道岔動(dòng)作電流曲線的特征提取方法及道岔故障診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鐵路領(lǐng)域里道岔故障診斷方法，特別涉及一種利用值投影及柱狀圖的 道岔動(dòng)作電流曲線的特征提取方法，以及利用該特征提取方法進(jìn)行道岔故障診斷的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 道岔的主要作用是引導(dǎo)車輪的運(yùn)行方向以實(shí)現(xiàn)列車的轉(zhuǎn)線和跨線運(yùn)行，是保障鐵 路運(yùn)輸安全與效率的關(guān)鍵設(shè)備之一。
[0003] 我國(guó)鐵路網(wǎng)規(guī)模龐大，覆蓋地域遼闊，氣候條件復(fù)雜多樣，不同的運(yùn)營(yíng)模式和列車 裝備條件等都對(duì)道岔的應(yīng)用形成了巨大的挑戰(zhàn)。加之鐵路線路運(yùn)輸繁忙，道岔轉(zhuǎn)換頻繁，在 長(zhǎng)時(shí)間的使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生磨損，并且由于道岔處于露天使用狀態(tài)，很容易出現(xiàn)異物堵塞 等情況，其機(jī)械狀態(tài)也易發(fā)生變化，造成道岔的誤動(dòng)作，不動(dòng)作或不完全動(dòng)作，引發(fā)列車脫 軌、擠岔等事故。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)對(duì)道岔設(shè)備的維修方式仍采用傳統(tǒng)的故障修和周期修的方 式，主要依靠維護(hù)人員定期瀏覽微機(jī)監(jiān)測(cè)采集到的道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作電流、電壓曲線，通過(guò)與 正常運(yùn)行道岔的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作對(duì)比，來(lái)識(shí)別道岔故障。這種人工定期維修方式對(duì)維護(hù)人員的 工作經(jīng)驗(yàn)依賴較高，容易出現(xiàn)誤判和漏判等情況，嚴(yán)重影響維修效率，不能滿足鐵路運(yùn)輸發(fā) 展的需求。因此，迫切需要改變傳統(tǒng)的道岔故障診斷及維護(hù)方式，采用新的智能診斷方法， 實(shí)現(xiàn)從基于故障修和周期修的維修模式向狀態(tài)修模式的轉(zhuǎn)變。
[0004] 智能故障診斷面臨的難題之一是如何發(fā)現(xiàn)故障特征知識(shí)。道岔工作機(jī)理復(fù)雜，在 道岔轉(zhuǎn)換過(guò)程中，道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)的動(dòng)作電流及道岔轉(zhuǎn)換阻力等的變化特性存在很大的不確定 性，如何基于道岔動(dòng)作電流曲線來(lái)提取故障特征并實(shí)現(xiàn)故障診斷是極具挑戰(zhàn)的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為提高鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)安全和效率，解決道岔故障診斷問(wèn)題中故障特征知識(shí)的發(fā)現(xiàn) 和識(shí)別問(wèn)題，本發(fā)明提供一種道岔動(dòng)作電流曲線的特征提取方法及道岔故障診斷方法，具 體如下：
[0006] -種道岔動(dòng)作電流曲線的特征提取方法，包括如下步驟：
[0007] S310 :獲取道岔動(dòng)作的電流數(shù)據(jù)，以道岔動(dòng)作時(shí)間為橫坐標(biāo)，離散的電流數(shù)據(jù)為縱 坐標(biāo)，生成道岔動(dòng)作電流曲線；
[0008] S320 :將道岔動(dòng)作電流曲線轉(zhuǎn)換到投影坐標(biāo)系，投影坐標(biāo)系橫軸為電流值區(qū)間，投 影坐標(biāo)系的縱軸為道岔動(dòng)作電流曲線上各電流值區(qū)間內(nèi)所包含的離散點(diǎn)的數(shù)量；
[0009] S330:在所述道岔動(dòng)作電流曲線上包括三個(gè)道岔動(dòng)作區(qū)段，分別為解鎖區(qū)、轉(zhuǎn)換 區(qū)、鎖閉區(qū)；確定所述投影坐標(biāo)系下各道岔動(dòng)作區(qū)段的分段；
[0010] S340 :輸出各電流值區(qū)間的開始點(diǎn)與結(jié)束點(diǎn)。
[0011] 進(jìn)一步地，S330包括如下步驟：
[0012] S331，確定投影坐標(biāo)系下的極大值柱狀圖區(qū)間；
[0013] S332,確定投影坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)換區(qū)的左右兩個(gè)邊界；
[0014] S333，確定解鎖區(qū)的結(jié)束點(diǎn)和鎖閉區(qū)的起始點(diǎn)。
[0015] 進(jìn)一步地，步驟S331 :確定投影坐標(biāo)系下的極大值柱狀圖區(qū)間：采用遺傳優(yōu)化算 法，將分段間隔、分段數(shù)量作為遺傳算法要優(yōu)化的目標(biāo)，采用遺傳算法尋找最優(yōu)的分段參 數(shù)，使得所述道岔動(dòng)作電流曲線中電流值變化平緩的區(qū)域內(nèi)的電流數(shù)據(jù)均落入一個(gè)電流值 區(qū)間內(nèi)形成極大值柱狀圖區(qū)間，投影后得到所述投影坐標(biāo)系下的極大值柱狀圖區(qū)間。
