[发明专利]一种利用车载雷达信号提取道砟脏污率的计算方法

说明书

本发明公开了一种利用车载雷达信号提取道砟脏污率的计算方法，包括以下步骤：由原始雷达记录剖面一次信号经压制干扰信号后获得剖面二次信号；确定道砟底界面雷达反射波旅行时间t，以1～3倍t时长作为时间窗口T；沿铁路线走向将二次信号按照间距S依次分段，并按分段内道数N进行雷达记录信号的段内平均；对段内平均后的信号取时间窗口0～T计算频率响应；将频率响应进行积分或取最大值，作为全线各分段距离窗口对应的与道砟脏污率相关的参数值P；通过既有线选点挖验标定或物理模拟线路测试标定出P与道砟脏污率B之间的换算关系；由B与P的换算关系获取全线线路上道砟脏污率按距离窗口的分布情况。本发明运算速度快，精度较高。

技术领域

本发明属于铁路车载雷达探测信号处理和分析解释领域，特别涉及一种利用车载雷达信号提取道砟脏污率的计算方法。

背景技术

有砟轨道是我国客货运铁路最主要结构形式之一，作为有砟轨道结构最重要组成部分——散体(道砟)道床具有结构简单、施工方便、易于养护等优点，其服役状态是决定线路能否平顺安全的关键因素。然而，散体道床又是轨道结构中的薄弱环节，由于散体道床道砟颗粒间存在着孔隙，随着列车运量的增长造成的道砟破碎、粉化或者外来的细小颗粒侵入，道砟间的孔隙被逐渐充填，引发道床脏污现象。相关研究表明道床脏污会显著降低道床的排水能力，当含水量较小时，在水和动力的作用下，脏污介质与道砟凝结成整体，造成道床板结；而含水量较大时，将引发道床翻浆冒泥等病害。道床板结使得道床弹性降低，直接负面影响是加速了轨道几何尺寸的变形,使轨面几何状态趋于不稳定。在我国，尤其是煤运重载铁路专线，受粉煤灰的污染较重，每年都有大量的线路里程段需要对脏污道床进行清筛。

目前，国内外用于评估道砟脏污情况的主要方法是沿着轨道沿线进行选择性的钻探、或按一定的距离对道床开挖，不论是钻孔还是开挖类方法不仅费时而且不能提供轨道表面以下道砟脏污情况的连续信息。车载探地雷达出现后，广泛用于路基结构无损检测领域，但用于沿线道床脏污的判定目前没有统一的计算方法，国内尚没有一套有效算法用于检测生产实践；欧洲发达国家有雷达检测公司利用雷达信号优势频率分析的方法来计算脏污指数，间接进行道砟脏污情况的近似判定，但由于优势频率的提取计算工作量大，国外雷达设备计算代码保密，而且在我国重载铁路线路上，应用这种分析方法提取的脏污率值准确性不理想，不符合我国国情。因此，有必要设计一种能有效发挥雷达系统探测的效率优势，从其剖面信号中提取雷达脏污率信息的方法，为线路清筛决策和生产规划乃至预警预报提供科学依据。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对有砟铁路道床脏污率指标快速提取的技术难题，提供一种利用车载雷达信号提取道砟脏污率相关参数的计算方法。

发明的技术解决方案如下：

一种利用车载雷达信号提取道砟脏污率的计算方法，包括以下步骤：

1)对一条原始雷达检测记录剖面，即雷达检测记录剖面一次信号进行干扰信号压制后得到雷达检测记录剖面二次信号；一条雷达检测记录剖面由多道雷达记录信号合成；

2)根据道砟介电常数及道砟层的厚度确定道砟底界面雷达反射波旅行时间t，根据旅行时间t确定时间窗口T的长度；

3)对一条雷达检测记录剖面二次信号沿铁路线走向上按间距S依次分段形成等间距的M个距离窗口，读取每个距离窗口内的雷达记录信号道数N，并分别计算每个距离窗口内雷达记录信号的平均值，得到M个平均值；

4)分别将M个平均值在时间窗口T(0～T的时间段)内进行傅里叶变换，获得M个频率响应；

5)对M个频率响应进行主频覆盖段内积分运算或者分别求得M个频率响应的最大值，得到M个积分值或最大值，将其作为M个距离窗口内与道砟脏污率相关的参数值P；

6)通过既有线选点挖验或物理模拟测试方式标定参数值P与道砟脏污率B之间的换算关系；