基于多源关联数据的钢轨状态综合评价方法及装置与流程

本发明属于轨道交通智能检测、铁路线路状态评价与智能运维，尤其涉及一种基于多源关联数据的钢轨状态综合评价方法及装置。

背景技术：

1、钢轨是铁路线路系统中的关键承载部件，其状态直接影响列车运行安全性、平顺性和线路维护成本。随着高速铁路、重载铁路以及城市轨道交通运营强度持续提高，钢轨服役状态的劣化形式日益复杂，仅依赖单一检测数据已经难以全面反映钢轨真实状态。

2、目前，轨道运维领域已广泛采用轨道几何检测、钢轨表面图像检测、钢轨磨耗检测、车辆振动响应检测以及钢轨探伤检测等技术手段。然而，在实际应用中，上述检测数据通常由不同设备独立采集，存在采样频率不同、安装位置不同、采集时延不同、里程基准不同等问题，导致多源数据之间难以在同一线路位置上准确对应。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的问题，本说明书实施例提供了一种基于多源关联数据的钢轨状态综合评价方法及装置。

2、本说明书实施例的具体技术方案如下：

3、一方面，本发明实施例提供了一种基于多源关联数据的钢轨状态综合评价方法，所述方法包括：

4、采集目标线路的多源钢轨检测数据，对所述多源钢轨检测数据执行里程和时间双基准对齐，得到统一线路里程坐标系下的多源检测关联数据；

5、根据线路特征参数以及所述多源检测关联数据中的异常分布，生成目标线路的评价区段集合；

6、针对所述评价区段集合中的每个评价区段，基于所述多源检测关联数据分别生成对应检测模态的分项状态指数，得到每个评价区段对应的多维分项状态指数集合；

7、基于预建的模态物理关联规则库，对每个评价区段的多维分项状态指数集合执行多模态异常一致性检验，生成每个评价区段对应的异常一致性校正因子；

8、对每个评价区段的多维分项状态指数集合执行加权融合，得到对应评价区段的初始综合状态指数，结合对应评价区段的异常一致性校正因子对所述初始综合状态指数进行校正，得到校正后综合状态指数，根据所述校正后综合状态指数划分得到对应评价区段的钢轨状态等级。

9、进一步地，所述多源钢轨检测数据由搭载于检测平台的多类型检测设备采集，所述检测平台上还安装有里程计与惯性测量单元imu，各检测设备、里程计、imu均对应独立的传感器通道；

10、对所述多源钢轨检测数据执行里程和时间双基准对齐，得到统一线路里程坐标系下的多源检测关联数据，包括：

11、通过统一授时基准对各检测通道执行时间戳校准，得到时间同步的多源检测数据；

12、基于里程计测量得到的里程值与imu航轨推算得到的里程值构建动态里程偏移补偿模型，对所述时间同步的多源检测数据执行里程偏移修正；

13、通过传感器外参标定的旋转矩阵与平移向量，将里程偏移修正后的各检测数据映射至统一线路里程坐标系，得到多源检测关联数据。

14、进一步地，所述动态里程偏移补偿模型为：

15、

16、其中，表示一个类型的检测设备对应的时间同步后的检测数据在时刻的动态里程补偿量，表示imu采集的加速度信号，表示里程计测得的里程，表示基于imu航迹推算得到的里程，表示该类型的检测设备的传感器采集时延，表示检测平台运行速度，表示根据线路类型、运行速度、采集频率或历史校准数据确定的工况自适应系数。

17、进一步地，将里程偏移修正后的各检测数据映射至统一线路里程坐标系，得到多源检测关联数据的公式为：

18、

19、其中，表示一个类型的检测设备的传感器坐标系下的里程偏移修正后的检测数据，表示钢轨坐标系或线路里程坐标系下该类型的检测设备对应的检测关联数据，表示旋转矩阵，表示平移向量。

20、进一步地，所述线路特征参数包括预设基础评价单元长度、曲线半径、历史病害密度与年通过总重；

21、根据线路特征参数以及所述多源检测关联数据中的异常分布，生成目标线路的评价区段集合，包括：

22、以预设基础评价单元长度作为评价单元基准，根据曲线半径调节系数、历史病害密度调节系数、年通过总重调节系数以及当前检测异常密度调节系数对所述预设基础评价单元长度进行调整，得到每个评价区段的长度；

