基于光纤陀螺仪的轨道不平顺精度检测及预测.pdf
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1、Microcomputer Applications Vol.39,No.10,2023文章编号:10 0 7-7 57 X(2 0 2 3)10-0 0 2 7-0 3基金项目基于光纤陀螺仪的轨道不平顺精度检测及预测微型电脑应用2 0 2 3年第39 卷第10 期高鸽子1,孔军2(1.西安铁路职业技术学院,土木工程学院,陕西,西安7 10 0 2 6;2.西北工业大学,中航工业自控所,陕西,西安7 10 6 0 0)摘要:为了提高轨道不平顺检测精度,通过光纤陀螺仪开展轨道不平顺测试实验,通过支持向量机开展预测分析研究。采用人工拉弦对检测场轨道的左右轨轨向进行测量,并分析测量工作的精度。通过实
2、验数据分析,验证了基于光纤陀螺仪轨检车测量轨向的内、外符合测量精度;轨检小车凭借惯导技术的连续性和立体交汇测量技术的快速性,在检测过程无须停车,可以实现5km/h的绝对测量和10 km/h的相对测量,能较好地满足目前高铁运输的需求,为轨道的调整养护提供精准的数据指导。建立了支持向量机预测模型,获得了较低均方误差,并且获得了接近1的决定系数,表明采用此方法构建的预测模型满足可靠性要求。关键词:光纤陀螺仪;轨检小车;轨道平顺性;轨距;支持向量机中图分类号:TP38文献标志码:APrecision Detection and Prediction on Orbit IrregularityBased
3、 on Fiber Optic GyroscopeGAOGezil,KONG Jun?(1.College of Civil Engineering,Xian Vocational and Technical College of Railway,Xian 710026,China;2.AVIC Automation Institute,Northwestern Polytechnic University,Xian 710600,China)Abstract:In order to improve the accuracy of track irregularity detection,th
4、e test experiment of track irregularity is carried outby the fiber optic gyroscope.The predictive analysis research is carried out by support vector machine.The left and right trackdirection of the track in the detection field is measured by the artificial string pulling,and the accuracy of measurem
5、ent is ana-lyzed.Through the analysis of experimental data,the accuracy of the inner and outer alignment of a certain fiber optic gyro in-strument track inspection vehicle is verified.By virtue of the continuity of inertial navigation technology and the rapidness ofthree-dimensional intersection mea
6、surement technology,the track inspection car does not need to stop in the detection process,and can realize the absolute measurement of 5 km/h and the relative measurement of 1o km/h,which can better meet the cur-rent demand of high-speed rail transportation and provide accurate data guidance for th
7、e adjustment and maintenance of track.A support vector machine prediction model is established,the low mean square error is obtained,and the determination coeffi-cient is about l,which indicates that the prediction model constructed by this method meets the reliability requirements.Key words:fiber o
8、ptic gyroscope;rail inspection trolley;orbit comfort;track;support vector machine量检测和养护,也对铁路工务部门的日常维修养护提出了更0引言大的挑战4-5。“高速度、高舒适、高安全”是高铁运输一直以来不断追相关方面的研究吸引了很多的研究学者。白文飞等6 求的目标,这对列车与轮轨也提出了更高要求1。平顺的轨根据BP神经网络所具有的强非线性特征,通过递推合成BP道是列车高速行驶的前提,也是行车安全和舒适性的基本保神经网络预测轨道的不平顺程度,实现了预测准确性的显著证。如果轨道平顺性不满足要求,则在高速条件下轮轨之间提升
9、。李巍7 对采集得到的轨道不平顺参数异常情况进行相互作用力增大,伴随的车辆振动、轮轨噪声会使得行车安了研究,同时运用灰色预测并结合回归分析方法完成预测过全性、舒适性极大降低,甚至造成列车脱轨等严重事故。铁程,根据熵值统计结果获得加权均值,建立了一种通过熵值路轨道在长期运行中由于列车动载、地基沉降、自然环境侵法实现的轨道运行状态预测模型。同时,林怀青等8 引人支蚀等诸多原因会出现不同程度的轨道病害,从而影响列车的持向量机与主成分分析方法来辨别轨道的不平顺程度,之后平顺性2-3。高速铁路轨道平顺的高标准要求严格的轨道质根据各轨道处于特定不平顺状态下的轴箱加速性能测试结基金项目:陕西省教育厅专项科学
10、研究计划项目(2 1JK0816)作者简介:高鸽子(198 7 一),女,硕士,讲师,研究方向为铁道工程技术;孔军(198 7 一),男,博士,高级工程师,研究方向为光纤陀螺仪技术。27.Microcomputer Applications Vol.39,No.10,2023果判断此方法的可靠性。为了提高轨道不平顺检测精度,本文通过光纤陀螺仪开展轨道不平顺测试实验,通过支持向量机开展预测分析研究。1光纤陀螺仪轨检车原理1.1光纤陀螺仪工作原理假设在一闭合光路中从同一光源形成两束特征相同的光沿相反的方向进行传播,通过两束光在汇聚点产生的光程差推算光纤线圈在空间转动的角速度,即Sagnac效应。图
11、1为Sagnac效应示意图。X为光束人射点,Y为光束出射点,2 为角速率。X图1Sagnac效应示意图1.2弦测法原理基于光纤陀螺仪(FOG)的轨向不平顺检测技术是目前弦测法中一种先进的轨道检测手段97。利用陀螺仪测角,通过轨检仪角度改变轨向之间的传递方程,得到轨向不平顺数据。本文结合弦测法获得轨向的机制研究陀螺测角系统的轨向算法。在陀螺仪使用期间,系统间隔l2/2得到一次陀螺仪工作的角度,如果陀螺仪测角系统第i次获得的角度为A(i十1),则每相邻的两点转动角度即A(i+1)A(i)10 ,如图2所示。基金项目条件稳定,且通视条件良好,为方案实施提供了有利的外界环境。场地轨道线路换算长度约10
12、 40 m。其中,无轨道约110 m可用于此次轨检仪系统的检测。图3试验照片光纤陀螺仪为本文用轨检车测量轨道不平顺的主要传感器,它的工作特性关系到轨检设备的精准度。轨道平顺性的检测内容主要包括轨距、超高、高低、水平、轨向等测量。本文主要介绍轨距、水平和轨向。两钢轨头内侧轨面下16 mm位置之间的距离称为轨距。两钢轨的轨顶高差称为水平。轨距和水平的几何关系示意图如图4所示。uur91图4轨距、水平几何关系示意图轨向表示钢轨顶面下方16 mm轨距水平位置的改变,如图5所示。12微型电脑应用2 0 2 3年第39 卷第10 期轨距理想位置实际位置水平左轨道A(i+1)-A(i)右轨道图2 角度推导弦
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