一种基于AI方法的钢轨智能打磨系统及相应的打磨方法技术方案

一种基于AI方法的钢轨智能打磨系统，包括检测系统、作业控制系统、打磨系统、智能打磨系统，所述作业控制系统连接所述检测系统、打磨系统和智能打磨系统，所述检测系统包括廓形检测装置和波磨检测装置，该廓形检测装置还分别连接廓形检测显示装置、廓形检测存储装置和廓形检测数据处理装置；所述波磨检测装置还分别连接波磨检测显示装置、波磨检测存储装置和波磨检测数据处理装置。引入波磨检测数据，填补了现有技术中没有考虑针对钢轨波磨的修正方法的空缺。智能打磨方法生成的推荐打磨模式编组中的每一个打磨模式均从钢轨打磨车的预设打磨模式中选择，极大程度地为操作人员提供了便利，也使得输出的打磨策略能够与车型相匹配，并且切实可行。

【技术实现步骤摘要】
一种基于AI方法的钢轨智能打磨系统及相应的打磨方法
本专利技术涉及一种基于AI技术的钢轨智能打磨系统，属于铁路机械设计与制造

技术介绍
无论是国有铁路还是城市轨道交通，随着运用时间的累积，在轮轨相互作用下，疲劳裂纹、碾压肥边、波浪磨耗、剥离、掉块等各种轨道病害将陆续出现,这些病害对运营安全、车辆结构、周边环境的影响也日益突出。使用钢轨打磨车对钢轨进行打磨，可实现对于轨道病害的预防和处理，修复钢轨的廓形与波磨，进而有效延长钢轨的使用寿命，改善行车平稳性和安全性，这种方法在世界范围内已得到广泛应用。根据标准TB/T1910-2004，钢轨打磨车为安装有打磨装置，可对钢轨进行打磨作业的铁路线路机械；由多个磨头按照规律组合，打磨角度可根据钢轨廓形调整，对钢轨或道岔进行磨削的装置称为打磨装置；驱动装置(打磨电机或液压马达)与打磨砂轮的组合称为磨头。磨头按打磨区域不同通常分为轨顶打磨磨头和轨侧打磨磨头。钢轨打磨效果由钢轨打磨列车作业速度、打磨砂轮转速、打磨砂轮偏转角度、打磨砂轮与钢轨之间的压力、打磨遍数等共同确定。对于一列特定的钢轨打磨车，打磨砂轮转速是恒定的。钢轨打磨列车的作业速度虽然是一个区间，但实际作业中一般只采用一个固定打磨速度进行打磨。对于一列钢轨打磨车来说，全部磨头打磨砂轮偏转角度设定值与打磨压力的设定值的组合的集合，称为一种打磨模式。对于一列的钢轨打磨车而言，经常需要连续使用几种打磨模式进行往复打磨，这几种打磨模式的组合称为一个打磨模式编组。所谓钢轨智能打磨控制方法，就是根据钢轨廓形与波磨检测装置对作业区段线路的检测结果，自动输出推荐的钢轨打磨模式编组的方法。目前，在实际打磨作业中，打磨模式的选择完全是操作人员根据其经验进行决策，在此过程中有时会参照车载或手持式廓形与波磨检测装置的检测结果，而也有时是单凭操作人员目测观察的情况确定而不使用检测装置。国内外关于智能打磨控制方法的研究尚无已投入到实际工程应用的成熟成果。现有的钢轨智能打磨控制方法主要是通过廓形检测装置获取实测一个钢轨截面的廓形坐标，在平面直角坐标系下进行运算，将其与标准廓形作比较获得目标廓形，进一步根据目标廓形与实测廓形的差值寻找纵坐标最大差值点确定磨头偏转角度或打磨面积，进而确定其他打磨参数。现有技术中的智能打磨控制方法存在以下缺点：1)打磨策略只是针对于某一特定钢轨截面的，而钢轨打磨车的实际作业过程是针对一整段可能具有多种不同截面状态的一定长度的线路的整体情况采用统一的打磨模式进行作业，而不是根据每一个截面的情况实时调整打磨模式，在打磨车单遍打磨作业过程中，调整磨头偏转角度或其他参数，会导致钢轨表面出现螺旋线或其他擦伤。该方法未考虑到这点，直接导致了其在实际工程中并不适用。2)在平面直角坐标系下进行计算，廓形检测输出的数据形式为一个钢轨截面上数百个廓形点的横纵坐标值，通过实测钢轨廓形纵坐标与标准廓形纵坐标做差值获得比较值函数；而钢轨实际廓形由若干个圆弧组成，该比较值函数并不能精确地反映实测廓形与标准廓形的偏差程度。3)为保证计算的精确性，选用的廓形数据点非常密集，对于一个钢轨截面的计算量是可以接受的，但如果整段线路上测量的全部钢轨截面均采用上述方法处理，将使得数据量过大，计算量及计算过程耗时将大幅增加。4)廓形数据点的选择与计算并未考虑到钢轨打磨车的作业特性，即打磨模式中的参数是打磨角度，而非横纵坐标值，由直角坐标系中的坐标数据转换成打磨角度需要进行额外的计算；且廓形数据点的选择并未与钢轨打磨车的常用打磨角度相结合考虑以减少数据量并简化计算。5)没有引入波磨检测装置的数据，该方法仅考虑了对钢轨廓形的修复而没有考虑针对钢轨波磨的修正方法。6)没有考虑计算结果直接作为打磨参数的可行性，也未考虑与实际车型中打磨模式的匹配性。7)缺少对打磨效果的评估，缺少对打磨后钢轨情况的检测，更不能反馈指导打磨策略的调整。