23、根据各评价区段的长度沿目标线路的统一线路里程划分得到评价区段集合。

24、进一步地，以预设基础评价单元长度作为评价单元基准，根据曲线半径调节系数、历史病害密度调节系数、年通过总重调节系数以及当前检测异常密度调节系数对所述预设基础评价单元长度进行调整，得到每个评价区段的长度的公式为：

25、

26、

27、其中，为评价区段长度，为预设基础评价单元长度，表示根据线路曲线半径确定的曲线半径调节系数，表示根据线路历史病害密度确定的历史病害密度调节系数，表示根据线路年通过总重确定的年通过总重调节系数，表示根据所述多源检测关联数据中的异常分布确定的当前检测异常密度调节系数，异常密度越高则取值越小，对应评价区段长度越短。

28、进一步地，所述多维分项状态指数集合包括轨道几何状态指数、轨面光带状态指数、钢轨磨耗状态指数、钢轨顶面擦伤状态指数、车辆振动响应状态指数和钢轨内部伤损状态指数，每个分项状态指数的取值范围为0至100，取值越低，表示对应检测模态的异常程度越高。

29、进一步地，计算所述轨道几何状态指数的公式为：

30、

31、其中，分别表示高低轻度、中度、重度异常长度，分别表示轨向轻度、中度、重度异常长度，分别表示水平轻度、中度、重度异常长度，分别表示轨距轻度、中度、重度异常长度，分别表示垂向加速度轻度、中度、重度异常长度，分别表示横向加速度轻度、中度、重度异常长度，表示对应异常等级的异常权重系数。

32、进一步地，所述轨面光带状态指数基于实际光带区域与标准光带区域的交并比确定异常等级，统计评价区段内不同等级光带异常数量加权生成；

33、所述钢轨顶面擦伤状态指数基于线路允许速度划分擦伤深度异常等级，统计评价区段内不同等级擦伤异常数量加权生成；

34、所述车辆振动响应状态指数基于垂向加速度、横向加速度的异常长度加权生成；所述钢轨内部伤损状态指数基于探伤b显图形态与报警等级划分伤损级别，统计评价区段内不同级别伤损数量加权生成。

35、进一步地，所述钢轨磨耗状态指数区分曲线区段与直线区段分别计算，基于磨耗面积状态量与磨耗超限长度状态量加权得到磨耗综合量化值，统计评价区段内不同线路类型、不同等级的磨耗异常数量加权生成，其中磨耗面积状态量针对曲线区段与直线区段采用不同的分段线性计算模型。

36、进一步地，基于预建的模态物理关联规则库，对每个评价区段的多维分项状态指数集合执行多模态异常一致性检验，生成每个评价区段对应的异常一致性校正因子，包括：

37、从每个评价区段的多维分项状态指数集合中提取各检测模态的异常标签，所述异常标签包含异常类型、异常等级、异常里程范围；

38、所述模态物理关联规则库中预置有多个存在物理关联的模态对以及每个模态对对应的关联强度；针对一个评价区段，遍历所述模态物理关联规则库中各模态对，根据所述模态对中两个模态的异常标签是否在该评价区段内重合，计算该模态对的一致性指标，其中

i和

j分别为模态对中的两个模态的序号；

39、所述一致性指标的取值规则为：若该模态对中的两个模态在该评价区段内均存在且异常里程范围存在重合，则；若两个模态具有物理关联但仅其中一个模态在该评价区段内存在异常标签，则，其余情况；

40、根据该评价区段内各模态对的一致性指标、关联强度对应的模态关联权重与该模态对中两个模态的异常等级对应的组合系数，对该评价区段内所有模态对求和生成该评价区段的异常一致性校正因子，计算公式为：

