轨枕蒸养测控系统中的温度融合
SK-2型双块式轨枕蒸养施工技术
SK-2型双块式轨枕蒸养施工技术摘要: 该文简要论述了CRTSⅠ型无砟轨道SK-2型双块式轨枕蒸汽养护工艺，并结合贺州轨枕场实际情况提出了确保双块式轨枕养护质量的有效措施，从而使得双块式轨枕混凝土养护工艺有创新、成本有降低、质量达可控。
关键词：双块式轨枕蒸汽养护施工工艺1.工程概况贺州轨枕场主要承担新建贵阳至广州铁路DK523+201.143～DK628+043.265段共427180根CRTSⅠ型无砟轨道SK-2型双块式轨枕（以下简称双块式轨枕）的生产任务。
由于工期紧、任务重，双块式轨枕的养护必须采取蒸汽养护工艺，双块式轨枕通过蒸汽养护可以迅速的提高混凝土早期强度并防止表面收缩裂纹的产生，从而使双块式轨枕能够尽早拆模，减小模板的周转周期，为双块式轨枕的工厂化流水线生产创造有利条件。
2.技术要求双块式轨枕采用蒸汽养护时，养护分为静置、升温、恒温、降温四个阶段。
混凝土浇筑后在5―30℃的环境中静置2h―3h后方可升温；升温速度不得大于15℃/小时，恒温时轨枕芯部温度不得超过55℃；降温速度不得大于15℃/h，脱模时环境温度与轨枕表层温度之差不得大于15℃。
脱模强度大于40MPa。
3.蒸养系统组成蒸气养护系统主要由供热系统、养护罩系统和自动控制系统三部分组成。
供热系统由锅炉、蒸养管道和电磁阀门等组成。
养护罩系统主要为养护通道。
控制系统由工控机、温度传感器、控制软件等组成。
3.1 蒸养通道的设计混凝土浇筑完成后进入养护通道依次通过不同的温度场达到脱模强度。
轨枕生产线生产能力、混凝土配合比设计和脱模强度决定了养护通道的大小，在考虑不利因素影响下，养护通道设计成可一次性容纳180模轨枕的养护量（单垛5层），即养护通道长33m、宽7.8m、高3m，满足日最大生产1440根轨枕的要求，详见下图。
图1SK-2型双块式轨枕养护通道分区布置图3.2 温度监控系统智能化养护通道内的三个温度区的温度控制由一台PLC机完成，系统由两个子系统构成，两个子系统相互独立，形成了蒸养控制系统的冗余结构，保证了系统的安全。
铁路轨道工程施工—双块式轨枕制造工艺
脱模系统
施工工艺要点
⑦轨枕检验和注油 将轨枕上任何混凝土残留物和灰
尘吹掉，将丙酮刷在轨枕上，观察 是否有裂纹形成，如果发现有任何 裂纹出现，做出标记。
把润滑嘴放入套管内，打开油枪 灌注防腐油脂，直到在预装配位置 处的套管的冠状口流出为止。
叉车码垛存放，轨枕存放一般每25根轨枕堆成一 堆，分为5层，每层5根轨枕。在每层轨枕下侧放 置一对10×10×150㎝方木，作为垫层。
轨枕生产线主要构成
3)、养护系统
➢ 养护系统由养护通道、牵引机构、液压 顶推机构及养护小车组成；
➢ ①养护通道内采用蒸汽养护，配有监测 系统，能自动控制养护通道内温度和湿 度；
➢ ②液压顶推机构将载有钢模的小车送入 养护通道，顶推力达26kN，每辆小车装 载5层叠放钢模总重12.5吨，可一次最多 推动满载小车15辆。
施工工艺要点
④混凝土浇筑、振捣
模型内桁架钢筋、上部梁架、弯起钢筋和套管安装完毕 后，混凝土浇筑前，确认钢筋及预埋件的位置和间距，模 型通过辊道和横移小车移动到混凝土振动台位，然后振动 台位上带有的气动升降辊道降下，模板落入混凝土振动台 上，混凝土布料车移动至载有模型的振动台上，进行第一 层的混凝土布料随后进行振动，再进行第二次混凝土布料， 等布料大致满足要求时，开始振动约2分钟，停止振动后钢 模气动升降辊道升起，然后辊道转动模型移动到下一台位。
➢ 轨枕用钢筋主要为钢筋桁架及箍筋，配置一套钢 筋加工生产线，包括钢筋冷轧，数控弯箍，桁架 自动焊接。
安装配件
双
钢筋桁架加工
钢筋桁架入模
块
式
轨
混凝土制备
