一种钢轨智能伤损识别管理系统的制作方法

1.本发明涉及钢轨检测技术领域，更具体地说，本发明涉及一种钢轨智能伤损识别管理系统。


背景技术：

2.随着铁路不断提速，运量的不断增加，钢轨伤损增加显著，伤损类型也是多种多样，现有的钢轨探伤数据回放主要是通过人工分析的方式，分析员回放工作量大，分析速度慢、智能化程度低，而且由于回放人员身体、精神状态、业务水平等因素，容易造成漏判和误判，对铁路安全运营留下了安全隐患；
3.针对上述问题，本发明提出一种解决方案。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种钢轨智能伤损识别管理系统，是通过钢轨固有机构的位置确定伤损识别的固定检测区段，并根据固有机构的位置偏差确定检测区段是否发生较大异常，从而能够更精确的识别钢轨伤损是否在同一位置，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种钢轨智能伤损识别管理系统，包括处理器以及与处理器信号连接的数据采集模块、检测分析模块以及数据存储模块；
7.处理器，用于发布控制指令并接收相关数据结果；
8.数据存储模块，用于存储稳定运行管控系统在整个管理过程中产生的数据；
9.数据采集模块用于采集钢轨损伤信息，并将该信息通过处理器发送至检测分析模块进行分析处理；
10.检测分析模块接收到数据采集模块发送的钢轨损伤信息后，先对钢轨损伤信息进行分类，将钢轨损伤信息分为杂波信息、伤损信息以及固有结构信息，根据固有结构信息的间隔位置，将钢轨探测区域分为若干个连续的检测对比区段；并对检测对比区段内的各伤损信息根据出现顺序进行排序，并按序依次将伤损信息与历史数据进行自动对比。
11.在一个优选的实施方式中，所述检测分析模块还通过检测对比区段两端固有结构的实测位置，获取二者水平距离与竖直距离，并计算实测水平距离与竖直距离与历史测得水平距离与竖直距离的偏差，获取水平偏差与竖直偏差，并将其分别标定为px与py，根据水平偏差与竖直偏差，通过公式计算固有结构偏差评估系数c，具体计算表达式如下：
12.c＝g1p
x
+g2py13.式中，g1和g2分别为水平偏差与竖直偏差的预设比例系数；
14.检测分析模块将固有结构偏差评估系数c与标准偏差阈值进行比较：
15.若固有结构偏差评估系数c小于标准偏差阈值，则此时检测分析模块生成合格信号并进行检测对比区段内的伤损信息自动对比；
16.若固有结构偏差评估系数c大于等于标准偏差阈值，则此时检测分析模块生成异常偏差信号停止对检测对比区段内的伤损信息的自动对比，并将异常偏差信号通过处理器发送至预警提示模块，预警提示模块进行相应预警提示；
17.预警提示模块与处理器信号连接，用于接收检测分析模块的信号并进行相应预警提示。
18.在一个优选的实施方式中，所述检测分析模块在分析完各检测对比区段的固有结构位置信息后，对各检测对比区段的固有结构偏差状态进行综合分析，具体分析过程如下：
19.步骤s1，按照钢轨延伸方向，依次排列各检测对比区段固有结构偏差评估系数c与标准偏差阈值的比对结果；
20.步骤s2，根据步骤s1中的排序，统计异常检测对比区段连续出现次数；
21.若异常检测对比区段仅单独出现，则此时检测分析模块生成该检测对比区段两端二级异常点信号，并将该信号通过处理器发送至预警提示模块，预警提示模块根据该信号对该检测对比区段两端固有结构进行二级异常点预警提示；
22.若异常检测对比区段成对出现，则此时检测分析模块对该固有结构生成一级异常点信号，并将该信号通过处理器发送至预警提示模块，预警提示模块根据信号对该固有机构进行一级异常点预警提示；
23.若异常检测对比区段连续出现两次以上，则此时检测分析模块生成区域异常信号，并将该信号通过处理器发送至预警提示模块，预警提示模块根据该信号对连续的异常检测对比区段进行区域异常预警提示。
