本發(fā)明涉及鐵路巡檢，更具體的說是涉及一種面向鐵路智能巡檢的數(shù)據(jù)服務(wù)機(jī)器人及其巡檢方法。

背景技術(shù)：

1、在鐵路運(yùn)輸行業(yè)蓬勃發(fā)展的大背景下，鐵路系統(tǒng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，運(yùn)行速度持續(xù)提升，這對鐵路運(yùn)營的安全性與可靠性提出了更高要求。鐵路巡檢作為保障鐵路安全運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其重要性不言而喻。傳統(tǒng)的人工巡檢方式存在諸多弊端，不僅耗費(fèi)大量人力、物力和時間，而且效率低下，難以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。

2、隨著科技的進(jìn)步，鐵路巡檢逐漸朝著智能化方向發(fā)展。在此過程中，積累了海量的巡檢數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)涵蓋了鐵路沿線的各種信息，包括軌道狀態(tài)、設(shè)備運(yùn)行情況、周邊環(huán)境等。然而，由于鐵路巡檢工作的復(fù)雜性和多樣性，這些數(shù)據(jù)的質(zhì)量參差不齊，同時，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)管理和利用手段也相對滯后，無法充分發(fā)揮這些數(shù)據(jù)的價值。一方面，需要借助先進(jìn)的技術(shù)手段，提高巡檢數(shù)據(jù)的采集質(zhì)量和效率；另一方面，要對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的處理和分析，建立完善的數(shù)據(jù)管理體系，為鐵路維護(hù)管理提供有力支持。

3、因此，如何提供一種能夠?qū)﹁F路巡檢數(shù)據(jù)進(jìn)行高質(zhì)量采集、處理和評估的數(shù)據(jù)服務(wù)機(jī)器人及其巡檢方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種面向鐵路智能巡檢的數(shù)據(jù)服務(wù)機(jī)器人及其巡檢方法，提升鐵路巡檢的效率和準(zhǔn)確性，降低人工巡檢的成本和風(fēng)險，為鐵路的安全運(yùn)營提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支持。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種面向鐵路智能巡檢的數(shù)據(jù)服務(wù)機(jī)器人，包括：數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和數(shù)據(jù)質(zhì)量評估模塊；

3、所述數(shù)據(jù)采集模塊用于實(shí)時采集鐵路軌道信息；

4、所述數(shù)據(jù)處理模塊用于對所述鐵路軌道信息進(jìn)行實(shí)時處理，提取軌道表面的缺陷信息和軌道內(nèi)部損傷信息，得到鐵路巡檢信息；

5、所述數(shù)據(jù)存儲模塊用于將所述鐵路軌道信息和所述鐵路巡檢信息進(jìn)行存儲和管理；

6、所述數(shù)據(jù)質(zhì)量評估模塊用于根據(jù)設(shè)定的鐵路質(zhì)量指標(biāo)，對所述鐵路軌道信息和所述鐵路巡檢信息進(jìn)行評估，判斷其準(zhǔn)確性、完整性和一致性。

7、優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括圖像傳感器和軌道探傷傳感器；

8、所述圖像傳感器用于采集鐵路軌道的表面圖像；

9、所述軌道探傷傳感器用于檢測鐵路軌道內(nèi)部信號。

10、優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)處理模塊包括圖像處理單元和信號處理單元；

11、圖像處理單元對鐵路軌道的表面圖像通過機(jī)器學(xué)習(xí)模型進(jìn)行識別，獲取軌道表面的缺陷信息；

12、信號處理單元對鐵路軌道內(nèi)部信號進(jìn)行波形分析，獲得軌道內(nèi)部損傷信息。

13、優(yōu)選的，獲取帶有真實(shí)軌道表面缺陷標(biāo)簽圖像的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集；

14、將所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)集輸入到待訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型得到軌道缺陷估計多類別概率，其中，所述軌道缺陷估計多類別概率包括所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)集的像素點(diǎn)被歸為預(yù)設(shè)多個軌道缺陷類別的每一個軌道缺陷類別的概率；

