基于车辆动态响应分析的轨道状态检测技术应用现状及展望

牛留斌，刘金朝

（中国铁道科学研究院集团有限公司 基础设施检测研究所，北京 100081）

轨道状态的劣化影响车辆运行安全性和乘坐舒适性，严重时甚至危及行车安全。特别是高铁轨道状态在列车高速度、高密度的长期作用下变化速度加快，安全舒适运营对轨道状态的平顺性提出了更高的要求。铁路作业人员需要根据大量的监测数据实时分析轨道状态，总结历史变化趋势，对比发现轨道病害并制定精准的维修计划。

轨道不平顺是指轨道几何形状、尺寸和空间位置相对其正常状态的偏差。与人工上道静态测量不同，轨道检测车能对铁路基础设施进行实时动态检测监测，并输出轨道几何不平顺、车辆振动加速度、轮轨力等检测数据，基于这些大量的检测数据可从不同角度查找轨道病害，在指导线路养护维修中发挥了积极的主导作用。基于轨道几何不平顺检测数据，轨道几何检测系统一般采用惯性基准法［1-3］或者弦测法［4-6］，可对波长在1.5～120.0 m 范围的轨道不平顺进行有效的识别、评价和管理。与轨道几何不平顺检测数据不同，基于车辆动态响应数据，只对各种轨道不平顺引起车辆振动作用的综合结果进行有效的识别、评价和管理，不能直接采用车辆动态响应查找轨道病害。尽管轨道不平顺与车辆动态响应之间缺少直接联系，但可基于车辆动态响应反映车辆振动的剧烈程度辅助评价轨道状态，诊断出影响乘坐舒适性和运行安全性的轨道病害［1］，从而达到指导线路养护维修的目的。

轨道不平顺引起车辆振动的频率与轨道不平顺波长和车速有关。在高速条件下钢轨的焊接接头及波磨和轨面擦伤等病害引起的轨道不平顺波长短、幅值小，但能引起轮轨之间高频的相互作用，再由轮对传递至轴箱上，因此轴箱振动加速度可以反映轨道短波不平顺如表面擦伤、波波等病害引起的冲击效应［7-12］。车辆振动经过一系、二系悬挂系统衰减后，频率较低的振动成分仍可传递至车体，因此车体振动加速度表征了轨道中长波不平顺引起的车体振动强弱，主要影响运行平稳性和乘坐舒适度。利用车体振动加速度评价轨道中长波状态时对传感器安装位置、数据处理方法、评价指标分级阈值等方面做了规定［13-15］。

随着高铁运营里程的迅猛增加，数量有限的轨道检测车覆盖全路的检测周期变长。车辆动态响应传感器采集装置前期便于安装、后期易于维护且病害识别率高，搭载在运营车辆上的车辆动态响应检测系统［16-19］能够在不干涉铁路正常运营秩序的前提下提供大量监测数据，及时发现发展速率较快变化较大的轨道病害，从而弥补轨道检测车检测周期相对较长的不足。近年来，车辆动态响应检测成为时兴的轨道检测技术，轴箱振动加速度、构架振动加速度和车体振动加速度、轮轨力被广泛地应用于轨道检测中［20］，利用这些车辆动态响应测量值间接评价轨道状态。除此之外，根据振动加速度与位移的换算关系，采用车辆动态响应二次积分技术反演得到轨道不平顺，进而直接依据既有线路维修［21-22］对轨道几何状态进行评价。

本文总结了轴箱振动加速度、构架振动加速度和车体振动加速度等车辆动态响应数据常用的分析处理方法，综述了车辆动态响应数据分析处理技术在轨道诊断中的应用、特点，并对该技术的未来发展进行预测和展望，为轨道状态的分析、评价及制定维修措施提供了科学依据。

1 基于轴箱振动加速度的轨道状态检测

高速条件下波长小于1 m、幅值在0.1～2.0 mm的轨道短波不平顺［23］激励轨道-车辆系统高频振动，会导致并加剧钢轨波磨和车轮多边形等问题，恶化轮轨接触状态，增大轮轨噪声，缩短车辆及轨道部件的使用寿命，严重时还会成为影响行车安全的潜在危害，由此轨道短波病害越来越受到重视［24-25］。高铁线路上常见的轨道短波病害如图1所示。