24.在一个优选的实施方式中，所述数据采集模块还采集检测对比区段内的各伤损信息进行自动比较时的比较信息，并将比较信息发送至检测分析模块进行分析处理；
25.检测分析模块将伤损添加值与区段长度值分别标定为av与lg，通过公式计算周期损伤评估系数t，具体计算表达式如下：
[0026][0027]
式中，k1、k2分别为伤损添加值与区段长度值的预设比例系数；
[0028]
检测分析模块将周期损伤评估系数t与标准损伤阈值进行比较：
[0029]
若周期损伤评估系数t小于标准损伤阈值，则此时检测分析模块生成检测对比区段正常信号，并将其发送至预警提示模块，预警提示模块进行相应提示；反之检测分析模块生成检测对比区段维护信号，并将其发送至预警提示模块，预警提示模块对检测对比区段进行维护预警提示。
[0030]
在一个优选的实施方式中，所述检测分析模块根据固有结构信息的间隔位置，将钢轨探测区域分为若干个连续的检测对比区段具体过程如下：
[0031]
将固有机构信息标定为gi，i的取值为正整数，其为各个固有机构的标号，根据超声波检测过程中固有机构出现的先后顺序，将第一个出现的固有机构信息标定为g1、第二个出现的固有机构信息标定为g2，第i个出现的固有机构信息标定为gi，第n个出现的固有机构信息标定为gn，选择相邻固有结构之间的区段作为检测对比区段，则gi与gi+1之间为一个检测对比区段。
[0032]
在一个优选的实施方式中，所述检测分析模块对检测对比区段内的各伤损信息根
据出现顺序进行排序过程如下：
[0033]
将伤损信息标定为sj，j的取值为正整数，其为各个伤损的标号，将第一个在超声波检测过程中出现的伤损信息标定为g1、第二个出现的伤损信息标定为g2，第j个出现的伤损信息标定为gj，第m个出现的伤损信息标定为gm，此时该检测对比区段内共有m个。
[0034]
本发明的技术效果和优点：
[0035]
本发明是通过钢轨固有机构的位置确定伤损识别的固定检测区段，并根据固有机构的位置偏差确定检测区段是否发生较大异常，从而能够更精确的识别钢轨伤损是否在同一位置，同时在确保伤损位置对应的基础上，根据钢轨损伤复核结果分析钢轨整体伤损识程度并进行针对性预警。
附图说明
[0036]
图1为本发明一种钢轨智能伤损识别管理系统的结构示意图。
具体实施方式
[0037]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
[0038]
实施例1
[0039]
本发明的一种钢轨智能伤损识别管理系统，是通过钢轨固有机构的位置确定伤损识别的固定检测区段，并根据固有机构的位置偏差确定检测区段是否发生较大异常，从而能够更精确的识别钢轨伤损是否在同一位置，同时在确保伤损位置对应的基础上，根据钢轨损伤复核结果分析检测周期内钢轨整体伤损识变化快慢程度并进行针对性预警。
[0040]
图1给出了本发明的一种钢轨智能伤损识别管理系统的结构示意图，包括处理器以及与处理器信号连接的数据采集模块、检测分析模块、预警提示模块以及数据存储模块。
[0041]
处理器与数据采集模块、检测分析模块、预警提示模块以及数据存储模块均信号连接，用于发布控制指令并接收相关数据结果；
[0042]
数据存储模块用于存储稳定运行管控系统在整个管理过程中产生的数据；
[0043]
数据采集模块用于采集钢轨损伤信息，并将该信息通过处理器发送至检测分析模块进行分析处理；
[0044]
具体的，数据采集模块多次采用超声波检测的方法获取b型显示图像，并将b型显示图像格式转化为rgb格式，利用fast rcnn网络架构对检测区段的超声波反射体进行识别分类，从而获取超声波反射体的位置；
