1.一种基于数字孪生的智能无砟轨道节点监测方法,其特征在于:包括以下步骤:1)通过高速铁路无砟轨道监测系统进行全天候测试,采集无砟轨道在环境荷载、列车荷载、基础变形荷载作用下无砟轨道各层结构的动、静态响应,以及气候、环境参数;2)将采集到的数据利用无砟轨道监测数据传输系统进行传输;3)对采集到的信号进行预处理,建立用于训练神经网络的数据库;4)构建并训练无砟轨道在多物理场作用下的神经网络模型,并验证神经网络模型输出数据与无砟轨道物理数据的一致性;5)集成物理数据模型、神经网络模型和虚拟数据模型,通过映射重构建立无砟轨道的物理空间实体在虚拟空间的数字孪生体;6)建立三维交互界面,将无砟轨道数据云图、行驶列车运行状态进行可视化;7)评估、预测无砟轨道、运行列车的服役状态,并根据规范发出报警。
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的智能无砟轨道节点监测方法,其特征在于:步骤1)中,无砟轨道监测系统包括各类物理传感器,具体为:若干埋入式传感器、表面粘贴式传感器和道旁传感器;埋入式传感器包括埋入式应变传感器和埋入式温度传感器,分别埋设于无砟轨道的轨道板或道床板、CA砂浆或自密实混凝土、底座内部;表面粘贴式传感器包括应变片、位移传感器、温度传感器和加速度传感器,固定于钢轨、轨道板表面;道旁传感器包括红外热成像、超声波、红外位移测试仪和DIC;物理传感器布设在每个无砟轨道物理感测点,物理感测点为能够安装传感器的感测点;通过各类物理传感器测试在温度荷载、列车荷载、和基础变形荷载附加作用下无砟轨道各层结构的温度、应力或应变、位移动静态数据变化。
3.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生的智能无砟轨道节点监测方法,其特征在于:步骤2)中,无砟轨道监测数据传输系统包括若干铠装导线、动态数据采集开关、静态数据采集开关、仪器保护装置、信号采集器、数据临时储存站和5G传输通道;铠装导线用于连接物理传感器,动态数据采集开关为应变传感器,安装于距离物理传感器一定距离的道旁,当列车驶过时打开开关开启高频数据采集,并在列车远离智能轨道节点后关闭数据采集;静态采集开关为定时电磁继电器,每间隔一定时间采集一次数据;通过信号采集器对信号进行采集,转存入数据临时储存站,通过5G传输通道将数据临时储存站中的数据传输到分析建模系统中。
4.根据权利要求3所述的一种基于数字孪生的智能无砟轨道节点监测方法,其特征在于:步骤3)中,数据预处理方法包括低、高通滤波,EMD、EEMD、VMD、CEEMDAN时频分析方法;各类物理传感器用于实时采集所述无砟轨道上的物理传感数据,形成物理传感数据集,并存储到数据库中的物理数据储存单元;无法安装传感器的感测点称为虚拟感测点,每个虚拟感测点设置映射点,映射点通过构建有限元和多体动力学仿真获取所述虚拟感测点上的映射数据,形成映射数据集,并存储到数据库中的虚拟数据储存单元。
5.根据权利要求4所述的一种基于数字孪生的智能无砟轨道节点监测方法,其特征在于:步骤4)中,神经网络模型结构包含四层:第一层网络为输入层,第二层网络为时序网络层,第三层网络为全连接层,第四层网络为输出层;利用神经网络模型构建物理数据模型和虚拟数据模型的映射关系;并使用优化算法对神经网络模型进行训练优化,以均方误差作为模型的目标函数,将均方差优化至最小值以得到最优神经网络模型。
6.根据权利要求5所述的一种基于数字孪生的智能无砟轨道节点监测方法,其特征在于:步骤4)中,利用步骤3所述的数据库构建并训练无砟轨道在多物理场作用下的神经网络模型,构建神经网络模型所需要的训练数据为在数据库中的历史数据寄存单元中存储的N个物理感测点上的加工参数的历史数据集以及M个对应实际制造系统的虚拟感测点的相同位置点上的加工参数构成的历史数据集;基于物理传感数据集和映射传感数据集生成用于映射实际无砟轨道的映射模型;通过验证传感器和系统辨识单元验证无砟轨道神经网络模型输出数据与无砟轨道物理模型数据的一致性,验证传感器全程不参与神经网络模型的构建,仅用于模型验证;系统辨识单元用于对构建的神经网络模型构建的映射关系进行模型精确度辨识,利用神经网络模型的输入、输出数据进行离线辨识,对比在验证传感器安装位置的相同虚拟感测点上的输出数据与验证传感器的误差,判断神经网络模型与无砟轨道物理实体输出数据是否等价,并完成神经网络模型的修正、优化。
7.根据权利要求6所述的一种基于数字孪生的智能无砟轨道节点监测方法,其特征在于:步骤5)中,通过基于分布式架构的数据库接口,实现数字孪生体与物理实体的实时交互及同步反馈;基于多源异构数据融合和神经网络算法,实现物理空间与虚拟空间信息流、控制流、数据流和决策流的数据清洗转换,共享汇聚、融合及迭代优化。
8.根据权利要求7所述的一种基于数字孪生的智能无砟轨道节点监测方法,其特征在于:步骤6)中,使用3d建模软件和渲染工具对物理实体模型进行物理实体模型渲染、贴图以及边缘优化;建立包含无砟轨道几何信息,动、静态物理场的可视化云图,行驶列车的几何信息,以及各项动力指标曲线图。
9.根据权利要求8所述的一种基于数字孪生的智能无砟轨道节点监测方法,其特征在于:步骤7)中,根据规范评估无砟轨道、行驶列车服役状态,包括:预测不平顺发展趋势以及TQI变化,无砟轨道温度梯度的最大温度是否超限,最大拉应力是否超限;轮轨力、轮重减载率是否超限、车体加速度作是否符合乘坐舒适要求;若有超出规范限制数值则发出警报。
10.一种基于数字孪生的智能无砟轨道节点监测系统,其特征在于:其采用如权利要求1-9中任一所述的一种基于数字孪生的智能无砟轨道节点监测方法。