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道岔转辙机故障诊断与健康状态评估算法研究及系统实现

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道岔转辙机故障诊断与健康状态评估算法研究及系统实现

作者：刘可兴西南交通大学

学位级别：硕士

道岔作为地铁轨道交通的重要连接设备,控制着列车的行进方向,其是否正常运行对列车的行车安全起着非常重要的影响。而现阶段道岔设备的检修和维护方式主要以人工定期检修为主,存在诸如效率不高等问题。因此,本课题基于S700K型道岔转辙... 详细信息

道岔作为地铁轨道交通的重要连接设备,控制着列车的行进方向,其是否正常运行对列车的行车安全起着非常重要的影响。而现阶段道岔设备的检修和维护方式主要以人工定期检修为主,存在诸如效率不高等问题。因此,本课题基于S700K型道岔转辙机的功率数据样本进行分析,完成道岔转辙机的故障诊断以及健康状态评估。本文主要工作内容如下:（1）道岔转辙机故障诊断算法研究与实现。首先根据现场实际情况,结合专家经验,总结道岔转辙机所发生的故障,从而确定所需诊断的故障类型;其次为了有效诊断故障,本文设计了DDAE＿BiLSTM故障诊断模型,并通过实验从准确率、误报率、漏报率等指标对比模型效果,结果表明,本文所设计的模型高于其他网络模型;最后为了进一步提高故障识别率,本文对DDAE网络进行改进,将DDAE网络的编码解码层改为一维卷积神经网络,最终构建了DCDAE＿BiLSTM模型,实验结果表明,所构建的模型使故障识别率提高到了98.82%。（2）健康评估算法研究与实现。为了进一步降低故障率,通过分析故障前夕的正常功率数据,对其提取时域、ARMA模型系数、样本熵等特征建立原始特征空间;其次为了寻找合适的敏感特征,采用包含单调性、趋势性的特征评价指标对样本特征进行筛选,将所筛选出的特征样本集作为后续退化状态挖掘及识别的输入;然后采用多种聚类算法进行无监督学习,结合轮廓系数指标实现退化状态数目的自动识别,并在此基础上构建退化状态样本库。最后采用XGBOOST算法进行退化状态自动识别,准确率达到了93.23%。（3）道岔健康养护系统的设计与实现。结合需求分析,设计了道岔健康养护系统的系统架构,然后采用前后端分离的技术,实现道岔健康养护系统。

关键词：道岔转辙机故障诊断健康状态评估深度学习机器学习

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城市轨道交通道岔转辙机智能运维系统研究

都市快轨交通 2024年第3期37卷 69-74页

作者：石卫师黄祖宁商晖南宁轨道交通集团有限责任公司南宁530029

道岔转辙机是信号系统核心设备,其维护量大、维保难度高、设备故障影响程度较广,随着智能运维研究在城市轨道交通行业的兴起,道岔转辙机智能运维是实现城轨信号维护智能化、运维生产组织模式智能化的基础。总结传统微机监测系统的不足,... 详细信息

道岔转辙机是信号系统核心设备,其维护量大、维保难度高、设备故障影响程度较广,随着智能运维研究在城市轨道交通行业的兴起,道岔转辙机智能运维是实现城轨信号维护智能化、运维生产组织模式智能化的基础。总结传统微机监测系统的不足,结合行业道岔转辙机维保难点和痛点,提出一套智能运维系统,主要包括关键状态感知、故障智能诊断、关键状态预警及健康评估等,并提出具体的实现方法。该系统目前已成功应用于南宁轨道交通4、5号线,具有显著效益。

关键词：轨道交通道岔转辙机智能运维系统故障诊断状态预警健康评估

基于劣化度的轨道交通道岔转辙机健康状态评估

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城市轨道交通研究 2023年第2期26卷 16-22,27页

作者：石卫师商晖赖治平谭文举南宁轨道交通集团有限责任公司南宁530029

为准确反映道岔转辙机设备的运行状态,为设备维护人员开展设备状态维修提供判断依据,基于现场监测数据及维护经验,引入劣化度概念,结合道岔转辙机设备的特点,建立基于劣化度的道岔转辙机特征参数。基于层次分析法和熵权法建立特征参数... 详细信息

