1.本发明涉及铁道工程领域，具体涉及一种基于路基动应力时程信号的列车运行速度确定方法。


背景技术：

2.列车高速运行会对轨道线路结构施加准静态移动荷载，同时会由于轨道不平顺或车轮失圆产生动态激励。准静态荷载源自列车以稳定速度运行时的轴重，主要产生低频动力作用，而动态激励是高频振动的来源。对路基而言，前者由动应力、动变形体现，后者由振动速度、振动加速度反映。路基动应力在空间分布、时域及频域等方面具有不同的特征，往往能够反映列车荷载及线路结构的某些特点，如列车荷载的周期效应和轨道结构对列车荷载的扩散效应等。
3.路基动应力时程曲线包含列车轴载作用时序、动应力分布形态等信息，是列车轴列荷载作用并扩散至路基的直观反映，通过傅里叶变换得到的频谱曲线可反映路基动应力频响特征。随列车编组增加，路基动应力频谱主频由车辆定距频率整数倍逐步过渡到车长频率整数倍，基频与列车编组、车速及车辆几何参数有关。在已知车辆编组及几何参数时，可建立车速与基频的联系。
4.现有技术根据时程曲线的峰值时差及反映车辆几何参数的距离，通过两者相除计算列车运行速度，存在以下技术不足：1、距离取值较小时，峰值时差误差较大；距离取值较大时，长度测量所需工作量大且不易量测。2、路基动应力时程曲线是现场测试获得的直接成果，受现场测试条件影响，时常导致时程曲线存在毛刺、形态畸变、峰值偏移等现象，进而引起峰值时差的偏差。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于路基动应力时程信号的列车运行速度确定方法解决了现有技术实施难度大和误差较大的问题。
6.为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
7.一种基于路基动应力时程信号的列车运行速度确定方法，包括以下步骤：
8.s1、获取列车的车况数据；
9.s2、测量路基动应力时程信号，建立路基动应力时程曲线；
10.s3、根据路基动应力时程曲线，识别得到路基动应力时程信号基频；
11.s4、根据列车的车况数据和路基动应力时程信号基频，确定列车运行速度。
12.本发明的有益效果为：列车的车况数据是易测得及易获取的简单客观数据，而通过路基动应力时程信号基频进行计算，则合理规避了路基动应力时程曲线高频杂波的影响，克服了现有方法由曲线波形毛刺、畸变以及峰值偏移引起的系统误差，运行速度计算结果更准确可靠。
13.进一步地，所述列车的车况数据包括：列车编组数量和列车单节车长。
14.进一步地，所述步骤s2包括以下分步骤：
15.s21、获取列车的计划开行速度；
16.s22、根据列车单节车长和列车的计划开行速度，通过下式计算路基动应力时程信号采样频率：
[0017][0018]
其中，f
s
为路基动应力时程信号采样频率，v
p
为列车的计划开行速度，l
c
为列车单节车长；
[0019]
s23、按照路基动应力时程信号采样频率，采集埋设于路基基床范围内的路基动应力传感设备的传感信号，建立路基动应力时程曲线。
[0020]
上述进一步方案的有益效果为：以本发明设计的路基动应力时程信号采样频率的计算表达式进行计算，并以该频率采集信号，既不会过高频率采集，加大硬件传感设备的功耗；也不会过低频率采集，造成信息遗漏。
[0021]
进一步地，所述步骤s3包括以下分步骤：
[0022]
s31、对路基动应力时程曲线进行快速傅里叶变换，得到路基动应力时程信号幅频曲线；
[0023]
s32、识别路基动应力时程信号幅频曲线的首个谱峰；
[0024]
s33、识别首个谱峰对应的频率值，得到路基动应力时程信号基频。
[0025]
上述进一步方案的有益效果为：路基动应力时程信号基频是路基动应力时程信号幅频曲线所能确定的最低频率，将其作为计算参数，合理规避了路基动应力时程曲线高频杂波的影响，克服了现有方法由曲线波形毛刺、畸变以及峰值偏移引起的系统误差，计算结果更为准确。
[0026]
进一步地，所述步骤s4确定列车运行速度的计算表达式为：
[0027][0028]
其中，v为列车运行速度，f1为路基动应力时程信号基频，n为列车编组数量。
[0029]
上述进一步方案的有益效果为：步骤s4的计算表达式中的数值参数，是发明人经过科学研究探索得到的表征自然规律的科学模型，以该自然规律设计工程技术方法，能准确计算列车运行速度。
附图说明
[0030]
图1为本发明实施例的一种基于路基动应力时程信号的列车运行速度确定方法流程示意图；
[0031]
图2为本发明实施例的路基动应力时程曲线；
[0032]
图3为本发明实施例的路基动应力路基动应力时程信号幅频曲线；
[0033]
图4为本发明实施例的基频系数曲线。
具体实施方式
[0034]
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
