本發(fā)明涉及一種適用于高速鐵路鋼軌聲學(xué)粗糙度譜的生成方法，屬于交通運(yùn)輸。

背景技術(shù)：

1、高速鐵路的持續(xù)穩(wěn)步迅速發(fā)展，在極大促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)生活發(fā)展的同時(shí)，其產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲問(wèn)題對(duì)車外環(huán)境、車內(nèi)舒適度都有不同程度影響。隨著時(shí)速400公里的高鐵工程建設(shè)提上日程和高鐵運(yùn)營(yíng)時(shí)速的穩(wěn)步提升，所面臨的輪軌振動(dòng)噪聲控制問(wèn)題更為嚴(yán)峻。

2、關(guān)于鋼軌粗糙度聲學(xué)譜的研究始于輪軌滾動(dòng)噪聲的理論研究，其中，remington和thompson構(gòu)建的基于中低速線路軌道不平順作用下的輪軌滾動(dòng)噪聲模型應(yīng)用較為廣泛，該理論模型基于160km/h及以下普速有砟軌道線路構(gòu)建，僅針對(duì)明確的車輪和軌道條件，且不考慮同一輪對(duì)分別運(yùn)行在兩根鋼軌上的噪聲差異，列車懸掛參數(shù)僅考慮了簧下質(zhì)量，未考慮簧上質(zhì)量以及一系簧剛度、阻尼等其它影響輪軌相互作用的重要因素，無(wú)論是輪軌作用動(dòng)力學(xué)模型，還是結(jié)構(gòu)部件，均存在簡(jiǎn)化，且輪軌粗糙度聲學(xué)譜是在低速的歐洲線路條件下測(cè)得，應(yīng)用于高速鐵路，存在顯著不足。

3、鋼軌表面粗糙度對(duì)于解決輪軌噪聲激勵(lì)源的輸入至關(guān)重要，目前為止，從聲學(xué)角度對(duì)輪軌粗糙度譜的研究有輪軌分離譜、不考慮車輪表面的軌面粗糙度和輪軌聯(lián)合粗糙度譜三種形式，雖然國(guó)內(nèi)外對(duì)于車輪和鋼軌的粗糙度進(jìn)行了大量測(cè)試和統(tǒng)計(jì)分析，但是，由于對(duì)于高速鐵路的數(shù)據(jù)相對(duì)匱乏，系統(tǒng)研究較少，沒有形成高速鐵路的鋼軌聲學(xué)粗糙度譜生成方法。

4、目前，針對(duì)高速鐵路鋼軌粗糙度譜，仍缺乏系統(tǒng)性、綜合性分析，且對(duì)于高速鐵路鋼軌粗糙度的研究時(shí)間較短，尚未掌握高速鐵路輪軌聯(lián)合粗糙度譜等關(guān)鍵參數(shù)，缺乏開展輪軌滾動(dòng)噪聲預(yù)測(cè)準(zhǔn)確的輸入激勵(lì)和粗糙度編制方法。

5、因此，提供一種適用于高速鐵路鋼軌聲學(xué)粗糙度譜的生成方法，利用kolmogorov-smirnov非參數(shù)檢驗(yàn)方法，對(duì)粗糙度數(shù)據(jù)進(jìn)行自由度為6的χ2分布檢驗(yàn)，通過(guò)對(duì)兩個(gè)分布之間的差異的分析，判斷樣本的觀察結(jié)果是否來(lái)自制定分布的總體，擬合優(yōu)度型檢驗(yàn)，判定測(cè)試得到的粗糙度數(shù)據(jù)是否來(lái)自于該統(tǒng)計(jì)樣本，以剔除異常數(shù)據(jù)，然后，統(tǒng)計(jì)在顯著性水平0.05(置信度95％)下的粗糙度測(cè)試數(shù)據(jù)作為典型值，形成粗糙度測(cè)試的有效集合，對(duì)有效集合內(nèi)的各波長(zhǎng)下的粗糙度幅值計(jì)算均值、中位數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差，形成高速鐵路實(shí)測(cè)大樣本量統(tǒng)計(jì)學(xué)分析后的聲學(xué)粗糙度譜，就成為該技術(shù)領(lǐng)域急需解決的技術(shù)難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷或不足，提供一種適用于高速鐵路鋼軌聲學(xué)粗糙度譜的生成方法，利用kolmogorov-smirnov非參數(shù)檢驗(yàn)方法，對(duì)粗糙度數(shù)據(jù)進(jìn)行自由度為6的χ2分布檢驗(yàn)，通過(guò)對(duì)兩個(gè)分布之間的差異的分析，判斷樣本的觀察結(jié)果是否來(lái)自制定分布的總體，擬合優(yōu)度型檢驗(yàn)，判定測(cè)試得到的粗糙度數(shù)據(jù)是否來(lái)自于該統(tǒng)計(jì)樣本，以剔除異常數(shù)據(jù)，然后，統(tǒng)計(jì)在顯著性水平0.05(置信度95％)下的粗糙度測(cè)試數(shù)據(jù)，作為典型值形成粗糙度測(cè)試的有效集合，對(duì)有效集合內(nèi)的各波長(zhǎng)下的粗糙度幅值計(jì)算均值、中位數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差，形成高速鐵路實(shí)測(cè)大樣本量統(tǒng)計(jì)學(xué)分析后的聲學(xué)粗糙度譜。

