一种基于速度补偿的城轨车辆走行部面阵测温优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于速度补偿的城轨车辆走行部面阵测温优化方法，该方法具体为：获取原始数据，包括被测对象的实际温度值、测温对象的移动速度以及使用热像仪获得的采集温度值，将每组温度作差得到温差；以速度、温差作为数据对象进行拟合，设定总误差阈值，提取数据的分段点，将数据进行分段；基于分段点，计算并确定出包含分段点的区间即分段点区间和不包含分段点的区间即主分段区间，并确定拟合方程；采用拉格朗日数乘法，将各段拟合曲线平滑连接，获得完整速度补偿拟合曲线，完成城轨车辆走行部面阵测温。本发明专利技术使用了分段拟合曲线的方法，保证了补偿曲线对于各速度段都能完美补偿，提高了热像仪测量高速物体温度的准确性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于速度补偿的城轨车辆走行部面阵测温优化方法


[0001]本专利技术涉及城轨列车走行部部件温度检测
，具体涉及一种基于速度补偿的城轨车辆走行部面阵测温优化方法。

技术介绍

[0002]随着经济的高速发展，以及大城市的人口聚集，地面交通设施载客量的运输压力较大，我国对于城市轨道交通的需求急剧增大，目前很多城市都在加快建设地铁、城轨、有轨电车等公共交通方式用以便捷城市间人口出行。轨道交通运输在促进国民经济的高速发展、便利老百姓出行的同时，安全成为了保障列车运行最重要的一环。
[0003]对于列车中众多故障之中，走行部作为轨道列车的关键部件，走行部的服役状态对列车的运行安全起着举足轻重的作用。其中走行部固件的温度也可以从侧面反映出列车走行部件是否异常。随着红外热像技术的发展，其已经在各领域广泛使用，主要原理就是利用是物体与空气的发射率和温度存在差异，红外热像技术通过这种差异造成的热对比度对物体进行直观的图像拍摄显示，并获取图中物体温度。因此使用热成像技术探测车底走行部部件温度可以作为监测列车状态的一个重要方法。但是由于列车运行速度较高，热像仪在拍摄获取高速物体的温度时，会出现明显的偏差，即速度对于热像仪采集物体温度有较大影响，导致热成像技术在轨道交通领域应用屈指可数。
[0004]热成像技术目前所广泛应用的领域有对于变电场所各种电气部件的故障进行诊断，用于军事领域侦察检测敌军装备位置，用于黑暗环境下发热目标寻找等，以上领域使用热像仪主要是利用其能够有效直观寻找出和背景温度差别较大的目标，注重的是目标与背景之间差异性，而对于寻找到的目标温度精度的要求较低，且多用于低速场景下。当用于城轨列车中采集走行部件温度时，最为关键的指标是采集到的目标温度精准度。对于低速移动的物体，温度的偏差较小且一定范围内偏差几乎相近，例如0～20km/h范围内的物体；但随着速度增加偏差逐渐变大，整个偏差曲线呈现一个非线性状态。由于城轨列车一般运行时速在0～80km/h的速度范围甚至更高，当使用热像仪获取目标温度时会出现较大的偏差，使采集温度低于实际温度。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于速度补偿的城轨车辆走行部面阵测温优化方法。
[0006]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于速度补偿的城轨车辆走行部面阵测温优化方法，方法包括以下步骤：
[0007]步骤1、获取原始数据，包括被测对象的实际温度值、测温对象的移动速度以及使用热像仪获得的采集温度值，将每组温度作差得到温差；
[0008]步骤2、以速度、温差作为数据对象进行拟合，设定总误差阈值，提取数据的分段点，将数据进行分段；