15、根據(jù)所述軌道缺陷估計多類別概率，分別生成所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)集的各個像素點(diǎn)的軌道缺陷深度估計值和置信度；

16、根據(jù)損失函數(shù)調(diào)整所述待訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型的模型參數(shù)，直到所述損失函數(shù)的輸出滿足預(yù)設(shè)優(yōu)化條件，得到訓(xùn)練好的機(jī)器學(xué)習(xí)模型。

17、優(yōu)選的，所述損失函數(shù)包括第一損失函數(shù)和第二損失函數(shù)，

18、其中，所述第一損失函數(shù)用于整體上度量所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)集的各個像素點(diǎn)的誤差，所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)集的各個像素點(diǎn)的每一個像素點(diǎn)的誤差為該像素點(diǎn)的軌道缺陷深度估計值與所述真實(shí)軌道表面缺陷標(biāo)簽中該像素點(diǎn)的真實(shí)軌道表面缺陷深度估計值的差值；

19、其中，當(dāng)所述第二損失函數(shù)的輸出最小化時，所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)集的各個像素點(diǎn)的每一個像素點(diǎn)的置信度和該像素點(diǎn)的誤差負(fù)相關(guān)；

20、所述第二損失函數(shù)是置信度排序損失函數(shù)，所述置信度排序損失函數(shù)比較所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)集的任意兩個像素點(diǎn)各自的誤差或者置信度；

21、通過所述置信度排序損失函數(shù)比較所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)集的任意兩個像素點(diǎn)各自的誤差，當(dāng)所述任意兩個像素點(diǎn)各自的誤差的差值小于預(yù)設(shè)閾值時，所述置信度排序損失函數(shù)判斷所述任意兩個像素點(diǎn)各自的誤差一致；通過所述置信度排序損失函數(shù)比較所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)集的任意兩個像素點(diǎn)各自的置信度，當(dāng)所述任意兩個像素點(diǎn)各自的置信度的差值小于預(yù)設(shè)閾值時，所述置信度排序損失函數(shù)判斷所述任意兩個像素點(diǎn)各自的置信度一致。

22、優(yōu)選的，信號處理單元對鐵路軌道內(nèi)部信號進(jìn)行波形分析，獲得軌道內(nèi)部損傷信息，包括：

23、根據(jù)所述軌道探傷傳感器的測點(diǎn)類別確定角度域；

24、對鐵路軌道內(nèi)部信號的可信度進(jìn)行判斷，并忽略可信度低的信號；

25、對保留的鐵路軌道內(nèi)部信號進(jìn)行裁剪，得到角度域波形信號，并提取信號特征參數(shù)；

26、對所述信號特征參數(shù)進(jìn)行計算，根據(jù)預(yù)先設(shè)置的閾值和軌道內(nèi)部損傷判斷依據(jù)，獲得軌道內(nèi)部損傷信息。

27、優(yōu)選的，對保留的鐵路軌道內(nèi)部信號進(jìn)行裁剪，得到角度域波形信號，并提取信號特征參數(shù)，包括：通過分析基準(zhǔn)信號，計算各個測點(diǎn)的角度域時間段，并依據(jù)該時間段，裁剪得出角度域波形信號；

28、基準(zhǔn)信號用于同步和定位鐵路軌道探傷過程中的各個測點(diǎn)的位置和時間信息。

29、優(yōu)選的，一種面向鐵路智能巡檢的數(shù)據(jù)服務(wù)機(jī)器人的巡檢方法，包括：實(shí)時采集鐵路軌道信息；

30、對所述鐵路軌道信息進(jìn)行實(shí)時處理，提取軌道表面的缺陷信息和軌道內(nèi)部損傷信息，得到鐵路巡檢信息；

31、將所述鐵路軌道信息和所述鐵路巡檢信息進(jìn)行存儲和管理；

32、根據(jù)設(shè)定的鐵路質(zhì)量指標(biāo)，對所述鐵路軌道信息和所述鐵路巡檢信息進(jìn)行評估，判斷其準(zhǔn)確性、完整性和一致性。

