jìn)行分離，得到各個(gè)聲學(xué)傳感器檢測(cè)的零部件上的高頻聲音數(shù)據(jù)的步驟；

用于接收各個(gè)聲學(xué)傳感器檢測(cè)的零部件上的高頻聲音數(shù)據(jù)采用時(shí)域分析和頻域分析方法進(jìn)行特征提取，得到完備的待測(cè)零部件聲學(xué)特征參數(shù)的步驟；

用于接收完備的待測(cè)零部件聲學(xué)特征參數(shù)，在時(shí)域范圍內(nèi)對(duì)特征參數(shù)進(jìn)行初步的判斷，得到存在故障的聲音信號(hào)點(diǎn)，在該聲音信號(hào)點(diǎn)附近的鄰域內(nèi)進(jìn)行頻域變換，得到這些聲音信號(hào)點(diǎn)的頻域特性值，再將這些頻域特征值與特征數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對(duì)，確定故障，并且根據(jù)頻域參數(shù)的偏離程度，識(shí)別出故障的程度的步驟。

具體實(shí)施方式七：本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式六所述的軌道交通工具故障車載聲學(xué)檢測(cè)方法作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，用于將待測(cè)零部件上的聲音數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取的方式為：采用時(shí)域分析和頻域分析方法進(jìn)行特征提取。

具體實(shí)施方式八：本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式七所述的軌道交通工具故障車載聲學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，采用時(shí)域分析和頻域分析方法進(jìn)行特征提取的具體過程為：

在時(shí)域范圍內(nèi)進(jìn)行特征值比對(duì)，在時(shí)域范圍內(nèi)對(duì)故障進(jìn)行初步的判斷，得到存在故障的聲音信號(hào)點(diǎn)，在該聲音信號(hào)點(diǎn)附近的鄰域內(nèi)進(jìn)行頻域變換，得到這些聲音信號(hào)點(diǎn)的頻域特性值。

具體實(shí)施方式九：本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式七所述的軌道交通工具故障車載聲學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，頻域變換采用FFT快速傅里葉變換實(shí)現(xiàn)。

具體實(shí)施方式十：本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式七所述的軌道交通工具故障車載聲學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，特征值包括脈沖因子參數(shù)、峭度參數(shù)和提取峰值因子參數(shù)。