[0009]步骤3、基于步骤2中的分段点，计算并确定出包含分段点的区间即分段点区间和
不包含分段点的区间即主分段区间，并确定拟合方程；
[0010]步骤4、采用拉格朗日数乘法，将各段拟合曲线平滑连接，获得完整速度补偿拟合曲线，完成城轨车辆走行部面阵测温。
[0011]进一步地，步骤1中，获取原始数据，包括被测对象的实际温度值、测温对象的移动速度以及使用热像仪获得的采集温度值，将每组温度作差得到温差，具体如下：
[0012]获取三类数据，使用热像仪采集到被测对象的温度值作为采集温度，同时获取被测对象的移动速度以及实际温度值；
[0013]为了获取速度补偿的拟合曲线，需要对每一恒定速度下被测对象实际温度和采集温度做差处理，以获取以速度为横坐标，温差为纵坐标的待拟合数据集合，其中对于速度的步长采用每1km/h为一步。
[0014]进一步地，步骤2中，以速度、温差作为数据对象进行拟合，具体如下：
[0015]提取数据分段点前已知速度与温差组成的多个数据点集{(x1,y1),(x2,y2),
……
,(x
n
,y
n
)}，选取最小拟合数据个数为c＝5，对这n组数据从左至右依次进行多项式最小二乘拟合，每次以c个数据作为最小单位依次增加进行曲线拟合，最终拟合出k段曲线。
[0016]进一步地，步骤2中，设定总误差阈值，提取数据的分段点，将数据进行分段，具体为：
[0017]S2.1：确定拟合的总误差阈值E，如下式所示：
[0018]E(z)＝w*ln(1+z)
[0019]其中w是一个常数项的权重，z为当前已拟合的点的个数；
[0020]S2.2：确定第一个分段点即选取最开始5个数据为一组进行第一次最小二乘拟合，有拟合方程如下式所示：
[0021][0022]其中F
k1
(x)为第k段曲线第1次拟合的函数，R为多项式拟合的最高阶次，为第一段曲线第1次拟合的多项式i次项的常系数，x值小于当前拟合的点x
z
；
[0023]S2.3：计算当前k＝1时，第一段曲线第一次拟合的误差E
k1
，如下式所示：
[0024][0025]其中c＝5，F
11
(x
i
)为k＝1时第一段曲线第一次拟合后x
i
点处预测值，y
i
为第i个点实际值；
[0026]S2.4：将计算的第一次的拟合误差与总误差阈值E进行比较，当E
11
≤E(z)时，即为满足误差，能够对当前段曲线进行第二次拟合，此时待拟合数据为第1个到第10个数据点，即在第一次拟合数据的基础上在往后加上5个数据点，拟合方程和误差计算如下式所示：
[0027][0028][0029]其中F
k2
(x)为第k段曲线第2次拟合的函数，R为多项式拟合的最高阶次，为第一
段曲线第2次拟合的多项式i次项的常系数，x值小于x
z
即小于第10个点横坐标，F
12
(x
i
)为k＝1时第一段曲线第二次拟合后x
i
点处预测值；
[0030]S2.5：将第一段曲线第二次拟合的误差与总误差阈值比较，若E
12
≤E(z)＝E(10)，则继续向后增加c＝5个数据进行第三次拟合，直至拟合到m
k
+1次，大于E[5(m
k
+1)]，第k段曲线拟合结束，得到k＝1时的分段点(x
o1
,y
o1
)，其中o1＝5m
k
，并将该点作为下一段k+1段拟合曲线的起始点；接着重新对第k+1段曲线进行多次拟合得到满足总误差阈值的下一个分段点，最终获得k个分段点(x
o1
,y
o1
)，
……
，(x
ok
,y
ok
)。
[0031]进一步地，步骤3中，计算并确定出包含分段点的区间即分段点区间和不包含分段点的区间即主分段区间，具体如下：