安装配件 砼灌注、振动
枕
试件制作
清渣、清边
制
试件养护
浅谈铁路CRTSⅠ双块式无砟轨道轨枕预制
浅谈铁路CRTSⅠ双块式无砟轨道轨枕预制摘要:文章就SK-2型双块式轨枕在国内首条环形生产线的制造,介绍了制枕总体方案的设计,对主要制枕工序的设备功能和工艺设计等关键技术进行了较详细的阐述,可供类似工程参考和借鉴。
关键词:无砟轨道,双块式轨枕,环形生产线,工艺流程近40年来,高速铁路先行发展的国家大力开发以混凝土或沥青混合料等取代道砟道床的各类新型无砟轨道,旨在提高轨道的稳定性、平顺性,大幅减少维修工作量。
在新建高速铁路干线大量铺设应用中,取得了很好的技术经济效果。
通过开展对国外双块式无砟轨道施工技术及施工设备的引进、消化、吸收及技术再创新工作,基本掌握了双块式无砟轨道轨枕制造、铺设施工关键技术,并开展了无砟轨道施工设备国产化技术研究。
为尽快打造出我国自己的品牌,在充分消化吸收了我国已引进的双块式轨枕生产线技术的基础上,依靠国内的研发力量,对铁路双块式轨枕预制工艺及设备进行开发创新,使双块式轨枕预制工艺及设备研制在国内实现国产化。
下面简要介绍铁路CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道轨枕预制生产线组成、工艺流程。
1 总体方案设计中铁隧道集团二处整体道床施工项目部承担了龙厦客运专线象山隧道CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道SK-2型双块式混凝土轨枕的生产任务,采用环形生产线进行轨枕的工厂化制造,以保证轨枕的制造质量与精度,提高生产效率。
生产组织按每天循环设计作业,流水生产节拍不大于5min,模具设计为4×1形式(即:4根轨枕在一个模型中,外层采用框架钢结构形式)。
生产能力在每天800根左右。
1.1 总体平面布置环形生产线生产车间设计尺寸为:长60m×宽20m×高8m(见图1),全部置于钢结构彩钢房屋内,在车间的长尺寸方向的一侧有一个口,用于混凝土的进料方向;在车间的短尺寸方向上,一端为用于工作人员进出车间和轨枕运出车间的大门,便于将加工好的钢筋桁架运送至安装钢筋桁架的工位,一端为方便工作人员出入车间。
双块式轨枕坑式与通道式蒸养能耗研究
82工业安全与环保2013年第39卷第6期I ndust r i al Saf e t y a nd Envi r onm e nt al Prot ect ion．J u ne2013双块式轨枕坑式与通道式蒸养能耗研究*李敏霞1李秀辉2郝长生1(1．石家庄铁道大学石家庄050043；2．中核第四研究设计工程有限公司石家庄050021)摘要系统介绍了双块式轨枕蒸养环节坑式与通道式两种生产工艺和管道布置，并对两种生产工艺在不同气候条件下的能耗进行了对比，以期促进蒸养生产工艺的应用。
关键词双块式轨枕蒸养养护坑St eam C ur i ng E ner gy C ons um pt i on St udi es of T r ac k Pa nel s ol ang Pool and C hannel P r oce ssLI M i nxi a l LI X i uhuP H A O Chn出nt(1．Sh／．／／adm ang T i e dao U n／t er s／t y硒驰晶l螂050043)A bst r act T hi s paper sys t eam t i cal l y dabor at es t w oInt ces s酋0f t r a ck pa nel s cuI i ng poo l a nd chsl l nel pr oces s a nd t he pi pi ngl ayout．