铁道运输

• 面向局站一体的铁路动态车流组织优化研究

  马博文;魏玉光;方波;屈承轩;

  针对局站一体的铁路网动态车流组织问题，基于基本运行图和编组计划，综合考虑运输企业效益和服务质量，构建基于连续型时空网络的重空车流协同优化混合整数线性规划模型。为适应车流波动，引入备选改编方案增加车流的可行时空路径，从而灵活调整开行列车的车流内容，以期实现动态车流在运行线上的合理分配。为解决大规模时空网络模型求解困难的问题，在协同优化模型的基础上进一步提出分阶段优化方法。基于路局级规模路网的案例结果表明，两种方法均能有效加速车流输送，提高运输服务质量，但分阶段优化方法的求解效率显著高于协同优化方法。

  2023年05期 v.45;No.307 1-11页 [查看摘要][在线阅读][下载 1319K]
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• 应对通过能力下降的地铁列车运行协同调整优化方法

  张翕然;安爱民;陈绍宽;杨安安;陈哲轩;王卓;

  在地铁网络化运营条件下，突发事件影响列车运行并导致线网内乘客的出行时间显著增加。为应对单个线路区间通过能力下降的问题，采用小交路折返、暂停运行和上线运行3种策略调整故障线路时刻表，并利用缓冲时间协同调整与故障线路直接相连的其他线路。考虑列车运行安全、配线占用、车底接续等约束，构建以最小化乘客出行时间为目标的列车运行协同调整优化模型；根据策略选择方案和调整后的时刻表构建时空网络，更新乘客的路径选择；结合量子粒子群算法、时刻表推算算法和改进的Floyd算法求解模型。以某市地铁部分线网为例，结果表明：列车运行协同调整明显减少故障发生后乘客的出行时间，提高线网换乘效率，缓解故障线路换乘站的客流压力；故障发生在靠近线路中部的区间时，线网有较强的抗风险能力。

  2023年05期 v.45;No.307 12-20页 [查看摘要][在线阅读][下载 2231K]
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• 基于脑电频域特征的高速铁路调度员监控工作注意水平识别方法

  张光远;文原劲;李婧;章子睿;胡悦;

  高速铁路调度员监控作业的注意力水平识别是全周期注意识别的重要组成部分。针对监控作业交互少、反馈弱以及视觉特征不显著的特点，设计基于信息感知密度的注意诱导实验作为客观评价参照，采集全头脑电并提取了57个通道的7项频段指标为识别特征。采用Pearson相关系数进行特征初筛，采用Logistic回归-预测变量重要性排序的包裹式方法对特征进行进一步降维并进行注意水平识别。实验结果表明：基于左额叶和双侧枕叶的17个脑电频段特征的多项Logistic回归模型对低注意水平有81%的识别准确率。脑电频段特征对应负责大脑思维功能和视觉加工处理的脑功能区，反映高铁调度员在监控工作中的注意水平变化对应的认知功能变化。

  2023年05期 v.45;No.307 21-28页 [查看摘要][在线阅读][下载 1356K]
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铁道机车车辆、电气化

• 高速动车组服役性能与钢轨廓形匹配适应性研究

  侯茂锐;杨光;陈秉智;刘丰收;

  动车组在高速铁路不同线路区段上经常出现异常振动问题，为研究动车组服役性能与钢轨廓形匹配的适应性，在不同高速铁路直线及大曲线区段选择200多个典型钢轨断面进行钢轨廓形跟踪测试，得到钢轨廓形偏差分布规律；分析不同偏差钢轨廓形分别与新轮、磨耗车轮匹配时的等效锥度、动车组动力学性能及轮对、构架、车体时频振动特性。结果表明：偏差在-0.2～0.3 mm范围的钢轨廓形占比约34%;与LMa新轮匹配，等效锥度基本保持在0.03,动车组各项动力学性能指标优良；与磨耗车轮匹配，随着钢轨廓形偏差由-0.4 mm增加到0.8 mm,名义等效锥度逐渐由小于0.01增加到0.3,当钢轨廓形偏差大于0.6 mm时，构架横向振动加速度等指标明显增大，动车组动力学性能和运行品质劣化，动车组对于线路的适应性下降。

  2023年05期 v.45;No.307 29-39页 [查看摘要][在线阅读][下载 5227K]
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• 高速铁路全并联AT牵引网端口阻抗特性研究

  沈睿;韩正庆;刘淑萍;高仕斌;

