[发明专利]一种基于动态时间规整的道岔健康状态评估方法

说明书

本发明提供一种基于动态时间规整的道岔健康状态评估方法，首先，根据道岔的机械特性选择改进tanh函数作为健康评估基础函数，设置适应函数，使用动态时间规整算法计算道岔正常运转的电功率数据得到平均相似度距离，然后通过计算适应参数，将新函数作为计算道岔运行状态的CV（健康度指数）；最后，使用动态时间规整和改进后的xtanh函数分别计算道岔各个运行状态的电功率数据得出相似度距离和CV值，从而评估道岔的健康状态，本发明的方法能够精准地对评估道岔的健康状态，评估准确，方法便捷、可靠，具有明显的实际应用价值。

技术领域

本发明涉及一种基于动态时间规整的道岔健康评估方法，属于机械零部件智能维护技术领域。

背景技术

道岔是轨道交通系统中的重要组成部分，对列车的安全运行有着巨大的影响。道岔的工作环境复杂多变，与列车轮对直接接触，要求的通行保证能力更高，保证道岔的正常运转十分关键。但是，因为自身结构不足，道岔的机械强度一般不高，容易在日常的运行中产生疲劳损伤、性能退化，并最终导致故障的发生。因此，道岔运行状态的监测和对道岔运行信号的分析一直是研究的热点，通过对道岔的运行状态的进行监控和分析，能够实现对道岔的健康状态辨识和评估，识别和评估道岔的健康状态，是保障道岔安全运行、支撑道岔进行智能维护的关键。

动态时间规整是一种实时处理数据的算法，通过求出两个时间序列曲线的相似度来度量样本之间的差异。在少量的数据作为基准样本的基础上，不需要对数据进行预处理，方法的形成也不依赖于大量的训练数据，因此保证了对检测数据的实时分析，同时动态时间规整算法不受数据本身特性差异的影响，保持了数据的比例不变性，此外，使用相似度距离稳定刻画不同数据之间的差异。

发明内容

本发明提出了一种新的道岔健康状态评估方法，即首先设定少数的正常电功率为基准数据，使用动态时间规整算法计算得到基准数据之间的相似度距离，计算出健康评估函数的参数，形成健康状态评价的模型，然后对收集到的电功率信号进行处理，用动态时间规整方法求出不同电功率曲线与基准曲线之间的相似距离，然后根据健康状态评价模型得到CV(ConfidenceValue，表征健康指数值)评价当前道岔的健康状态。

本发明一种基于动态时间规整的道岔健康评估方法，具体包括以下步骤：

步骤一、首先根据道岔的机械特性，选择健康评估模型的基础评估函数tanh，挑选若干个道岔正常运行的电功率信号作为基准数据，然后使用动态时间规整计算不同基准数据之间的相似度距离，动态时间规整算法在不经过数据预处理的情况下能够得出数据之间的相似性，得到基准数据之间的相似度距离，根据相似度距离计算出基础评估函数中的适应参数，得到健康状态评估函数xtanh；

步骤二、用动态时间规整算法计算运行状态的每个样本数据与基准状态每个样本数据之间的相似度距离，然后求出运行状态样本数据的平均相似度距离；

步骤三、使用健康状态评估函数对各个状态的数据进行测量，最终得到每一个运行状态的健康状态程度CV值，从而直观地评估道岔的运行状态。

优选地，步骤一所述的动态时间规整算法具体为：

设两个时间序列为X＝{x(1),x(2),...,x(m)}和Y＝{y(1),y(2),...,y(n)}，m和n分别是时间序列的数据点个数，x(m)和y(n)代表了时间序列的数据点，使用欧式距离表征两组数据之间的差距时，则定义两个数据之间的距离为：

则将两个序列的所有数据点之间的距离构成距离矩阵，矩阵表示如下：

然后在距离矩阵中求出两个时间序列的最短路径，最短路径要满足以下的约束：