[0016] 或者，步驟S331 :比較與極大值柱狀圖區(qū)間相鄰兩個(gè)區(qū)間的柱狀圖的大小，如果 極大值柱狀圖區(qū)間的相鄰的兩個(gè)電流值區(qū)間所包含的離散點(diǎn)數(shù)量與極大值柱狀圖區(qū)間所 包含的離散值的絕對(duì)值之差小于設(shè)定門限值，則認(rèn)為轉(zhuǎn)換區(qū)沒(méi)有完全落入極大值柱狀圖區(qū) 間，繼續(xù)調(diào)整電流值區(qū)間的分段數(shù)量與分段間隔，直到極大值柱狀圖區(qū)間的相鄰的兩個(gè)電 流值區(qū)間所包含的離散點(diǎn)數(shù)量與極大值柱狀圖區(qū)間所包含的離散值的絕對(duì)值之差大于設(shè) 定門限值，確定出極大值柱狀圖區(qū)間。
[0017] 進(jìn)一步地，
[0018] 步驟S332 :在確定了極大值柱狀圖區(qū)間后，選擇電流數(shù)據(jù)的離散點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間的 5 %~95 %的部分作為轉(zhuǎn)換區(qū)以減少波動(dòng)值及噪聲對(duì)分段的影響，
[0019] 步驟S333 :確定解鎖區(qū)的結(jié)束點(diǎn)和鎖閉區(qū)的起始點(diǎn)：轉(zhuǎn)換區(qū)開始點(diǎn)為解鎖區(qū)的結(jié) 束點(diǎn)，轉(zhuǎn)換區(qū)結(jié)束點(diǎn)作為鎖閉區(qū)的起始點(diǎn)。
[0020] 進(jìn)一步地，道岔動(dòng)作電流曲線上的每個(gè)離散點(diǎn)的電流值和動(dòng)作時(shí)間均被記錄在數(shù) 據(jù)庫(kù)中，從而使得在所述投影坐標(biāo)系下的每個(gè)電流數(shù)據(jù)均能與原道岔動(dòng)作電流曲線上的電 流值相對(duì)應(yīng)。
[0021] 一種道岔故障診斷方法，包括步驟：
[0022] SlOO :從鐵路相關(guān)部門的微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中獲取需要的道岔的工作電流曲線；
[0023] S200:選取正常道岔和故障道岔的工作電流曲線作為樣本，用以后續(xù)步驟的診斷 豐吳型訓(xùn)練；
[0024] S300 :利用上述的道岔動(dòng)作電流曲線的特征提取方法，區(qū)分道岔動(dòng)作電流曲線的 動(dòng)作過(guò)程，進(jìn)行特征提取，提取每個(gè)道岔動(dòng)作過(guò)程的特征；
[0025] S400 :采用基于ReliefF的特征選擇算法選擇對(duì)于區(qū)分故障有意義的特征，得到 高效簡(jiǎn)約的特征空間；
[0026] S500 :利用S400得到的特征空間訓(xùn)練診斷模型以區(qū)分道岔故障；
[0027] S600 :利用S500得到的診斷模型，對(duì)實(shí)時(shí)或歷史的道岔動(dòng)作電流曲線進(jìn)行診斷， 得到道岔的工作狀態(tài)。
[0028] 進(jìn)一步地，步驟S500采用五層前饋模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0029] 進(jìn)一步地，步驟S500的五層前饋模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)步驟如下：
[0030] S510 :利用模糊理論將輸入的故障癥兆信息模糊化，形成故障訓(xùn)練樣本輸入網(wǎng) 絡(luò)；
[0031] S520:改變網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值與閾值，使得網(wǎng)絡(luò)具有更強(qiáng)的表達(dá)能力，數(shù)據(jù)處理能力及穩(wěn) 定的推理能力；
[0032] S530:根據(jù)各個(gè)區(qū)段的不同特征以及設(shè)定的規(guī)則，給出故障診斷情況的輸出，提示 道岔的運(yùn)行狀態(tài)。
[0033] 本發(fā)明的有益效果：
[0034] 道岔轉(zhuǎn)換過(guò)程大致分為解鎖、轉(zhuǎn)換及鎖閉三個(gè)階段，對(duì)應(yīng)于這三個(gè)階段道岔動(dòng)作 電流曲線呈現(xiàn)不同特征；道岔工作過(guò)程中出現(xiàn)的主要故障在道岔動(dòng)作電流曲線上也有較為 明顯的表示。然而，由于不同道岔的性能差異以及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用環(huán)境的不確定性，直接從道岔 動(dòng)作電流曲線的時(shí)域特征來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)換階段劃分十分困難，進(jìn)而影響后續(xù)的故障診斷的準(zhǔn)確 性。本發(fā)明首先通過(guò)值投影的方法對(duì)道岔動(dòng)作電流曲線進(jìn)行處理，極大簡(jiǎn)化了道岔轉(zhuǎn)換階 段劃分及后續(xù)的故障模式識(shí)別工作，大大降低了故障診斷的計(jì)算復(fù)雜度，并將最終極大提 高診斷正確性，為提高道岔監(jiān)測(cè)與維護(hù)工作的效率奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