  阻抗特性是全并联AT牵引网距离保护和故障测距的研究基础。为得到全并联AT牵引网端口阻抗特性，计及AT和牵引变压器漏抗，推导各端口阻抗表达式，分析各端口阻抗的差异，进而揭示过渡电阻、变压器参数对端口阻抗的影响规律。理论分析和仿真结果表明，各端口阻抗具有相同的变化趋势和相近的数值；各端口阻抗受过渡电阻影响相同且仅有电阻受影响；各端口阻抗都受到变压器漏抗影响，非故障端口阻抗在线路首端受变压器漏抗影响显著，故障端口阻抗在线路首端受变压器漏抗影响最小。

  2023年05期 v.45;No.307 40-46页 [查看摘要][在线阅读][下载 1595K]
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• 超导电动磁悬浮列车模糊-改进型天棚阻尼横向半主动控制策略研究

  冯丕极;张伟海;曾靖淞;闫兆盈;马光同;

  为了提高超导电动磁悬浮列车动力学性能、改善列车运行平稳性和乘坐舒适性，提出基于可调因子的模糊-改进型天棚阻尼半主动复合控制方法。基于牛顿-欧拉方程建立车辆4自由度横向动力学模型，并通过逆傅里叶变换得到轨道随机不平顺激励；采用改进型天棚阻尼控制策略，结合模糊控制和可调因子方法，提出模糊-改进型天棚阻尼半主动复合控制策略和基于可调因子的模糊-改进型天棚阻尼半主动复合控制策略，探究列车在不同控制策略下的动力学性能。研究结果表明，模糊-改进型天棚阻尼策略和可调因子模糊-改进型天棚阻尼控制策略均可改善车辆的运行平稳性，且后者控制效果明显更优。

  2023年05期 v.45;No.307 47-56页 [查看摘要][在线阅读][下载 3034K]
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铁道通信信号、信息化

• 基于深度特征匹配的转辙机自动开闭器静接点尺寸测量方法研究

  胡小溪;曹源;唐涛;

  自动开闭器是转辙机上负责动作控制与状态表示的频繁动作关键部件，使用过程中的接点磨损会影响控制与反馈电路的导通。然而，由于其安全关键、磨损样本稀少、工作环境恶劣，使得自动开闭器的在线监测成为转辙机维护维修的难题。针对上述问题，基于机器视觉提出一种深度特征匹配的目标检测方法。首先利用VGGNet自适应地提取接点模板和待搜索样本的深度特征，采取归一化互相关算法和反向映射算法完成目标定位，利用权重优化和非极大值抑制优化边界框，实现小样本数据集情况下兼顾精度与鲁棒性的目标定位；然后使用大津法二值化、中值滤波、水平差分算子等完成静接点图像处理；最后使用标定板换算获得静接点的几何尺寸数据。实验结果表明：本方法在实际应用中的定位检测精度达到85.93%,召回率达到90.63%,F1达到88.22%;在尺寸测量误差方面，RMSE、MAE、MAPE分别为2.56 mm、1.55 mm、12.94%。

  2023年05期 v.45;No.307 57-64页 [查看摘要][在线阅读][下载 2228K]
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• 基于ITD-SDP图像特征和DSCNN的道岔转辙机故障诊断

  王智超;杨喜旺;黄晋英;赵永军;唐天翼;

  针对道岔转辙机故障诊断问题，提出一种基于ITD-SDP图像形状特征和深度可分离卷积神经网络的故障诊断方法。首先对时域压力信号使用固有时间尺度分解算法进行分解，获得一系列固有旋转分量；然后进行对称点模式变换，将分解得到的固有旋转分量映射为雪花图像；最后通过深度可分离卷积神经网络算法实现道岔转辙机的故障诊断，同时与传统的CNN模型进行对比。实验结果表明：图像特征能够有效表征道岔转辙机的工作状态，深度可分离卷积神经网络模型对道岔转辙机4种状态的平均诊断准确率达到98.5%,验证了本方法的有效性和优越性。

  2023年05期 v.45;No.307 65-71页 [查看摘要][在线阅读][下载 1882K]
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• 融合注意力机制的轨道入侵异物检测轻量级模型研究

  管岭;贾利民;谢征宇;