[0045]
对于钢轨中存在的每一个超声波反射体，其位置可用坐标(xe，ye)表示，其中每一个超声波反射体由若干个超声波反射点组成，其具体位置表达式如下：
[0046][0047]
式中，le为超声波反射体在钢轨中的位置；xi为第i个超声波反射点的x坐标；yi为
第i个超声波反射点的y坐标；n为组成超声波反射体le的超声波反射点的个数；
[0048]
需要说明的是，钢轨探伤过程中，钢轨中的固有机构如螺孔、导线孔、焊缝、道岔、接头等，也会导致超声波信号的反射，因此也是超声波反射体。
[0049]
检测分析模块接收到数据采集模块发送的钢轨损伤信息后，先对钢轨损伤信息进行分类，将钢轨损伤信息分为杂波信息、伤损信息以及固有结构信息，杂波信息是指数据采集模块检测到的超声波反射信息在下一个周期检测时未出现的信息，其既不是钢轨伤损也不是钢轨固有结构，其为干扰项不进行伤损判断；伤损信息是指超声波反射体为钢轨的缺陷信息，例如螺孔裂纹、轨底核伤、轨头核伤等，此类信息为伤损识别的重点；固有结构信息是指超声波反射体为钢轨中的固有结构，此类信息用于后续对伤损信息的比对区域进行划分，以确保及时对钢轨伤损进行精确定位。
[0050]
检测分析模块获取到固有结构信息后，根据固有结构信息的间隔位置，将钢轨探测区域分为若干个连续的检测对比区段，即选择若干个固有结构之间的区段设置为检测对比区段；
[0051]
具体的，将固有机构信息标定为gi，i的取值为正整数，其为各个固有机构的标号，标号顺序可根据实际需要设定，例如根据超声波检测过程中固有机构出现的先后顺序，将第一个出现的固有机构信息标定为g1、第二个出现的固有机构信息标定为g2，第i个出现的固有机构信息标定为gi，第n个出现的固有机构信息标定为gn，此时若选择相邻固有结构之间的区段作为检测对比区段，则gi与gi+1之间为一个检测对比区段，检测分析模块进行回放分析时，分别对各个检测对比区段进行比较分析，从而将整体钢轨拆分，针对性更强且精确度大大提升；
[0052]
需要说明的是，划分检测对比区段时，也可不选择相邻固有结构之间的区段作为检测对比区段，例如选择的两个固有结构之间还存在若干个固有结构；
[0053]
同时，检测分析模块对检测对比区段内的各伤损信息根据出现顺序进行排序，具体的，将伤损信息标定为sj，j的取值为正整数，其为各个伤损的标号，例如根据在一个检测对比区段内的超声波检测过程中伤损信息出现的先后顺序，将第一个出现的伤损信息标定为g1、第二个出现的伤损信息标定为g2，第j个出现的伤损信息标定为gj，第m个出现的伤损信息标定为gm，此时该检测对比区段内共有m个，则在后续回放时，能够按序依次自动对比，更加精准方便，实测数据和历史数据中的伤损信息无需通过人工经验判断确定是否为同一位置的伤损；
[0054]
即本发明是通过先确定钢轨探伤中，超声波反射体为固有机构的位置，并将相邻固有结构之间设定为检测对比区段，在该区段内根据顺序和编辑距离对比伤损信息从而避免了传统回放时需要人工经验判断对应伤损信息是否为同一位置的伤损，增加了精确度、降低了人工工作量。
[0055]
需要说明的是，进行回放分析时采用编辑距离法进行自动对比，例如某检测对比区段内的实测伤损信息集合看做字符串a[p]，历史该检测对比区段内的伤损信息集合看做字符串a[q]，则编辑距离法的计算方程为：
[0056][0057]
e[p][q]表示a串第0个字母特征到第p个字母特征组成的序列和a*串第0个字母特征到第q个字母特征组成的序列之间的编辑距离。
[0058]
实施例2
[0059]