为准确反映道岔转辙机设备的运行状态,为设备维护人员开展设备状态维修提供判断依据,基于现场监测数据及维护经验,引入劣化度概念,结合道岔转辙机设备的特点,建立基于劣化度的道岔转辙机特征参数。基于层次分析法和熵权法建立特征参数的权重向量,采用岭形分布隶属度函数建立劣化度模糊判断矩阵,进行道岔转辙机整体健康状态模糊综合评估,并根据最大隶属度确定道岔转辙机的健康状态。

关键词：轨道交通道岔转辙机健康状态劣化度

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地铁道岔转辙机产生电火花现象原因分析

城市轨道交通研究 2019年第8期22卷 174-176页

作者：赵垒薛小强西安市地下铁道有限责任公司运营分公司

介绍了西安地铁直流牵引供电系统中轨道回流的特性,并对运营线路中发生的较为典型的道岔转辙机产生电火花现象进行了分析;结合直流牵引供电系统的特点,为消除道岔转辙机发生电火花现象的处理措施提出了建议。

关键词：地铁牵引回流道岔转辙机电火花

应用图像数据分析技术实现道岔转辙机运行状态远程监测

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城市轨道交通研究 2018年第11期21卷 143-145页

作者：夏志梁中国铁路上海局集团有限公司上海电务段信号技术科上海∥工程师200434

介绍了道岔转辙机智能综合监测系统的架构,分析了转辙机表示缺口图像及数据的采集过程、道岔缺口监测系统的工作原理,介绍了道岔缺口监测图像数据分析实现的程序。道岔转辙机智能综合监测系统应用图像数据分析技术,监测转辙机内表示杆... 详细信息

介绍了道岔转辙机智能综合监测系统的架构,分析了转辙机表示缺口图像及数据的采集过程、道岔缺口监测系统的工作原理,介绍了道岔缺口监测图像数据分析实现的程序。道岔转辙机智能综合监测系统应用图像数据分析技术,监测转辙机内表示杆缺口间隙大小;根据转辙机运行状态和设备变化趋势,可指导现场信号人员及时进行调整,实现道岔转辙机运行状态远程监测。

关键词：道岔转辙机图像数据分析缺口监测远程监测

基于图像处理的道岔转辙机动静接点状态检测技术研究

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城市轨道交通研究 2020年第S2期23卷 149-152页

作者：施聪上海地铁维护保障有限公司通号分公司上海200235

在地铁线路道岔转辙机工作过程中,需要定期检测其动静接点的接触状态,及时发现和排除工作状态的异常。对道岔转辙机动静接点接触状态的现有检测方法是依靠人工肉眼识别。该方法存在测量偏差大、容易漏警、实时性不强等不足。提出一种基... 详细信息

在地铁线路道岔转辙机工作过程中,需要定期检测其动静接点的接触状态,及时发现和排除工作状态的异常。对道岔转辙机动静接点接触状态的现有检测方法是依靠人工肉眼识别。该方法存在测量偏差大、容易漏警、实时性不强等不足。提出一种基于图像处理和深度学习的道岔转辙机动静接点状态检测技术,在采集大量道岔转辙机动静接点图像的基础上,利用神经网络深度学习方法,对机器进行大量的训练,找出检测点的特征参数;再结合图像处理方法,得到所需的测量参数;同时结合智能手机应用程序,实现对道岔转辙机动静接点的实时检测。该方法可以实现对道岔转辙机动静接点状态的便捷、快速、准确检测,提升对动静接点状态判断的准确性,从而提高道岔转辙机的维护效率和维护质量,确保列车的安全运行。

关键词：地铁道岔转辙机动静接点神经网络图像处理

基于机械特性曲线的道岔转辙机故障智能诊断方法研究

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基于机械特性曲线的道岔转辙机故障智能诊断方法研究

作者：金科淮北京交通大学

学位级别：硕士

随着交通运输业的不断发展,铁路运输行业的路网规模的扩大和客货运数量的总体趋势也在稳步增长,为了保障铁路运输的安全,铁路运输安全方面的研究历来都受到极大关注。信号设备故障作为铁路安全事故发生的主要原因之一,信号设备一旦发生... 详细信息