技术实现思路
本专利技术第一方面提供一种钢轨智能打磨系统，其包括检测系统、作业控制系统、打磨系统、智能打磨系统，所述作业控制系统连接所述检测系统、打磨系统和智能打磨系统，所述检测系统包括廓形检测装置和波磨检测装置，该廓形检测装置还分别连接廓形检测显示装置、廓形检测存储装置和廓形检测数据处理装置；所述波磨检测装置还分别连接波磨检测显示装置、波磨检测存储装置和波磨检测数据处理装置。所述打磨系统包括打磨装置，该打磨装置连接作业控制系统，所述打磨装置是所述钢轨智能打磨系统的执行机构，包括至少一个磨头，打磨角度根据钢轨廓形调整，对钢轨或道岔进行磨削。优选的是，一列钢轨打磨车设置至少一个所述打磨装置。优选的是，所述钢轨打磨车的每节车厢设置至少一个所述打磨装置。更优选的是，每个所述打磨装置上设置四个或八个或十个磨头。优选的是，所述作业控制系统包括打磨作业控制主机，该打磨作业控制主机连接输入输出模块和打磨控制触屏，用于实现对打磨装置动作的控制及对打磨装置工作状态的实时监测，并根据智能打磨系统给出的推荐打磨策略，选取对应的预设打磨模式进行编组，并控制打磨装置进行打磨作业。优选的是，所述打磨控制触屏位于打磨车两端的司机室内。优选的是，所述智能打磨系统是所述钢轨智能打磨系统的核心组成部分，所述智能打磨系统包括推荐打磨模式编组的形式，钢轨智能打磨控制方法，以及打磨后的测量结果对方法的反馈。更优选的是，所述钢轨智能打磨控制方法根据作业区段线路的廓形与波磨检测数据计算得出描述整段线路廓形和波磨情况的参数，并根据得出的整段线路廓形和波磨参数与标准的线路廓形和波磨参数比对，得出对于整段线路的推荐打磨模式编组，此外，在得出的整段线路廓形和波磨参数中识别特殊区段并给出对于特殊区段的追加打磨模式编组的方法；所述打磨后的测量结果对方法的反馈是对于整段线路打磨后的情况再次检测廓型数据和波磨数据，与打磨前的数据作比较，并输出对于智能打磨控制方法的修改建议。所述廓形检测装置能够满足智能打磨方法对廓形输出数据的要求；波磨检测装置能够满足智能打磨方法对波磨输出数据的要求。所述钢轨智能打磨系统充分考虑钢轨打磨车的作业特性，对整个作业区段采集廓形与波磨检测数据，其中廓形点数据为极坐标形式且选取的廓形点的角度与钢轨打磨车的常用打磨角度相匹配，廓形数据与波磨数据的采样频率及计算选用的数据量与钢轨打磨车的作业速度及常用单次作业里程相匹配；通过智能打磨输出推荐打磨策略，该策略为适用于钢轨打磨车的打磨模式编组，其中的每一个打磨模式均从钢轨打磨车的预设打磨模式中选择；打磨策略能够直接指导钢轨打磨系统对轨道进行打磨作业。在打磨完毕后，对整个打磨后区段的廓形与波磨检测数据(数据要求与计算输入数据相同)进行采集和处理，反馈到打磨策略的方法。该钢轨智能打磨系统适用于实际钢轨打磨作业。本专利技术第二方面提供一种钢轨智能打磨方法，其包括：步骤Q1对整个作业区段的钢轨进行廓形与波磨检测，根据检测结果计算得出描述整段线路廓形参数Xk和波磨情况参数Xm本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于AI方法的钢轨智能打磨系统，其特征在于：包括检测系统、作业控制系统、打磨系统、智能打磨系统，所述作业控制系统连接所述检测系统、打磨系统和智能打磨系统，所述检测系统包括廓形检测装置和波磨检测装置，该廓形检测装置还分别连接廓形检测显示装置、廓形检测存储装置和廓形检测数据处理装置；所述波磨检测装置还分别连接波磨检测显示装置、波磨检测存储装置和波磨检测数据处理装置。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于AI方法的钢轨智能打磨系统，其特征在于：包括检测系统、作业控制系统、打磨系统、智能打磨系统，所述作业控制系统连接所述检测系统、打磨系统和智能打磨系统，所述检测系统包括廓形检测装置和波磨检测装置，该廓形检测装置还分别连接廓形检测显示装置、廓形检测存储装置和廓形检测数据处理装置；所述波磨检测装置还分别连接波磨检测显示装置、波磨检测存储装置和波磨检测数据处理装置。