  基于智能视频分析的轨道线路环境入侵物自主识别是保障轨道交通运营安全的关键技术之一。然而基于神经网络的高精度目标检测模型严重依赖算力，部署成本高，很难普及运用。为此，提出一种改进yolov4-tiny的轻量级网络模型。在网络主干，通过融合跨阶段结构和通道混洗策略，提出CSPShuffleNet结构，加快网络推理；在网络颈部，引入多头注意力机制，增强网络目标定位能力；在网络头部，使用深度可分离卷积替换传统卷积，进一步压缩网络参数量。基于铁路异物数据集的实验结果表明：相比于原始yolov4-tiny,本模型的均值平均精度最大提高1.4%,参数量减少49.9%,模型容量减少55.4%。验证了本模型对于固定平台和移动平台检测系统的普适性，从而为铁路安全保障提供决策支持。

  2023年05期 v.45;No.307 72-81页 [查看摘要][在线阅读][下载 3111K]
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铁道工程、工程管理

• 基于动静态检测数据的轨道弹性状态评估及平顺性调整方法

  杨飞;孙宪夫;魏子龙;柯在田;赵文博;董杰;

  轨道刚度检测是识别轨道弹性不良区段，评估轨道、桥梁和路基等结构动力性能的关键技术之一。为解决现有轨道弹性状态检测方法在检测效率与检测投入之间的不平衡，基于周期性动静态检测数据，提出基于动静态轨道几何不平顺差异的轨道弹性状态检测方法。此外，为解决弹性不良区段静态调整与有载不平顺不匹配问题，充分发挥动态检测数据的作用，提出基于动态数据的轨道弹性不良区段平顺性调整方法。通过刚度加载车试验和现场复核验证基于动静态高低不平顺峰值差来评判轨道弹性状态的有效性，在分析11条典型有砟轨道线路的动静态高低不平顺差异特征的基础上，提出动静态高低不平顺差超过2 mm的区段即可以判定存在轨道弹性不良病害。基于某条弹性不良线路区段的动态检测数据，采用本文提出的平顺性调整方法指导人工起道作业，结果表明动态高低不平顺幅值和标准差分别降低42%、51%,波长为32 m的周期性不平顺特征也得到明显改善。

  2023年05期 v.45;No.307 82-90页 [查看摘要][在线阅读][下载 2619K]
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• 基于多物理场耦合的双块式无砟轨道早期混凝土时变行为研究

  李潇;刘伟;任娟娟;杨荣山;刘学毅;

  针对无砟轨道道床混凝土早期开裂问题，基于多物理场耦合理论，提出一种适用于浇筑早期的双块式无砟轨道水化-热-湿-力耦合计算模型，利用既有试验验证模型合理性，获取无砟轨道道床早期各物理场的时空分布规律，进行开裂风险预测。结果表明，与试验结果对比，本文模型对早期混凝土各物理场的模拟较为合理，尤其对表面干燥下的湿度场、复杂应力场的计算具有较强的适用性；道床水化速率先迅速增大后逐渐减，至第7 d基本停滞，最大水化速率出现在浇筑后约7 h,不同深度的水化度发展一致；受水化热影响，浇筑后24 h道床温度呈升高趋势，后受环境影响程度增大，随环境温度呈日周期变化；道床相对湿度及含水量呈垂向梯度分布，支承层对道床底部的干燥作用较为明显，水化耗水是导致道床内含水量降低的主要因素；道床早期应力及开裂风险呈周期性变化，最大开裂风险达到1.0,位于轨枕与道床的结合面处，并预测了道床早期开裂的3种主要形式。

  2023年05期 v.45;No.307 91-102页 [查看摘要][在线阅读][下载 3434K]
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• 桥上CRTS Ⅱ型底座板疲劳时变可靠性研究

  吕焕;张玄一;赵衍刚;

  主要研究桥上CRTS Ⅱ型底座板在列车荷载、温度荷载、桥梁变形共同作用下的疲劳时变可靠性。为探讨列车荷载、温度梯度、桥梁变形的作用效应，依据CRTS Ⅱ型底座板混凝土、钢筋的疲劳性能，建立列车荷载、温度荷载、桥梁变形共同作用下的CRTS Ⅱ型底座板混凝土弯压和钢筋弯拉时的疲劳时变极限状态函数，分析混凝土疲劳强度、温度梯度、混凝土疲劳弹性模量、桥梁变形曲率、模型不确定系数、列车荷载产生弯矩的统计特征，采用PHI2方法开展底座板疲劳时变可靠性分析，并与传统时点可靠度方法的分析结果做对比，探讨底座板疲劳时变可靠指标对列车荷载、温度梯度、桥梁变形曲率的敏感性。研究结果表明：在底座板服役期内，底座板轨下截面处的混凝土弯压和钢筋弯拉的疲劳时变可靠指标均满足规范要求；传统时点可靠度方法求得的可靠指标偏大，给CRTS Ⅱ型轨道结构营运带来安全隐患；桥梁变形曲率的变化对疲劳可靠指标的影响最大，列车荷载的影响相对较小，温度梯度对可靠指标几乎无影响；荷载参数的均值大于变异系数对可靠指标的影响。研究成果可辅助确定CRTS Ⅱ型底座板养护维修的时间和方式，为高速铁路结构的运维提供理论参考。