The ene r gy co ns um pt i o n0f t w o pr oc ess es is cont r a st e d t i n der di f f er ent cl i m at i c c ondi t i ons．The a i m i s t o pr ona舰t heapp l i cat i on d s t e am cl】ri Il g pr oces s．K ey W or ds t r a ck pa nel s st eam硼119cur i ng po olO引言双块式无砟轨道由于其良好的轨道平顺性和持久可靠的稳定性、高效率的运能、极少的线路维修量，越来越受到铁道运输行业的重视…。
干硬性混凝土在轨枕生产中的质量控制要点
干硬性混凝土在轨枕生产中的质量控制要点摘要：针对干硬性混凝土在轨枕生产中的质控问题，采取实例分析的方法，展开具体的论述，提出有效的混凝土质量控制的策略，共享给相关人员参考借鉴。
质量控制是个“精细活”，每个因素和每个环节都不容放松，必须认真贯彻质量质控标准，保障干硬性混凝土材料质量以及工艺应用效果达标。
关键词：干硬性混凝土；轨枕生产；质量控制从铁路行业十四五发展规划分析，提出着力推动铁路更高质量发展，施工质量强化为重点。
在整个铁路结构中轨枕为主要部分，给安全运行有着很大的影响。
轨枕的生产质量水平高低，影响着铁路工程的生产质量与运行安全。
围绕质量问题源头，严格控制把关质量，具有现实意义。
1轨枕的概述从应用的角度来说，轨枕起到固定钢轨的积极作用，既需要支承钢轨，也要保持钢轨的位置。
除此之外，负责将钢轨传递来的压力传递给道床。
基于使用需求，轨枕需要具有的柔韧性以及弹性，过硬或者过软都不行。
基于此，做好轨枕制作质量的把控，有着重要的意义。
2干硬性混凝土在轨枕生产中的质控要点2.1 原材料的质量控制轨枕工程施工中使用的水泥材料，不可以是早强型水泥，选择硅酸盐水泥或者其他材料，同时强度等级超过42.5级。
轨枕使用的粗骨料，选择规格为5-20mm的连续级配碎石材料，多用于二级配骨料来达到要求。
使用的碎石，要求破损面超过70%。
使用的细骨料，选择吸水率低且孔隙率小的中区II级河砂，含泥量要求＜1.5%。
混合料配合使用的水，要求达到水质要求。
2.2 做好配合比设计轨枕使用的干硬性混凝土，砂率和用水量等为技术控制的关键。
设计配合比需要确定混凝土强度和水灰比之间的关系，采取试验分析的方法，确定材料干硬性实现所需的水量。
合理计算水泥与骨料的使用量，科学计算配合比。
材料配制时按照配合比组织试拌在作业，制作混凝土试块，并且检查拌合物的强度和弹性模量等看是否达到要求。
对使用的配合比进行优化，制作高质量的轨枕。
配合比技术要点：1）混凝土胶凝材料的使用量，要求不超过500Kg/m3；2）如果骨料的具有碱活性，则要求材料中总碱的含量小于3kg/m3；3）混凝土材料中三氧化硫的含量不可以超过胶凝材料的4.0%。
新Ⅱ型混凝土轨枕裂缝的成因与防治
（） ４ 恒温 温度 过高 。高温 蒸养 中 ， 泥水 化速度 水
２ 裂 缝 形成 的原 因分 析
２ １ 温 度 变 化 引起 的 裂 缝 ．
产 生 的 原 因 ， 出裂 缝 的预 防 措 施 ， 保 证 新 Ⅱ型 混 凝 土 轨 枕 质 量 、 高 轨枕 施 工 水 平 有 借 鉴 意 义 。 提 对 提
关 键 词 ： 枕 ； 缝 ； 因分 析 ； 防措 施 轨 裂 原 预
中 图分 类 号 ： １ ． ４ 文 献 标 识 码 ： 文 章编 号 ： ６ ２ ３ ５ （ ０ １ Ｓ — １ ８ ０ ３ Ｕ２ ３ ３ Ｂ １ ７ — ９ ３ ２ １ ） １０ ３ —０
