铁道运输

• 高速铁路应急调度预案复杂度量化方法研究

  吴海涛;黎双喜;侯成龙;

  为解决高速铁路应急调度预案设计不当导致的调度员工作负荷问题，提出一种适用于高速铁路应急调度预案复杂度评估的客观量化方法，并进行实验验证。在对调度工作任务分析和主观调查基础上，综合确定调度预案逻辑复杂度与调度预案认知复杂度(DPCC)为应急调度预案复杂度的主要指标。图形化调度预案后利用熵值法获取调度预案逻辑复杂度值，基于元操作认知资源分析获取调度预案逻辑复杂度值，综合计算应急调度预案复杂度值。应用应急调度预案复杂度法对人工触发发车进路作业预案复杂性进行实例分析，并对应急调度预案复杂度法的有效性进行验证。结果表明：应急调度预案复杂度法的量值与预案平均执行时间及NASA-TLX分值相关系数分别为0.819、0.930,量值能刻画预案的复杂程度。

  2022年02期 v.44;No.292 1-7页 [查看摘要][在线阅读][下载 785K]
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• 考虑旅客换乘的高速铁路列车运行调整研究

  张璞;赵鹏;乔珂;温鹏程;

  当列车运行受到干扰时，快速有效地调整偏离计划的列车，使其尽快恢复正常运行是铁路运输组织的重要内容。高速铁路列车的晚点会导致部分换乘旅客无法正常换乘，通过描述这部分旅客和列车在换乘站的耦合关系，建立最小化列车总晚点时间和换乘失败旅客数量的多目标混合整数线性规划模型，并使用ε约束法对多目标进行转化，采用标准求解器GUROBI 9.1.1求解。以京沪和胶济两条线路上部分区段构成的网络为例，验证模型的可行性和有效性。结果表明：该方法适用于不同干扰场景并能够快速获得一组综合考虑高速铁路列车行车秩序恢复和保证旅客换乘的近似Pareto最优调整方案，可供调度人员根据实际情况进行选择，辅助决策。

  2022年02期 v.44;No.292 8-15页 [查看摘要][在线阅读][下载 1128K]
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铁道机车车辆、电气化

• 高速列车气动及声学行为的尺度效应研究

  李田;秦登;张继业;张卫华;

  建立不同模型尺度的高速列车气动噪声数值计算模型，利用改进的延迟分离涡模拟方法(IDDES)和FW-H声学模型对高速列车近场流场和远场噪声进行数值模拟。通过风洞试验验证了本文数值计算方法的合理性。对比分析不同模型尺度下高速列车的气动力、流场结构、表面压力脉动以及远场噪声。结果表明：模型尺度对高速列车的气动行为和声学行为具有明显影响。随着模型尺度的减小，高速列车的气动阻力系数逐渐增大，模型尺度从1∶1减小到1∶8时，阻力系数增加11.3%。模型尺度对列车黏性阻力系数和尾车分离的尾流高度影响较大，但不改变列车表面压力分布规律和车体表面边界层的发展规律。列车表面压力具有明显的非定常性，随着模型尺度的减小，脉动压力的振荡程度减弱。模型尺度的变化未改变高速列车在远场纵向和横向上的传播特性，随着模型尺度的减小，对应噪声测点处的声压级逐渐减小。高速列车远场噪声没有明显的主频特性，能量分布在较宽的低中频率范围内，模型尺度不改变高速列车远场噪声的宽频特性。

  2022年02期 v.44;No.292 16-26页 [查看摘要][在线阅读][下载 1553K]
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• 基于卷积神经网络的防松铁丝断裂分类算法研究

  王志学;张渝;王楠;罗林;

  防松铁丝用于防止螺栓松动，若其发生断裂可能导致螺栓松动或丢失，影响关键部件的正常运行，威胁动车组运行安全。由于防松铁丝发生断裂时，断裂部位特征信息少，特征区域较小，使基于传统卷积神经网络的分类方法难以有效提取到断裂特征信息，导致分类精度不高，容易漏判误判。基于以上原因，利用深度学习方法，建立基于卷积神经网络的孪生网络模型，通过距离度量学习对防松铁丝进行分类。同时，为进一步提高模型分类性能，提出一种双边界损失函数。实验表明，基于双边界损失函数的模型较传统的基于交叉熵损失函数的分类模型性能更优。通过测试，使用的方法能够较好地克服光照、油渍、水渍、部件移动等带来的伪异常，鲁棒性更强。

  2022年02期 v.44;No.292 27-33页 [查看摘要][在线阅读][下载 1145K]
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• 高功率密度混合动力动车组牵引变流器研究

  沈来来;陈杰;况阳;韩伟;刘志刚;