本发明的实施例2与上述实施例的区别在于，上述实施例中主要是通过划分检测对比区段，并根据顺序和编辑距离对比伤损信息，从而避免了传统回放时需要人工经验判断对应伤损信息是否为同一位置的伤损，但上述实施例在进行对比时并未考虑作为检测对比区段两端固有结构的相对位置距离，容易忽视固有结构的位置变动，由于检测对比区段是固有结构之间相距的区段，若固有结构之间相距偏差较大，则可能会对伤损信息的自动对比识别造成偏差。
[0060]
本实施例中，检测分析模块通过检测对比区段两端固有结构的实测位置，获取二者水平距离与竖直距离，水平距离是指二者水平方向上的相距长度，竖直距离是指二者竖直方向上的相距长度，并计算实测水平距离与竖直距离与历史测得水平距离与竖直距离的偏差，获取水平偏差与竖直偏差，并将其分别标定为px与py，根据水平偏差与竖直偏差，通过公式计算固有结构偏差评估系数c，具体计算表达式如下：
[0061]
c＝g1p
x
+g2py[0062]
式中，g1和g2分别为水平偏差与竖直偏差的预设比例系数，且g1》g2》0。
[0063]
检测分析模块将固有结构偏差评估系数c与标准偏差阈值进行比较，确定固有结构位置是否发生异常偏移；
[0064]
若固有结构偏差评估系数c小于标准偏差阈值，则说明检测对比区段两端固有结构的位置较历史数据中的位置偏差属于正常范围内，此时检测分析模块生成合格信号并进行检测对比区段内的伤损信息自动对比；
[0065]
若固有结构偏差评估系数c大于等于标准偏差阈值，则说明检测对比区段两端固有结构的位置较历史数据中的位置偏差较大，此时检测分析模块生成异常偏差信号停止对检测对比区段内的伤损信息的自动对比，并将异常偏差信号通过处理器发送至预警提示模块，预警提示模块进行相应预警提示。
[0066]
进一步的，检测分析模块在分析完各检测对比区段的固有结构位置信息后，对各检测对比区段的固有结构偏差状态进行综合分析，具体分析过程如下：
[0067]
步骤s1，按照钢轨延伸方向，依次排列各检测对比区段固有结构偏差评估系数c与标准偏差阈值的比对结果，例如合格、合格、异常、合格等；
[0068]
步骤s2，根据步骤s1中的排序，统计异常检测对比区段连续出现次数；
[0069]
若异常检测对比区段仅单独出现，则说明该检测对比区段两端的固有结构位置均发生一定偏差，但均未发生较大偏差，此时检测分析模块生成该检测对比区段两端二级异
常点信号，并将该信号通过处理器发送至预警提示模块，预警提示模块根据该信号对该检测对比区段两端固有结构进行二级异常点预警提示；
[0070]
若异常检测对比区段成对出现，则说明既属于前一异常检测对比区段又属于后一异常检测对比区段的固有结构发生较大偏差，此时检测分析模块对该固有结构生成一级异常点信号，并将该信号通过处理器发送至预警提示模块，预警提示模块根据信号对该固有机构进行一级异常点预警提示；
[0071]
若异常检测对比区段连续出现两次以上，则说明该段钢轨出现区域性偏差，此时检测分析模块生成区域异常信号，并将该信号通过处理器发送至预警提示模块，预警提示模块根据该信号对连续的异常检测对比区段进行区域异常预警提示；
[0072]
需要说明的是，一级异常点的固有结构位置偏差大于二级异常点的固有结构位置偏差。
[0073]
实施例3
[0074]
本发明的实施例3与上述实施例的区别在于，本实施还根据复核结果对钢轨各检测对比区段的周期损伤程度进行评估判断，以便及时对钢轨进行维护替换。
[0075]
具体的，数据采集模块还采集检测对比区段内的各伤损信息进行自动比较时的比较信息，并将比较信息发送至检测分析模块进行分析处理，比较信息包括伤损添加值与区段长度值，伤损添加值是指检测对比区段内添加的伤损个数，添加的伤损个数越多，则说明一个检测周期内钢轨的所受的状态越差；区段长度值是指检测对比区段两端固有结构之间的水平距离；
[0076]
检测分析模块将伤损添加值与区段长度值分别标定为av与lg，通过公式计算周期损伤评估系数t，具体计算表达式如下：