（） ３ 升温过 快或 轨枕局 部 温度过 高 。《 型预应 新 力 混凝土 枕技 术条 件 》 中规 定 ， 升温 速 度 小 于 ２ ℃／ Ｏ ｈ 。在 升温 过程 中 ， 泥 水化 反 应 速 度 加快 ， 升 温 水 到 结束 时多 已获 得一 定 的 硬化 强 度 ， 是 升 温 中要 产 但
当轨枕 成形后 ， 面水 分 不 断蒸 发 。这 种 水分 蒸 发 表 是 由表 及里逐 步发 展 ， 面上 湿度形 成梯 度 ， 截 内外 干
现在我 们再进 一步 分析 。凸 出的轨槽 板端 面不 是一个 垂 直面 ， 是 一个 呈 ６ 。 的倾 斜 面 。这 样 ， 而 ０角
缩 量不 一样 ， 因而 轨枕 表 面 收 缩变 形 受 到 轨枕 内部 约 束 ， 受其他 约束 产 生拉 应力 。尤 其 是 当轨 枕 脱 或
也 因应力 消失 而恢 复原 始 长 度 ， 就 引起 轨 枕 成 品 这
轨枕养护制度
轨枕养护制度
1、混凝土入模温度为5℃-30℃，混凝土入模时钢模温度为5℃-35℃，且混凝土温度与模板温度之差不得大于15℃。
2、轨枕成型后，应在温度为5℃-35℃的环境中静停不小于3小时，方可实施蒸汽养护，蒸汽养护过程中，混凝土升温速度不大于15℃/h，降温时，混凝土降温速度不大于15℃/h，蒸汽养护结束，轨枕表面与外部环境温差不大于15℃。
3、当水泥中的三氧化硫含量不大于 2.0%时，混凝土芯部温度不大于60℃，当水泥中三氧化硫含量为3.0%时，混凝土芯部温度不大于55℃，当水泥中三氧化硫含量在2.0%-3.0%之间时，混凝土芯部温度应按下表进行控制：
4、蒸汽恒温养护时间应根据轨枕蒸养强度而定（一般是8小时），当混凝土强度不低于45MPa且混凝土弹性模量不低于3.35*104MPa时放张预应力，并进行轨枕脱模，轨枕脱模后应湿润养护3d以上，当环境温度低于5℃时，应采取保温措施，当环境最低温度低于0℃时，不得对轨枕撒水养护。
双块式无砟轨道生产线蒸汽养护系统设计
Ａｐ ｉ ２ １ ｒ ０ ０ ｌ
工 业 安 全 与 环 保 Ｉｄ ｓｉ ａ ｔ ａｄＥ ｖ ｏｍ ｎ ｌ ｒｅｔ ｎ ｎｕｔａ Ｓｆｙ ｎ ｎｉｎ ｅｔ ｏ ｃｉ ｒｌ ｅ ｒ ａＰｔ ｏ
・４ ・ ５
双 块 式 无 砟 轨 道 生 产 线 蒸 汽 养 护 系 统 设 计
李敏霞 李义强 李 申山
（ 石家庄铁道学院
摘 要
石家庄 ０Ｏ４ ） ５Ｏ３
主要 介 绍 了双 块 式 无 砟 轨 道 制 枕 生 产 线 蒸 汽 养 护 的 方 案 及设 计 ， 括 热 量 计 算 、 包 管道 布 置 以 及 控 制 系 统 ， 设 该
计达到了预期要求 。
关键词 无砟轨道 双块式轨枕 蒸养 系统 管道
Ｄｅ ｉｎ ｏ ｓ ｆＢｎ ａ＇ｅ ｓＰａ ｅ ａ ｋ Ｐ ｏ ｕ ｔ ｎ Ｌｉ ｅ Ｓ ｅ ｍ ｒｎ ｙ ｔ ｍ ｇ ｎ ￣ｌｓ ｎ ｌ ｔ Ｔｒ ｃ ｒ ｄ ｃｉ ｎ ｔａ Ｃｕ ｉ ｇ Ｓ ｓｅ ｏ
Ｌ ｎ ｉ Ｉ Ｙ ｑ ａ ｇ Ｌ ｈ ｎ ｈ ｎ １Ｍｉｘ ａ 』 ｉ ｉｎ ＩＳ ｅ ｓ ａ
定 的水分 ， 使混凝土不致蒸 发过量而干燥脱水… ｔ。 蒸养 的主要控制参数 有 ： 温时 间 和升 温速度 ， 温时 升 恒 间和恒 温温度 ， 降温时间和降温速度。 当混凝土制 品的外形 尺寸 、 原料性能 、 混凝土配合 比及其他工 艺条件一 定时 ， 蒸养 工艺是决定混凝土性能及 制 品质量 的重要 因素 。根据混凝
１ 背 景 介绍
到下一工序 。
轨道是高速铁路 和客 运专线的重要组成部分 ， 传统 的轨 道铺设已显现 出维护 费用 大等不 利因素 ， 因此无砟 轨道技术
轨枕混凝土技术交底