[0032]以各分段点为中心，分别向左右方向提取相邻q个数据点，取q＝4，q小本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于速度补偿的城轨车辆走行部面阵测温优化方法，其特征在于，方法包括以下步骤：步骤1、获取原始数据，包括被测对象的实际温度值、测温对象的移动速度以及使用热像仪获得的采集温度值，将每组温度作差得到温差；步骤2、以速度、温差作为数据对象进行拟合，设定总误差阈值，提取数据的分段点，将数据进行分段；步骤3、基于步骤2中的分段点，计算并确定出包含分段点的区间即分段点区间和不包含分段点的区间即主分段区间，并确定拟合方程；步骤4、采用拉格朗日数乘法，将各段拟合曲线平滑连接，获得完整速度补偿拟合曲线，完成城轨车辆走行部面阵测温。2.根据权利要求1所述的基于速度补偿的城轨车辆走行部面阵测温优化方法，其特征在于，步骤1中，获取原始数据，包括被测对象的实际温度值、测温对象的移动速度以及使用热像仪获得的采集温度值，将每组温度作差得到温差，具体如下：获取三类数据，使用热像仪采集到被测对象的温度值作为采集温度，同时获取被测对象的移动速度以及实际温度值；为了获取速度补偿的拟合曲线，需要对每一恒定速度下被测对象实际温度和采集温度做差处理，以获取以速度为横坐标，温差为纵坐标的待拟合数据集合，其中对于速度的步长采用每1km/h为一步。3.根据权利要求1所述的基于速度补偿的城轨车辆走行部面阵测温优化方法，其特征在于，步骤2中，以速度、温差作为数据对象进行拟合，具体如下：提取数据分段点前已知速度与温差组成的多个数据点集{(x1,y1),(x2,y2),
……
,(x
n
,y
n
)}，选取最小拟合数据个数为c＝5，对这n组数据从左至右依次进行多项式最小二乘拟合，每次以c个数据作为最小单位依次增加进行曲线拟合，最终拟合出k段曲线。4.根据权利要求1所述的基于速度补偿的城轨车辆走行部面阵测温优化方法，其特征在于，步骤2中，设定总误差阈值，提取数据的分段点，将数据进行分段，具体为：S2.1：确定拟合的总误差阈值E，如下式所示：E(z)＝w*ln(1+z)其中w是一个常数项的权重，z为当前已拟合的点的个数；S2.2：确定第一个分段点即选取最开始5个数据为一组进行第一次最小二乘拟合，有拟合方程如下式所示：其中F
k1
(x)为第k段曲线第1次拟合的函数，R为多项式拟合的最高阶次，为第一段曲线第1次拟合的多项式i次项的常系数，x值小于当前拟合的点x
z
；S2.3：计算当前k＝1时，第一段曲线第一次拟合的误差E
k1
，如下式所示：其中c＝5，F
11
(x
i
)为k＝1时第一段曲线第一次拟合后x
i
点处预测值，y
i
为第i个点实际
值；S2.4：将计算的第一次的拟合误差与总误差阈值E进行比较，当E
11
≤E(z)时，即为满足误差，能够对当前段曲线进行第二次拟合，此时待拟合数据为第1个到第10个数据点，即在第一次拟合数据的基础上在往后加上5个数据点，拟合方程和误差计算如下式所示：第一次拟合数据的基础上在往后加上5个数据点，拟合方程和误差计算如下式所示：其中F
k2
(x)为第k段曲线第2次拟合的函数，R为多项式拟合的最高阶次，为第一段曲线第2次拟合的多项式i次项的常系数，x值小于x
z
即小于第10个点横坐标，F
12
(x
i
)为k＝1时第一段曲线第二次拟合后x
i
点处预测值；S2.5：将第一段曲线第二次拟合的误差与总误差阈值比较，若E
12
≤E(z)＝E(10)，则继续向后增加c＝5个数据进行第三次拟合，直至拟合到m
k
+1次，大于E[5(m
k
+1)]，第k段曲线拟合结束，得到k＝1时的分段点(x
o1
,y
o1
)，其中o1＝5m
k
，并将该点作为下一段k+1段拟合曲线的起始点；接...

【专利技术属性】
技术研发人员：周健，匡俊儒，张艺珲，邢宗义，冯献昂，黄亮，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：