图1 常见的轨道短波病害

相对于在“天窗修”内技术人员上道人工测量轨道短波不平顺几何尺寸的作业方式，通过车载设备得到的车辆动态响应数据能够客观地反映轨道短波引起的振动效果，快速评价轨道短波状态，向作业人员精准提供轨道平顺性较差的位置，提升轨道短波病害管理效率。轨道短波不平顺引起轮轨的激振频率［26］主要集中在40～2 000 Hz 频段，不同于采用超声波检测［27］、涡流测量［28］、基于图像的视觉测量［29］等轨道短波检测技术，采用轴箱振动加速度可以从时频域信号特征上描述轨道短波状态，较好地从车辆动态响应的角度辅助评判轨道短病害［26，30］。波兰［31］、意大利［32］、荷兰［33］等国家铁路企业均采用轴箱振动加速度用于轨道短波的检测、评价。中国在服役高速综合检测列车配备有轴箱振动加速度检测设备，其中CRH380A 型和CRH380B 型动车组上安装的轴箱振动加速度传感器装置，如图2所示。

图2 不同动车组轴箱振动加速度传感器安装位置

1.1 轨道短波评价方法

轴箱振动加速度峰值可反映车辆轴箱振动的强弱程度，但受轮轨接触状态、车辆振动传递特性等因素的影响，针对相同的轨道短波状态轴箱振动加速度多次检测结果之间会存在一定的差别，严重时甚至2 次轴箱振动加速度检测的峰值不在同一个数量级上，造成轨道短波病害与轴箱振动加速度峰值之间不一一对应，因此直接利用轴箱振动加速度峰值对轨道短波状态评判将遇到评价结果随机性较大和阈值难以确定的问题［11］，也就是轴箱振动加速度的峰值不能有效地评价轨道短波病害的严重程度。为了避免轴箱振动加速度峰值评价模式的不足，铁路工程上还采用轴箱振动加速度的有效值［33-35］、功率谱密度值［36］、尺度平均小波功率［37］、共振解调表征值［38］、小波分解评价值［39］等评价指标。采用时频分析技术［9-10］将轴箱振动加速度的时域信号映射到频域，综合反映时频域分布情况，直观显示轴箱振动加速度各频率成分振动能量随着时间（里程）的分布情况，不同频段振动能量的强弱为轨道短波状态评价提供了依据。如某高铁线路上200 m 区段存在钢轨波磨区域，车辆经过时轴箱垂向振动加速度波形及其时频分析图如图3 所示。图中：g为重力加速度。由图3 可见：在20～50，50～95 和25～140 m 区段轴箱垂向振动加速度能量集中在310，650 和640 Hz 频率处；在时速300 km·h-1条件下对应轨道短波不平顺的波长分别为268，128 和130 mm；可见，采用时频分析技术，可以根据轴箱垂向振动加速度能量分布的频段和车速估算出钢轨波磨的主频、波长和空间位置等信息。

图3 轴箱垂向振动加速度波形及时频分析图

轨道检测车的型式和线路结构相对固定时，轴箱振动加速度经过数据处理以后具有较好的重复性，将轨道短波病害特征与轴箱振动加速度特征信号联系起来，可提取表征指标，以量化评价轨道短波病害的严重程度。但中国路情较为复杂，线路建造等级及运营车辆型式多样，不同型式轨道检测车的传递特性及轴箱振动加速度检测装置安装的位置和方式也存在差异，使不同轨道检测车上搭载的轴箱振动加速度采集系统对同一线路的评价结果不同。为了保证不同型式轨道检测车对轨道短波评价的结果具有一致性，文献［11，23，40］引入评价指标的归一化概念，将实测轴箱振动加速度测试结果转化为轨道冲击指数和钢轨波磨指数，较为科学地利用轴箱振动加速度表征钢轨短波状态，归一化流程如图4所示。

图4 轴箱振动加速度归一化流程图

钢轨波磨指数是波磨区段轴箱振动加速度归一化后的评价值［11，23］。某高铁线路上200 m 波磨区段在2018年10月—2019年10月份轴箱振动加速度归一化后的钢轨波磨指数柱状图如图5所示。由图5可见：2018年11月份大机打磨作业后该区段钢轨波磨指数有所回落，但随后3个月的钢轨波磨指数增大较快；2019年4月下旬再次采用小机廓形2 次打磨，打磨效果良好，随后的钢轨波磨指数增速明显放缓。