新建铁路郑西客运专线工程轨枕混凝土分项工程技术交底编制：审核：审批：单位：中铁二十三局郑西线第六项目部时间：2007年8月15轨枕混凝土分项工程技术交底1.设计要求双块式轨枕混凝土设计采用高性能混凝土，强度等级为C60，轨枕混凝土质量应符合“郑州至西安客运专线双块式轨枕暂行技术条件”的有关规定。
1.1 混凝土所用材料、规格、混凝土标号。
1.2 轨枕混凝土设计用量0.083m3。
2.质量标准2.1 混凝土质量验收标准2.1.1 水泥的技术要求：水泥技术要求2.1.2 矿渣粉的技术要求：矿渣粉的技术要求砂的有害物质含量技术要求2.1.4 粗骨料的技术要求：粗骨料中有害物质含量技术要求外加剂的技术要求2.1.6 拌和用水的技术要求:拌和用水的技术要求2.2.6配合比试验检测项目质量要求:⑴电通量：≤1000⑵抗冻性：≤5%⑶抗压强度：≥60Mpa2.2 混凝土要求符合以下规定：混凝土浇灌过程中，应随机取样制作抗压强度试件，试件应与轨枕相同条件下振动成形、养生，28天试件应在脱模后进行标准养生，并满足以下要求：抗压强度: 63.5 N/mm²(立方体抗压强度)抗弯强度: ≥ 7.0 N/mm²3.混凝土施工工艺混凝土施工工艺流程图：3.1 混凝土的配制开工前应通过试验确定混凝土施工配合比。
配制混凝土的各种材料均须符合以上质量标准，否则禁止使用。
混凝土配合比要根据材料与施工情况，由试验室确定。
试验室要根据天气及实际生产情况和实测的砂、石含水率不断调整施工配合比，每班以书面形式通知生产科。
搅拌站根据试验室下达的施工配合比通知单计算每盘(每次投料拌合的混凝土重量)的实际需用各项材料数量进行投料拌合。
a) 材料计量误差（按重量计）：混凝土计量误差应按如下规定办理：混凝土拌和物其最大允许偏差必须符合下列规定（按重量计）：胶凝材料（水泥、矿物掺合料等）±1%；专用复合外加剂±1%；粗、细骨料±2%；拌合用水±1%。
SK-2型双块式轨枕施工工艺控制及智能化研究
SK-2型双块式轨枕施工工艺控制及智能化研究摘要：SK-2型双块式轨枕预制采用4×1短模具环形流水线施工，具有现代化技术程度高、效率高、精度高、变形小等优点，结构布局优势明显。
本文以昌景黄铁路（江西段）鄱阳轨枕厂和广湛铁路阳江轨枕厂为依托，对SK-2型双块式轨枕预制的施工工艺进行总结分析，并就预制过程中关键工序施工质量要点进行深入研究，在保障施工效率的同时，进一步提升预制轨枕的整体质量及智能化水平，推动轨枕生产智能化发展。
关键词：双块式轨枕；施工工艺；质量；智能化1概述目前双块式无砟轨道是国内外高速铁路应用最广泛的无砟轨道结构型式之一，并且正在建设的昌景黄铁路、汕汕铁路、广湛铁路等多个项目仍采用双块式无砟轨道。
在未来，对于双块式轨枕的生产仍有着巨大的市场需求。
传统的轨枕生产方式逐渐暴露出生产环节配合不紧密、人员投入多、劳动强度高、产品质量难以有效保障、过程管理困难等问题[1]。
新时期，随着“智能高铁发展战略”的推出，智能化建造成为了未来的发展趋势[2]，与此同时，对轨枕生产的人员投入、设备自动化程度要求、生产环节的衔接配合等提出了更高的要求。
本文以昌景黄铁路（江西段）鄱阳轨枕厂和广湛铁路（阳江轨枕厂）为依托，通过对现有生产线各项施工工艺、作业方式、作业要求进行深入研究[3]，为推动轨枕生产全过程智能化提供参考。
2应用实例1.昌景黄铁路（江西段）鄱阳轨枕厂：新建南昌经景德镇至黄山铁路（江西段）位于江西省境内，采用SK-2型双块式轨枕，鄱阳轨枕厂负责江西段约58万根的轨枕预制任务，双块式轨枕采用工厂化预制。
2.广湛铁路阳江轨枕厂：新建广州至湛江铁路位于广东省境内，采用SK-2型双块式轨枕，阳江轨枕厂负责全线约116万根的轨枕预制任务，双块式轨枕采用工厂化预制。
