專利名稱：一種剔除軌枕干擾的鐵路路基檢測雷達(dá)數(shù)據(jù)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種剔除軌枕干擾的鐵路路基檢測雷達(dá)數(shù)據(jù)處理方法。
技術(shù)背景鐵路路路基的常規(guī)病害有基床翻漿冒泥、道砟陷槽、下沉外擠、隱蔽性沖空、陷穴，另 外高原鐵路及高緯度地區(qū)鐵路路基還存在凍土病害等，這些都將引起的鐵路路基變形，從而 影響運(yùn)輸?shù)陌踩土熊嚨乃俣取Ｒ虼?，及時(shí)準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)路基病害并采取相應(yīng)的治理措施是鐵 路安全運(yùn)營的重要保障。傳統(tǒng)的人工勘探鐵路路基病害的方法已不能滿足鐵路發(fā)展的需求， 目前國外廣泛采用車載地質(zhì)雷探測鐵路路基病害，取得了良好的效果。車載地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用于鐵路路基檢測具有快速、高效、連續(xù)、無損等優(yōu)點(diǎn)，但鐵路軌枕大 都為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，對電磁波具有強(qiáng)反射的特點(diǎn)。在軌枕正上方的采集到的雷達(dá)信號(hào)成份 大部分是軌枕的強(qiáng)反射信號(hào)，由于軌枕的屏閉作用，雷達(dá)波不能穿透軌枕而到達(dá)軌枕正下方 的路基介質(zhì)中，因此天線位于軌枕正上方的采樣在雷達(dá)數(shù)據(jù)中為一強(qiáng)干擾，在此位置采集到 的數(shù)據(jù)不包含反映路基介質(zhì)電磁特性的有用信號(hào)。這種強(qiáng)反射作用對探測路基病害而言是一 種噪聲，在實(shí)際應(yīng)用中需盡量消除或減少，以提高信噪比。車載鐵路路基檢測雷達(dá)對軌枕干擾的處理，目前國內(nèi)尚無解決這一問題的成熟方法。國 外用于車載鐵路路基探地雷達(dá)消除軌枕干擾的方法有幾種(1)雷達(dá)系統(tǒng)對軌枕干擾不作 特殊處理，這種車載雷達(dá)適用于檢測木枕的鐵路路基，而目前使用的軌枕大都為鋼筋混凝土 ，因此其使用有一定的局限性。(2)將安裝雷達(dá)天線的支架臂延伸至軌枕范圍外，，在軌 枕范圍之外進(jìn)行探測，顯然這種方法受軌枕干擾的影響較小，這種方法的主要問題是雷達(dá)天 線偏離鐵路中心線較遠(yuǎn)，其有效寬度可能超出了檢測車安全運(yùn)行的范圍，尤其是在復(fù)線高速 鐵路上的使用有一定局限性，其次這種方法不能探測到鐵路中心線上的病害。(3)將雷達(dá)天線安裝在鐵路正上方，雷達(dá)采樣受軌枕掃描裝置控制，當(dāng)掃描裝置檢測到雷達(dá)天線在軌枕正上方，則雷達(dá)不采樣，若雷達(dá)天線處于軌枕之間，則雷達(dá)采樣，如IDS公司的車載路基檢 測雷達(dá)系統(tǒng)，去除軌枕干擾的方法是采用多普勒雷達(dá)對軌枕精確定位，路基檢測雷達(dá)只在軌 枕間進(jìn)行采樣。這種方法的主要問題是除了探地雷達(dá)本身以外，要使系統(tǒng)正常工作，還必須 有實(shí)時(shí)軌枕掃描處理裝置。對比以上三種鐵路路基檢測雷達(dá)方案，SRS雷達(dá)系統(tǒng)能有效剔除軌枕干擾，且不影響鐵路的安全運(yùn)營，但必須有一專門的軌枕識(shí)別裝置，系統(tǒng)相對復(fù)雜。 