一种ZPW-2000系列轨道电路补偿电容参数估计方法及装置与流程

一种zpw-2000系列轨道电路补偿电容参数估计方法及装置
技术领域
1.本发明涉及铁路信号设备故障处理技术领域，特别涉及一种zpw-2000系列轨道电路补偿电容参数估计方法及装置。


背景技术：

2.轨道电路是以钢轨为导体，用于自动、连续检测线路是否被车辆占用的电路，同时也向列车传输控制信息。我国高速铁路普遍采用的zpw-2000系列无绝缘轨道电路通过在轨道上加装补偿电容使轨道传输特性趋于阻性。牵引区段浪涌电压、雷电和轨道电流趋肤效应等因素可能造成补偿电容的故障，补偿电容故障会使轨道电路的传输特性恶化，轨道信号有效传输距离缩短，导致“红光带”故障发生。因此，给维修人员提供一个故障诊断方法具有重要的现实意义。
3.目前，铁路信号动态检测系统已经广泛应用，该系统装在综合检测车上，利用轨道信号接收天线以电磁感应的方式生成相应的机车感应电压信号。铁路电务部门每月采用综合检测车对zpw-2000轨道电路进行2次检测，检测数据为故障检测算法提供了数据支持。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术中所存在的对铁路故障进行诊断时，容易出现误诊的现象的不足，提供一种zpw-2000系列轨道电路补偿电容参数估计方法及装置。
5.为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
6.一种zpw-2000系列轨道电路补偿电容参数估计方法，包括以下步骤：
7.s1：实时采集动态检测系统中机车信号样本采集点的感应电压数据；
8.s2：对采集到的所述感应电压数据进行预处理；
9.s3：将预处理后的感应电压数据进行包络提取，获取感应电压幅值包络 (locomotive signal amplitude envelope，lsae)实际数据a
icv
(x)；
10.s4：对于轨道区段，利用数学建模的方式计算所述轨道区段对应的感应电压幅值包络理论数据，并以所述感应电压幅值包络理论数据建立基础数据库；
11.所述感应电压幅值包络理论数据表示为：
12.a
rcv
(x)＝f(x，c)
13.其中，其中，c＝[c1，c2，...cn]为补偿电容，n为补偿电容个数； x＝[x1，x2，...，xk]为补偿电容对应的位置，k为从发送端至列车分路点xk机车信号样本采集点的数目，a
rcv
(x)为感应电压幅值包括理论数据；
[0014]
s5：根据所述感应电压幅值包络理论数据和所述感应电压幅值包络实际数据构造差值函数，并将所述差值函数的最小化作为目标构造目标函数；
[0015]
所述差值函数为：
[0016][0017]
所述目标函数为：
[0018][0019]
其中，a
icv
(xi)为第i个补偿电容对应的位置的感应电压幅值包络实际数据， c＝[c1，c2，...cn]为补偿电容，n为补偿电容个数；x＝[x1，x2，...，xk]为补偿电容对应的位置，k为从发送端至列车分路点xk机车信号样本采集点的数目；
[0020]
s6：根据zpw-2000系列轨道电路补偿电容的标准范围，将补偿电容作为决策变量，构造约束条件；
[0021]
s7：基于所述目标函数和所述约束条件，利用灰狼优化算法(grey wolf optimizer，gwo)求解步骤s5所述的目标函数，对所述zpw-2000系列轨道电路补偿电容的参数值进行估计，得到最优的补偿电容计算值。
[0022]
采用上述技术方案，利用机车的感应电压实测数据进行补偿电容参数估计时，首先对样本数据进行预处理，将补偿电容容质参数作为决策变量，以最小化的感应电压幅值包络实际数据和基于数学模型计算的感应电压幅值包络理论数据之差作为目标，构造适应度函数，依据灰狼优化算法(grey wolf optimizer，gwo)具有对初始解取值不敏感，优化效率较高和全局寻优性能好等特点，采用灰狼优化算法(grey wolf optimizer，gwo)迭代搜索最优补偿电容参数值，可实现对，可能够实现对zpw-2000系列轨道电路补偿电容参数的估计，并具有较高的适应性和准确率。
[0023]
作为本发明的优选方案，所述步骤s2中，所述预处理包括滤除谐波、降噪和归一化。
[0024]
作为本发明的优选方案，所述步骤s4中，所述数学建模的方式，采用均匀传输线理论进行建模。
[0025]
作为本发明的优选方案，所述步骤s6中，所述标准范围在[c
t-5％c
t
，c
t
5％c
t
]之间，其中，c
t
为补偿电容的标准值，一般取40μf。
[0026]
作为本发明的优选方案，所述步骤s6中，所述约束条件表示为：
[0027]
0≤cj≤c
t
5％c
t
[0028]
其中，cj为第j个补偿电容。
[0029]
另一方面，一种轨道电路电气绝缘节故障诊断装置，安装在综合检测车上，铁路信号动态检测系统实时接口，包括至少一个处理器，以及与至少一个处理器通信连接的存储器；存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，所述指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行上述任一项的方法。
[0030]
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：利用机车的感应电压实测数据进行补偿电容参数估计时，首先对样本数据进行预处理，将补偿电容容质参数作为决策变量，以最小化的感应电压幅值包络实际数据和基于数学模型计算的感应电压幅值包络理论数据之差作为目标，构造适应度函数，依据灰狼优化算法(grey wolf optimizer，gwo)具有对初始