图5 轴箱振动加速度归一化评价效果图

1.2 轨道不平顺反演技术

除了采用轴箱振动加速度峰值、时频分析频谱大值等监控轨道短波病害外，因轴箱在空间位置上直接与轮对相连，而轴箱的位移是由轨道不平顺引起的，则在轮轨不脱离接触的前提下还采用轴箱振动加速度的二次积分反演得到轨道不平顺［19］。轨道不平顺能够直观地反映轨道病害的类型和具体轨道管理指标限值，所以利用轴箱振动加速度反演得到的轨道不平顺可直接用于监控轨道几何状态，从而指导线路养护维修［21-22］。

由轴箱振动加速度反演得到轨道不平顺的方法可分为时域积分和频域积分。时域积分是对轴箱振动加速度时域数据直接进行二次时域积分得到位移信号，由于积分的初始条件未知，测量误差（直流分量和噪声）或低频干扰引起加速度信号漂移，且随着积分时间的增加而信号偏移误差越来越明显。尽管提高数据采样频率能够减少积分误差，但车辆动态响应中存在多种频率成分，各个频率成分很难做到整周期采样，微小积分误差依然会带来较大趋势项，影响了时域积分的反演精度。频域积分则避免了误差累积放大效应，具有较高的准确性和稳定性，为了将时域信号转换为频域信号，频域积分先对轴箱振动加速度信号进行傅里叶变换，在频域内以傅里叶变换对（正弦余弦）的形式进行计算，有效避免时域信号的微小误差在积分过程中的累积放大作用。某高铁线路由轴箱垂向振动加速度二次频域积分反演得到轨道高低不平顺，与实测轨道高低不平顺对比结果如图6所示。

图6 轴箱振动加速度反演轨道不平顺与实测轨道不平顺对比

由图6 可见，轨道高低不平顺的实测波形与反演波形吻合良好，变化趋势相同，但因二次频域积分中低频成分和相位漂移、车速不恒定等因素造成的误差将降低反演精度［41］。

为提高二次频域积分反演得到轨道不平顺的精度，文献［42］采用状态空间模型和卡尔曼补偿滤波方法混合轴箱振动加速度和构架振动加速度，得到不同波长范围的轨道不平顺；文献［3］基于质量-刚度-阻尼动力学模型，推导轴箱振动加速度与轨道不平顺在频域上的传递函数，对实测轴箱振动加速度进行傅里叶变换、高通滤波和相位矫正等处理，在此基础上反演得到用于指导线路保养的轨道不平顺。

国内外学者还建立轨道不平顺与车辆响应的传递模型，采用数值仿真和数据分析等手段训练模型参数，得到模型的传递函数，再根据传递函数逆变换和车辆动态响应，反演得到轨道不平顺。车辆动态响应数据反演轨道不平顺是利用相干分析方法确定反演模型中主要的输入与输出变量，往往着眼于车辆动态响应与单项轨道不平顺之间传递特性，而实际上车辆动态响应是由多种轨道几何、车辆参数耦合作用的效果。较大的车辆动态响应反演得到的主要轨道不平顺未必超限，而次要的轨道不平顺引起的车辆动态响应效果则被忽视。

2 基于构架振动加速度的轨道状态评价

经过车辆一系悬挂弹簧减振后，轨道不平顺激励的高频振动成分衰减，构架振动加速度强度减弱。相对于轴箱振动加速度传感器，构架振动加速度传感器在选型、接口设计、硬件安装及后期维护等方面均更易实现，因而构架振动加速度被广泛应用于轨道状态监控中［42-44］，如构架横向振动加速度峰值常用于评价车辆横向稳定性［13-15］。

通过轨道不平顺幅值评价模式仅能找出超过维修管理限值的单类型偏差病害，而不同类型轨道不平顺引起的车辆振动具有叠加特征。目前，尚无成熟完善地评价复合轨道不平顺、多波轨道不平顺的维修管理限值，而采用构架振动加速度则可从不同类型轨道不平顺激励振动综合响应的角度定性地评价轨道状态，从而找出单类型轨道不平顺峰值未超过管理限值但多项轨道不平顺引起车辆构架振动剧烈的区段。

轴箱振动加速度波形成分的频率分布范围广、幅值波动范围大，而中长波轨道高低不平顺激励的低频振动成分振幅较小，往往被淹没在轴箱振动加速度高频段振动中，因此由低频段轴箱振动加速度反演得到的轨道不平顺很难保持较高的分辨精度；相对于轴箱振动是高频段，构架主要的振动能量集中在低频段，对应着中长波轨道不平顺的波长。基于构架振动加速度与位移的换算关系，直接采用构架振动加速度二次积分反演得到轨道不平顺，再判断轨道不平顺幅值是否超过轨道维修管理限值，进而决定线路是否维修及如何维修等［17，20］。