發(fā)明內(nèi)容為了解決現(xiàn)有鐵路路基檢測雷達(dá)數(shù)據(jù)處理存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種剔除軌 枕干擾的鐵路路基檢測雷達(dá)數(shù)據(jù)處理方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案包括以下步驟在鐵路路基檢測雷達(dá)原始數(shù)據(jù)中找出軌枕上界面反射信號(hào)的同相軸位置；獲得該軌枕反射面同相軸位置后，從原始數(shù)據(jù)中提取出該同相軸上雷達(dá)信號(hào)，這樣每個(gè) 采樣道獲得軌枕上界面的一個(gè)采樣點(diǎn)的反射信號(hào)；對反射信號(hào)進(jìn)行低通濾波，提取反射信號(hào)的峰值或谷值，并根據(jù)反射信號(hào)的峰值或谷值 的幅度是否顯示突變，確定軌枕的位置；軌枕的位置與雷達(dá)的掃描道數(shù)對應(yīng)，以掃描道數(shù)為索引號(hào)，將有軌枕的峰值或谷值置邏 輯值'l'，無軌枕的峰值或谷值置邏輯值'0'，獲得能反映軌枕位置的邏輯尺；根據(jù)邏輯尺對雷達(dá)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，邏輯尺中邏輯值為'l'的位置對應(yīng)的掃描道數(shù) 據(jù)從依次原始數(shù)據(jù)中剔除，即獲得剔除軌枕干擾的鐵路路基檢測雷達(dá)數(shù)據(jù)。本發(fā)明的技術(shù)效果在于本發(fā)明直接利用軌枕對雷達(dá)波的響應(yīng)信號(hào)確定軌枕位置，利用 軌枕提供的信息去除軌枕干擾，本發(fā)明可利用軟件方法快速、準(zhǔn)確可靠地自動(dòng)提取軌枕反射 信號(hào)，獲得剔除軌枕干擾的鐵路路基檢測數(shù)據(jù)，無需采用專業(yè)的軌枕成像識(shí)別系統(tǒng)，大大降 低了鐵路路基檢測數(shù)據(jù)的復(fù)雜性及處理成本，并具有操作安全方便、系統(tǒng)簡單高效的優(yōu)點(diǎn)。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。


圖l為本發(fā)明的流程圖。圖2為本發(fā)明中車載探地雷達(dá)采集的鐵路路基檢測原始圖像。圖3為本發(fā)明中原始雷達(dá)數(shù)據(jù)中對應(yīng)軌枕上界面同相軸位置的雷達(dá)剖面曲線。圖4為圖3經(jīng)低通濾波后的結(jié)果。圖5為本發(fā)明實(shí)施例中表征軌枕位置的邏輯尺。圖6為采用本發(fā)明剔除軌枕干擾后的路基雷達(dá)圖像。
具體實(shí)施方式
參見圖l，圖l為本發(fā)明的流程圖。剔除軌枕干擾的鐵路路基檢測雷達(dá)數(shù)據(jù)處理步驟如下首先是由車載路基雷達(dá)在近似勻速行駛的檢測車上連續(xù)采樣，獲得路基檢測原始數(shù)據(jù)， 該原始數(shù)據(jù)中不僅包含能反映鐵路路基狀況的有用信號(hào)及其他電磁干擾源引起的各種噪聲， 還包含軌枕干擾信號(hào)。鐵路路基探地雷達(dá)天線采用的屏閉天線，接收天線最先收到直達(dá)波， 在天線發(fā)射接收面與軌枕上界面之間的介質(zhì)只有電磁特性均勻空氣，沒有反射界面，不產(chǎn)生 反射信號(hào)。當(dāng)天線位置不處于軌枕正上方時(shí)，雷達(dá)波傳播至道砟與空氣的界面前均不產(chǎn)生反 射波；而若天線位置處于某一軌枕正上方，雷達(dá)波傳播過程中首先到達(dá)軌枕上界面，產(chǎn)生強(qiáng) 反射。雷達(dá)波傳播到軌枕上界面前不會(huì)產(chǎn)生反射，由此可以在原始雷達(dá)圖像中找出軌枕上界 面反射信號(hào)的同相軸位置。獲得該軌枕反射面同相軸位置后，從原始數(shù)據(jù)中提取出該同相軸 上雷達(dá)信號(hào)，這樣每個(gè)采樣道獲得軌枕上界面的一個(gè)采樣點(diǎn)的反射信號(hào)，以采樣道號(hào)為橫坐 標(biāo)形成一條反射曲線。此反射信號(hào)中包含此同相軸位置對應(yīng)的直流成份，與軌枕水平方向分 布有關(guān)的低頻成份及高頻噪聲。采用低通濾波的方法壓制高頻噪聲后，獲得一條圓滑的曲線 ，此曲線的峰值或者谷值對應(yīng)軌枕的位置。判斷是峰值還是谷值對應(yīng)軌枕位置的方法是在上 一步操作提取軌枕反射信號(hào)的同時(shí)，觀察原始雷達(dá)圖像，軌枕上方的單道掃描曲線的在軌枕 上界面同相軸位置幅度發(fā)生突變；而軌枕間(不在軌枕正上方)的單道掃描曲線在此同相軸 位置無反射面，幅度無顯突變，這樣就可用判斷峰值還是谷值對應(yīng)軌枕位置。