  为提升混合动力动车组牵引变流器的功率密度，提出分时复用Buck型双向DC/DC变流器，在实现为动力电池充放电的同时，还能取代无源LC谐振滤波器实现有源功率解耦。分析有源功率解耦原理并提出基于检测直流母线电压实现功率解耦的控制策略，进行解耦电路参数设计和可行性分析；同时，在分析直流母线二次脉动电压和牵引网低次谐波对四象限变流器影响的基础上，提出基于d-q坐标轴的四象限变流器谐波抑制策略。通过混合动力动车组地面实验平台验证了有源功率解耦及谐波抑制控制策略的有效性。

  2022年02期 v.44;No.292 34-41页 [查看摘要][在线阅读][下载 1507K]
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铁道通信信号、信息化

• 中速磁悬浮列车的分数阶运行控制方法

  张文静;曹博文;李宽欣;高亚苹;岳强;徐洪泽;

  针对中速磁悬浮列车运行控制系统的高控制精度与高鲁棒性要求，提出一种基于分数阶PID的运行控制方法。首先，根据中速磁悬浮列车运行数据，利用粒子群优化-模拟退火算法辨识列车空气阻力系数，提高列车动力学模型精度。然后，设计分数阶PID速度控制器，跟踪列车目标速度曲线，降低各类运行阻力对列车运行过程的影响。最后，基于试验线数据，仿真对比分数阶PID与整数阶PID控制下的列车运行性能。仿真结果表明，本文提出的运行控制算法，能够提高列车的速度控制性能，满足中速磁悬浮交通对列车运行控制的性能要求。

  2022年02期 v.44;No.292 42-48页 [查看摘要][在线阅读][下载 1236K]
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• 基于多端口网络理论及矩量法的电缆串扰研究

  崔勇;黄鑫;杨晓凡;

  电缆作为日常生活中最常用的信号传输通道之一，对其串扰问题的研究十分必要。针对多条屏蔽电缆平行分布等复杂环境下的串扰问题，提出一种结合多端口网络理论及矩量法的电缆串扰问题分析方法。首先给出改进的屏蔽电缆线间串扰多端口网络模型，然后采用矩量法提取分布参数，用多点划分的方法做奇异性处理，同时运用虚拟节点理论来将分布参数转化为模型的传输函数。最后运用上述模型和算法对不同高度、不同间距及不同接地方式下的电缆间串扰耦合系数进行仿真计算。通过与实际测试值以及其他方法的仿真结果进行对比，验证了本文提出的方法在分析电缆串扰问题时具有较好的精确性。

  2022年02期 v.44;No.292 49-55页 [查看摘要][在线阅读][下载 1309K]
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• 面向5G-R大规模物联网的新型多址方案

  薛珍;艾渤;马国玉;马毅琰;李庚乾;

  在移动通信网中，实现高速铁路智能化及高速铁路场景下大规模低成本、低功耗设备的联防联控，需要建设5G-R网络，其中大规模机器通信场景是实现高速轨道交通大规模物联网的重要支撑。目前，一种面向大规模机器通信场景的新型多址方案被提出，称为串联扩展多址方案，解决了大规模的用户数与有限的无线电资源间的矛盾。然而，该方案尚未考虑高速移动环境对系统的影响。因此，提出面向5G-R大规模物联网的多载波串联扩展多址接入的改进方案，研究高速轨道交通中多普勒效应对系统性能的影响，并在高速移动场景下进行性能仿真评估。结果表明，所提出方案可以有效缓解高移动性对多载波串联扩展多址方案的影响。

  2022年02期 v.44;No.292 56-63页 [查看摘要][在线阅读][下载 1324K]
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铁道工程、工程管理

• 有砟轨道沥青混凝土面路基结构温度场特性研究

  蔡德钩;石越峰;楼梁伟;闫宏业;吕宋;

  为掌握有砟轨道沥青混凝土面路基结构的温度场特性，采用有限元分析软件建立有砟轨道-沥青混凝土层-路基结构体系温度场数值模型，结合北京—张家口高速铁路现场监测结果对数值模型进行校核，分析有砟轨道-沥青混凝土层-路基结构体系温度场的时空分布规律及沥青混凝土层厚度的影响。分析结果表明：有砟轨道沥青混凝土面路基结构温度场沿横向呈W形分布，沿深度方向呈非线性分布，且采用4次多项式拟合具有较高的精度；与传统路基结构相比，增设沥青混凝土结构的基床结构平均温度可提高3～7℃,推荐采用线间最高温度作为轨下沥青混凝土结构的高温设计温度；沥青混凝土结构对基床具有一定的保温作用，其影响深度约为0.3 m,且增加沥青混凝土厚度对保温作用影响深度无显著影响。

  2022年02期 v.44;No.292 64-71页 [查看摘要][在线阅读][下载 1731K]
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• 基于长波平顺性的提速线路精捣方案优化算法及应用