直接采用构架振动加速度二次积分得到轨道不平顺时存在的误差影响反演精度，混合轴箱振动加速度与构架振动加速度分频段积分，从而提高轨道不平顺的反演精度［42］；采用构架点头角速度和车速时域波形的二次积分，在消除拟合多项式趋势项的基础上，再采用带通滤波和递归最小二乘自适应补偿滤波等数据处理方法，从而得到较高精度的轨道垂向长波不平顺［45］。除此之外，建立轨道不平顺、轮对与构架振动加速度之间的动力学模型，在轮轨不脱离接触的假设条件下，推导轨道不平顺（轴箱空间位移）与构架振动加速度之间在时域或者频域上的传递函数计算式，由车辆悬挂参数计算传递函数，再利用构架振动加速度反演得到轨道高低不平顺［46］。英国DeltaRail 公司研制的搭载式轨检系统通过在构架振动加速度信号中加入构架与轴箱之间的相对位移作为轨道不平顺的补偿修正量，得到轨道不平顺反演波形与未补偿波形和实测波形对比如图7 所示。由图7 可知，加入相对位移补偿后轨道不平顺的反演效果与实测波形较为相似，表明补偿相对位移可提高轨道几何参数反演精度［20］。

图7 构架振动加速度及反演效果图

不同于文献［7-12］利用轴箱振动加速度查找轨道短波病害，文献［47］则基于构架振动加速度传感器选型、后期维护等方面容易实现的优点，利用构架振动加速度并结合经验模态分解和连续小波分解方法，监测地铁线路钢轨隐伤和波磨等短波病害。

3 基于车体振动加速度的轨道状态评价

车体振动加速度传感器安装于车辆车厢的内部，在电气接口、选型、维护等方面更易实现且体积小便于携带，所以车体振动加速度数据常用于轨道状态的监控中。经过车辆一系、二系悬挂系统减振后，车体振动加速度信号中的高频振动部分衰减，中长波轨道不平顺成分引起的车辆振动影响在车体振动加速度中得到集中反映，因此车体振动加速度可对轨道中长波状态［48-50］尤其是引起车辆剧烈振动的不利波长［51-52］进行有效监控。

车体振动加速度传感器安装位置对检测结果具有一定影响，标准GB/T 5599—2019《机车车辆动力学性能评定及试验鉴定规范》［15］中规定的车体振动加速度传感器安装位置示意如图8所示。图中：黄点为1 位和2 位车体振动加速度传感器，位于转向架上侧位置。

图8 车体振动加速度传感器及安装位置

采用车体振动加速度时域信号的峰值对轨道状态进行管理评价，如我国现行的铁路维修规则［21-22］中规定了车辆在不同运行速度下车体垂向和横向振动加速度Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ等4个管理级别的限值。车体振动加速度时域信号不能反映人体或车辆对振动的反应敏感程度，而车体振动加速度频域信号能够反映不同频段振动信号的强弱，乘坐舒适度和车辆运行平稳性指标加权计算了人体对不同频段的车体振动加速度的反应［15］，用以评价车辆运行过程的运行品质。除此之外，由于车体振动加速度是轨道状态引起车辆振动的综合反映，尽管车体振动加速度大值与轨道不平顺之间缺少直接的对应关系，但利用车体振动加速度辅助评价轨道状态的数据处理方法、指标限值等方面的研究一直是国内外重点课题，研究思路大致如下：建立车辆-轨道耦合动力学模型，将轨道不平顺和车体振动加速度分别当作模型的输入和输出，而由输入反演得到输出属于载荷辨识中的动力学逆问题，常用的方法包括ARX 多输入多输出模型［53］、状态空间模型［54］、卡尔曼滤波法［55］、神经网络［56］、希尔伯特-黄转换［57］、机器学习［58］等。