41、

42、其中，表示该评价区段的异常一致性校正因子，表示该评价区段内所有符合关联强度要求的模态对集合，表示模态对的关联强度对应的模态关联权重，表示模态对的一致性指标，表示模态对中模态

i和模态

j的异常等级对应的组合系数。

43、进一步地，对每个评价区段的多维分项状态指数集合执行加权融合，得到对应评价区段的初始综合状态指数，包括：

44、对多维分项状态指数集合中各分项状态指数按对应融合权重进行加权求和，得到初始综合状态指数。

45、进一步地，结合对应评价区段的异常一致性校正因子对所述初始综合状态指数进行校正，得到校正后综合状态指数的公式为：

46、

47、其中，表示校正后综合状态指数，表示初始综合状态指数，表示异常一致性校正因子。

48、进一步地，根据所述校正后综合状态指数划分得到对应评价区段的钢轨状态等级，包括：

49、当所述校正后综合状态指数大于等于第一阈值时，所述钢轨状态等级为正常状态；

50、当所述校正后综合状态指数大于等于第二阈值且小于所述第一阈值时，所述钢轨状态等级为关注状态；

51、当所述校正后综合状态指数大于等于第三阈值且小于所述第二阈值时，所述钢轨状态等级为预警状态；

52、当所述校正后综合状态指数小于所述第三阈值时，所述钢轨状态等级为风险状态。

53、另一方面，本发明实施例还提供了一种基于多源关联数据的钢轨状态综合评价装置，所述装置包括：

54、多源钢轨检测数据采集处理单元，用于采集目标线路的多源钢轨检测数据，对所述多源钢轨检测数据执行里程和时间双基准对齐，得到统一线路里程坐标系下的多源检测关联数据；

55、评价区段生成单元，用于根据线路特征参数以及所述多源检测关联数据中的异常分布，生成目标线路的评价区段集合；

56、分项状态指数计算单元，用于针对所述评价区段集合中的每个评价区段，基于所述多源检测关联数据分别生成对应检测模态的分项状态指数，得到每个评价区段对应的多维分项状态指数集合；

57、一致性校验单元，用于基于预建的模态物理关联规则库，对每个评价区段的多维分项状态指数集合执行多模态异常一致性检验，生成每个评价区段对应的异常一致性校正因子；

58、校正单元，用于对每个评价区段的多维分项状态指数集合执行加权融合，得到对应评价区段的初始综合状态指数，结合对应评价区段的异常一致性校正因子对所述初始综合状态指数进行校正，得到校正后综合状态指数，根据所述校正后综合状态指数划分得到对应评价区段的钢轨状态等级。

59、另一方面，本说明书实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器、以及存储在所述存储器上的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现上述方法。

60、另一方面，本说明书实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法。

61、另一方面，本说明书实施例还提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法。

62、本说明书实施例的方法至少具有如下技术效果：

63、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

64、1. 提高多源检测数据空间对应精度：通过统一授时、fpga时间校准、里程计修正、imu航迹推算和空间外参映射，实现多源检测数据在统一线路里程坐标下的动态对齐，降低因车辆运行速度变化、采集时延和安装位置差异造成的空间偏移。

65、2. 提高综合状态评价可靠性：不是对六类检测结果进行简单线性融合，而是在生成分项状态指数后进一步进行多模态异常一致性检验，并根据一致性检验结果生成校正因子，从而提升综合状态指数的可靠性。

66、3. 降低单一传感器误报影响：当某一检测模态出现异常但与其具有强物理关联的其他模态未出现对应异常时，系统可生成复核型校正结果，提示可能存在检测误差、对齐误差或单源误报。

67、4. 增强高风险区段识别能力：当轨道几何异常、磨耗异常、光带异常、振动异常或内部伤损异常在同一区段内共现时，系统可生成风险增强型校正因子，使高风险区段更容易被识别。

68、5. 避免固定区段平均化掩盖局部病害：通过自适应评价区段生成机制，可在曲线区段、历史病害密集区段和重载区段采用更细粒度评价单元，在稳定区段采用较长评价单元，从而兼顾评价精度和计算效率。

69、6. 提高运维决策可解释性：通过多源联动索引图、六维状态指数雷达图和三维分层可视化图，不仅输出综合状态指数，还展示异常来源、对齐关系和校正因子来源，有助于运维人员快速定位病害并制定维修计划。