一种轨道交通弓网接触线磨耗分析方法、系统及平台

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，尤指一种轨道交通弓网接触线磨耗分析方法、系统及平台。

背景技术

高速列车的动力来自于铁道边的高压电，而电力输送靠列车上的受电弓与电网接触，由受电弓和接触网组成的电力系统就叫弓网系统，这个系统也可以用来控制列车的行、停。弓网接触线在长时间使用后，磨耗会越来越严重，不仅会影响列车的运行，甚至还会产生安全风险，因此对弓网接触线磨耗的分析尤为重要。

现有的弓网接触线磨耗分析方法主要采用实验室试验来推断磨耗行为，如受电弓滑板载流磨损机理演变过程试验研究和高速铁路弓网关系模拟试验研究等。但是，实验室条件与实际运营环境存在差异，实验室试验无法完全还原实际线路的复杂工况，无法考虑到实际线路上的多变运行条件，如车辆速度、载荷、弓网接触状态等；且实验室试验通常只能涵盖有限的参数范围，无法覆盖实际线路上各种可能的工况变化，实际线路上的运行条件往往是多变的，受到许多复杂因素的影响，如空气湿度对刚性接触线和受电弓碳滑板磨耗的影响。因此，实验室得到的弓网接触线磨耗与参数关系无法准确地反映实际线路上的磨耗情况，且实验室试验通常只能提供瞬时磨耗数据，无法全面了解磨耗的演化过程和趋势。

发明内容

本发明的目的是提供一种轨道交通弓网接触线磨耗分析方法、系统及平台，能够更准确地描述弓网接触线磨耗数据的特征和趋势，并探索磨耗与各参数之间的关系，使得弓网接触线磨耗分析更加客观和准确，有利于更好地指导线路的运营和维护工作。

本发明提供的技术方案如下：

本发明提供一种轨道交通弓网接触线磨耗分析方法，包括步骤：

采集待分析弓网接触线对应的轨道交通线路数据，所述线路数据包括弓网接触线的实时磨耗数据和列车运行数据；

通过所述实时磨耗数据和所述列车运行数据计算列车参数与磨耗参数的相关性，所述列车参数包括速度和电流，所述磨耗参数包括磨耗比和磨耗面积；

通过所述实时磨耗数据和所述列车运行数据计算所述列车参数与磨耗程度的概率关系，所述磨耗程度包括单位时间内磨耗值的变化值大于第一预设值的异常磨耗，以及磨耗值大于第二预设值的严重磨耗；

根据所述列车参数与磨耗参数的相关性以及所述列车参数与磨耗程度的概率关系获取磨耗数据的特征和磨耗趋势。

本方案通过获取待分析弓网接触线的实时磨耗数据和对应的列车运行数据，能够计算出列车参数如速度、电流等与磨耗比和磨耗面积的相关性，从而进行弓网接触线磨耗的相关性分析；同时，也能够计算出列车参数与磨耗程度的概率关系，以进行弓网接触线磨耗的概率分析。本方案能够更准确地描述弓网接触线磨耗数据的特征和趋势，并探索磨耗与各参数之间的关系，使得弓网接触线磨耗分析更加客观和准确，有利于更好地指导线路的运营和维护工作。

在一些实施方式中，所述的通过所述实时磨耗数据和所述列车运行数据计算列车参数与磨耗参数的相关性，包括：

通过所述实时磨耗数据和所述列车运行数据计算皮尔逊相关系数和斯皮尔曼相关系数，分析速度积分、电流积分和电流速度积分分别与所述磨耗比、所述磨耗面积的相关性。

本方案能够评估电流和速度对接触线的影响程度，通过对电流和速度数据进行积分处理，并将其与接触线的位置对应，能够更准确地衡量电流和速度对接触线的影响。

在一些实施方式中，所述的计算所述列车参数与磨耗程度的概率关系，包括：

计算速度积分、电流积分和电流速度积分分别与所述异常磨耗、所述严重磨耗的概率关系。

在一些实施方式中，具体为分别计算速度积分、电流积分和电流速度积分在大于第三预设值时发生异常磨耗和严重磨耗的概率。

本方案通过计算条件概率，分析速度积分、电流积分和电流速度积分与异常磨耗和较严重磨耗的概率之间的关系，能够了解不同参数范围下发生异常磨耗和较严重磨耗的概率，帮助评估磨耗风险和制定相应的维护策略。