2、本發(fā)明的上述目的是通過(guò)以下技術(shù)方案達(dá)到的：

3、一種適用于高速鐵路鋼軌聲學(xué)粗糙度譜的生成方法，其步驟如下：

4、(1)對(duì)若干段高鐵線路下實(shí)測(cè)粗糙度數(shù)據(jù)進(jìn)行曲率修正和尖峰去除，得到經(jīng)聲學(xué)濾波后的時(shí)域信號(hào)；

5、(2)對(duì)時(shí)域長(zhǎng)序列信號(hào)進(jìn)行短時(shí)傅里葉變換，得到粗糙度在波長(zhǎng)域的波長(zhǎng)-幅值對(duì)應(yīng)關(guān)系；

6、(3)對(duì)波長(zhǎng)域粗糙度幅值數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；

7、(4)對(duì)單波長(zhǎng)下的粗糙度幅值的一般正態(tài)分布函數(shù)進(jìn)行正態(tài)分布標(biāo)準(zhǔn)化，得到標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布n(0,1)下的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果；

8、(5)根據(jù)χ2分布的定義，n個(gè)相互獨(dú)立的隨機(jī)變量ξ1，ξ2，……ξi…符合標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，則這n個(gè)服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的隨機(jī)變量的平方和構(gòu)成一新的隨機(jī)變量q：

9、

10、其分布規(guī)律符合χ2分布，記為q～χ2(v)或者

11、根據(jù)大樣本統(tǒng)計(jì)，認(rèn)為若干段線路條件實(shí)測(cè)得到的整組粗糙度數(shù)據(jù)符合自由度為6的χ分布規(guī)律；

12、(6)對(duì)各區(qū)段測(cè)試得到的整組粗糙度數(shù)據(jù)進(jìn)行kolmogorov-smirnov非參數(shù)檢驗(yàn)，剔除粗糙度測(cè)試中的異常區(qū)段數(shù)據(jù)；

13、(7)根據(jù)χ分布規(guī)律，統(tǒng)計(jì)在顯著性水平0.05(置信度95％)下的粗糙度測(cè)試數(shù)據(jù)作為典型值形成粗糙度測(cè)試的有效集合；

14、(8)對(duì)有效集合內(nèi)的各波長(zhǎng)下的粗糙度幅值計(jì)算均值、中位數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差，最終形成高速鐵路實(shí)測(cè)聲學(xué)粗糙度譜。

15、優(yōu)選地，步驟(3)中，所述統(tǒng)計(jì)分析具體如下：對(duì)各波長(zhǎng)下的粗糙度幅值分布趨勢(shì)進(jìn)行頻數(shù)和相對(duì)頻率計(jì)算分析，表明單波長(zhǎng)下的粗糙度幅值在主要高鐵線路大樣本統(tǒng)計(jì)下分布符合一般正態(tài)分布規(guī)律。

