控制工程畢業(yè)論文開(kāi)題報告范文

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　　論文題目：在線(xiàn)電磁鋼軌探傷數據處理及信息管理方法的研究

　　一、選題背景

　　鐵路行業(yè)的發(fā)展在我國交通運輸系統中發(fā)揮著(zhù)重要的作用。近年來(lái)，鐵道線(xiàn)路前后多次提速以后，鐵路的運輸量也大大增加，這對列車(chē)的安全行駛提出了更高的要求⑴。據中國產(chǎn)業(yè)信息的行業(yè)報道，鐵道部年度統計公報顯示，2005年、2010年以及2012年，我國鐵路營(yíng)業(yè)里程分別達到7.5萬(wàn)公里、9.1萬(wàn)公里、9.8萬(wàn)公里，并且電氣化鐵路里程分別達到2.02萬(wàn)公里、4.2萬(wàn)公里、5.1萬(wàn)公里。到2013年底為止，高鐵運營(yíng)里程占全國鐵路營(yíng)業(yè)里程總數的1.1萬(wàn)公里，居世界第一位。我國鐵路總運行線(xiàn)路過(guò)長(cháng)，線(xiàn)路狀況會(huì )受到影響，再加上大量超期服役的鋼軌，導致鐵路鋼軌損傷情況越來(lái)越嚴重。同時(shí)，正在運行的鋼軌在承擔更加繁重的運輸條件下，也會(huì )產(chǎn)生損傷，有的不能被肉眼看到，如核傷等發(fā)展在鋼軌內部的損傷當列車(chē)在制動(dòng)或加速的條件下，會(huì )對鋼軌產(chǎn)生相應的作用力，通過(guò)反復受到這種力的作用，鋼軌就會(huì )產(chǎn)生不明顯的細紋。隨著(zhù)時(shí)間的積累以及四季溫度變化而引起鋼軌的熱脹冷縮，這些細紋會(huì )被不斷的擴展，長(cháng)此以往，產(chǎn)生細紋的鋼軌會(huì )在一定條件下發(fā)生斷軌現象。因此，如何在細紋擴大到鋼軌斷裂之前，有效的消除這些隱患，成為鐵路部門(mén)所關(guān)心的重要問(wèn)題。如果能夠找到有效的辦法提早找到裂紋的位置并制止其進(jìn)一步惡化，鐵路事故出現的幾率將不斷降低。目前，檢測鋼軌損傷的方法主要有：超聲波探傷、滲透探傷、磁粉探傷、禍流探傷;同時(shí)，同位素射線(xiàn)示蹤法、紅外檢測法、微波探傷法也是常規的探傷方法。在我國鐵路工務(wù)段中，主要以手推式小車(chē)、大型鋼軌探傷車(chē)以及軌道電路的方式來(lái)對鋼軌進(jìn)行檢測，用傳統的手推車(chē)方式，雖然鋼軌探傷工可以在經(jīng)驗豐富、模式基本成熟的條件下完成探傷工作，但是，其缺點(diǎn)是耗時(shí)耗力，探傷效率低，探傷可信度受到的人為因素影響相對較大。大型鋼軌探傷車(chē)通過(guò)定期巡檢來(lái)檢測鋼軌的損傷，其缺點(diǎn)是工作過(guò)程中需要添加稱(chēng)合劑，檢測速度和檢測效率較低，不能很好的滿(mǎn)足高速探傷的現場(chǎng)需求。至于軌道電路探傷，其缺點(diǎn)是檢錯率較低，只有在鋼軌端粒到達一定程度才報警，如遇下雨下雪天氣還可能會(huì )出現誤報警的情況。本文采用的是在線(xiàn)電磁鋼軌探傷技術(shù)，該技術(shù)采用無(wú)損檢測方法，通過(guò)測定被檢工件內部感生潤流的變化，來(lái)評定導電材料及其工件的某些性能或者發(fā)現其存在的缺陷潤流探傷的優(yōu)缺點(diǎn)。

　　二、研究目的和意義

　　鐵路鋼軌探傷會(huì )產(chǎn)生大量的數據信息，無(wú)論是手推式探傷車(chē)還是軌檢車(chē)，所得數據基本上還是以手工統計、分析和填表等方式進(jìn)行信息匯總，這使工務(wù)段人員消耗大量時(shí)間在業(yè)務(wù)報告和數據分析上，嚴重影響損傷管理的工作質(zhì)量，同時(shí)工作效率非常低，統計結果的準確性受人為因素影響也比較大。因此，為了能夠提高鋼軌損傷數據處理的速度，可以利用本文所研宄的信息管理系統對大量數據進(jìn)行處理和分析，以此提高行車(chē)過(guò)程中的損傷檢測效率。