只要雷達(dá)的工 作參數(shù)不發(fā)生變化，而雷達(dá)天線安裝好后，與軌枕的位置不會(huì)發(fā)生變化，這樣軌枕面對應(yīng)的 同相軸位置就不會(huì)發(fā)生變化，上述峰值或谷值與軌枕的對應(yīng)關(guān)系也不變。有了這一關(guān)系，采 用軟件方法自動(dòng)提取反射信號(hào)的峰值或谷值，即獲得了軌枕的位置(與雷達(dá)的掃描道數(shù)對應(yīng)確定軌枕位置后，以掃描道數(shù)為索引號(hào)，將有軌枕的位置置邏輯值'l'，無軌枕的位 置置邏輯值'0'，這樣就可獲得能反映軌枕位置的邏輯尺。在實(shí)際采樣過程中，如果采樣點(diǎn)水平密度較大，在同一軌枕上有多個(gè)采樣點(diǎn)，只需根據(jù)索引號(hào)將邏輯值'r相鄰的一個(gè) 或多個(gè)位置置'r即可。根據(jù)邏輯尺對原始雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，邏輯尺中邏輯值為'r的位置對應(yīng)的掃描道數(shù) 據(jù)依次從原始雷達(dá)數(shù)據(jù)中剔除，即可獲得剔除軌枕干擾的數(shù)據(jù)。圖2至圖6是具體實(shí)例處理過程，該實(shí)例使用的路基檢測原始雷達(dá)數(shù)據(jù)為車載探地雷達(dá)的實(shí)測數(shù)據(jù)，為了便于研究，僅從中抽取一段，共512道。檢測車近似勻速行駛，約為15公里/ 小時(shí)，天線固定于檢測車底部，距軌枕上界面為0.4米，收發(fā)天線沿軌枕軸向排列，垂直于 鐵軌走向。水平采樣密度平均為15. 38道/米，天線中心頻率為400M。圖2為實(shí)測雷達(dá)剖面原始圖像，圖2中右下角部分為雷達(dá)圖像的局部放大。通過對原始圖像的觀察與估算，該原始雷達(dá)圖像的第97個(gè)采樣點(diǎn)同相軸位置(原圖中白色橢圓標(biāo)注的位置 ，沿水平方向延伸)與軌枕頂面吻合；有軌枕的位置的第97個(gè)采樣點(diǎn)值小于沒有軌枕的采樣 值，這一特點(diǎn)將是后續(xù)步驟中提取軌枕位置的依據(jù)。抽取各道數(shù)據(jù)在該同相軸位置(各道的 第97個(gè)采樣點(diǎn))的采樣數(shù)據(jù)得到如圖3所示的剖面曲線。該曲線包含有軌枕對雷達(dá)波響應(yīng)及 高頻噪聲(信號(hào)中的直流成份不影響軌枕位置的提取，因此不作處理)，高頻噪聲在圖3的 曲線中表現(xiàn)為"毛刺"。對圖3所示的曲線進(jìn)行低通濾波，得到高頻噪聲被壓制，能準(zhǔn)確反 映軌枕信息的圓滑曲線(參見圖4)。根據(jù)上文中對軌枕位置對應(yīng)的采樣數(shù)值的分析可知， 在此實(shí)例中圖4所示曲線"谷"值位置對應(yīng)軌枕位置。獲得了與軌枕位置對應(yīng)的曲線(參見圖4)后，即可依據(jù)此曲線求邏輯尺。此實(shí)例中已 知雷達(dá)水平采樣密度平均為15.38道/米，而軌枕的寬度(沿鐵軌延伸方向的尺寸)為O. 16米 ，因此每條軌枕正上方雷達(dá)采樣平均道數(shù)為2. 46道(15.38道/米*0. 16米)，這表明圖4曲線 的一個(gè)"谷值"(對應(yīng)的一條軌枕位置)平均對應(yīng)有2.46道數(shù)據(jù)。也就是說，平均每條軌枕 屏蔽2.46道雷達(dá)數(shù)據(jù)，在路基雷達(dá)檢測的原始數(shù)據(jù)即為軌枕干擾信號(hào)，應(yīng)予剔除。然后設(shè)置 一個(gè)邏輯尺，其索引值即為待處理的雷達(dá)原始數(shù)據(jù)的道數(shù)(在此實(shí)例中其索引值為l， 2， 3 ，…，512，共計(jì)512個(gè))，指定邏輯尺的值為'0'表示該采樣位置不在軌枕正上方，邏輯 尺的值為'l'表示該采樣位置在軌枕正上方。下一步就是給邏輯尺賦值。