一种钢轨损伤检测方法、系统及终端

本发明涉及铁路交通检测，尤其涉及一种钢轨损伤检测方法、系统、终端及计算机可读存储介质。

背景技术：

1、钢轨是铁路系统的重要设施，是列车运行的基础，其健康状态直接关系高速行车的安全性和舒适性。钢轨在如此高速度下运行和繁重服役过程中不可避免的出现裂纹甚至断裂等各种损伤。

2、为了防止钢轨损伤引起的钢轨断裂，铁路管理部门每年投入大量的人力物力进行轨道探伤，并制定详细的技术规范及实施细则，然而钢轨裂缝诱发的安全事故依然时有发生。

3、超声波检测技术虽然被广泛应用于钢轨的损伤检测，但是该技术依然存在设备昂贵且体积较大、检测速度慢、需要操作人员具有较高专业水准等问题，在一定程度上限制了其在铁路线路上大规模的应用。

4、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种钢轨损伤检测方法、系统及终端，旨在解决现有钢轨损伤检测方法存在成本高、检测速度慢的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种钢轨损伤检测方法，包括步骤：

4、通过断铅实验多次获取无损钢轨的原始超声信号，并进行分割预处理，得到多个超声信号样本训练集；

5、将多个所述超声信号样本训练集输入对抗自编码器模型中进行训练，得到基于多维高斯概率分布的钢轨损伤检测模型；

6、获取待测钢轨的超声信号，经分割预处理后输入所述钢轨损伤检测模型中进行处理，输出所述待测钢轨的检测结果。

7、所述的钢轨损伤检测方法，其中，所述断铅实验包括步骤：将预设长度的4h铅芯与钢轨平面保持预设角度并施力下压，直至所述4h铅芯断裂使所述钢轨平面产生超声波，实现所述无损钢轨的原始超声信号的获取。

8、所述的钢轨损伤检测方法，其中，所述预设长度为2mm-4mm；所述预设角度为30°-50°；所述原始超声信号的采样率为1~10mhz，所述原始超声信号的数据长度大于等于10000。

9、所述的钢轨损伤检测方法，其中，将多个所述超声信号样本训练集输入对抗自编码器模型中进行训练，得到基于多维高斯概率分布的钢轨损伤检测模型的步骤，包括：

10、对所述超声信号样本训练集进行编码运算，得到隐变量；

11、对所述隐变量进行重构处理，得到第一损失函数；

12、将先验分布的随机采样批次和隐变量批次进行判别区分处理，得到第二损失函数和第三损失函数；

13、重复所述重构处理和所述判别区分处理，将所述隐变量拟合为多维度的标准正态分布，得到基于多维高斯概率分布的钢轨损伤检测模型；

14、其中，为所述原始超声信号的长度，为第 i个原始超声信号，为第个重构信号， s为sigmoid交叉熵，和分别为对于输入和所对应的判别输出结果。

15、所述的钢轨损伤检测方法，其中，所述隐变量的后验分布的表达式为：

16、；

17、其中，表示编码器，为所述超声信号样本训练集。

18、所述的钢轨损伤检测方法，其中，所述sigmoid交叉熵的表达式为：

19、；

20、其中，和分别为任意字符串输入和标签值。

21、所述的钢轨损伤检测方法，其中，输出所述待测钢轨的检测结果的步骤，包括：

22、经分割处理后的超声信号输入所述钢轨损伤检测模型中，以sigmoid交叉熵的形式输出，为；

23、对所述第一损失函数、所述第二损失函数、所述第三损失函数进行对抗训练后，得到的参数化指标，；

24、输出95%置信区间的钢轨健康状况作为所述待测钢轨的检测结果；

25、其中，函数表征判别器对于经分割处理后的超声信号来自于编码器的置信度，表示第个置信度，为隐变量批次对应的判别器输出结果。

26、一种钢轨损伤检测系统，包括：

27、数据获取与处理模块，用于获取无损钢轨的原始超声信号，并进行处理形成超声信号样本训练集；

28、模型训练模块，用于根据所述超声信号样本训练集对对抗自编码器模型进行训练，得到基于多维高斯概率分布的钢轨损伤检测模型；

29、检测模块，用于将待测钢轨的超声信号输入所述基于多维高斯概率分布的钢轨损伤检测模型，输出所述待测钢轨的检测结果。

30、一种终端，所述终端包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序，所述程序被所述处理器执行时实现所述钢轨损伤检测方法的步骤。