[0035] 本發(fā)明的道岔故障診斷方法，不僅能在道岔發(fā)生故障時(shí)及時(shí)準(zhǔn)確的提供維修信 息，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員有針對(duì)性的對(duì)故障道岔進(jìn)行維修，降低維修成本，提高道岔的使用效 率，還能夠降低其發(fā)生故障后帶來(lái)的各種不利影響，壓縮故障延時(shí)，進(jìn)一步減少運(yùn)輸延誤， 對(duì)于提高運(yùn)輸系統(tǒng)安全和效率也有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本發(fā)明的道岔故障診斷方法，對(duì)現(xiàn)場(chǎng) 的微機(jī)監(jiān)測(cè)得到的道岔動(dòng)作情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，得到了較好的診斷效果，診斷準(zhǔn)確率能夠 達(dá)到99. 04。
【附圖說(shuō)明】
[0036] 下面結(jié)合附圖及實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明：
[0037] 圖Ia是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的道岔正常工作狀態(tài)下的電流曲線樣本。
[0038] 圖Ib是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的道岔卡阻故障狀態(tài)下的電流曲線樣本。
[0039] 圖Ic是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的道岔卡阻故障狀態(tài)下的電流曲線樣本。
[0040] 圖Id是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的道岔異常狀態(tài)回操故障一狀態(tài)下的電流曲線樣本。
[0041] 圖Ie是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的道岔異常狀態(tài)回操故障二狀態(tài)下的電流曲線樣本。
[0042] 圖If是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的道岔異常阻力故障一狀態(tài)下的電流曲線樣本。
[0043] 圖Ig是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的道岔異常阻力故障二狀態(tài)下的電流曲線樣本。
[0044] 圖Ih是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的道岔卡缺口故障狀態(tài)下的電流曲線樣本。
[0045] 圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的特征選擇的過(guò)程。
[0046] 圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的Relief算法流程圖。
[0047] 圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例按時(shí)間值固定間隔分段方法的特征選擇結(jié)果。
[0048] 圖5是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例按電流值固定間隔分段方法的特征選擇結(jié)果。
[0049] 圖6a是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例道岔正常狀態(tài)下的電流曲線投影圖。
[0050] 圖6b是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例道岔卡阻故障模式下的電流曲線投影圖。
[0051] 圖6c是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例道岔卡阻故障模式下的電流曲線投影圖。
[0052] 圖6d是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例道岔異常狀態(tài)回操故障一狀態(tài)下的電流曲線投影圖。
[0053] 圖6e是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例道岔異常狀態(tài)回操故障二狀態(tài)下的電流曲線投影圖。
[0054] 圖6f是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例道岔異常阻力故障一狀態(tài)下的電流曲線投影圖。
[0055] 圖6g是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例道岔異常阻力故障二狀態(tài)下的電流曲線投影圖。
[0056] 圖6h是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例道岔卡缺口故障狀態(tài)下的電流曲線投影圖。
[0057] 圖7是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的道岔動(dòng)作電流曲線值投影及柱狀圖的特征提取方法 流程圖。
[0058] 圖8是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的按動(dòng)作階段分段方法的特征選擇結(jié)果。
[0059] 圖9是本發(fā)明