  时瑾;张雨潇;陈云峰;何越磊;

  随着既有线提速开行160 km/h及以上动车组，轨道长波不平顺对行车性能的影响越来越显著，而大机捣固作业过程还不能充分控制线路长波平顺性，线形几何参数恢复达不到理想效果。通过分析提速线路波长对行车性能的影响关系，提出采用70 m检测弦长、10 mm管理幅值以控制长波不平顺。结合非线性规划理论提出满足长波平顺性控制标准的优化算法，通过逐点移动70 m弦实现了敦煌铁路提速改造工程精捣方案起拨量优化，大机精捣效果表明，采用优化算法可使轨向和高低70 m弦矢高相比精捣前降低了30%～40%,全线动检TQI达到3.4以下，证明本文提出的优化算法可显著改善既有线提速线路轨道平顺性。

  2022年02期 v.44;No.292 72-80页 [查看摘要][在线阅读][下载 2063K]
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• 双块式无砟轨道枕边裂缝水力伤损特性

  杨荣山;胡猛;孔晓钰;康维新;曹世豪;

  针对双块式无砟轨道枕边裂缝水力伤损问题，推导出动荷载作用下枕边裂缝内动水压力分布解析式并建立枕边裂缝扩展计算模型，分析列车运行速度及裂缝几何形态对动水压力与裂缝扩展特性的影响规律。结果表明：随着列车趋近或远离，枕边裂缝内动水压力值呈正负交替状态，当轮对与转向架临近伤损区时，裂缝内动水压力分别达到最大值和最小值；随着裂缝开口量减小、列车运行速度及裂缝长度的增加，枕边裂缝内动水压力与等效应力强度因子增大，比较而言，裂缝几何形态是枕边裂缝扩展的控制性因素；枕边裂缝疲劳寿命受裂缝初始长度控制，其随裂缝初始长度增加显著减小，列车运行速度是裂缝疲劳寿命的关键影响因素，列车运行速度的提升明显增大了裂缝疲劳扩展速率。

  2022年02期 v.44;No.292 81-89页 [查看摘要][在线阅读][下载 1666K]
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• 高速铁路桥上无缝道岔结构力学状态预测方法

  马卓然;高亮;

  为保证高速铁路桥上无缝道岔的长期安全服役，提出一种数据驱动的轨道结构力学状态预测方法。通过监测数据特征分析，对原始气温数据序列化处理。在此基础上，构建遗传算法优化的Elman神经网络时间序列预测模型，以气温最优序列为输入，预测三项影响结构健康状况的状态监测指标。通过对比不同气温输入形式和不同模型的预测性能，验证方法的优越性。结果表明：所建模型的预测值与监测值较为吻合，预测平均绝对误差相较其他模型降幅达39.48%,均方根误差降幅达29.10%,误差标准偏差降幅达10.92%;该模型的预测误差小，预测结果稳定可靠，能够为轨道结构力学状态的准确预测和安全隐患的及时预警提供支持。

  2022年02期 v.44;No.292 90-96页 [查看摘要][在线阅读][下载 1695K]
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• 沙粒内禀尺度对道床宏细观力学特性影响研究

  肖宏;张智海;王宏阁;崔旭浩;

  从数学领域的随机填充法入手，建立不同沙粒尺寸自组织轨道结构离散元分析模型，并借助“胞分法”保证沙粒粒径改变前后颗粒体系质量守恒。开展风沙区铁路轨道结构动测试验，标定接触模型的微观参数，验证离散元模型的正确性。在此基础上，利用不同沙粒粒径的数值试验，进行系统的道床宏细观力学特性分析。结果表明：沙粒内禀尺度愈小，道砟平均接触力愈小；道床内部颗粒之间的接触力概率密度随着接触力的增大而逐渐减小，沙粒粒径愈小，较大接触力出现的概率越低；峰值荷载作用下接触力玫瑰图表明，沙粒胞元愈多，道床中颗粒数目愈多，道砟颗粒接触力方向各向异性愈强，而道床中强接触力愈少；随着沙粒内禀尺度的逐渐减小，道床中高应力区域逐渐减小，低应力区域占比越来越高，道床应力均匀化程度增强。风沙道床研究中沙粒粒径合理尺度应介于0.51～1.02 mm之间。

  2022年02期 v.44;No.292 97-107页 [查看摘要][在线阅读][下载 2591K]
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• 新型寒区高速铁路路基保温强化层的抑制冻胀效果研究

  刘晓贺;岳祖润;胡田飞;

