一种基于Kneedle地铁刚性接触导线平顺性评估方法与流程

本发明涉及轨道检测技术领域，具体为一种基于kneedle地铁刚性接触导线平顺性评估方法。

背景技术：

作为电气化铁路系统中最重要的组成部分——接触网系统。地铁通过受电弓与接触网中的接触导线不断接触受电，从而为列车提供电能。柔性和刚性是架空接触网系统的主要接触导线类型，其中刚性接触网是国内地铁供电系统中的应用较多，作为机车供电的重要供电设备，在长期的接触摩擦中刚性接触网容易出现接触导线磨损/松弛/断裂、受电弓磨损等问题，致使接触网的接触导线平顺度发生改变，从而影响机车受电弓与导线之间的接触受电不顺利，严重甚至会导致机车供电系统无电可供。因此，为了能够保证机车受电弓与接触导线之间接触正常，定期实时监控接触导线的健康质量、是否平顺成为铁路设备监督，以及检修计划中必不可少的工作。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于kneedle地铁刚性接触导线平顺性评估方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种基于kneedle地铁刚性接触导线平顺性评估方法，包括以下步骤：

步骤1：以跨为最小分析单元，获取地铁检测设备当前已有的单趟检测数据作为样本数据；

步骤2：将获取到的样本数据进行处理；

步骤3：根据处理后的样本数据进行几何参数异常数据分析和数据趋势平顺度分析；

步骤4：根据几何参数异常分析和数据趋势平顺度分析，采用加权平均方式进行合并，最后得出跨内接触导线平顺度状态评价结果。

优选的，在步骤1中，支柱作为接触网系统几何参数检测对象的最小单元，以支柱为核心两根相邻支柱之间的接触导线作为接触网系统平顺度评价的最小单元，该区域称为一跨。

优选的，所述步骤2中对样本数据进行处理的过程包括以下步骤：

步骤2.1：提取样本数据中的数据项，转化成模型计算需要的表结构并入仓保存；

步骤2.2：针对单次跨内检测数据进行清洗；

清洗内容为：去掉定位点检测几何参数值缺失以及-10000的记录值；去掉连续定位点支柱号信息缺失的相关记录；若连续刚性线中间出现柔性线标记定位点，则去掉该柔性线标记的记录或更改为刚性线支柱编码。

优选的，所述步骤3中几何参数异常数据分析方法包括以下内容：

所述几何参数包括导高值、拉出值、磨耗宽度、磨耗剩余厚度四个维度，每个维度分四个级别：正常、异常、三级缺陷、二级缺陷、一级缺陷，其中一级缺陷表示严重级别最高，程度依次递减，每个维度设置相应的缺陷报警阈值，从处理后的样本数据中统计各个级别的缺陷报警的数量，然后根据统计情况对该维度的平顺度进行状态评估。

优选的，所述步骤3中数据趋势平顺度分析方法包括以下步骤：

步骤3.1：输入需要进行数据趋势分析的跨内几何参数建立数据集；

步骤3.2：依据sen’s斜率估计法，估计数据集的变化趋势，得到数据集的估计斜率β；

斜率β表示序列的平均变化率以及时间序列的趋势，当β＞0时，序列呈上升趋势；当β＜0时，序列呈下降趋势；当β＝0时，序列趋势不明显，呈平稳变化状态；

对于时间序列值h＝(h1,h2,…,hn)，sen's斜率估计计算公式为：

其中，median表示中值函数；

步骤3.3：根据kneedle拐点检测方法，计算当前几何参数检测数据集的拐点，统计拐点数量；

步骤3.4：建立趋势平顺度综合评价的因素集，因素集是以影响评价对象的各种因素为元素所组成的一个普通集合，通常用u表示，

u＝((βch，kneesch)，(βs，kneess)，(βaw，kneesaw)，(βrt，kneesrt))，其中下标ch表示导高，s表示拉出值，aw表示磨耗宽度，rt表示磨耗剩余厚度，这些因素都具有不同程度的模糊性；

步骤3.5：建立趋势平顺度综合评价的评价集，设评定平顺度等级的评价集为v＝(v1,v2,v3,v4)，分别表示优、良、中、差；

步骤3.6：根据数据集的估计斜率β、拐点数量knees和检测数据集的大小计算单因素评价的隶属度r；

步骤3.7：进行单因素模糊评价，计算评价矩阵：因素集u中的第i个元素对应评价集v中第1个元素的隶属度ri1，其中对第i个元素单因素评价的结果用模糊集合表示为：ri＝(ri1,ri2,ri3,ri4)，以4个单因素评价集构成模糊综合评价矩阵r4*4；