  2023年05期 v.45;No.307 103-112页 [查看摘要][在线阅读][下载 1963K]
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• 铁路碎石路基碾压效果的数值模拟

  徐京海;徐宇冉;张远博;

  离散元法广泛应用于碎石路基压实、破碎过程的模拟分析。拟通过对碎石路基压实过程进行离散单元仿真模拟分析，建立碎石路基沉降量与碾压遍数的拟合关系，分析碎石路基摊铺厚度、碾压速度、材料刚度参数、材料强度系数等对碎石路基沉降量的影响，来揭示颗粒碾压破碎过程和破碎规律。研究结果表明，碎石路基摊铺厚度越大，碾压速度越快，碎石材料刚度系数越大，达到稳定状态所需碾压遍数越多；材料刚度系数及强度系数决定稳定状态下的沉降量。为研究碎石路基压实破碎研究提供新方法，是对碎石路基现场碾压试验研究的补充。

  2023年05期 v.45;No.307 113-118页 [查看摘要][在线阅读][下载 4145K]
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• 基于大型动三轴试验和神经网络的粗粒土临界动应力研究

  徐方;翟斌;冷伍明;叶新宇;张期树;赵春彦;

  为研究基床粗粒土填料的累积塑性变形特性、动力稳定性和临界动应力，开展不同围压、动应力和含水量的系列大型动三轴试验。结果表明：粗粒土的累积塑性应变ε_p随动荷载振动次数N的关系曲线可分为破坏型、稳定型和临界型。建立分析ε_p-N曲线类型与土体围压、含水量及动应力相关性的灰色关联模型，结果表明曲线类型受围压、动应力及含水量的影响显著，且三者对决定粗粒土的动力稳定状态具有同等重要作用。构建预测粗粒土临界动应力的BP神经网络模型，分析表明粗粒土的临界动应力随围压增加而近似线性增大，随含水量的增加而非线性减小；综合试验和模型分析结果，提出考虑围压和含水量影响效应的粗粒土临界动应力经验公式。

  2023年05期 v.45;No.307 119-127页 [查看摘要][在线阅读][下载 2086K]
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• 压剪复合型弹性车轮对市域桥梁结构噪声的影响

  王星欢;何远鹏;张皓迪;圣小珍;

  弹性车轮在地铁及城市轨道交通上的可应用性正在进行深入研究。我国市域线路也包括不少高架线路，因此有必要研究弹性车轮对高架桥梁结构噪声的影响。利用有限元-边界元法建立频域轮轨相互作用模型及桥梁振动声辐射模型，并利用文献测试结果对仿真模型进行验证。在此基础上，分析弹性车轮橡胶参数对桥梁结构噪声的影响，得到以下结论：弹性车轮橡胶弹性模量的变化对桥梁结构噪声辐射总声压级影响较大，当橡胶弹性模量取10 MPa时，桥梁结构噪声辐射总声压级较刚性车轮可降低4.56 dB,但随着橡胶弹性模量的增加，弹性车轮解耦频率也增加，桥梁结构噪声逐渐增大，并逐渐趋于刚性车轮情况下的桥梁噪声；弹性车轮橡胶结构阻尼比的变化对箱梁结构降噪量影响不明显，当橡胶阻尼比由0.1增至0.4时，桥梁结构噪声辐射总声压级只降低1.04 dB;弹性车轮橡胶泊松比的改变对桥梁结构噪声总声压级影响很小。研究成果对弹性车轮在城市轨道交通的推广应用提供一定的参考。

  2023年05期 v.45;No.307 128-135页 [查看摘要][在线阅读][下载 1592K]
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• 基于生成对抗网络的隧道裂缝自动分割算法研究

  李子仡;饶志强;常惠;李益晨;丁璐;方建军;