33、經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明公開提供了一種面向鐵路智能巡檢的數(shù)據(jù)服務(wù)機(jī)器人及其巡檢方法，包括：數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和數(shù)據(jù)質(zhì)量評估模塊；數(shù)據(jù)采集模塊用于實(shí)時采集鐵路軌道信息；數(shù)據(jù)處理模塊用于對鐵路軌道信息進(jìn)行實(shí)時處理，提取軌道表面的缺陷信息和軌道內(nèi)部損傷信息，得到鐵路巡檢信息；數(shù)據(jù)存儲模塊用于將鐵路軌道信息和鐵路巡檢信息進(jìn)行存儲和管理；數(shù)據(jù)質(zhì)量評估模塊用于根據(jù)設(shè)定的鐵路質(zhì)量指標(biāo)，對鐵路軌道信息和鐵路巡檢信息進(jìn)行評估，判斷其準(zhǔn)確性、完整性和一致性。本發(fā)明能夠提升鐵路巡檢的效率和準(zhǔn)確性，降低人工巡檢的成本和風(fēng)險，為鐵路的安全運(yùn)營提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支持。

技術(shù)特征：

1.一種面向鐵路智能巡檢的數(shù)據(jù)服務(wù)機(jī)器人，其特征在于，包括：數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和數(shù)據(jù)質(zhì)量評估模塊；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向鐵路智能巡檢的數(shù)據(jù)服務(wù)機(jī)器人，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括圖像傳感器和軌道探傷傳感器；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種面向鐵路智能巡檢的數(shù)據(jù)服務(wù)機(jī)器人，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理模塊包括圖像處理單元和信號處理單元；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種面向鐵路智能巡檢的數(shù)據(jù)服務(wù)機(jī)器人，其特征在于，獲取帶有真實(shí)軌道表面缺陷標(biāo)簽圖像的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種面向鐵路智能巡檢的數(shù)據(jù)服務(wù)機(jī)器人，其特征在于，所述損失函數(shù)包括第一損失函數(shù)和第二損失函數(shù)，

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種面向鐵路智能巡檢的數(shù)據(jù)服務(wù)機(jī)器人，其特征在于，信號處理單元對鐵路軌道內(nèi)部信號進(jìn)行波形分析，獲得軌道內(nèi)部損傷信息，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種面向鐵路智能巡檢的數(shù)據(jù)服務(wù)機(jī)器人，其特征在于，對保留的鐵路軌道內(nèi)部信號進(jìn)行裁剪，得到角度域波形信號，并提取信號特征參數(shù)，包括：通過分析基準(zhǔn)信號，計算各個測點(diǎn)的角度域時間段，并依據(jù)該時間段，裁剪得出角度域波形信號；

8.一種面向鐵路智能巡檢的數(shù)據(jù)服務(wù)機(jī)器人的巡檢方法，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種面向鐵路智能巡檢的數(shù)據(jù)服務(wù)機(jī)器人及其巡檢方法，涉及鐵路巡檢技術(shù)領(lǐng)域，包括：數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和數(shù)據(jù)質(zhì)量評估模塊；數(shù)據(jù)采集模塊用于實(shí)時采集鐵路軌道信息；數(shù)據(jù)處理模塊用于對鐵路軌道信息進(jìn)行實(shí)時處理，提取軌道表面的缺陷信息和軌道內(nèi)部損傷信息，得到鐵路巡檢信息；數(shù)據(jù)存儲模塊用于將鐵路軌道信息和鐵路巡檢信息進(jìn)行存儲和管理；數(shù)據(jù)質(zhì)量評估模塊用于根據(jù)設(shè)定的鐵路質(zhì)量指標(biāo)，對鐵路軌道信息和鐵路巡檢信息進(jìn)行評估，判斷其準(zhǔn)確性、完整性和一致性。本發(fā)明能夠提升鐵路巡檢的效率和準(zhǔn)確性，降低人工巡檢的成本和風(fēng)險，為鐵路的安全運(yùn)營提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支持。

技術(shù)研發(fā)人員：王大勇,劉佳,馬超,劉峰,羅瓊,李輝
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京交通大學(xué)唐山研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15