基于激光位移测量的第三轨供电系统接触压力测量方法与流程

本申请涉及压力异常诊断领域，且更为具体地，涉及一种基于激光位移测量的第三轨供电系统接触压力测量方法。

背景技术：

1、第三轨供电系统是城市轨道交通中广泛采用的供电方式，其依靠列车集电器与第三轨的可靠接触来获取电能。集电器与第三轨之间的接触压力是保障系统稳定运行的关键参数。过低的接触压力会导致离线、电弧烧蚀，影响供电连续性并损坏设备；而过高的接触压力则会加剧集电器与第三轨的机械磨损，缩短部件寿命，增加运维成本。因此，对动态接触压力进行准确、实时的在线测量，对于保障行车安全、指导视情维修、提高系统可靠性具有至关重要的意义。

2、为实现这一目标，业界探索了多种测量方案，其中基于激光位移传感器的非接触式测量方法因其高精度和高响应速度而备受关注。该方法的基本思路是通过激光位移传感器测量集电器的垂直位移，再结合集电器的动力学模型反算接触压力。然而，在将此方案付诸实践的过程中，一个根本性的挑战阻碍了其工业级应用：测量基准不稳定的问题。具体而言，激光传感器通常安装在列车转向架或车体上，但列车在轨道上高速行驶时，车体本身会因轨道不平顺等因素产生复杂的垂向、横向及旋转运动。这导致激光传感器的测量基准是动态变化的，其采集到的原始位移数据实质上是集电器真实垂向运动与车体在激光测量轴方向上投影运动的叠加。

3、现有技术在处理这一问题上存在明显局限。一些方案直接忽略了车体振动的影响，将原始位移数据近似为集电器的真实位移，这在复杂线路工况下，车体振动足以淹没有效信号，导致计算出的接触压力充满虚假的尖峰或低谷，结果完全失真。另一些方案虽然可能引入了惯性测量单元（imu），但其应用目的多为车辆定位或姿态校正，并未提出一个完整的、用于高频实时补偿位移测量动态基准的闭环解决方案。它们未能有效利用imu数据来精确剥离因测量参考系自身运动所引入的巨大干扰项。因而，现有技术未能建立一个有效的虚拟惯性参考系来消除车体运动对位移测量的污染，导致无法准确反演出集电器相对于第三轨的真实压缩量，进而无法实现接触压力的精确计算。

技术实现思路

1、面对现有技术中存在的上述缺陷，本申请提供了一种基于激光位移测量的第三轨供电系统接触压力测量方法，其包括：

2、获取由激光位移传感器采集的原始位移数据和由imu单元采集的imu加速度数据和imu角速度数据；

3、基于imu加速度数据和imu角速度数据，对原始位移数据进行测量基准运动补偿以得到补偿后的位移数据；

4、对补偿后的位移数据进行基于扩展卡尔曼滤波的状态估计以得到最优估计状态向量，最优估计状态向量包括集电器最优位移、最优速度和最优加速度；

5、基于最优估计状态向量、集电器动力学参数和静态预压力进行动态接触压力实时计算以得到动态接触压力；

6、基于动态接触压力和补偿后的位移数据进行异常事件诊断以得到异常事件告警。

7、与现有技术相比，本申请提供的一种基于激光位移测量的第三轨供电系统接触压力测量方法，其通过引入惯性测量单元（imu）与激光位移传感器协同工作，构建一个虚拟惯性参考系，以解决测量基准动态变化的技术难题。该方法将imu与激光传感器并置安装，利用imu实时、高频地采集测量基准点自身的加速度与角速度信息。通过精确的运动学解算，将imu数据转换为测量基准在激光测量轴方向上的位移干扰量。随后，从激光传感器采集的原始位移数据中实时减去该干扰量，实现测量基准的动态运动补偿，从而精确地剥离出集电器相对于第三轨的真实位移。在此基础上，利用扩展卡尔曼滤波对补偿后的纯净位移数据进行状态估计，获得更平滑、可靠的集电器最优位移、速度和加速度，最终结合动力学模型计算出准确的接触压力，解决了因车体振动导致测量结果失真的根本性问题。

1.一种基于激光位移测量的第三轨供电系统接触压力测量方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于激光位移测量的第三轨供电系统接触压力测量方法，其特征在于，基于imu加速度数据和imu角速度数据，对原始位移数据进行测量基准运动补偿以得到补偿后的位移数据，包括：

3.根据权利要求2所述的基于激光位移测量的第三轨供电系统接触压力测量方法，其特征在于，基于激光与imu坐标变换矩阵，计算imu加速度数据和imu角速度数据在测量轴上的投影以得到补偿加速度，包括：

4.根据权利要求3所述的基于激光位移测量的第三轨供电系统接触压力测量方法，其特征在于，基于角加速度、imu加速度数据和imu角速度数据，确定激光测量点总加速度矢量，包括：以如下公式确定激光测量点总加速度矢量，所述公式为：

5.根据权利要求3所述的基于激光位移测量的第三轨供电系统接触压力测量方法，其特征在于，基于激光测量点总加速度矢量和测量轴单位矢量，确定补偿加速度，包括：以如下公式确定补偿加速度，所述公式为：

6.根据权利要求2所述的基于激光位移测量的第三轨供电系统接触压力测量方法，其特征在于，基于补偿位移对原始位移数据进行位移补偿执行以得到补偿后的位移数据，包括：将原始位移数据减去补偿位移以得到补偿后的位移数据。

7.根据权利要求1所述的基于激光位移测量的第三轨供电系统接触压力测量方法，其特征在于，基于最优估计状态向量、集电器动力学参数和静态预压力进行动态接触压力实时计算以得到动态接触压力，包括：

8.根据权利要求7所述的基于激光位移测量的第三轨供电系统接触压力测量方法，其特征在于，对最优估计状态向量和集电器动力学参数进行基于集电器动力学模型的动态力分量计算以得到动态力分量，包括：以如下公式进行基于集电器动力学模型的动态力分量计算，所述公式为：