在车速恒定的条件下，不同波长轨道不平顺引起的激励频率不同，因此可通过相关分析的方法找出频域上车体振动加速度剧烈的频段，从而统计该频段上轨道病害的波长范围。时频转换的主要方法为傅里叶变换，但傅里叶变换缺少时间信息，且短时傅里叶变换依赖所加时间窗的尺寸；小波变换能够自动适应时频信号分析，通过改变尺度参数使得窗口宽度和分辨率随着数据频率的变化而变化，其分解效果相当于不丢失原始信息的1个低通滤波器和若干个带通滤波器。近年来，技术人员多利用小波变换技术对车体振动加速度进行多尺度分解，从而分析评价不同波长、频率范围的轨道不平顺［59-60］。中国高速综合检测列车在某高铁线路上测得的车体垂向振动加速度原始信号经希尔伯特-黄转换［57］后得到12个重构子信号，车体垂向振动加速度的原始信号和重构子信号时域波形及对应的频域曲线如图9所示。图中：自上而下分别为车体垂向振动加速度原始信号和重构子信号1—子信号12的波形。由图9可见：该段车体垂向振动加速度主要分布在10～15 Hz 频率范围内，子信号1—子信号12 波形主要能量所在的频段越来越小；车体振动频率与车辆速度、轨道不平顺波长有关，在车辆运行速度不变的情况下，随着波长的增加，轨道不平顺引起的车体垂向振动逐渐减弱。

图9 车体垂向振动加速度小波分解结果

4 基于轮轨力的轨道动态性能评价

轮轨力峰值大小反映了轮轨相互作用的剧烈程度，由轮轨力数据计算得到的安全性指标常用来评价线路上车辆脱轨系数［15］、轮轴横向力等参数分布情况。我国线路维修规则［21-22］给出了轮轨力评价指标限值，利用该指标和限值可以找出影响车辆运行安全的轨道区段。在车辆运行过程中，轮轨力能够直接反映轮轨之间动态作用的强弱程度，较大的轮轨作用力会加速轨道结构变形、车辆/轨道部件疲劳损伤、劣化轨道服役状态，潜在威胁车辆运行安全［16］。改善轨道状态，控制轮轨力在正常合理范围内有利于提高运行品质，延长轨道、车辆部件使用寿命。

除了上述轴箱、构架、车体振动加速度等车辆动态响应之外，近年来国内外铁路行业通常通过检测轮轨力间接查找轨道病害成为新兴的技术手段［61-68］，其中文献［61-62］总结了测力轮对的制作技术、频域修正及在瑞典有砟线路上的应用：为了定位异常的轮轨力区段，以状态优良轨道上的轮轨力数据为基准，利用轮轨力峰值的分布查找单点冲击病害（低塌）、周期性冲击病害（焊接接头）、钢轨波磨、轨道支承失效（刚度不平顺）等轨道状态缺陷，并分析总结异常轨道状态对应的轮轨力信号频段；文献［63-64］从幅板桥路设计、优化参数算法、实验室校准等流程中方法改进和硬件实现，进而提高测力轮对在实际测试中的输出精度，并介绍该方法在轨道线路测试中数据分析处理、脱轨安全性评价、关键因素分析等问题中发挥的功用；文献［65］综述了轨道短波不平顺、钢轨表面缺陷、道岔基础结构及车轮不圆顺和踏面扁疤等条件下轮轨异常相互作用下轮轨力的时频域特征，尤其是轨道短波病害引起的0～2 000 Hz 频率范围内的冲击响应及高频力、低频力的大小和持续时间、车速对轮轨力的影响特征等；文献［66］通过实测导纳曲线获得测力轮对频响特性，利用钢轨波磨、车轮扁疤等高频条件下动力学响应验证了测力轮对在20～2 000 Hz 频段上输出结果的准确性，并分析了车辆、轨道模态对测试结果的影响。文献［67-68］则分析了中国轮轨力数据在新建高铁线路联调联试及日常巡检轨道监测中发挥的应用，总结了冲击类型和钢轨波磨型病害下的轮轨力波形特征，且基于现场轨道病害进行复核，并对基于轮轨力的轨道评价方法和限值提出建议。其中，轮轨力波形数据及对应的钢轨病害如图10 所示。由图10可见：轨道平顺性状态较差时轮轨力波形具有明显的异常特征，表明轮轨力可用于发现并评价轨道质量状态。

图10 轮轨力数据及对应的病害

中国轨道状态整体上良好且具有较高的安全裕量，车辆运行安全性指标普遍较小。作为既有轨道不平顺评价体系和轨道养护维修的有益补充，轮轨力技术成为一种新的测试手段，用以评价轨道结构的动力学性能。目前采用轮轨力的峰值和有效值评价模式很难满足轨道病害多样性评价的需求，因此基于轮轨力评价轨道状态的方法、标准和阈值等均有待深入研究。