步骤3.8：评价过程中依据每个因素的重要程度不同，为此可计算i因素的权重ai，通过层次分析法ahp的成对比较阵来构造各因素的权重集合的模糊向量a，即a＝(a1,a2,a3,a4)；

步骤3.9：建立趋势平顺度综合评价的评价模型；确定单因素评判矩阵r和模糊向量a之后，通过模糊变化将u上的模糊向量a变为v上的模糊向量b，其中

步骤3.10：根据b中数值最大，确定此次评价等级。

优选的，所述步骤3中几何参数检测值变化情况分析包括以下内容：设定几何参数缺陷报警阈值，几何参数的对象共分四个类别：正常、异常、三级缺陷、二级缺陷、一级缺陷，其中一级缺陷表示严重级别最高，程度依次递减，异常分析判断依据是：从获取到的跨内检测数据统计各个级别的缺陷报警的数量，然后根据统计情况对该维度的平顺度进行状态评估。

优选的，根据锚段内部不同支柱组成的跨区分析结果，设置不同评价因素的权重，最后得到锚段内刚性接触导线的平顺度状态评价；整个地铁刚性线路的接触导线平顺度评价，由不同锚段评价结果汇总而成。

本发明的有益效果是：

1、本发明可检测单趟地铁刚性接触导线以支柱为核心的跨内区域平顺度的状态情况，利用跨内几何参数的检测数据从报警异常和数据趋势变化分析角度多方面对接触导线的平顺度状态进行衡量评价，及时发现并提醒工作人员线路的平顺度情况。

2、跨内导线平顺度分析可以更加准确定位线路发生问题的地点，从而减少设备维护人员的工作量。

附图说明

图1为本发明跨内接触导线平顺评价结构示意图；

图2为本发明平顺度评价模型结构示意图；

图3为本发明跨内几何参数异常分析模块评价流程。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

弓网几何检测参数是衡量弓网动态受流性能的重要参数，也是间接判断接触网平顺性的重要依据。其中，导高值可以反映接触线悬挂高度，气质过大将直接影响行车安全；拉出值是影响接触网不平顺的间接参数，接触导线的高度依赖于拉出值和定位器坡度这两个参数；磨耗可以直观反映接触导线的磨损情况。接触网的不平顺可能会导致高速运动的受电弓与接触线滑动接触时产生冲击，从而造成弓网间大幅度振动，严重影响弓网的受流质量。

本发明设计了一种基于kneedle地铁刚性接触导线平顺性评估方法，以跨为最小分析单元，提取地铁检测设备当前已有的单趟检测数据作为样本数据，计算跨内刚性接触导线的几何参数值和时间之间的变化趋势，结合跨内单点异常分析，给出跨内接触导线的平顺度综合分析结果。首先，平顺度分析前需要划分的线路评价单元，以线路、行别、通锚段内两根支柱之间的跨内接触导线为分析单元；其次，根据几何参数报警阈值，区分当前数据的健康质量；检测数据主要从导高值、拉出值、磨耗残余厚度和磨耗宽度四类几何参数，综合分析给出当前导线的平顺度情况。跨内导线平顺度分析可以更加准确定位线路发生问题的地点，从而减少设备维护人员的工作量。

具体包括以下步骤：

步骤1：以跨为最小分析单元，获取地铁检测设备当前已有的单趟检测数据作为样本数据；

步骤2：将获取到的样本数据进行处理；

步骤3：根据处理后的样本数据进行几何参数异常数据分析和数据趋势平顺度分析；

步骤4：根据几何参数异常分析和数据趋势平顺度分析，采用加权平均方式进行合并，最后得出跨内接触导线平顺度状态评价结果。

需要说明的是，在步骤1中，支柱作为接触网系统几何参数检测对象的最小单元，以支柱为核心两根相邻支柱之间的接触导线作为接触网系统平顺度评价的最小单元，该区域称为一跨。

其中，所述步骤2中对样本数据进行处理的过程包括以下步骤：

步骤2.1：提取样本数据中的数据项，转化成模型计算需要的表结构并入仓保存；

步骤2.2：针对单次跨内检测数据进行清洗；

清洗内容为：去掉定位点检测几何参数值缺失以及-10000的记录值；去掉连续定位点支柱号信息缺失的相关记录；若连续刚性线中间出现柔性线标记定位点，则去掉该柔性线标记的记录或更改为刚性线支柱编码。