  传统裂缝识别技术需要大量带标签的裂缝图像作为试验数据集，为减少裂缝图像标注的工作量，利用生成对抗网络图像分割的特性与优势，构建一种Crack-GAN网络用于隧道裂缝自动分割。Crack-GAN网络结构集成2个模块：融合残差化U-Net网络的生成器网络和利用全卷积网络生成置信图的判别器网络。首先U-Net模块使用密集的残差模块来生成保留细粒度信息的深层表示，然后判别器来判断输入真假，并以端到端的方式训练，再经过生成对抗模型之间不断迭代，使生成模型达到分割裂缝的最优状态。试验表明，Crack-GAN网络在自制铁路隧道裂缝数据集上的像素准确性为98.35%,精准率为71.23%,召回率为80.78%,F1得分为75.98%,单次检测时间80 ms,综合表现优于U-Net和CrackSegNet。

  2023年05期 v.45;No.307 136-142页 [查看摘要][在线阅读][下载 1597K]
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• 复杂地形下的危岩落石被动防护网三维防护效果评估研究

  赵炼恒;金昶睿;黄栋梁;赵彪;曾中林;胡世红;

  为评估复杂地形下被动防护网的落石防护效果，利用无人机摄影测量方法，获取复杂地形的坡表形态并生成数字模型。基于RocPro3D模拟不同条件下的落石运动轨迹并评估防护网性能，对比二维与三维落石模拟结果中防护网性能的差异。计算结果表明：被动防护网缺陷的主要表现形式为防护高度不足、防护范围不足以及其他防护网缺陷引起的自身防护能力未完全发挥；被动防护系统最优防护效果表现为按照防护网布设位置，自上而下，防护网拦截率及作用在防护网上的冲击能量逐级降低；针对复杂地形下的被动防护体系评估，三维分析比二维分析的结果更加全面，更具参考价值。研究成果为被动防护网评估提供更多思路。

  2023年05期 v.45;No.307 143-150页 [查看摘要][在线阅读][下载 3361K]
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• 高性能湿喷混凝土的抗冻性能及气泡结构特征研究

  张戈;安明喆;王月;

  通过借鉴混凝土快冻法，对比研究高性能湿喷混凝土(HPS)、掺速凝剂的模筑混凝土(HPS-Cast)及普通喷射混凝土(NSC)的抗冻性能，并对其内部气泡结构特征进行分析。结果表明：冻融循环作用下，NSC相对动弹性模量和抗压强度显著下降。冻融循环125次后，NSC相对动弹性模量仅为51.34%,冻融循环200次后，抗压强度损失率已达到53.30%,相比之下，HPS、HPS-Cast抗冻性能明显优于NSC,其中HPS抗冻性能最好。HPS-Cast由于采用模筑成型，成型方式与HPS不同，造成HPS-Cast气泡分布特征与HPS明显不同。冻融循环过程中，HPS-Cast平均气泡直径、平均气泡面积、气泡间隔系数均明显高于HPS,同时在0～200μm范围内孔体积率下降速率明显高于HPS,而200～500、500～1 200μm及大于1 200μm孔体积增长速率明显高于HPS。因此在冻融循环过程中，HPS-Cast抗冻性能较HPS下降更为明显。

  2023年05期 v.45;No.307 151-157页 [查看摘要][在线阅读][下载 1715K]
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• 综合防风固沙体系设计参数优化研究

  刘畅;王海龙;孙婧;

  基于Fluent欧拉-拉格朗日模型，对由立面网板及前期设计的环保固沙砖沙障相结合的新型综合防风固沙体系风沙流场进行数值模拟研究。研究结果表明，综合防风固沙体系中阻沙措施(立面网板)可有效改善原始流场形态，防护高度在1.2倍立面网板高度以下；大粒径砂粒大部分沉积在固沙砖沙障之间，且体系后区域砂粒浓度明显减小，具有良好的风沙净化作用；当立面网板与固沙砖沙障设计间距为5～10 m时，固沙砖沙障内部易形成良好涡旋，有利于砂粒聚集；随着间距变化，综合防风固沙体系有效安全距离呈现先减小后增大的趋势；当固沙砖沙障铺设位置超过阻沙措施原有遮蔽距离后，两者将失去协同防护作用。综合考虑流场情况及防护距离，立面网板与固沙砖沙障设计间距建议设定约10 m。

  2023年05期 v.45;No.307 158-164页 [查看摘要][在线阅读][下载 1226K]
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