3轨枕制造关键技术3.1 轨枕生产主要工艺流程目前，厂内双块式轨枕预制生产工艺主要以自动化控制为主，辅以人工配合，通过环形生产法进行双块式轨枕的生产[4]，主要包括钢筋加工及轨枕环形生产两个工艺环节，其中钢筋加工主要包括桁架筋加工、箍筋加工等工艺，轨枕环形生产主要包括清理模具、喷涂脱模剂、套管安装、钢筋入模、混凝土拌合及浇筑、振捣、轨枕养护、轨枕脱模、成品检测、码垛、轨枕湿养、堆场存放等[5]。
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轨枕蒸养测控系统中的温度融合江 萍1,胡社教2,潘宗岭3(1.合肥工业大学电气及自动化学院,安徽合肥230009;2.合肥工业大学计算机与信息学院,安徽合肥230009;3.蚌埠产品质量监督检验所,安徽蚌埠233000)摘 要:温度测控系统在轨枕生产中起着关键的作用,系统通过多路数据采集卡获取轨枕蒸养室多个采样点的温度值。
采用算术平均与分批估计相结合的数据融合算法,消除温度测量中的不确定性,使得测量的温度准确、可靠;保证了轨枕蒸养室温度的控制准确度和稳定性,提高了轨枕的质量。
关键词:数据融合;温度测量;疏失误差中图分类号:TP274 文献标识码:A 文章编号:1000-9787(2003)09-0037-02 T emperature f usion of rail2pillow steam2m aintainmeasuring and control systemJ IAN G Ping1,HU She2jiao2,PAN Z ong2ling3(1.Sch of Automation and E lec E ngin;H efei U niversity of T echnology,H efei230009,China;2.Sch of Computer and Info,H efei U niversity of T echnology,H efei230009,China;3.B engbu Product Q u ality Supervision and Inspection Institute,B engbu233000,China)Abstract:Temperature measuring and control system plays a key role in rail2pillow production.The temperature value of many sampling points in rail2pillow steam2maintain room is acquired through multichannel data collecting card.Data fuse algorithm combined arithmetic average and estimation in batches is used to eliminate the uncer2 tainty in temperature measurement and the measured tem perature is made to be accurate and reliable.The control accuracy and stability of temperature in rail2pillow steam2maintain room are guaranted and the quality of rail2pil2 low has been raised.K ey w ords:data fusion;temperature measurement;careless error0 引 言高质量的轨枕是保证列车安全运行的主要因素之一。
衡量轨枕质量的主要技术指标是轨枕的抗压强度。
