基于TCR记录信息奇异值分解的钢轨断裂检测方法研究

摘要

钢轨断裂是铁路线路的常见故障之一，严重威胁行车安全，正在运行的列车一旦因钢轨断裂引发行车事故，后果非常严重。ZPW-2000A无绝缘轨道电路能够实现全程的断轨检测，是我国断轨检测体系中重要的手段之一，但该方法只针对轨道电路的断轨态检测，对于钢轨出现裂缝而仍然存在电气连接的轨道电路断裂态无法检测，同时也无法确定钢轨断裂点的具体位置。针对这些问题，本文研究了ZPW-2000A无绝缘轨道电路断裂态的TCR(Track Circuit Reader，轨道电路读取器)感应电压信号的变化规律，提出利用TCR感应电压幅值包络曲线的突变特性实现钢轨断裂的检测。论文的主要研究内容包括:
　　首先，建立分路条件下ZPW-2000A无绝缘轨道电路断裂态的四端网模型。将断裂点所在的微段钢轨等效成阻抗串联在电路中，然后将主轨道电路以补偿电容为界分割成各状态单元，将其传输特性用不同的四端网表示，并利用分布参数法求解得到这些状态单元的四端网系数，再根据四端网理论，建立分路条件下ZPW-2000A无绝缘轨道电路断裂态的四端网模型。
　　其次，根据所建立的模型求出断裂态的TCR感应电压幅值函数，结合ZPW-2000A无绝缘轨道电路的电气参数，对断裂态TCR感应电压幅值函数做Matlab仿真分析，分别以道砟电阻、断裂点位置和断裂点等效阻抗为变量，分析这些因素对断裂态TCR感应电压幅值包络曲线的影响。结果表明，不论这些变量如何变化，在钢轨的断裂点位置处，TCR感应电压幅值包络曲线总存在突变点，因此可以根据TCR感应电压曲线的突变特性检测钢轨断裂故障。
　　最后，为了能准确检测出断裂态TCR感应电压幅值包络的突变点位置，研究了MRSVD(Multi-Resolution Singular Value Decomposition，多分辨奇异值分解)的信号奇异性检测方法，并利用MRSVD算法对TCR感应电压幅值信号进行多层次的分解，获得了该信号在不同层次上的细节信号，依据细节信号的“零交叉点”位置，能够较为准确地定位信号突变点的位置，即钢轨断裂点的位置。仿真结果表明，各层细节信号都能准确的检测出信号的突变点，验证了利用该方法进行钢轨断裂检测的可行性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景和意义

1．2 国内外研究动态

1．2．1 断轨检测技术的研究动态

1．2．2 轨道电路断轨态的研究动态

1．3 主要研究工作内容

2 ZPW-2000A无绝缘轨道电路概述

2．1 ZPW-2000A无绝缘轨道电路工作原理

2．2 ZPW-2000A无绝缘轨道电路四端网建模

2．2．1 轨道电路的电气参数

2．2．2 ZPW-2000A无绝缘轨道电路的四端网模型

2．3 小结

3 分路条件下ZPW-2000A无绝缘轨道电路断裂态建模

3．1 建模原理分析

3．2 各状态单元的数学建模

3．2．1 调整状态单元等效模型

3．2．2 分路状态单元等效模型

3．2．3 断裂状态单元等效模型

3．2．4 分路且断裂状态单元等效模型

3．3 TCR感应电压函数的求解

3．4 小结

4 TCR机车感应电压信号的仿真分析

4．1 正常分路状态仿真分析

4．2 断裂态仿真分析

4．2．1 道砟电阻变化的影响分析

4．2．2 断裂点位置变化的影响分析

4．2．3 断裂点等效阻抗变化的影响分析

4．2．4 补偿电容位置钢轨断裂的影响分析

4．3 仿真模型的验证

4．4 小结

5 基于多分辨奇异值分解算法的钢轨断裂点检测

5．1．2 Hankel矩阵方式

5．1．3 MRSVD的信号分离

5．2 基于MRSVD算法的钢轨断裂点检测方法

5．2．1 正常分路时的检测结果

5．2．2 断轨态的检测结果

5．2．3 补偿电容处钢轨断裂的检测结果

5．3 小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果