[0077][0078]
式中，k1、k2分别为伤损添加值与区段长度值的预设比例系数，且k1》k2》0；
[0079]
检测分析模块将周期损伤评估系数t与标准损伤阈值进行比较，确定各检测对比区段是否需要进行更换维护；
[0080]
若周期损伤评估系数t小于标准损伤阈值，则说明此时检测对比区段的伤损未大幅增加，说明该检测对比区段状态政策，此时检测分析模块生成检测对比区段正常信号，并将其发送至预警提示模块，预警提示模块进行相应提示，反之则说明此时检测对比区段的伤损大幅增加，该检测对比区段在本次检测周期内状态快速变差，需要对其进行维护更替，此时检测分析模块生成检测对比区段维护信号，并将其发送至预警提示模块，预警提示模块对检测对比区段进行维护预警提示；
[0081]
需要说明的是，预警提示模块可根据需要设置有显示器以方便相关人员通过显示器读取预警提示信号。
[0082]
上述提及的预设比例系数用于均衡各项数据在公式计算中的占比权重，从而促进计算结果的准确性，系数的大小是为了将各个参数进行量化得到的一个具体的数值，便于后续比较，关于系数的大小，取决于样本数据的多少及本领域技术人员对每一组样本数据初步设定对应的权重因子系数，只要不影响参数与量化后数值的比例关系即可；
[0083]
以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何
熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内，因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
[0084]
最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种钢轨智能伤损识别管理系统，其特征在于：包括处理器以及与处理器信号连接的数据采集模块、检测分析模块以及数据存储模块；处理器，用于发布控制指令并接收相关数据结果；数据存储模块，用于存储稳定运行管控系统在整个管理过程中产生的数据；数据采集模块用于采集钢轨损伤信息，并将该信息通过处理器发送至检测分析模块进行分析处理；检测分析模块接收到数据采集模块发送的钢轨损伤信息后，先对钢轨损伤信息进行分类，将钢轨损伤信息分为杂波信息、伤损信息以及固有结构信息，根据固有结构信息的间隔位置，将钢轨探测区域分为若干个连续的检测对比区段，并对检测对比区段内的各伤损信息根据出现顺序进行排序，并按序依次将伤损信息与历史数据进行自动对比。2.根据权利要求1所述的一种钢轨智能伤损识别管理系统，其特征在于：所述检测分析模块还通过检测对比区段两端固有结构的实测位置，获取二者水平距离与竖直距离，并计算实测水平距离与竖直距离与历史测得水平距离与竖直距离的偏差，获取水平偏差与竖直偏差，并将其分别标定为px与py，根据水平偏差与竖直偏差，通过公式计算固有结构偏差评估系数c，具体计算表达式如下：c＝g1p
x
+g2p
y
式中，g1和g2分别为水平偏差与竖直偏差的预设比例系数；检测分析模块将固有结构偏差评估系数c与标准偏差阈值进行比较：若固有结构偏差评估系数c小于标准偏差阈值，则此时检测分析模块生成合格信号并进行检测对比区段内的伤损信息自动对比；若固有结构偏差评估系数c大于等于标准偏差阈值，则此时检测分析模块生成异常偏差信号停止对检测对比区段内的伤损信息的自动对比，并将异常偏差信号通过处理器发送至预警提示模块，预警提示模块进行相应预警提示；预警提示模块与处理器信号连接，用于接收检测分析模块的信号并进行相应预警提示。3.