现代铁路轨道不平顺与病害动态检测

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轨道交通系统基础设施安全检测与预警对轨道交通系统安全运营具有重要的作用。《现代铁路轨道不平顺与病害动态检测》介绍基于运营车辆的轨道交通钢轨在线检测的一些研究成果，重点介绍基于运营车辆的轨道不平顺检测技术，钢轨表面核伤、波浪形磨耗、道岔区以及低接头等病害的建模、检测算法和实验验证；同时，对轨道检测中用到的一些信号处理技术进行简单的总结，并介绍了轨道质量指数预测方面的探索性研究成果。

轨道交通系统基础设施安全检测与预警对轨道交通系统安全运营具有重要的作用。《现代铁路轨道不平顺与病害动态检测》介绍基于运营车辆的轨道交通钢轨在线检测的一些研究成果，重点介绍基于运营车辆的轨道不平顺检测技术，钢轨表面核伤、波浪形磨耗、道岔区以及低接头等病害的建模、检测算法和实验验证；同时，对轨道检测中用到的一些信号处理技术进行简单的总结，并介绍了轨道质量指数预测方面的探索性研究成果。

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 轨道检测概述 2
1.1.1 轨道不平顺的基本知识 2
1.1.2 轨道病害的基本知识 6
1.1.3 道岔的基本知识 9
1.1.4 轨道质量指数的基本知识 14
1.2 轨道检测技术的国内外研究现状 15
1.2.1 不平顺检测 15
1.2.2 轨道病害研究 16
1.2.3 道岔病害研究 17
1.2.4 TQI预测 20
1.3 本书的主要内容 21
参考文献 22
第2章 城轨车辆动力学模型 27
2.1 城轨车辆垂向悬挂系统动力学建模 27
2.1.1 城轨车辆垂向悬挂系统的微分方程描述 27
2.1.2 城轨车辆悬挂系统的状态空间模型与频域响应分析 30
2.1.3 基于功率谱函数的轨道模拟及车辆模型时域响应仿真 34
2.1.4 模型的特点与局限 35
2.2 城轨车辆横向动力学分析 35
2.2.1 整车横向动力学系统的微分方程描述 35
2.2.2 整车横向动力学系统的状态空间模型 39
2.2.3 整车横向动力学系统的频域响应分析 43
2.3 SIMPACK域轨车辆整车动力学仿真实验模型 48
2.3.1 SIMPACK软件介绍 48
2.3.2 城轨车辆整车动力学仿真实验模型的搭建 50
2.4 本章小结 52
参考文献 53
第3章 轨道检测数字信号处理基础 54
3.1 时域分析理论 54
3.2 频域分析理论 55
3.2.1 频谱分析 55
3.2.2 频域特征值 56
3.3 小波分析的基本原理 57
3.3.1 连续小波变换 58
3.3.2 小波包分解 58
3.4 希尔伯特一黄变换 60
3.5 支持向量机的基本原理 65
3.5.1 支持向量机概述 65
3.5.2 支持向量机分类原理 66
3.6 本章小结 67
参考文献 67
第4章 基于运营车辆的轨道不平顺检测系统与超限等级标准 69
4.1 轨道不平顺检测系统的组成 69
4.2 传感器的选用标准 71
4.3 轨道不平顺检测系统数据采集设备 71
4.4 轨道不平顺检测系统数据处理设备 72
4.5 轨道不平顺检测系统软件 73
4.6 轨道动态不平顺超限等级标准概述 75
4.7 轨道不平顺检测数据及处理流程 76
4.8 轨道不平顺数据分析举例及超限等级标准制定 77
4.8.1 高低不平顺数据分析及超限等级标准制定方法 78
4.8.2 轨向不平顺数据分析及超限等级标准制定方法 80
4.9 轨道木平顺检测系统超限等级标准可用性验证 83
4.10 轨道不平顺检测系统检测可重复性验证 84
4.11 本章小结 94
参考文献 94
第5章 钢轨健康状态检测 95
5.1 各项轨道不平顺振动谱分析 95
5.1.1 轨道不平顺度简介 95
5.1.2 轨道不平顺的分类 96
5.2 基于转向架振动加速度谱的钢轨健康状态分析 100