在一些实施方式中，还包括：

通过所述实时磨耗数据和所述列车运行数据进行磨耗整体分析，确定磨耗分布位置，以及各磨耗位置对应的所述磨耗面积、所述磨耗比。

本方案通过对大量的运营数据和实测数据进行整体分析，包括磨耗面积、磨耗比等指标的分布情况，能够更全面地了解线路的磨耗情况，帮助确定影响磨耗的主要因素。

在一些实施方式中，还包括：

根据所述磨耗分布位置，以及各磨耗位置对应的所述磨耗面积、所述磨耗比确定异常点或关注点；

计算所述列车参数与所述异常点或所述关注点的关系。

本方案通过磨耗分布位置，以及各磨耗位置对应的磨耗面积、磨耗比能够挑选出异常点或需要关注的点，进而了解磨耗异常点与各参数之间的关系，帮助指导线路的运营和维护。

在一些实施方式中，还包括：

通过所述磨耗比、所述磨耗面积定量所述磨耗值。

另外，本发明还提供一种轨道交通弓网接触线磨耗分析系统，包括：

数据采集模块，用于采集待分析弓网接触线对应的轨道交通线路数据，所述线路数据包括弓网接触线的实时磨耗数据和列车运行数据；

相关性分析模块，用于通过所述实时磨耗数据和所述列车运行数据计算列车参数与磨耗参数的相关性，所述列车参数包括速度和电流，所述磨耗参数包括磨耗比和磨耗面积；

概率分析模块，用于通过所述实时磨耗数据和所述列车运行数据计算所述列车参数与磨耗程度的概率关系，所述磨耗程度包括单位时间内磨耗值的变化值大于第一预设值的异常磨耗，以及磨耗值大于第二预设值的严重磨耗；

趋势分析模块，用于根据所述列车参数与磨耗参数的相关性以及所述列车参数与磨耗程度的概率关系获取磨耗数据的特征和磨耗趋势。

该方案能够更准确地描述弓网接触线磨耗数据的特征和趋势，并探索磨耗与各参数之间的关系，使得弓网接触线磨耗分析更加客观和准确，有利于更好地指导线路的运营和维护工作。

在一些实施方式中，还包括：

整体分析模块，用于通过所述实时磨耗数据和所述列车运行数据进行磨耗整体分析，确定磨耗分布位置，以及各磨耗位置对应的所述磨耗面积、所述磨耗比。

通过对大量的运营数据和实测数据进行整体分析，包括磨耗面积、磨耗比等指标的分布情况，能够更全面地了解线路的磨耗情况，帮助确定影响磨耗的主要因素。

另外，本发明还提供一种轨道交通弓网接触线磨耗分析平台，包括处理器，所述处理器内存储有程序，用于执行权上述的轨道交通弓网接触线磨耗分析方法。

根据本发明提供的一种轨道交通弓网接触线磨耗分析方法、系统及平台，至少具备以下有益效果：

(1)本方案能够更准确地描述弓网接触线磨耗数据的特征和趋势，并探索磨耗与各参数之间的关系，使得弓网接触线磨耗分析更加客观和准确，有利于更好地指导线路的运营和维护工作；

(2)本方案能够评估电流和速度对接触线的影响程度，通过对电流和速度数据进行积分处理，并将其与接触线的位置对应，能够更准确地衡量电流和速度对接触线的影响；

(3)本方案通过计算条件概率，分析速度积分、电流积分和电流速度积分与异常磨耗和较严重磨耗的概率之间的关系，能够了解不同参数范围下发生异常磨耗和较严重磨耗的概率，帮助评估磨耗风险和制定相应的维护策略；

(4)本方案通过对大量的运营数据和实测数据进行整体分析，包括磨耗面积、磨耗比等指标的分布情况，能够更全面地了解线路的磨耗情况，帮助确定影响磨耗的主要因素。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对本方案的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本发明实施例的整体流程示意图；

图2是本发明实施例的弓网接触线发生磨耗的概率示意图；

图3是本发明实施例的区间电流速度积分与磨耗异常点的示意图；

图4是本发明实施例的系统结构示意图。

图中标号：1-数据采集模块；2-相关性分析模块；3-概率分析模块；4-趋势分析模块；5-整体分析模块。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

高速列车的动力来自于铁道边的高压电，而电力输送靠列车上的受电弓与电网接触，由受电弓和接触网组成的电力系统就叫弓网系统，这个系统也可以用来控制列车的行、停。弓网接触线在长时间使用后，磨耗会越来越严重，不仅会影响列车的运行，甚至还会产生安全风险，因此对弓网接触线磨耗的分析尤为重要。