根据权利要求2所述的一种钢轨智能伤损识别管理系统，其特征在于：所述检测分析模块在分析完各检测对比区段的固有结构位置信息后，对各检测对比区段的固有结构偏差状态进行综合分析，具体分析过程如下：步骤s1，按照钢轨延伸方向，依次排列各检测对比区段固有结构偏差评估系数c与标准偏差阈值的比对结果；步骤s2，根据步骤s1中的排序，统计异常检测对比区段连续出现次数；若异常检测对比区段仅单独出现，则此时检测分析模块生成该检测对比区段两端二级异常点信号，并将该信号通过处理器发送至预警提示模块，预警提示模块根据该信号对该检测对比区段两端固有结构进行二级异常点预警提示；若异常检测对比区段成对出现，则此时检测分析模块对该固有结构生成一级异常点信号，并将该信号通过处理器发送至预警提示模块，预警提示模块根据信号对该固有机构进行一级异常点预警提示；若异常检测对比区段连续出现两次以上，则此时检测分析模块生成区域异常信号，并将该信号通过处理器发送至预警提示模块，预警提示模块根据该信号对连续的异常检测对
比区段进行区域异常预警提示。4.根据权利要求2所述的一种钢轨智能伤损识别管理系统，其特征在于：所述数据采集模块还采集检测对比区段内的各伤损信息进行自动比较时的比较信息，并将比较信息发送至检测分析模块进行分析处理；检测分析模块将伤损添加值与区段长度值分别标定为av与lg，通过公式计算周期损伤评估系数t，具体计算表达式如下：式中，k1、k2分别为伤损添加值与区段长度值的预设比例系数；检测分析模块将周期损伤评估系数t与标准损伤阈值进行比较：若周期损伤评估系数t小于标准损伤阈值，则此时检测分析模块生成检测对比区段正常信号，并将其发送至预警提示模块，预警提示模块进行相应提示；反之检测分析模块生成检测对比区段维护信号，并将其发送至预警提示模块，预警提示模块对检测对比区段进行维护预警提示。5.根据权利要求1所述的一种钢轨智能伤损识别管理系统，其特征在于：所述检测分析模块根据固有结构信息的间隔位置，将钢轨探测区域分为若干个连续的检测对比区段具体过程如下：将固有机构信息标定为gi，i的取值为正整数，其为各个固有机构的标号，根据超声波检测过程中固有机构出现的先后顺序，将第一个出现的固有机构信息标定为g1、第二个出现的固有机构信息标定为g2，第i个出现的固有机构信息标定为gi，第n个出现的固有机构信息标定为gn，选择相邻固有结构之间的区段作为检测对比区段，则gi与gi+1之间为一个检测对比区段。6.根据权利要求1所述的一种钢轨智能伤损识别管理系统，其特征在于：所述检测分析模块对检测对比区段内的各伤损信息根据出现顺序进行排序过程如下：将伤损信息标定为sj，j的取值为正整数，其为各个伤损的标号，将第一个在超声波检测过程中出现的伤损信息标定为g1、第二个出现的伤损信息标定为g2，第j个出现的伤损信息标定为gj，第m个出现的伤损信息标定为gm，此时该检测对比区段内共有m个。

技术总结
本发明公开了一种钢轨智能伤损识别管理系统，具体涉及钢轨检测领域，用于解决现有的钢轨探伤数据回放主要是通过人工分析，分析员回放工作量大，分析速度慢、智能化程度低，且由于回放人员个人因素，容易造成漏判和误判，对铁路安全运营留下了安全隐患的问题；包括处理器以及与处理器信号连接的数据采集模块、检测分析模块、预警提示模块以及数据存储模块；本发明是通过钢轨固有机构的位置确定伤损识别的固定检测区段，并根据固有机构的位置偏差确定检测区段是否发生较大异常，从而能够更精确的识别钢轨伤损是否在同一位置；同时在确保伤损位置对应的基础上，根据钢轨损伤复核结果分析钢轨整体伤损识程度并进行针对性预警。析钢轨整体伤损识程度并进行针对性预警。析钢轨整体伤损识程度并进行针对性预警。


技术研发人员：陈志远 苏辉 潘杰 汪勇 邢阳阳 刘凯 唐伟傲 汪洋 高美
受保护的技术使用者：合肥德泰科通测控技术有限公司
技术研发日：2022.12.30
技术公布日：2023/5/4