本發(fā)明涉及軌道交通結構健康監(jiān)測，具體涉及一種軌道交通結構健康監(jiān)測方法。

背景技術：

1、在現(xiàn)代交通體系中，軌道交通憑借其大運量、高效率等優(yōu)勢，成為城市和區(qū)域間重要的交通方式。然而，長期的高負荷運行、復雜的地質(zhì)條件以及惡劣的環(huán)境因素，都對軌道交通結構的安全性和可靠性構成挑戰(zhàn)。一旦軌道交通結構出現(xiàn)健康問題，不僅會影響列車的平穩(wěn)運行，還可能引發(fā)嚴重的安全事故，造成巨大的經(jīng)濟損失和社會影響。

2、傳統(tǒng)的軌道交通振動監(jiān)測，采用單點式的傳感器布置方式。通過簡單的閾值判斷和頻譜分析，來確定軌道交通結構的健康情況。具體為，預先設定一個固定的振動幅值閾值，一旦傳感器監(jiān)測到的振動幅值超過該閾值，便判定軌道結構可能存在異常情況并發(fā)出預警。同時，通過對采集到的振動信號進行頻譜分析，試圖找出信號中存在的異常頻率成分，以此來判斷軌道結構是否存在健康問題。

3、然而，軌道交通的運行工況復雜多變。不同的列車類型、運行速度、載重情況等，都會對軌道振動產(chǎn)生不同程度的影響。這些影響會導致振動幅值出現(xiàn)波動，異常頻率成分也會相應改變。這就使得基于固定閾值和簡單頻譜分析的傳統(tǒng)監(jiān)測方法，難以準確判斷軌道結構的健康狀況，存在軌道交通結構健康監(jiān)測準確度低的問題。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術中的上述不足，本發(fā)明提供的一種軌道交通結構健康監(jiān)測方法解決了現(xiàn)有技術存在軌道交通結構健康監(jiān)測準確度低的問題。

2、為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術方案為：一種軌道交通結構健康監(jiān)測方法，包括以下步驟：

3、在兩側軌道對稱布置振動傳感器，獲取一對振動信號，其中，位置對稱的傳感器所采集信號為一對；

4、對振動信號中每段信號提取倒頻譜，得到實部倒頻譜數(shù)據(jù)和虛部倒頻譜數(shù)據(jù)；

5、分別對實部倒頻譜數(shù)據(jù)和虛部倒頻譜數(shù)據(jù)提取倒頻譜特征，構建實部倒頻譜特征向量和虛部倒頻譜特征向量；

6、獲取一對振動信號在實部倒頻譜特征向量和虛部倒頻譜特征向量上的不匹配度，得到實部不匹配度和虛部不匹配度；

7、按時間先后，將各實部、虛部不匹配度分別均分為三部分，對每部分提取均值，計算實部、虛部不匹配度的變化系數(shù)；

8、提取每部分的實部、虛部不匹配度的實部特征值和虛部特征值，并采用實部、虛部不匹配度的變化系數(shù)進行特征強化，得到軌道交通結構健康值。

9、進一步地，實部倒頻譜數(shù)據(jù)的倒頻譜特征包括：實部倒頻譜的均值、實部倒頻譜的方差和重點實部倒頻譜的均值，其中，重點實部為大于實部倒頻譜的均值的實部；

10、虛部倒頻譜數(shù)據(jù)的倒頻譜特征包括：虛部倒頻譜的均值、虛部倒頻譜的方差和重點虛部倒頻譜的均值，其中，重點虛部為大于虛部倒頻譜的均值的虛部。

11、進一步地，得到實部不匹配度的具體過程為：計算一對振動信號在實部倒頻譜特征向量上的相似度，采用1減去相似度，得到實部不匹配度；或者，計算一對振動信號在實部倒頻譜特征向量上的歐幾里得距離，并對歐幾里得距離歸一化處理，采用1減去歸一化結果，得到實部不匹配度；

12、計算一對振動信號在虛部倒頻譜特征向量上的相似度，采用1減去相似度，得到虛部不匹配度；或者計算一對振動信號在虛部倒頻譜特征向量上的歐幾里得距離，并對歐幾里得距離歸一化處理，采用1減去歸一化結果，得到虛部不匹配度。

13、進一步地，計算不匹配度的公式為：

14、或；

15、其中，θ為不匹配度，a1為一個振動信號對應的實部倒頻譜特征向量或虛部倒頻譜特征向量，a2為另一個振動信號對應的實部倒頻譜特征向量或虛部倒頻譜特征向量，a1,i為a1中第i個元素，a2,i為a2中第i個元素，i為元素的編號，f(a1,a2)為對a1和a2求余弦相似度。

16、進一步地，計算實部、虛部不匹配度的變化系數(shù)的具體過程為：

17、按照時間先后順序，把所有時間點的實部不匹配度數(shù)據(jù)和虛部不匹配度數(shù)據(jù)，分別根據(jù)時間長度，等分成起始時間段、中間時間段和末尾時間段對應的三個部分；