现有的弓网接触线磨耗分析方法主要采用实验室试验来推断磨耗行为，如受电弓滑板载流磨损机理演变过程试验研究和高速铁路弓网关系模拟试验研究等。但是，这些实验室试验通过建立瞬时磨耗与相关参数的对应关系来分析磨耗行为，但存在以下问题：

实验室条件与实际运营环境存在差异：实验室试验无法完全还原实际线路的复杂工况，无法考虑到实际线路上的多变运行条件，如车辆速度、载荷、弓网接触状态等。因此，实验室得到的瞬时磨耗与参数关系可能无法准确地反映实际线路上的磨耗情况。

参数范围有限：实验室试验通常只能涵盖有限的参数范围，无法覆盖实际线路上各种可能的工况变化。实际线路上的运行条件往往是多变的，受到许多复杂因素的影响，如空气湿度对刚性接触线和受电弓碳滑板磨耗的影响。因此，仅仅依靠实验室试验得到的瞬时磨耗与参数关系，很难满足实际线路的维护和管理需求。

瞬时数据无法全面了解磨耗演化过程：实验室试验通常只能提供瞬时磨耗数据，无法全面了解磨耗的演化过程和趋势。在实际运营环境中，磨耗的发生是一个渐进的过程，数据的突变特性很难通过实验室试验得到。

综上此，传统的实验室试验方法在实际线路的指导意义上存在一定的局限性，实验室得到的弓网接触线磨耗与参数关系无法准确地反映实际线路上的磨耗情况，且实验室试验通常只能提供瞬时磨耗数据，无法全面了解磨耗的演化过程和趋势。

考虑到现有的轨道交通均会存在对应的弓网分析平台，用于记录、收集轨道交通数据和弓网数据，以进行弓网分析，如针对上海地铁的上海地铁弓网分析平台。该平台提供了丰富的数据资源，通过该平台，可以获取到磨耗数据的时间范围、磨耗面积、磨耗比等关键信息，为磨耗分析提供了必要的数据支持。因此，本申请采用弓网分析平台提供的真实的轨道交通数据、弓网数据进行磨耗分析，相比于实验室试验，更能真实反映弓网接触线的磨耗过程。

另外，本申请采用概率方法对轨道交通弓网接触线磨耗进行分析。概率方法能够更准确地描述磨耗数据的特征和趋势，并探索磨耗与各参数之间的关系，使得磨耗分析更加客观和准确，能够更好地指导线路的运营和维护工作；且通过分析大量的运营数据和实测数据，能够提供更整体和宏观的理解，为线路的维护和管理提供参考。

在数据处理过程中，本发明采用能量概念来评估电流和速度对接触线的影响程度。通过对电流和速度数据进行积分处理，并将其与接触线的位置对应，能够更准确地衡量电流和速度对接触线的影响。这种能量概念的应用使得数据处理更加简化和准确，为后续的分析提供了可靠的指标。下面，将结合附图对本方案进行具体描述：

在一个实施例中，参考说明书附图图1，本发明提供一种轨道交通弓网接触线磨耗分析方法，包括步骤：

S1、采集待分析弓网接触线对应的轨道交通线路数据，线路数据包括弓网接触线的实时磨耗数据和列车运行数据；

通过上述的弓网分析平台获取待分析弓网接触线对应的一段时间内的实时磨耗数据和列车运行数据，实时磨耗数据包括磨耗位置、磨耗宽度、磨耗比、磨耗面积等，由工作人员定时采集并上传至弓网分析平台；列车运行数据包括列车运行速度、时间等，由轨道交通系统直接获取。

S2、通过实时磨耗数据和列车运行数据计算列车参数与磨耗参数的相关性，列车参数包括速度和电流，磨耗参数包括磨耗比和磨耗面积；

与弓网接触线磨耗最相关的参数时列车的行驶速度和电流，因此，本申请主要分析速度和电流与耗参数的相关性，在其它实施例中，也可以添加其它相关参数，如温度、湿度等，在此不做限制。