如图3所示，需要说明的是，所述步骤3中几何参数异常数据分析方法包括以下内容：

如图1所示，所述几何参数包括导高值、拉出值、磨耗宽度、磨耗剩余厚度四个维度，每个维度分四个级别：正常、异常、三级缺陷、二级缺陷、一级缺陷，其中一级缺陷表示严重级别最高，程度依次递减，每个维度设置相应的缺陷报警阈值，从处理后的样本数据中统计各个级别的缺陷报警的数量，然后根据统计情况对该维度的平顺度进行状态评估。

其中，几个参数各个维度的阈值计算采用的是拉伊达法则。

需要说明的是，如图2所示，所述步骤3中数据趋势平顺度分析方法包括以下步骤：

步骤3.1：输入需要进行数据趋势分析的跨内几何参数建立数据集；

步骤3.2：依据sen’s斜率估计法，估计数据集的变化趋势，得到数据集的估计斜率β；

斜率β表示序列的平均变化率以及时间序列的趋势，当β＞0时，序列呈上升趋势；当β＜0时，序列呈下降趋势；当β＝0时，序列趋势不明显，呈平稳变化状态；

对于时间序列值h＝(h1,h2,…,hn)，sen's斜率估计计算公式为：

其中，median表示中值函数；

步骤3.3：根据kneedle拐点检测方法，计算当前几何参数检测数据集的拐点，统计拐点数量；

步骤3.4：建立趋势平顺度综合评价的因素集，因素集是以影响评价对象的各种因素为元素所组成的一个普通集合，通常用u表示，

u＝((βch，kneesch)，(βs，kneess)，(βaw，kneesaw)，(βrt，kneesrt))，其中下标ch表示导高，s表示拉出值，aw表示磨耗宽度，rt表示磨耗剩余厚度，这些因素都具有不同程度的模糊性；

步骤3.5：建立趋势平顺度综合评价的评价集，设评定平顺度等级的评价集为v＝(v1,v2,v3,v4)，分别表示优、良、中、差；

步骤3.6：根据数据集的估计斜率β、拐点数量knees和检测数据集的大小计算单因素评价的隶属度r；

步骤3.7：进行单因素模糊评价，计算评价矩阵：因素集u中的第i个元素对应评价集v中第1个元素的隶属度ri1，其中对第i个元素单因素评价的结果用模糊集合表示为：ri＝(ri1,ri2,ri3,ri4)，以4个单因素评价集构成模糊综合评价矩阵r4*4；

步骤3.8：评价过程中依据每个因素的重要程度不同，为此可计算i因素的权重ai，通过层次分析法ahp的成对比较阵来构造各因素的权重集合的模糊向量a，即a＝(a1,a2,a3,a4)本次发明，取模糊向量a＝(0.13，0.05，0.18，0.64)；

步骤3.9：建立趋势平顺度综合评价的评价模型；确定单因素评判矩阵r和模糊向量a之后，通过模糊变化将u上的模糊向量a变为v上的模糊向量b，其中

步骤3.10：根据b中数值最大，确定此次评价等级，评价等级为优、良、中、差，比如：如果b1数值最大，则本次趋势平顺度综合评价的结果为“优”，以此类推。

需要说明的是，所述步骤3中几何参数检测值变化情况分析包括以下内容：设定几何参数缺陷报警阈值，几何参数的对象共分四个类别：正常、异常、三级缺陷、二级缺陷、一级缺陷，其中一级缺陷表示严重级别最高，程度依次递减，异常分析判断依据是：从获取到的跨内检测数据统计各个级别的缺陷报警的数量，然后根据统计情况对该维度的平顺度进行状态评估。

进一步的，根据锚段内部不同支柱组成的跨区分析结果，设置不同评价因素的权重w，最后得到锚段内刚性接触导线的平顺度状态评价；整个地铁刚性线路的接触导线平顺度评价，由不同锚段评价结果汇总而成。

本发明对地铁接触网的刚性接触线以支柱为核心的跨内接触导线平顺度情况的进行评估与分析；所采用的技术方法可充分挖掘刚性接触线几何参数数据变化情况，定时查看线路平顺度，可以实现周期跨内导线平顺度状态变化分析。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。