2.如权利要求1所述基于AI方法的钢轨智能打磨系统，其特征在于：所述打磨系统包括打磨装置，该打磨装置连接作业控制系统，所述打磨装置是所述钢轨智能打磨系统的执行机构，包括至少一个磨头，打磨角度根据钢轨廓形调整，对钢轨或道岔进行磨削。


3.如权利要求1所述基于AI方法的钢轨智能打磨系统，其特征在于：所述作业控制系统包括打磨作业控制主机，该打磨作业控制主机连接输入输出模块和打磨控制触屏，用于实现对打磨装置动作的控制及对打磨装置工作状态的实时监测，并根据智能打磨系统给出的推荐打磨策略，选取对应的预设打磨模式进行编组，并控制打磨装置进行打磨作业。


4.如权利要求1所述基于AI方法的钢轨智能打磨系统，其特征在于：所述智能打磨系统包括推荐打磨模式编组的形式，钢轨智能打磨控制方法，以及打磨后的测量结果对方法的反馈。


5.如权利要求4所述基于AI方法的钢轨智能打磨系统，其特征在于：所述钢轨智能打磨控制方法根据作业区段线路的廓形与波磨检测数据计算得出描述整段线路廓形和波磨情况的参数，并根据得出的整段线路廓形和波磨参数与标准的线路廓形和波磨参数比对，得出对于整段线路的推荐打磨模式编组，此外，在得出的整段线路廓形和波磨参数中识别特殊区段并给出对于特殊区段的追加打磨模式编组的方法；所述打磨后的测量结果对方法的反馈是对于整段线路打磨后的情况再次检测廓型数据和波磨数据，与打磨前的数据作比较，并输出对于智能打磨控制方法的修改建议。


6.如权利要求4或5所述基于AI方法的钢轨智能打磨系统，其特征在于：所述钢轨智能打磨系统对整个作业区段采集廓形与波磨检测数据，其中廓形点数据为极坐标形式且选取的廓形点的角度与钢轨打磨车的常用打磨角度相匹配，廓形数据与波磨数据的采样频率及计算选用的数据量与钢轨打磨车的作业速度及常用单次作业里程相匹配；通过智能打磨输出推荐打磨策略，该策略为适用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘飞香，赵严，张世璞，高鸽，钟磊，谭元颖，方健康，狄建郓，
申请(专利权)人：中国铁建高新装备股份有限公司，
类型：发明
国别省市：云南;53