在一个具体实施方式中，通过实时磨耗数据和列车运行数据计算列车参数与磨耗参数的相关性，包括：

通过实时磨耗数据和列车运行数据计算皮尔逊相关系数和斯皮尔曼相关系数，分析速度积分、电流积分和电流速度积分分别与磨耗比、磨耗面积的相关性。

皮尔逊相关系数用于度量两个变量之间的相关程度，其值介于-1与1之间，系数的值为1意味着X和Y可以很好的由直线方程来描述，所有的数据点都很好的落在一条直线上，且Y随着X的增加而增加；系数的值为-1意味着所有的数据点都落在直线上，且Y随着X的增加而减少；系数的值为0意味着两个变量之间没有线性关系。斯皮尔曼相关系数是衡量两个变量的依赖性的非参数指标，它利用单调方程评价两个统计变量的相关性；Spearman相关性的基本思想是：分别对两个变量X、Y做等级变换(rank transformation)，用等级R

本方案通过实时磨耗数据和列车运行数据计算皮尔逊相关系数和斯皮尔曼相关系数，能够评估电流和速度对接触线的影响程度，通过对电流和速度数据进行积分处理，并将其与接触线的位置对应，能够更准确地衡量电流和速度对接触线的影响。

S3、通过实时磨耗数据和列车运行数据计算列车参数与磨耗程度的概率关系，磨耗程度包括单位时间内磨耗值的变化值大于第一预设值的异常磨耗，以及磨耗值大于第二预设值的严重磨耗；

优选的，磨耗值通过磨耗比、磨耗面积进行定量。在分析弓网接触线的磨耗时，着重需要注意的便是异常磨耗和较严重磨耗，为了方便分析，可以对异常磨耗和较严重磨耗进行定量，通过磨耗比、磨耗面积定量计算磨耗值，当单位时间内磨耗值的变化值大于第一预设值时判断为异常磨耗，当磨耗值大于第二预设值时判断为严重磨耗。

在一个具体实施方式中，计算列车参数与磨耗程度的概率关系，包括：

计算速度积分、电流积分和电流速度积分分别与异常磨耗、严重磨耗的概率关系。

优选的，分别计算速度积分、电流积分和电流速度积分在大于第三预设值时发生异常磨耗和严重磨耗的概率。参考说明书附图2，其中(a)表示电流积分大于X时发生异常磨耗的概率；(b)表示速度积分大于X时发生异常磨耗的概率；(c)表示电流速度积分大于X时发生异常磨耗的概率；(d)表示电流积分大于X时发生较严重磨耗的概率；(e)表示速度积分大于X时发生较严重磨耗的概率；(f)表示电流速度积分大于X时发生较严重磨耗的概率。

本方案通过计算条件概率，分析速度积分、电流积分和电流速度积分与异常磨耗和较严重磨耗的概率之间的关系，能够了解不同参数范围下发生异常磨耗和较严重磨耗的概率，帮助评估磨耗风险和制定相应的维护策略。

S4、根据列车参数与磨耗参数的相关性以及列车参数与磨耗程度的概率关系获取磨耗数据的特征和磨耗趋势。

本方案通过获取待分析弓网接触线的实时磨耗数据和对应的列车运行数据，能够计算出列车参数如速度、电流等与磨耗比和磨耗面积的相关性，从而进行弓网接触线磨耗的相关性分析；同时，也能够计算出列车参数与磨耗程度的概率关系，以进行弓网接触线磨耗的概率分析。通过相关性分析和概率分析，能够更准确地描述弓网接触线磨耗数据的特征和趋势，并探索磨耗与各参数之间的关系，使得弓网接触线磨耗分析更加客观和准确，有利于更好地指导线路的运营和维护工作。

在一个实施例中，在上述实施例的基础上，本方案提供的轨道交通弓网接触线磨耗分析方法还包括：

通过实时磨耗数据和列车运行数据进行磨耗整体分析，确定磨耗分布位置，以及各磨耗位置对应的磨耗面积、磨耗比。

本方案通过对大量的运营数据和实测数据进行整体分析，包括磨耗面积、磨耗比等指标的分布情况，能够更全面地了解线路的磨耗情况，帮助确定影响磨耗的主要因素。

优选的，本方案提供的轨道交通弓网接触线磨耗分析方法还包括：

根据磨耗分布位置，以及各磨耗位置对应的磨耗面积、磨耗比确定异常点或关注点；

计算列车参数与异常点或关注点的关系。

本方案通过磨耗分布位置，以及各磨耗位置对应的磨耗面积、磨耗比能够挑选出异常点或需要关注的点，进而了解磨耗异常点与各参数之间的关系，帮助指导线路的运营和维护。参考说明书附图3，(a)为定边陆到真新新村上行的区间电流速度积分与磨耗异常点的示意图；(b)为武定路到静安寺下行的区间电流速度积分与磨耗异常点的示意图。图中柱状结构为区间电流速度积分，竖向虚线为供电提供的重点关注定位点，折线代表测量时间的磨耗宽度。