　　三、本文研究涉及的主要理論

　　歐洲軌道研宄院(EuropeanRailResearchInstitute)所設計的更新決策支持和BCOTRACK軌道維護系統，能進(jìn)行鋼軌數據管理，而且應用專(zhuān)家系統技術(shù)，建立了鋼軌維護和更新規則庫等內容，可以對鋼軌設施進(jìn)行管理、維護與更新，從而提供優(yōu)化管理和決策支持除此之外，還可以對設備進(jìn)行診斷、優(yōu)化資源分配以及對基礎設施的技術(shù)上和經(jīng)濟上進(jìn)行分析，以此提高工務(wù)設備的生產(chǎn)率。2010年10月，德國鐵路公司在其1號鋼軌探傷列車(chē)SPZ-1上安裝的鋼軌表面損傷檢測系統，首次釆用禍流和超聲波組合的檢測技術(shù)，鋼軌列車(chē)上裝有10個(gè)超聲波探頭以及4個(gè)潤流檢測探頭，能夠在最高80Km/h速度的條件下髙精度檢測鋼軌，并且檢測系統將對所有數據進(jìn)行實(shí)時(shí)的數字化處理，釆用GPS系統對鋼軌傷損里程進(jìn)行定位和時(shí)間標記，從而為每個(gè)距離單位提供完整的檢測數據。為了支持應用人員能夠對海量檢測數據進(jìn)行評價(jià)和檢測，還開(kāi)發(fā)了以神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )、模糊邏輯理論等為基礎的自動(dòng)數據分析程序，以此加快工作進(jìn)度。美國聯(lián)邦鐵路管理局FederalRailroadAdministration(FRA)擔負著(zhù)保證鐵路安全的重要任務(wù)，不僅要執行安全標準，也要對重大列車(chē)事故進(jìn)行調查，為確保鐵路系統均衡發(fā)展，其安全辦公室負責對平交道口、鐵路線(xiàn)路等鐵路系統運行進(jìn)行車(chē)輛檢查、監督和安全指導。聯(lián)邦鐵路管理局所使用的軌道幾何尺寸監測車(chē)，對于提高鐵路各部門(mén)的工作安全起到良好的作用，且滿(mǎn)足技術(shù)要求。

　　在線(xiàn)電磁鋼軌探傷主要采用電磁潤流檢測技術(shù)，其中，潤流檢測是根據電磁感應原理，當金屬導體在交變的磁場(chǎng)中運動(dòng)時(shí)，導體內部將產(chǎn)生漩渦狀電流，該電流即為潤流。禍流是感應產(chǎn)生的電流，在一個(gè)環(huán)路中循環(huán)流動(dòng)。如果把一個(gè)導體放到這個(gè)變化的磁場(chǎng)中，該導體中會(huì )產(chǎn)生潤流，同時(shí)潤流也會(huì )產(chǎn)生自身的磁場(chǎng)，當交流電流增強時(shí)該磁場(chǎng)會(huì )擴張，當交流電流減弱時(shí)會(huì )縮減。所以，當導體表面或者近表面產(chǎn)生缺陷以及被測材料性質(zhì)發(fā)生變化的時(shí)候，會(huì )影響潤流的分布和強度，從而可以根據被測潤流的變化，間接得知鋼軌性能的變化及損傷存在的情況。鋼軌探傷中使用的潤流檢測一般由三部分組成，包括探頭線(xiàn)圈、電流(電壓)分析儀器以及被測金屬試件。探頭和被測試件的磁導率都遠大于空氣，若試樣表面有缺陷時(shí)，探頭檢測磁場(chǎng)會(huì )發(fā)生變化，磁路中的磁導率將不再均勻，從而使測量線(xiàn)圈的電特性隨之改變。所以，只要檢測出磁通量變化時(shí)的電特性參數，就可以間接得到被測金屬試樣的裂紋以及分布情況等相關(guān)信息。