5.3 基于均方根及峰峰值的钢轨健康状态分析 107
5.4 本章小结 110
参考文献 110
第6章 钢轨核伤建模与检测技术研究 111
6.1 钢轨核伤病害 111
6.1.1 钢轨核伤的产生机理及扩展 111
6.1.2 钢轨核伤拟合模型 113
6.1.3 SIMPACK弹性体建模 114
6.2 基于核伤钢轨的整车动力学模型 115
6.2.1 刚性轮轨接触模型的建立 115
6.2.2 车辆仿真模型的建立 117
6.2.3 存在核伤病害的弹性钢轨建模 119
6.3 钢轨核伤处转向架加速度信号的时频分析 121
6.3.1 时域分析 121
6.3.2 频域分析 123
6.3.3 不同车速下的车辆转向架振动加速度信号时频特性 127
6.4 小波分析与希尔伯特一黄变换在钢轨核伤检测中的应用 131
6.4.1 小波分析在钢轨核伤检测巾的应用 131
6.4.2 希尔伯特黄变换在钢轨核伤检测巾的应用 137
6.4.3 系统模态分析 143
6.5 本章小结 146
参考文献 147
第7章 波浪形磨耗建模与检测技术研究 149
7.1 基于SIMPACK的钢轨波浪形磨耗建模 149
7.1.1 钢轨波浪形磨耗病害 149
7.1.2 基于波磨钢轨的整车动力学模型 151
7.2 铜轨波磨处转向架加速度振动信号的时频分析 153
7.2.1 时域分析 153
7.2.2 频域分析 155
7.3 小波分析 156
7.4 希尔伯特一黄变换分析 160
7.5 本章小结 163
参考文献 163
第8章 轨缝低接头病害建模与检测技术研究 164
8.1 基于SIMPACK的轨缝低接头建模 164
8.1.1 轨缝低接头的形成 164
8.1.2 钢轨轨缝低接头拟合模型 164
8.2 轨缝低接头处转向架加速度振动信号的时域分析 166
8.3 轨缝低接头处转向架加速度振动信号的功率谱密度分析 168
8.4 轨缝低接头处转向架加速度振动信号的小波分析 169
8.5 轨缝低接头处转向架加速度振动信号的希尔伯特一黄变换 172
8.6 上海地铁1号线实际数据分析 174
8.7 本章小结 183
参考文献 183
第9章 车辆一道岔病害建模与检测技术研究 184
9.1 道岔建模 184
9.1.1 道岔的构造 184
9.1.2 道岔建模原理 185
9.1.3 道岔病害的模拟 190
9.2 转向架振动加速度信号分析 194
9.2.1 尖轨不密贴信号分析 194
9.2.2 尖轨轧伤信号分析 198
9.2.3 叉心沉落信号分析 202
9.2.4 导曲线反超高 207
9.3 基于SVM的道岔病害识别 211
9.4 模型验证及可行性分析 224
9.4.1 基于实验台的模型验证 225
9.4.2 工程应用可行性分析 235
9.5 本章小结 244
参考文献 244
第10章 神经网络预测TQI 245
10.1 BP神经网络预测TQI 245
10.1.1 BP神经网络简介 245
10.1.2 BP神经网络输入、输出样本 246
10.1.3 BP神经网络结构设计 247
10.1.4 BP神经网络预测流程 249
10.1.5 BP神经网络预测结果 249
10.1.6 网络输入样本优化及预测结果 250
10.2 灰色神经网络预测TQI 252
10.2.1 灰色神经网络 252
10.2.2 遗传算法优化的灰色神经网络 255
10.3 泛化回归神经网络预测TQI 258
10.4 支持向量机神经网络预测TQI 260
10.5 本章小结 263
参考文献 264

轨道交通系统基础设施安全检测与预警对轨道交通系统安全运营具有重要的作用。《现代铁路轨道不平顺与病害动态检测》介绍基于运营车辆的轨道交通钢轨在线检测的一些研究成果，重点介绍基于运营车辆的轨道不平顺检测技术，钢轨表面核伤、波浪形磨耗、道岔区以及低接头等病害的建模、检测算法和实验验证；同时，对轨道检测中用到的一些信号处理技术进行简单的总结，并介绍了轨道质量指数预测方面的探索性研究成果。