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論文題目：在線電磁鋼軌探傷數據處理及資訊管理方法的研究
一、選題背景
鐵路行業的發展在我國交通運輸系統中發揮着重要的作用。近年來，鐵道線路前後多次提速以後，鐵路的運輸量也大大增加，這對列車的安全行駛提出了更高的要求⑴。據中國產業資訊的行業報道，鐵道部年度統計公報顯示，2005年、2010年以及2012年，我國鐵路營業里程分別達到7.5萬公里、9.1萬公里、9.8萬公里，並且電氣化鐵路里程分別達到2.02萬公里、4.2萬公里、5.1萬公里。到2013年底爲止，高鐵運營里程佔全國鐵路營業里程總數的1.1萬公里，居世界第一位。我國鐵路總執行線路過長，線路狀況會受到影響，再加上大量超期服役的鋼軌，導致鐵路鋼軌損傷情況越來越嚴重。同時，正在執行的鋼軌在承擔更加繁重的運輸條件下，也會產生損傷，有的不能被肉眼看到，如核傷等發展在鋼軌內部的損傷當列車在制動或加速的條件下，會對鋼軌產生相應的作用力，透過反覆受到這種力的作用，鋼軌就會產生不明顯的細紋。隨着時間的積累以及四季溫度變化而引起鋼軌的熱脹冷縮，這些細紋會被不斷的擴展，長此以往，產生細紋的鋼軌會在一定條件下發生斷軌現象。因此，如何在細紋擴大到鋼軌斷裂之前，有效的消除這些隱患，成爲鐵路部門所關心的重要問題。如果能夠找到有效的辦法提早找到裂紋的位置並制止其進一步惡化，鐵路事故出現的機率將不斷降低。目前，檢測鋼軌損傷的方法主要有：超聲波探傷、滲透探傷、磁粉探傷、禍流探傷;同時，同位素射線示蹤法、紅外檢測法、微波探傷法也是常規的探傷方法。在我國鐵路工務段中，主要以手推式小車、大型鋼軌探傷車以及軌道電路的方式來對鋼軌進行檢測，用傳統的手推車方式，雖然鋼軌探傷工可以在經驗豐富、模式基本成熟的條件下完成探傷工作，但是，其缺點是耗時耗力，探傷效率低，探傷可信度受到的人爲因素影響相對較大。大型鋼軌探傷車透過定期巡檢來檢測鋼軌的損傷，其缺點是工作過程中需要添加稱合劑，檢測速度和檢測效率較低，不能很好的滿足高速探傷的現場需求。至於軌道電路探傷，其缺點是檢錯率較低，只有在鋼軌端粒到達一定程度才報警，如遇下雨下雪天氣還可能會出現誤報警的情況。本文采用的是在線電磁鋼軌探傷技術，該技術採用無損檢測方法，透過測定被檢工件內部感生潤流的變化，來評定導電材料及其工件的某些性能或者發現其存在的缺陷潤流探傷的優缺點。
二、研究目的和意義
鐵路鋼軌探傷會產生大量的數據資訊，無論是手推式探傷車還是軌檢車，所得數據基本上還是以手工統計、分析和填表等方式進行資訊彙總，這使工務段人員消耗大量時間在業務報告和數據分析上，嚴重影響損傷管理的工作質量，同時工作效率非常低，統計結果的準確性受人爲因素影響也比較大。因此，爲了能夠提高鋼軌損傷數據處理的.速度，可以利用本文所研宄的資訊管理系統對大量數據進行處理和分析，以此提高行車過程中的損傷檢測效率。
三、本文研究涉及的主要理論
歐洲軌道研宄院(EuropeanRailResearchInstitute)所設計的更新決策支援和BCOTRACK軌道維護系統，能進行鋼軌數據管理，而且應用專家系統技術，建立了鋼軌維護和更新規則庫等內容，可以對鋼軌設施進行管理、維護與更新，從而提供優化管理和決策支援除此之外，還可以對設備進行診斷、優化資源分配以及對基礎設施的技術上和經濟上進行分析，以此提高工務設備的生產率。2010年10月，德國鐵路公司在其1號鋼軌探傷列車SPZ-1上安裝的鋼軌表面損傷檢測系統，首次釆用禍流和超聲波組合的檢測技術，鋼軌列車上裝有10個超聲波探頭以及4個潤流檢測探頭，能夠在最高80Km/h速度的條件下髙精度檢測鋼軌，並且檢測系統將對所有數據進行實時的數字化處理，釆用GPS系統對鋼軌傷損里程進行定位和時間標記，從而爲每個距離單位提供完整的檢測數據。爲了支援應用人員能夠對海量檢測數據進行評價和檢測，還開發了以神經元網絡、模糊邏輯理論等爲基礎的自動數據分析程序，以此加快工作進度。美國聯邦鐵路管理局FederalRailroadAdministration(FRA)擔負着保證鐵路安全的重要任務，不僅要執行安全標準，也要對重大列車事故進行調查，爲確保鐵路系統均衡發展，其安全辦公室負責對平交道口、鐵路線路等鐵路系統執行進行車輛檢查、監督和安全指導。聯邦鐵路管理局所使用的軌道幾何尺寸監測車，對於提高鐵路各部門的工作安全起到良好的作用，且滿足技術要求。