　　四、本文研究的主要內容

　　本文設計了完整的在線(xiàn)電磁鋼軌探傷信息管理系統，對所釆集到的損傷數據進(jìn)行分析和處理，較好地解決了檢測數據可以統一在線(xiàn)管理的問(wèn)題，同時(shí)，該系統還設計了在線(xiàn)交流平臺，以便工務(wù)人員及時(shí)獲取現場(chǎng)的最新動(dòng)態(tài)以及損傷情況。論文各章節的主要內容安排如下：第一章引言。本文首先介紹了在線(xiàn)電磁鋼軌探傷的背景、意義及國內外鋼軌損傷信息管理的現狀和存在問(wèn)題，并且通過(guò)去北京某工務(wù)段現場(chǎng)實(shí)際調研，了解了現場(chǎng)實(shí)際需求，提出搭建該鋼軌探傷信息管理系統的必要性，也指出了本文研宄的主要問(wèn)題和寫(xiě)作意義。第二章在線(xiàn)電磁鋼軌探傷數據處理。使用電磁無(wú)損檢測技術(shù)檢測鋼軌損傷，對損傷數據的兩種信號解調算法進(jìn)行了分析，并對損傷數據特性及三種聚類(lèi)分析方法進(jìn)行了分析，詳細介紹了k-means聚類(lèi)算法的處理過(guò)程。第三章在線(xiàn)電磁鋼軌探傷信息管理系統的設計與實(shí)現。首先，詳細介紹了系統開(kāi)發(fā)環(huán)境及技術(shù)難點(diǎn);其次，對系統進(jìn)行了需求分析及詳細設計;最后，將數據處理后的損傷信息顯示在人機交流界面中，實(shí)現系統各模塊的功能，滿(mǎn)足了工務(wù)現場(chǎng)對信息管理系統的實(shí)際需求。第四章實(shí)驗結果驗證及系統優(yōu)化。實(shí)現了k-msans算法的數據處理并用SVM算法對其結果進(jìn)行驗證。同時(shí)，本文通過(guò)鋼軌探傷實(shí)驗結果進(jìn)行驗證，證明了該系統在實(shí)際檢測中的實(shí)用價(jià)值，并且對系統服務(wù)器端進(jìn)行了優(yōu)化。第五章結論。主要分為兩部分，一部分是對該課題工作研究的成果進(jìn)行了分類(lèi)總結，另一部分是通過(guò)論文展望對今后課題的發(fā)展提出建議。

　　五、寫(xiě)作提綱

　　致謝5-6

　　摘要6-7

　　ABSTRACT7-8

　　1引言11-19

　　1.1在線(xiàn)電磁鋼軌探傷的背景和意義11-13

　　1.2國內外鋼軌損傷信息管理的現狀13-16

　　1.2.1國外鋼軌損傷信息管理技術(shù)的現狀13-14

　　1.2.2國內鋼軌損傷信息管理技術(shù)的現狀14-16

　　1.3本文主要工作16-17

　　1.4論文的組織結構17-19

　　2在線(xiàn)電磁鋼軌探傷數據處理19-30

　　2.1鋼軌探傷技術(shù)原理19-20

　　2.2鋼軌探傷信號解調算法20-24

　　2.2.1相關(guān)法20-22

　　2.2.2最小二乘解調算法22-24

　　2.3鋼軌損傷數據特性分析24-26

　　2.4聚類(lèi)分析算法26-29

　　2.4.1層次化聚類(lèi)26-27

　　2.4.2基于網(wǎng)絡(luò )的聚類(lèi)27

　　2.4.3劃分聚類(lèi)27-29

　　2.5本章小結29-30

　　3在線(xiàn)電磁鋼軌探傷信息管理系統的設計與實(shí)現30-52

　　3.1系統軟件開(kāi)發(fā)30-31

　　3.1.1系統開(kāi)發(fā)平臺30

　　3.1.2系統開(kāi)發(fā)工具30

　　3.1.3系統開(kāi)發(fā)技術(shù)30-31

　　3.2系統網(wǎng)絡(luò )結構31-32

　　3.3系統需求分析32-34

　　3.4系統詳細設計34-43

　　3.4.1系統總體功能模塊設計34-35

　　3.4.2系統各功能模塊設計35-38

　　3.4.3系統數據結構設計38-43

　　3.5系統功能實(shí)現43-51

　　3.6本章小結51-52

　　4實(shí)驗結果驗證及系統優(yōu)化52-64

　　4.1k-means聚類(lèi)算法實(shí)現及驗證52-60

　　4.1.1k-means聚類(lèi)算法實(shí)現52-56

　　4.1.2SVM算法驗k-means聚類(lèi)結果56-60

　　4.2信息管理系統實(shí)驗結果驗證60-63

　　4.2.1不同損傷位置結果驗證60-62

　　4.2.2不同損傷程度結果驗證62-63

　　4.3系統優(yōu)化63

　　4.4本章小結63-64

　　5結論64-66

　　5.1論文總結64-65

　　5.2工作展望65-66

　　參考文獻66-68

　　六、目前已經(jīng)閱讀的主要文獻

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