轨枕生产过程中,最重要的是轨枕坯料的蒸养,它要求轨枕坯料按照预先设定的温度控制曲线进行凝固,使其达到国标规定的抗压强度。
被蒸养的坯料送入蒸养室后,要经过静养、加温、保温、降温四道工序,历时二十多个小时。
每道工序都要求按预定的温度曲线运行,使坯料受热均匀;经过上面四道工序后方可出室,接受静载试验,判定是否合格。
由于蒸养室的体积较大,蒸气湿度大,导致温度检测过程中的干扰加大,测控准确度难以满足工艺要求。
温度测量成为制约蒸养工艺稳定性、轨枕质量的关收稿日期:2003-03-23键所在。
数据融合技术最初源于军事应用,近年来,人们已开始将数据融合应用于复杂工业过程控制系统。
数据融合正在成为智能检测系统中最有效的信息处理工具[1]。
本系统通过数据融合的方法消除轨枕蒸养中温度测量的不确定性,获得可靠的测量数据,提高测量结果的准确性。
控制策略上,系统采用模糊控制与传统PID相结合的控制方法。
1 系统组成系统控制对象为A,B,C,D四个蒸养室,每室的几何尺寸:长×宽×深=20m×3m×5m。
图1为轨枕蒸养测控系统示意图,图中所示为数据采集卡与蒸养室A信号传输的示意图。
(B,C,D室与A 室一致,图中未示出。
)73 2003年第22卷第9期 传感器技术(Journal of Transducer Technology)图1 轨枕蒸养测控系统示意图Fig1 Schem atic diagram of rail2pillow steam2m aintainmeasuring and control system 系统由计算机、数据采集卡、多路温度传感器、温度调节放大电路、电子比例调节阀及被控对象组成。
蒸养室内的典型位置都设有温度传感器(如图1所示),温度调节放大电路将多路温度传感器检测到的温度信号转为0～5V直流电压信号,送入数据采集卡的A/D转换口(共有8路)进行模拟/数字转换,转换结果直接送入计算机进行处理。
计算机首先剔除疏失误差,获得一致性测量结果,然后再对其数据进行融合处理,最后将处理后的数据送入控制环节,计算机根据不同的工序,采用不同的控制策略,输出直接用于控制电子比例调节阀的阀位开度及主机面板上的启停开关状态,实现各蒸养室温度的闭环控制。
2 基于多传感器算术平均值与分批估计的数据融合David和James根据JDL功能模型,给出了三种融合系统结构:集中式融合、自主式融合和混合式融合等[2]。
根据系统的特点,采用了类似混合式融合的方法,该方法具有算法简单,计算量小等特点。
2.1 数据融合的方法蒸养室温度测量数据融合的目的是消除测量中的不确定性,以获得更准确、客观的测量结果。
当某些传感器失效时,系统可以依据其它有效传感器提供的数据,通过数据融合技术,获知各个蒸养室的准确温度。
因为等准确度传感器的测量结果具有正态分布特性,所以系统的数据融合采用了算术平均值与分批估计相结合的算法[3]。
具体算法如下:先由每个蒸养室的8路数据得出一致性测量数据,再按同组传感器空间位置不相邻的原则将其分为两组(第一组序号为S11～S14,第二组序号为S21～S24),计算每组测量数据的平均值,最后采用分批估计算法,估计出接近温度真实值的融合值,从而消除测量过程的不确定性,得到蒸养室内温度的准确测量结果。