16、優(yōu)選地，步驟(4)中，所述正態(tài)分布標(biāo)準(zhǔn)化具體如下：將若干段線路經(jīng)處理得到的單波長(zhǎng)下的粗糙度標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布n(0,1)結(jié)果記為一個(gè)隨機(jī)變量ξi，則n個(gè)波長(zhǎng)下的若干個(gè)粗糙度數(shù)據(jù)構(gòu)成n個(gè)相互獨(dú)立的隨機(jī)變量ξ1，ξ2，……ξi…，且每個(gè)隨機(jī)變量均符合標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布。

17、有益效果：

18、本發(fā)明的適用于高速鐵路鋼軌聲學(xué)粗糙度譜的生成方法，利用kolmogorov-smirnov非參數(shù)檢驗(yàn)方法，對(duì)粗糙度數(shù)據(jù)進(jìn)行自由度為6的χ2分布檢驗(yàn)，通過(guò)對(duì)兩個(gè)分布之間的差異的分析，判斷樣本的觀察結(jié)果是否來(lái)自制定分布的總體，擬合優(yōu)度型檢驗(yàn)，判定測(cè)試得到的粗糙度數(shù)據(jù)是否來(lái)自于該統(tǒng)計(jì)樣本，以剔除異常數(shù)據(jù)，然后，統(tǒng)計(jì)在顯著性水平0.05(置信度95％)下的粗糙度測(cè)試數(shù)據(jù)，作為典型值形成粗糙度測(cè)試的有效集合，對(duì)有效集合內(nèi)的各波長(zhǎng)下的粗糙度幅值計(jì)算均值、中位數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差，形成高速鐵路實(shí)測(cè)大樣本量統(tǒng)計(jì)學(xué)分析后的聲學(xué)粗糙度譜。

19、下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，下列所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例，僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限制本發(fā)明的范圍?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

技術(shù)特征：

1.一種適用于高速鐵路鋼軌聲學(xué)粗糙度譜的生成方法，其步驟如下：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述適用于高速鐵路鋼軌聲學(xué)粗糙度譜的生成方法，其特征在于：步驟(3)中，所述統(tǒng)計(jì)分析具體如下：對(duì)各波長(zhǎng)下的粗糙度幅值分布趨勢(shì)進(jìn)行頻數(shù)和相對(duì)頻率計(jì)算分析，表明單波長(zhǎng)下的粗糙度幅值在主要高鐵線路大樣本統(tǒng)計(jì)下分布符合一般正態(tài)分布規(guī)律。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述適用于高速鐵路鋼軌聲學(xué)粗糙度譜的生成方法，其特征在于：步驟(4)中，所述正態(tài)分布標(biāo)準(zhǔn)化具體如下：將若干段線路經(jīng)處理得到的單波長(zhǎng)下的粗糙度標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布n(0,1)結(jié)果記為一個(gè)隨機(jī)變量ξi，則n個(gè)波長(zhǎng)下的若干個(gè)粗糙度數(shù)據(jù)構(gòu)成n個(gè)相互獨(dú)立的隨機(jī)變量ξ1，ξ2，......ξi...，且每個(gè)隨機(jī)變量均符合標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種適用于高速鐵路鋼軌聲學(xué)粗糙度譜的生成方法，屬于交通運(yùn)輸技術(shù)領(lǐng)域；通過(guò)開展大量高速鐵路開通初期和運(yùn)營(yíng)期的鋼軌粗糙度系統(tǒng)測(cè)試和分析，在研究鋼軌粗糙度聲學(xué)粗糙度譜計(jì)算統(tǒng)計(jì)方法關(guān)鍵環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，確定了高速鐵路聲學(xué)粗糙度譜的計(jì)算方法流程，分析了實(shí)測(cè)鋼軌聲學(xué)粗糙度譜的概率分布，并據(jù)此確定了適用于高速鐵路的聲學(xué)粗糙度激勵(lì)譜，有效描述了高速鐵路聲學(xué)粗糙度特征，為高速鐵路輪軌噪聲的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)提供了重要輸入激勵(lì)?？捎糜阼F路和軌道交通鋼軌聲學(xué)粗糙度的編制，用于運(yùn)營(yíng)期的噪聲控制和舒適性提升。

技術(shù)研發(fā)人員：韓立,伍向陽(yáng),周鐵軍,劉蘭華,潘鏡沖,陳興,張毅超,樸愛玲
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10