在此實(shí)例中，每條軌枕平均屏蔽2.46道數(shù)據(jù)，與圖4中的曲線上的一個(gè)"谷值"對應(yīng)的邏輯尺的值置為'r ，并將前后相鄰兩個(gè)邏輯值也置為'r 。每條軌枕對應(yīng)的上述3道數(shù)據(jù)為雷達(dá)天線在軌枕正上方的采樣，另外不在軌枕下上方但距軌 枕最近的前后兩道數(shù)據(jù)受軌枕干擾的影響明顯，在實(shí)際操作中將這兩道數(shù)據(jù)對應(yīng)位置的邏輯 值也置為l。與圖4中曲線"谷值"不對應(yīng)的邏輯尺上的其它值均置為'0'。將上述求邏輯 尺的方法采用程序自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，即可得到如圖5所示的邏輯尺。得到如圖5所示的邏輯尺后，以邏輯尺為參考，對原始雷達(dá)數(shù)據(jù)(如圖2所示)采用軟件掃描，與邏輯尺的值為'o'相對應(yīng)的掃描道數(shù)據(jù)保留，將與'r對應(yīng)的掃描道剔除，即可獲得剔除軌枕干擾的路基雷達(dá)檢測數(shù)據(jù)。本實(shí)例中，采用圖5所示的邏輯尺將原始雷達(dá)圖像(如圖2所示)中的軌枕干擾剔除，結(jié)果如圖6所示。將剔除軌枕干擾的圖像(如圖6所示) 與原始圖像(如圖2所示)進(jìn)行對比，圖2中很明顯的類似"蜂窩"狀的軌枕干擾在圖6中得 到明顯壓制，大大提高雷達(dá)數(shù)據(jù)的信噪比。
權(quán)利要求
1.一種剔除軌枕干擾的鐵路路基檢測雷達(dá)數(shù)據(jù)處理方法，包括以下步驟在鐵路路基檢測雷達(dá)原始數(shù)據(jù)中找出軌枕反射面的同相軸位置；獲得該軌枕反射面同相軸位置后，從原始數(shù)據(jù)中提取出該同相軸上雷達(dá)信號(hào)，這樣每個(gè)采樣道獲得軌枕上界面的一個(gè)采樣點(diǎn)的反射信號(hào)；對反射信號(hào)進(jìn)行低通濾波，提取反射信號(hào)的峰值或谷值，并根據(jù)反射信號(hào)的峰值或谷值的幅度是否顯示突變，確定軌枕的位置；軌枕的位置與雷達(dá)的掃描道數(shù)對應(yīng)，以掃描道數(shù)為索引號(hào)，將有軌枕的峰值或谷值置邏輯值‘1’，無軌枕的峰值或谷值置邏輯值‘0’，獲得能反映軌枕位置的邏輯尺；根據(jù)邏輯尺對雷達(dá)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，邏輯尺中邏輯值為‘1’的位置對應(yīng)的掃描道數(shù)據(jù)從依次原始數(shù)據(jù)中剔除，即獲得剔除軌枕干擾的鐵路路基檢測雷達(dá)數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種剔除軌枕干擾的鐵路路基檢測雷達(dá)數(shù)據(jù)處理方法。包括以下步驟找出鐵路路基檢測雷達(dá)原始數(shù)據(jù)軌枕反射面同相軸的位置，提取軌枕反射信號(hào)；對反射信號(hào)進(jìn)行低通濾波，求得表征軌枕位置的邏輯尺；以邏輯尺為參考，對路基檢測原始數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，即可即獲得剔除軌枕干擾的鐵路路基檢測雷達(dá)數(shù)據(jù)。本發(fā)明根據(jù)軌枕干擾信號(hào)提取軌枕的相關(guān)信息，進(jìn)而剔除軌枕干擾信號(hào)，便于鐵路路基檢測雷達(dá)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步處理。本發(fā)明方法具有安全、高效、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B61K9/00GK101590858SQ200910303878
公開日2009年12月2日 申請日期2009年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月30日
發(fā)明者柳建新, 肖建平 申請人:中南大學(xué)