5 展 望

轨道不平顺是引起车辆动态响应的主要激励源，良好的轨道状态是车辆安全平稳舒适运行的保障。车辆振动是众多单个“车辆振动”的综合结果，而单个“车辆振动”可认为是某种类型病害单独引起的。基于单类型轨道不平顺峰值管理限值，无法准确评价轨道几何引起轮轨振动的动态效果，即使轨道几何出现管理值大值偏差也未必引起车辆的显著响应。因此，轨道几何评价方法难以准确反映车辆响应状态及实际轨道几何状态，难以识别轨道几何病害，而利用车辆动态响应检测有利于从轨道服役性能的角度评价轨道状态，尽快发现线路早期缺陷，并通过制定维护措施保证车辆平稳舒适运行。车辆动态响应在轨道检测中的应用主要趋势有如下几个方面。

1）多断面多源振动加速度融合技术

相对于大型轨道检查装备，构架、轴箱、车体等振动加速度传感器安装接口简单，维护便捷，特别是在运营车辆上安装振动加速度传感器能够实时高效地监控轨道质量状态，弥补现有检测周期间隔过长，不易找出发展过快病害的不足。

车辆响应与轨道不平顺之间的映射关系还与传感器安装位置、工装设计、搭乘车辆参数等因素有关，单独的振动加速度数据很难对轨道状态进行全面评价，而采用在检测车辆上安装多断面振动加速度传感器的方式一方面可以解决非轨道因素带来的评价差异，另一方面融合应用多源数据融合技术有利于对轨道进行全面的评价。因车辆系统横向具有非线性传递特征，则采用轴箱横向振动加速度对轨向不平顺状态缺乏有效监控。但由轴箱振动加速度反演轨道不平顺的精度还有待提升，因此融合采用轴箱振动加速度及位移修正［42］或装向架摇头角［45］的方式有助于提高轨道不平顺的反演精度。

2）轨道不平顺反演精度改进技术

利用车辆动态响应反演得到轨道不平顺也是国内外学者关注的研究热点，尽管在利用轴箱振动加速度通过时域二次积分反演轨道不平顺时采用了高通滤波、最小二乘法、经验模态分解［69］、小波分解、滑动平均、平滑先验法［70］等多种方法消除趋势项，但上述方法都不能彻底消除趋势项对轨道不平顺反演精度的影响；轴箱振动加速度传感器在低频测试时的精度较差，而微小的测量误差在频域积分时会引起较大的计算误差，因此轴箱振动加速度数据的低频段是频域积分方法的重要误差源，利用轴箱振动加速度反演轨道不平顺的频率范围往往受制于振动传感器测试频率的下限。

多源数据的应用有利于减少单源测试数据反演轨道不平顺误差，提高病害识别精度，因此直接利用二次积分算法反演轨道不平顺时，除了根据所关注的轨道不平顺频段选择合适类型的传感器之外，还采用多源车辆动态测量技术对不同的测试项目进行优势互补，如前文提到的构架和轴箱振动加速度混合算法能够提高轨道不平顺的反演精度。

除此之外，建立实测轨道不平顺与车辆动态响应之间的多输入多输出关联模型，并用实测数据训练辨识模型传递函数，再由模型传递函数及车辆动态响应数据反演轨道不平顺是避免直接积分误差的又一新的尝试方法。

3）轨道基础缺陷挖掘技术

在大量检测数据基础上建立轨道平顺状态与车辆响应传递模型的规律，其表征的往往是基于轨道至车辆响应之间映射规律的平均结果，评价指标仅限于局部幅值、区段有效值等模式，而对突发性的轨道缺陷如轨下基础刚度突变、支承失效、高寒路基冻胀、高温轨道板上拱等引起的车瞬态辆动态响应及其变化特征有待于从车辆动态监测数据中深入挖掘，进而对轨道病害的严重程度进行量化评价。

细化评价轨道状态、指导线路养护维修应成为车辆动态响应监测数据的新的应用模式，通常采用挖掘技术如小波变换、卡尔曼滤波［71］、机器学习、时频分析等。

4）机理仿真模型验证技术

利用软件仿真技术模拟不同工况下车辆动态响应是研究钢轨病害机理发展的重要手段。由于轨道和车辆结构的实际参数很难获得，模型的仿真参数不确定性造成仿真结果输出与实际测试数据之间的存在差异。以轨道几何不平顺和车辆动态响应如轮轨力、轴箱振动加速度等实测数据作为仿真模型的输入和输出结果，通过修改模型仿真参数以减少实测数据与仿真结果之间的误差，继而得到模型仿真输出与实测结果吻合程度高的模型。经过实测数据验证后的仿真模型有利于得到接近于实际的轨道-车辆传递规律，所以仿真模型的实测验证是车辆动态响应数据分析的另一大应用趋势。