31、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机可读存储介质存储有钢轨损伤检测程序，所述钢轨损伤检测程序被处理器实行时实现所述钢轨损伤检测方法的步骤。

32、有益效果：本发明提供一种钢轨损伤检测方法、系统及终端，钢轨损伤检测方法包括步骤：通过断铅实验多次获取无损钢轨的原始超声信号，并进行分割预处理，得到多个超声信号样本训练集；将多个所述超声信号样本训练集输入对抗自编码器模型中进行训练，得到基于多维高斯概率分布的钢轨损伤检测模型；获取待测钢轨的超声信号，经分割预处理后输入所述钢轨损伤检测模型中进行处理，输出所述待测钢轨的检测结果。本发明使用断铅作为超声激励，钢轨损伤检测模型为损伤检测框架，利用断铅实验产生的原始超声信号经分割预处理后作为超声信号样本训练集，通过利用所述超声信号样本训练集输入对抗自编码器模型中进行训练，从而得到基于多维高斯概率分布的钢轨损伤检测模型，然后获取待测钢轨的超声信号输入所述钢轨损伤检测模型后，即可得到待测钢轨的检测结果。该钢轨损伤检测方法相较于传统钢轨超声检测，具有成本极低、检测效率高，以及结果可靠且泛用性强的特点，而且对操作人员专业程度需求低，同时适用于大体量铁路系统的轨道快速巡检。

技术特征：

1.一种钢轨损伤检测方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述的钢轨损伤检测方法，其特征在于，所述断铅实验包括步骤：将预设长度的4h铅芯与钢轨平面保持预设角度并施力下压，直至所述4h铅芯断裂使所述钢轨平面产生超声波，实现所述无损钢轨的原始超声信号的获取。

3.根据权利要求2所述的钢轨损伤检测方法，其特征在于，所述预设长度为2mm-4mm；所述预设角度为30°-50°；所述原始超声信号的采样率为1~10mhz，所述原始超声信号的数据长度大于等于10000。

4.根据权利要求1所述的钢轨损伤检测方法，其特征在于，将多个所述超声信号样本训练集输入对抗自编码器模型中进行训练，得到基于多维高斯概率分布的钢轨损伤检测模型的步骤，包括：

5.根据权利要求4所述的钢轨损伤检测方法，其特征在于，所述隐变量的后验分布的表达式为：

6.根据权利要求4所述的钢轨损伤检测方法，其特征在于，所述sigmoid交叉熵的表达式为：

7.根据权利要求4所述的钢轨损伤检测方法，其特征在于，输出所述待测钢轨的检测结果的步骤，包括：

8.一种钢轨损伤检测系统，其特征在于，包括：

9.一种终端，其特征在于，所述终端包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序，所述程序被所述处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述钢轨损伤检测方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述计算机可读存储介质存储有钢轨损伤检测程序，所述钢轨损伤检测程序被处理器实行时实现如权利要求1-7任一项所述钢轨损伤检测方法的步骤。

技术总结本发明涉及铁路交通检测技术领域，尤其涉及一种钢轨损伤检测方法、系统及终端，钢轨损伤检测方法包括步骤：通过断铅实验多次获取无损钢轨的原始超声信号，进行分割预处理得到多个超声信号样本训练集；将多个超声信号样本训练集输入对抗自编码器模型中进行训练，得到基于多维高斯概率分布的钢轨损伤检测模型；获取待测钢轨的超声信号，经分割预处理后输入钢轨损伤检测模型中进行处理，输出待测钢轨的检测结果。通过将待测钢轨的超声信号输入钢轨损伤检测模型后，即可得到待测钢轨的检测结果。该检测方法具有成本极低、检测效率高、结果可靠且泛用性强的特点，对操作人员专业程度需求低，同时适用于大体量铁路系统的轨道快速巡检。技术研发人员：党大智,王友武,倪一清受保护的技术使用者：香港理工大学深圳研究院技术研发日：技术公布日：2024/7/25