随着交通运输业的不断发展,铁路运输行业的路网规模的扩大和客货运数量的总体趋势也在稳步增长,为了保障铁路运输的安全,铁路运输安全方面的研究历来都受到极大关注。信号设备故障作为铁路安全事故发生的主要原因之一,信号设备一旦发生故障其作为铁路调度信息传递的核心会直接影响整个铁路系统的运转,道岔设备作为重要的信号设备之一,根据数据统计,道岔设备引发的故障在所有信号设备引发的列车故障中占比高达39%;每年道岔设备维修的经费占铁路信号设备总维修经费的33%,无论是故障数量的占比还是维修经费的占比上述数据均说明了道岔设备保持健康工作状态的重要性,因此如何对道岔设备进行智能检修从而减少道岔设备引起的事故数量成为目前研究的热点问题。目前国内道岔的日常维护工作正在从计划修和状态修向预防修转变,本文针对目前设备故障诊断的精度问题和数据类型单一等问题在通过引入计算机科学中的部分方法结合故障诊断和设备健康管理的理论,为道岔设备的故障诊断提升准确率和精度,为实现上述目标本文以ZD6型号道岔转辙机为研究对象开展相关研究,在故障诊断过程中为应对不同场景的应用情况分别提出了基于曲线相似度的快速故障检测方法和基于神经网络的具体故障类型诊断方法,快速故障检测方法中引入了基于重要点的时间序列分段方法提升故障诊断的准确率,同时对动态时间规整算法进行了时间复杂度上的优化;具体故障诊断方法中通过对数据进行多个维度的特征提取、特征检验后确定合适的特征值用于最后的分类过程,神经网络选取应用比较广泛的BP神经网络,在研究过程中为了不断提高准确率分别使用遗传算法、粒子群算法和粒子群遗传混合算法对神经网络进行优化。分别对两种方法进行实例分析,快速故障诊断方法中结果显示优化后的基于提前排除的动态规整算法能够在保证一定准确率的前提下节省算法应用的时间;具体故障诊断方法结果显示基于GA-PSO算法优化后的BP神经网络,在故障诊断中取得了较高的准确率,综上所述本文针对不同场景提出的故障诊断方法均在实例分析中取得了较好结果。本研究数据来源于北京铁路局沧州某实验路段,数据类型包括道岔转辙机收集的电气特性数据和机械特性数据,其中机械特性数据包括主表示杆运动速度曲线、主表示杆运动位移曲线和主表示杆运动加速度曲线;电气特性数据包括电流曲线数据。其中论文图共72幅,表36个,参考文献97篇。

关键词：道岔道岔转辙机故障诊断动态规整算法神经网络优化

由联锁逻辑缺陷引发的道岔转辙机熔断器电流冲击问题分析

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城市轨道交通研究 2016年第1期19卷 98-100,107页

作者：陆鑫源上海轨道交通维护保障公司通号分公司上海工程师200002

以联锁逻辑分析为切入点,对上海轨道交通2号线某折返站在特殊工况下道岔转辙机电机转向突变引起熔断器烧毁的原因进行了分析,进而对转辙机所适应的熔断器进行了量化,并制定了避免此类故障发生的管理措施。

关键词：城市轨道交通道岔转辙机熔断器故障分析

基于像素数量统计的道岔转辙机缺口边缘检测算法

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城市轨道交通研究 2023年第7期26卷 241-245页

作者：杜森张烁梁景源刘松贺青岛地铁运营有限公司青岛266400

目的:针对青岛地铁13号线现有的道岔转辙机缺口图像检测系统存在的不足,提出了基于数量统计的边缘检测优化算法,以便提高缺口检测精度。方法:利用中值滤波将采集的缺口图像中的噪声滤除且可保留图像边缘信息;利用图像形态学处理基本算... 详细信息

目的:针对青岛地铁13号线现有的道岔转辙机缺口图像检测系统存在的不足,提出了基于数量统计的边缘检测优化算法,以便提高缺口检测精度。方法:利用中值滤波将采集的缺口图像中的噪声滤除且可保留图像边缘信息;利用图像形态学处理基本算法中的腐蚀、膨胀、开运算和闭运算,进一步优化图像边缘,避免图像边缘轮廓的模糊或者毛糙,为后续处理提供优质图像样本;利用Canny算子提取缺口图像的边缘特征,结合动态阈值算法对阈值实时更新;经过基于数量统计的边缘检测优化算法,对图像进行最终的边缘位置确认,从而计算出缺口数值。结果及结论:经过试验验证,算法优化后的图像缺口准确率提高了近5%,准确率提高得较为明显。因此,基于数量统计的边缘检测优化算法能够减少因检测不准确原因而出现的道岔转辙机缺口数据报警概率。

关键词：地铁道岔转辙机缺口检测动态阈值图像处理