在線電磁鋼軌探傷主要採用電磁潤流檢測技術，其中，潤流檢測是根據電磁感應原理，當金屬導體在交變的磁場中運動時，導體內部將產生漩渦狀電流，該電流即爲潤流。禍流是感應產生的電流，在一個環路中循環流動。如果把一個導體放到這個變化的磁場中，該導體中會產生潤流，同時潤流也會產生自身的磁場，當交流電流增強時該磁場會擴張，當交流電流減弱時會縮減。所以，當導體表面或者近表面產生缺陷以及被測材料性質發生變化的時候，會影響潤流的分佈和強度，從而可以根據被測潤流的變化，間接得知鋼軌性能的變化及損傷存在的情況。鋼軌探傷中使用的潤流檢測一般由三部分組成，包括探頭線圈、電流(電壓)分析儀器以及被測金屬試件。探頭和被測試件的磁導率都遠大於空氣，若試樣表面有缺陷時，探頭檢測磁場會發生變化，磁路中的磁導率將不再均勻，從而使測量線圈的電特性隨之改變。所以，只要檢測出磁通量變化時的電特性參數，就可以間接得到被測金屬試樣的裂紋以及分佈情況等相關資訊。
四、本文研究的主要內容
本文設計了完整的在線電磁鋼軌探傷資訊管理系統，對所釆集到的損傷數據進行分析和處理，較好地解決了檢測數據可以統一在線管理的問題，同時，該系統還設計了在線交流平臺，以便工務人員及時獲取現場的最新動態以及損傷情況。論文各章節的主要內容安排如下：第一章引言。本文首先介紹了在線電磁鋼軌探傷的背景、意義及國內外鋼軌損傷資訊管理的現狀和存在問題，並且透過去北京某工務段現場實際調研，瞭解了現場實際需求，提出搭建該鋼軌探傷資訊管理系統的必要性，也指出了本文研宄的主要問題和寫作意義。第二章在線電磁鋼軌探傷數據處理。使用電磁無損檢測技術檢測鋼軌損傷，對損傷數據的兩種信號解調算法進行了分析，並對損傷數據特性及三種聚類分析方法進行了分析，詳細介紹了k-means聚類算法的處理過程。第三章在線電磁鋼軌探傷資訊管理系統的設計與實現。首先，詳細介紹了系統開發環境及技術難點;其次，對系統進行了需求分析及詳細設計;最後，將數據處理後的損傷資訊顯示在人機交流介面中，實現系統各模組的功能，滿足了工務現場對資訊管理系統的實際需求。第四章實驗結果驗證及系統優化。實現了k-msans算法的數據處理並用SVM算法對其結果進行驗證。同時，本文透過鋼軌探傷實驗結果進行驗證，證明了該系統在實際檢測中的實用價值，並且對系統服務器端進行了優化。第五章結論。主要分爲兩部分，一部分是對該課題工作研究的成果進行了分類總結，另一部分是透過論文展望對今後課題的發展提出建議。
五、寫作提綱
致謝5-6
摘要6-7
ABSTRACT7-8
1引言11-19
1.1在線電磁鋼軌探傷的背景和意義11-13
1.2國內外鋼軌損傷資訊管理的現狀13-16
1.2.1國外鋼軌損傷資訊管理技術的現狀13-14
1.2.2國內鋼軌損傷資訊管理技術的現狀14-16
1.3本文主要工作16-17
1.4論文的組織結構17-19
2在線電磁鋼軌探傷數據處理19-30
2.1鋼軌探傷技術原理19-20
2.2鋼軌探傷信號解調算法20-24
2.2.1相關法20-22
2.2.2最小二乘解調算法22-24
2.3鋼軌損傷數據特性分析24-26
2.4聚類分析算法26-29
2.4.1層次化聚類26-27
2.4.2基於網絡的聚類27
2.4.3劃分聚類27-29
2.5本章小結29-30
3在線電磁鋼軌探傷資訊管理系統的設計與實現30-52
3.1系統軟件開發30-31
3.1.1系統開發平臺30
3.1.2系統開發工具30
3.1.3系統開發技術30-31
3.2系統網絡結構31-32
3.3系統需求分析32-34
3.4系統詳細設計34-43
3.4.1系統總體功能模組設計34-35
3.4.2系統各功能模組設計35-38
3.4.3系統數據結構設計38-43
3.5系統功能實現43-51
3.6本章小結51-52
4實驗結果驗證及系統優化52-64
4.1k-means聚類算法實現及驗證52-60
4.1.1k-means聚類算法實現52-56
4.1.2SVM算法驗k-means聚類結果56-60
4.2資訊管理系統實驗結果驗證60-63
4.2.1不同損傷位置結果驗證60-62
4.2.2不同損傷程度結果驗證62-63
4.3系統優化63
4.4本章小結63-64
5結論64-66
5.1論文總結64-65
5.2工作展望65-66
參考文獻66-68
六、目前已經閱讀的主要文獻
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