18、分別計算起始、中間及末尾時間段內(nèi)各實部不匹配度與各虛部不匹配度的均值；

19、依次計算中間與起始、末尾與中間時間段實部不匹配度均值的比值，將兩部分比值相加，得到實部不匹配度的變化系數(shù)；

20、依次計算中間與起始、末尾與中間時間段虛部不匹配度均值的比值，將兩部分比值相加，得到虛部不匹配度的變化系數(shù)。

21、進一步地，得到實部不匹配度的變化系數(shù)的具體過程包括：取中間時間段中各實部不匹配度的均值與起始時間段中各實部不匹配度的均值的比值，取末尾時間段中各實部不匹配度的均值與中間時間段中各實部不匹配度的均值的比值，將兩個比值相加，得到實部不匹配度的變化系數(shù)；

22、得到虛部不匹配度的變化系數(shù)的具體過程包括：取中間時間段中各虛部不匹配度的均值與起始時間段中各虛部不匹配度的均值的比值，取末尾時間段中各虛部不匹配度的均值與中間時間段中各虛部不匹配度的均值的比值，將兩個比值相加，得到虛部不匹配度的變化系數(shù)。

23、進一步地，得到軌道交通結構健康值的具體過程為：

24、在每部分中篩選出大于0.5的實部不匹配度，計算該部分的實部異常值；

25、在每部分中篩選出大于0.5的虛部不匹配度，計算該部分的虛部異常值；

26、采用第一全連接層處理各部分的實部異常值，得到實部特征值；

27、采用第二全連接層處理各部分的虛部異常值，得到虛部特征值；

28、采用實部不匹配度的變化系數(shù)對實部特征值進行特征強化，得到實部強化特征值；

29、采用虛部不匹配度的變化系數(shù)對虛部特征值進行特征強化，得到虛部強化特征值；

30、采用第三全連接層處理實部強化特征值和虛部強化特征值，得到軌道交通結構健康值。

31、進一步地，計算該部分的實部異常值的具體過程包括：在每部分中篩選出大于0.5的實部不匹配度，得到大于0.5的實部不匹配度的數(shù)量mre,h和小于等于0.5的實部不匹配度的數(shù)量mre,l，將mre,h與mre,l相減，并將相減結果歸一化處理，將歸一化結果與1相加，得到實部不匹配因子，對大于0.5的實部不匹配度取均值，將均值與實部不匹配因子相乘，得到該部分的實部異常值。

32、進一步地，計算該部分的虛部異常值的具體過程包括：在每部分中篩選出大于0.5的虛部不匹配度，得到大于0.5的虛部不匹配度的數(shù)量mim,h和小于等于0.5的虛部不匹配度的數(shù)量mim,l，將mim,h與mim,l相減，并將相減結果歸一化處理，將歸一化結果與1相加，得到虛部不匹配因子，對大于0.5的虛部不匹配度取均值，將均值與虛部不匹配因子相乘，得到該部分的虛部異常值。

33、進一步地，將實部不匹配度的變化系數(shù)與實部特征值相乘，得到實部強化特征值；

34、將虛部不匹配度的變化系數(shù)與虛部特征值相乘，得到虛部強化特征值。

35、本發(fā)明的有益效果為：

36、1、本發(fā)明在兩側軌道對稱布置振動傳感器獲取一對振動信號，這種對稱式的傳感器布置方式相較于傳統(tǒng)單點式布置，能同時獲取軌道兩側的振動信息。軌道兩側的振動情況可相互印證和補充，當一側軌道出現(xiàn)局部損傷或異常時，對稱位置的信號差異能更明顯地反映出來，從而更全面、準確地捕捉軌道的振動特征，避免因單點監(jiān)測的局限性而遺漏關鍵信息，有助于更精準地判斷軌道結構的健康狀態(tài)。

37、2、本發(fā)明對振動信號提取倒頻譜并進一步得到實部和虛部倒頻譜數(shù)據(jù)，然后分別構建實部和虛部倒頻譜特征向量，體現(xiàn)實部和虛部的倒頻譜分布情況。

38、3、本發(fā)明通過獲取一對振動信號在實部和虛部倒頻譜特征向量上的不匹配度，來得到實部不匹配度和虛部不匹配度，量化了軌道兩側對稱位置振動信號在倒頻譜特征上的差異。正常情況下，軌道兩側對稱位置的振動信號在倒頻譜特征上具有相似性，當一側軌道結構出現(xiàn)異常時，振動響應會發(fā)生顯著變化，導致不匹配度增大。利用不匹配度作為判斷指標，能夠更敏感地識別軌道結構的異常情況，相較于傳統(tǒng)僅依據(jù)單一信號的閾值判斷，能更準確地區(qū)分正常信號特征與故障信號特征，減少誤判和漏判的可能性。

39、4、本發(fā)明按時間先后將各實部、虛部不匹配度分別均分為三部分，對每部分提取均值并計算變化系數(shù)。能夠?qū)壍澜Y構的健康狀態(tài)進行趨勢分析，在變化系數(shù)逐漸增大，意味著軌道結構的不匹配度在增強。

40、5、本發(fā)明提取每部分實部、虛部不匹配度的實部特征值和虛部特征值，并采用實部、虛部不匹配度的變化系數(shù)進行特征強化，最終得到軌道交通結構健康值。變化系數(shù)反映了不匹配度的變化程度，將其用于特征強化，可以使與軌道結構健康狀態(tài)相關的特征更加突出和明顯，提高軌道交通結構健康值的監(jiān)測準確度。