在一个实施例中，参考说明书附图4，本发明还提供一种轨道交通弓网接触线磨耗分析系统，包括：数据采集模块1、相关性分析模块2、概率分析模块3、趋势分析模块4和整体分析模块5。

数据采集模块1用于采集待分析弓网接触线对应的轨道交通线路数据，线路数据包括弓网接触线的实时磨耗数据和列车运行数据。

具体的，通过弓网分析平台获取待分析弓网接触线对应的一段时间内的实时磨耗数据和列车运行数据，实时磨耗数据包括磨耗位置、磨耗宽度、磨耗比、磨耗面积等，由工作人员定时采集并上传至弓网分析平台；列车运行数据包括列车运行速度、时间等，由轨道交通系统直接获取。

相关性分析模块2用于通过实时磨耗数据和列车运行数据计算列车参数与磨耗参数的相关性，列车参数包括速度和电流，磨耗参数包括磨耗比和磨耗面积。

与弓网接触线磨耗最相关的参数时列车的行驶速度和电流，因此，本申请主要分析速度和电流与耗参数的相关性。具体的，通过实时磨耗数据和列车运行数据计算皮尔逊相关系数和斯皮尔曼相关系数，分析速度积分、电流积分和电流速度积分分别与磨耗比、磨耗面积的相关性。

通过实时磨耗数据和列车运行数据计算皮尔逊相关系数和斯皮尔曼相关系数，能够评估电流和速度对接触线的影响程度，通过对电流和速度数据进行积分处理，并将其与接触线的位置对应，能够更准确地衡量电流和速度对接触线的影响。

概率分析模块3用于通过实时磨耗数据和列车运行数据计算列车参数与磨耗程度的概率关系，磨耗程度包括单位时间内磨耗值的变化值大于第一预设值的异常磨耗，以及磨耗值大于第二预设值的严重磨耗。

在分析弓网接触线的磨耗时，着重需要注意的便是异常磨耗和较严重磨耗，为了方便分析，可以对异常磨耗和较严重磨耗进行定量，通过磨耗比、磨耗面积定量计算磨耗值，当单位时间内磨耗值的变化值大于第一预设值时判断为异常磨耗，当磨耗值大于第二预设值时判断为严重磨耗。具体的，计算速度积分、电流积分和电流速度积分分别与异常磨耗、严重磨耗的概率关系。

通过计算条件概率，分析速度积分、电流积分和电流速度积分与异常磨耗和较严重磨耗的概率之间的关系，能够了解不同参数范围下发生异常磨耗和较严重磨耗的概率，帮助评估磨耗风险和制定相应的维护策略。

整体分析模块5用于通过实时磨耗数据和列车运行数据进行磨耗整体分析，确定磨耗分布位置，以及各磨耗位置对应的磨耗面积、磨耗比。

趋势分析模块4用于根据列车参数与磨耗参数的相关性以及列车参数与磨耗程度的概率关系获取磨耗数据的特征和磨耗趋势。

通过对大量的运营数据和实测数据进行整体分析，包括磨耗面积、磨耗比等指标的分布情况，能够更全面地了解线路的磨耗情况，帮助确定影响磨耗的主要因素。

在一个实施例中，本发明还提供一种轨道交通弓网接触线磨耗分析平台，包括处理器，处理器内存储有程序，用于执行权上述的轨道交通弓网接触线磨耗分析方法。

本发明提供的轨道交通弓网接触线磨耗分析平台，至少具备以下有益效果：

(1)该平台能够更准确地描述弓网接触线磨耗数据的特征和趋势，并探索磨耗与各参数之间的关系，使得弓网接触线磨耗分析更加客观和准确，有利于更好地指导线路的运营和维护工作；

(2)该平台能够评估电流和速度对接触线的影响程度，通过对电流和速度数据进行积分处理，并将其与接触线的位置对应，能够更准确地衡量电流和速度对接触线的影响；

(3)该平台通过计算条件概率，分析速度积分、电流积分和电流速度积分与异常磨耗和较严重磨耗的概率之间的关系，能够了解不同参数范围下发生异常磨耗和较严重磨耗的概率，帮助评估磨耗风险和制定相应的维护策略；

(4)该平台通过对大量的运营数据和实测数据进行整体分析，包括磨耗面积、磨耗比等指标的分布情况，能够更全面地了解线路的磨耗情况，帮助确定影响磨耗的主要因素。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。