设第一组一致性测量数据为t11,t12,…,t1m;第二组一致性测量数据为t21,t22,…,t2n,其中 m,n分别为第一,二组中的传感器数,则两组测量数据的算术平均值分别为t(1)=1mΣmp=1t1p,(1)t(2)=1nΣnq=1t1q,(2)其中 p,q分别为第一,二组中的传感器序号,相应的标准误差分别为^σ(1)=1m-1Σmp=1(t1p- t(1))2,(3) ^σ(2)=1n-1Σnq=1(t2q- t(2))2.(4)根据分批估计理论,分批估计后得到的温度融合值的标准误差为^σ+=[(^σ-)-1+HτR-1H]-1=[11]1^σ2(1)1^σ2(2)11-1=^σ2(1)^σ2(2)^σ2(1)+^σ2(2),(5)式中 (^σ-)-1=0,因为在此之前没有温度测量的统计资料,即此前测量结果的方差^σ-=∞,故(^σ-)-1=0;H为测量方程的系数矩阵,R为测量噪声的协方差,且H=11;R=σ^2(1)0^σ2(2).(6)由分批估计导出的温度数据融合值^t+为^t+=[^σ+(^σ-)-1]^t-+[^σ++HτR-1]t=[^σ++HτR-1]t.(7)将式(6)代入式(7),不难得到基于多传感器与分批估计数据融合的温度值为^t+=^σ2(2)^σ2(1)+^σ2(2)t(1)+^σ2(1)^σ2(1)+^σ2(2)t(2).2.2 温度测量数据融合试验系统工作环境恶劣,传感器容易受损,突发性干扰很多,因此实际测量中常常存在疏失误差(粗差)。
表1是A室加温过程中某一时刻温度测量结果,其时的实际温度为63.70℃,8路测量的均值为 t(8)=18Σ8i=1t i=63.79℃,测量真差为0.09℃。
(下转第41页)83 传感器技术 第22卷3.1 基于综合融合数据的数据融合用Matlab [5]可以求得矩阵R T 所对应的最大特征值为λ=7.034.最大特征值所对应的特征向量为γ=(0.3775,0.3779,0.3787,0.3790,0.0067,0.0301,0.3773,0.3771,0.3770,0.0015)T .则由式(2),式(3)可以得到x =Σmk =1αk x k =0.9425.如果应用文献[1]给出的方法,令R ij =1-d ij ,得到综合融合结果为x =Σmk =1αk x k =0.8072.应用文献[2]方法得到的结果是0.9379。
通过结果比较可以发现,本文提出的关于关系矩阵的算法在一定程度上可以提高传感器综合支持程度。
3.2 基于Bayes 方法的最优数据融合针对式(5)中数据,用下式表示某一个传感器被其它传感器的支持程度为ηi =(Σ9j =1γj )/9,j ≠i ,i =1,2, (10)取被另外9个传感器所支持的支持程度大于0.7的传感器测量数据为有效数据,总共有7组数据符合要求,它们是第1,2,3,4,7,8和第9组。
由矩阵估计得 σ2=17Σ7i =1(x i -μ0)2,μ0=1.利用式(4),求得被测参数的Bayes 最优融合数据是0.999983352。
4 结束语在文章中,提出以椭圆矩阵表示关系矩阵,并给出了具体分析结果。
通过分析可以发现,这种矩阵形式有助于提高多传感器融合中的融合结果。
基于Bayes 方法的融合结果在文中所给数据的基础上和文献[4]中的结果是一致的,但是本文应用的是各个传感器的综合支持程度,这在一定程度上更能反应传感器之间的相互关系。
关于关系矩阵还有其他的改进方法,将进一步研究。
参考文献:[1] 涂国平.多传感器数据融合的稳健处理方法[J ].数据采集与处理,1998,13(1):85-87.[2] 涂国平,邓群钊.多传感器数据的统计融合方法[J ].传感器技术,2001,20(3):28-32.[3] 刘福生,罗鹏飞.统计信号处理[M ].长沙:国防科技大学出版社,1999.210-215.[4] 吴小俊,曹奇英,陈宝香,等.基于Bayes 估计的多传感器数据融合方法研究[J ].系统工程理论与实践,2000,7:45-48.[5] 刘 敏,魏 玲.MATLAB 通信仿真与应用[M ].北京:国防工业出版社,2001.21-22.作者简介:王 威(1974-),男,山东青岛人,海军航空工程学院青岛分院讲师,国防科技大学硕士生,研究方向:装备仿真,信息融合。