  针对当前寒区高速铁路路基保温防冻胀材料(EPS板、XPS板、PU板等)耐久性差及局部保温措施效果不佳的不足，提出一种掺加粉砂的粉煤灰-水泥基泡沫混凝土作为路基保温型高强材料，将其施作在高速铁路路基基床表层及两侧边坡之上，形成一种新型的寒区高铁全断面保温路基结构。首先，以掺量比例为试验变量，采用冻融耐久性试验、抗压试验、抗折试验、导热系数测定试验等手段，综合分析泡沫混凝土的物理、力学性能的变化规律，得到性能最佳的掺量配合比；在此基础上，利用有限元仿真分析全断面保温路基结构的抗冻胀效果。结果表明：新型泡沫混凝土的最优掺量配合比为水泥含量40%、粉煤灰含量50%、粉砂含量10%;新型保温路基结构采用在基床表层全断面铺设10 cm厚最佳性能泡沫混凝土保温强化层、在边坡两侧增设50 cm厚细粒土包层的方案时，可以获得显著的保温隔热效果，有效抑制路基的冻胀。

  2022年02期 v.44;No.292 108-116页 [查看摘要][在线阅读][下载 1617K]
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• 基于子模型法的盾构隧道纵向接头地震力学特性研究

  耿萍;郭翔宇;王琦;廖峻斌;何川;张艳阳;

  为明确盾构隧道纵向接头在地震荷载下的受力特征，采用子模型法建立基于实际工程的接头细化模型，研究地震动不同激励方向下纵向接头的细部受力变形特征，并以破坏试验的方式对数值结果进行验证。数值及试验结果显示：地震动沿隧道纵向及横向激励时，两种工况的受拉危险区受力特征相同，均在手孔、接缝面及套筒周边出现最大主应力集中区，套筒周边出现最大主应力极值，且纵向激励作用下接头受力更加危险；破坏试验中，当管片结构破坏时，螺栓未屈服，最大破坏区域出现在套筒周边邻近外表面的接缝面处，手孔区域有轻微裂纹产生；内外表面混凝土应变相对较小，手孔侧内表面出现较大压应变，套筒侧外表面出现较大拉应变。研究结果为进一步揭示盾构隧道纵向接头受力特征及隧道震害形式提供参考和借鉴。

  2022年02期 v.44;No.292 117-125页 [查看摘要][在线阅读][下载 1823K]
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• 基于免疫多输出支持向量回归算法的隧道工程位移反分析新方法

  宋威;刘开云;梁军平;徐冲;

  智能位移反分析作为计算模型参数辨识的一种方法在隧道工程中得到了广泛应用，鉴于现阶段智能位移反分析方法存在的主要问题，在一维支持向量回归算法的基础上，引入多输出的损失函数，建立了隧道工程围岩位移反分析的多输出支持向量回归(MSVR)模型，该模型将多个输出变量统一建模，解决了位移变量间的相关性问题，并引入免疫克隆选择算法(ISCA)与其耦合，形成免疫多输出支持向量回归(ICSA-MSVR)算法。在样本训练过程中采用免疫克隆选择算法自动搜索多输出支持向量回归模型的参数以建立岩体物理力学参数与位移之间的免疫多输出支持向量回归模型，然后采用免疫克隆选择算法自动搜索，求解出使MSVR计算位移与实测位移最接近的岩体物理力学参数组合，获得最优的计算模型参数。三口隧道施工期的应用结果表明，所提出的基于免疫多输出支持向量回归算法的位移反分析方法具有精度高和计算快捷的优点，可为类似工程提供借鉴。

  2022年02期 v.44;No.292 126-134页 [查看摘要][在线阅读][下载 1602K]
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• 采用泡沫轻质土对高填明洞二次回填的结构受力特性研究

  李明;严松宏;李盛;马玉春;赵录学;张振琼;

  以西部某地区铁路高填明洞二次回填实际工程为依托，采用泡沫轻质土作为回填材料，按等质量置换原则进行二次回填，通过数值模拟确定合理泡沫土回填范围和开挖置换深度，结果表明：利用轻质泡沫土对既有高填明洞顶部按照等质量置换原则在一定范围和开挖置换深度下进行二次回填，其结构位移、应力、安全系数均能满足要求。开挖回填轻质泡沫土范围越大，下挖置换深度越小，竖向位移值越小。泡沫土回填范围角度0°、30°且下挖置换深度较大时，拱顶和墙脚位移超过允许值，此时会影响隧道结构的安全性。各种情况组合计算下，泡沫土回填范围角度45°,下挖置换深度4 m时，衬砌仰拱拉应力达到最小值，墙脚和仰拱安全系数达到最大值。综合考虑结构受力安全性、合理性及工程经济性，确定泡沫土合理回填范围角度为45°,合理下挖置换深度为4 m,现场实际以此进行开挖回填，实测拱顶沉降、结构上浮、水平位移均未超过容许位移值，且由于土拱效应小于计算值。

  2022年02期 v.44;No.292 135-142页 [查看摘要][在线阅读][下载 1973K]
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