[0035]
如图1所示，在本发明的一个实施例中，一种基于路基动应力时程信号的列车运行速度确定方法，包括以下步骤：
[0036]
s1、获取列车的车况数据。列车的车况数据包括：列车编组数量和列车单节车长。
[0037]
本实施例中，列车编组数量为8，列车单节车长为25m。
[0038]
s2、测量路基动应力时程信号，建立路基动应力时程曲线。
[0039]
步骤s2包括以下分步骤：
[0040]
s21、获取列车的计划开行速度，本实施例中，列车的计划开行速度为180km/h。
[0041]
s22、根据列车单节车长和列车的计划开行速度，通过下式计算路基动应力时程信号采样频率：
[0042][0043]
其中，f
s
为路基动应力时程信号采样频率，v
p
为列车的计划开行速度，l
c
为列车单节车长。
[0044]
s23、按照路基动应力时程信号采样频率，采集埋设于路基基床范围内的路基动应力传感设备的传感信号，建立路基动应力时程曲线。
[0045]
本发明实施例得到的路基动应力时程曲线如图2所示。
[0046]
以本发明设计的路基动应力时程信号采样频率的计算表达式进行计算，并以该频率采集信号，既不会过高频率采集，加大硬件传感设备的功耗；也不会过低频率采集，造成信息遗漏。
[0047]
s3、根据路基动应力时程曲线，识别得到路基动应力时程信号基频。
[0048]
步骤s3包括以下分步骤：
[0049]
s31、对路基动应力时程曲线进行快速傅里叶变换，得到路基动应力时程信号幅频曲线。
[0050]
s32、识别路基动应力时程信号幅频曲线的首个谱峰。
[0051]
s33、识别首个谱峰对应的频率值，得到路基动应力时程信号基频。
[0052]
本发明实施例得到的路基动应力时程信号幅频曲线如图3所示，从图3中也可看出，路基动应力时程信号基频为2.058hz。
[0053]
路基动应力时程信号基频是路基动应力时程信号幅频曲线所能确定的最低频率，将其作为计算参数，合理规避了路基动应力时程曲线高频杂波的影响，克服了现有方法由曲线波形毛刺、畸变以及峰值偏移引起的系统误差，计算结果更为准确。
[0054]
s4、根据列车的车况数据和路基动应力时程信号基频，确定列车运行速度。
[0055]
列车移动轴列荷载经轨道结构扩散传递至路基，所引起的动应力受车辆几何参数影响具有周期性。中国标准动车组采用双架四轴车辆多车编组形式，车辆轴距为2.5m，定距为17.5m，列车单节车长为25m，依据列车结构对列车荷载进行力学简化，可得轴载、架载及
厢载3种荷载序列类型，轴载幅度谱与架载幅度谱的乘积为车辆轴载序列幅度谱，进而与厢载幅度谱相乘可得列车轴载序列幅度谱。有砟轨道与无砟轨道结构均对列车荷载具有扩散作用，所引起的路基动应力沿轨道方向和线路横向具有一定的分布范围，且随路基深度增加而扩大。由列车轴载序列幅度谱与单轴下路基动应力幅度谱相乘得到的路基动应力幅度谱具有主频过渡特征，其基频随列车编组数量增加而逐步减小。本发明实施例所得到的路基动应力时程信号幅频曲线，即为路基动应力幅度谱。
[0056]
路基动应力时程信号基频与厢载幅度谱基频的比值记为基频系数β，即：
[0057][0058]
其中，f
c
为厢载幅度谱基频。
[0059]
厢载幅度谱基频，与列车单节车长以及列车运行速度有以下关系：
[0060][0061]
可得出基频系数与列车运行速度的关系，即：
[0062][0063]
因此，得出基频系数β，便可计算列车运行速度。
[0064]
发明人做出了基频系数β与列车编组数量的实验，该实验的结果如图4所示，经过拟合得到：
[0065][0066]
由此，可最终建立步骤s4确定列车运行速度的计算表达式：
[0067][0068]
其中，v为列车运行速度，f1为路基动应力时程信号基频，n为列车编组数量。
[0069]
因此，该计算表达式中的数值参数，是发明人经过科学研究探索得到的表征自然规律的科学模型，以该自然规律设计工程技术方法，能准确计算列车运行速度。
[0070]
列车的车况数据是易测得及易获取的简单客观数据，而通过路基动应力时程信号基频进行计算，则合理规避了路基动应力时程曲线高频杂波的影响，克服了现有方法由曲线波形毛刺、畸变以及峰值偏移引起的系统误差。因此，本发明运行速度计算结果相比于现有技术更准确可靠。
[0071]
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
[0072]
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的
普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。