【摘要】：高速鐵路周界安全防護是高速列車安全運行的基本保障。高速鐵路分布范圍廣、距離長,氣候地理環(huán)境復雜多變,構(gòu)建一套高效智能的安全監(jiān)測系統(tǒng),準確判別廣域鐵路周界的潛在危害行為,具有極其重要的科學研究和工程應用價值。光纖震動傳感具有感知距離長、靈敏度高、施工簡單等特點,非常切合高速鐵路這類線性分布大型基礎(chǔ)設施的安全監(jiān)測需求。然而,為了捕獲大范圍鐵路周界的震動時空信息,滿足鐵路周界安全監(jiān)測工程需求,光纖震動傳感面臨著數(shù)據(jù)并發(fā)量大、入侵震動模式復雜多樣、長期穩(wěn)定運行等技術(shù)難題。為此,本文以提高鐵路周界安全系統(tǒng)模式識別的快速準確性為目標,從光纖M-Z干涉震動檢測原理入手,重點研究廣域多路并發(fā)震動信號高速采集方法和快速模式識別算法,利用軟硬件協(xié)同處理,提出了環(huán)境自適應的模式識別算法,并在動車組站通過了驗證。論文工作包括以下三個方面:(1)提出了一種基于FPGA多路震動數(shù)據(jù)提取的數(shù)據(jù)預處理方法。針對入侵震動信號和系統(tǒng)靜默信號的特點,利用FPGA實現(xiàn)了震動信號的快速定位提取,并對震動信號進行預處理來提高上位機對入侵模式的識別速率。針對異常狀況下數(shù)據(jù)的可靠傳輸問題,采用乒乓操作對數(shù)據(jù)進行處理,解決了入侵數(shù)據(jù)的高速傳輸和異常狀態(tài)下入侵數(shù)據(jù)的可靠保存。(2)設計了針對震動信號時域、頻域的快速特征提取方法。針對不同類型入侵事件的特點和分類器需求,利用短時過零數(shù)、FFT變換和EMD實現(xiàn)對震動信號進行分層次的特征提取,得到能完整反映震動事件的特征向量,并且減小了系統(tǒng)的計算量,提高了特征提取效率。(3)研究了一種環(huán)境自適應的模式快速分類方法。鐵路周界具有樣本獲取困難、入侵模式多樣和環(huán)境多變的特點,采用K最近鄰均值與SVM相結(jié)合的分類算法,實現(xiàn)入侵信號的快速準確分類。對于有效震動,通過對震動信號的特征進行學習和處理來實現(xiàn)環(huán)境的自適應。本文研究光纖振動傳感系統(tǒng)實現(xiàn)了高速鐵路周界入侵震動的快速準確檢測與識別,并在佛山動車所進行了現(xiàn)場工程驗證,達到了誤報率低、模式識別快速準確的安全監(jiān)測要求。
【圖文】：

光纖的芯徑、折射率和光纖長度發(fā)生變化，由于不同光纖參數(shù)不同，這樣就導致逡逑兩束相干光的相位發(fā)生相對變化，在耦合器２內(nèi)干涉后光強發(fā)生變化，通過光電逡逑轉(zhuǎn)換器檢測相干光強得到相位相位差。Ｍ－Ｚ干傳感器光路如圖２－１所示：逡逑震動逡逑ＶＪＳ＾Ｔ＞－逡逑參考臂逡逑光電轉(zhuǎn)換邋，邐逡逑圖２－１邋Ｍ－Ｚ干涉?zhèn)鞲衅鞴饴峰义希疲椋纾酰颍邋澹玻卞澹希穑簦椋悖幔欤穑幔簦桢澹铮驽澹停阱澹椋睿簦澹颍妫澹颍澹睿悖邋澹螅澹睿螅铮蝈义希峰义?

圖２－２光電傳感器輸出信號逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－２邋Ｏｕｔｐｕｔ邋ｓｉｇｎａｌ邋ｏｆ邋ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ邋ｓｅｎｓｏｒ逡逑當Ｍ－Ｚ干涉光纖傳感臂上發(fā)生擾動事件時，相位差函數(shù)在短時內(nèi)發(fā)生逡逑劇烈變化，而ＰＤ轉(zhuǎn)化后的電壓信號Ｍ（ｔ）與震動引起的相位光強呈線性關(guān)系，逡逑那么光纖震動信號的解調(diào)可以通過光電轉(zhuǎn)換后的電壓信號的頻率和幅度解調(diào)來實逡逑現(xiàn)。然而一次外部入侵震動引起多次Ｗ（ｔ）函數(shù)發(fā)生周期和震動幅度的變化，因此逡逑可以利用震動信號的波動頻率和幅度來對震動特征進行分類。逡逑２．２鐵路周界震動信號分析和模式識別方法逡逑由上面分析可知，光電轉(zhuǎn)換后電信號的波動頻率和幅度與光強存在線性關(guān)系，逡逑通過對電信號的分析來實現(xiàn)對光信號的解調(diào)，，從而實現(xiàn)對入侵震動的檢測。針對逡逑鐵路周界特殊的應用場景，系統(tǒng)在震動信號特征提取時采用時域和頻域相結(jié)合的逡逑方式，得到震動信號的震動頻率和幅度的特征信息，根據(jù)這些信息進行入侵模式逡逑的識別。逡逑
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP212;U298

【參考文獻】

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本文編號：2690086