解取值不敏感，优化效率较高和全局寻优性能好等特点，采用灰狼优化算法(grey wolf optimizer，gwo)迭代搜索最优补偿电容参数值，可实现对，可能够实现对zpw-2000系列轨道电路补偿电容参数的估计，并具有较高的适应性和准确率。
附图说明
[0031]
图1为本发明实施例1所述的一种zpw-2000系列轨道电路补偿电容参数估计方法的流程图；
[0032]
图2为本发明实施例3所述的一种zpw-2000系列轨道电路补偿电容参数估计装置的结构图。
具体实施方式
[0033]
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
[0034]
实施例1
[0035]
一种zpw-2000系列轨道电路补偿电容参数估计方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0036]
s1：数据采集，实时采集动态检测系统中机车信号样本采集点的感应电压数据；
[0037]
s2：数据预处理，对采集到的所述感应电压数据进行预处理，包括滤除谐波、降噪和归一化；
[0038]
s3：数据转换，将预处理后的感应电压数据进行包络提取，获取感应电压幅值包络(locomotive signal amplitude envelope，lsae)实际数据a
icv
(x)；
[0039]
s4：建立基础数据库，对于轨道区段，利用数学建模的方式计算该区域对应的感应电压幅值包络理论数据a
rcv
(x)，并以所述感应电压幅值包络理论数据 a
rcv
(x)建立基础数据库，所述感应电压幅值包络理论数据a
rcv
(x)表示为：
[0040]arcv
(x)＝f(x，c)
[0041]
其中，c＝[c1，c2，...cn]为补偿电容，n为补偿电容个数；x＝[x1，x2，...，xk] 为补偿电容对应的位置，k为从发送端至列车分路点xk机车信号样本采集点的数目，a
rcv
(x)为感应电压幅值包括理论数据；
[0042]
s5：构造差值函数，根据所述感应电压幅值包络理论数据和所述感应电压幅值包络实际数据构造差值函数，并将所述差值函数的最小化作为目标构造目标函数，所述差值函数为：
[0043][0044]
所述目标函数为：
[0045][0046]
其中，a
icv
(xi)为第i个补偿电容对应的位置的感应电压幅值包络实际数据；
[0047]
s6：构造约束条件，根据zpw-2000系列轨道电路补偿电容的标准范围，将补偿电容作为决策变量，构造约束条件；
[0048]
s7：参数估计，基于所述目标函数和所述约束条件，利用灰狼优化算法(greywolfoptimizer，gwo)求解步骤s5所述的目标函数，对所述zpw-2000系列轨道电路补偿电容的参数值进行估计，得到最优的补偿电容计算值。
[0049]
所述步骤s2中，所述预处理包括滤除谐波、降噪和归一化。
[0050]
所述步骤s4中，所述数学建模的方式，采用均匀传输线理论进行建模。
[0051]
所述步骤s6中，所述标准范围在[c
t-5％c
t
，c
t
5％c
t
]之间，其中，c
t
为补偿电容的标准值，一般取40μf。
[0052]
所述步骤s6中，所述约束条件表示为：
[0053]
0≤cj≤c
t
5％c
t
[0054]
其中，cj为第j个补偿电容。
[0055]
实施例2
[0056]
一种zpw-2000系列轨道电路补偿电容参数估计方法，与实施例1的区别在于：
[0057]
选用一组从综合检测车上信号动态检测系统上采集到的数据，对zpw-2000 系列轨道电路的检测结果作为比较对象对本发明提供的方法进行验证，现场检测结果表明：第7个补偿电容容值下降至10μf；
[0058]
用本发明提供的方法对轨道电路的补偿电容参数进行估计，得到结果如表1 所示，可以看出对c7的估计结果为10.2867μf，已经降到标准值的四分之一以下，现场维护人员可以根据结果提前对该电容进行更换。
[0059]
表1验证结果及误差
[0060][0061]
实施例3
[0062]
本实施例还提供一种轨道电路电气绝缘节故障诊断装置，安装在综合检测车上，铁路信号动态检测系统实时接口，如图2所示，该装置包括至少一个处理器，以及与至少一个处理器通信连接的存储器；存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，所述指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行上述任一项的方法。
[0063]
采用上述技术方案，利用机车的感应电压实测数据进行补偿电容参数估计时，首先对样本数据进行预处理，将补偿电容容质参数作为决策变量，以最小化的感应电压幅值包络实际数据和基于数学模型计算的感应电压幅值包络理论数据之差作为目标，构造适应度函数，依据灰狼优化算法(greywolfoptimizer, gwo)具有对初始解取值不敏感，优化效率较高和全局寻优性能好等特点，采用灰狼优化算法(grey wolfoptimizer,gwo)迭代搜索最优补偿电容参数值，可实现对，可能够实现对zpw-2000系列轨道电路补偿电容参数的估计，并具有较高的适应性和准确率。
[0064]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。