铁道运输

• 市域列车与城际列车共线运营开行方案优化研究

  朱资岳;何嘉棋;叶玉玲;

  目前我国市域铁路处于初步发展阶段，运输组织理论研究体系尚不完善，对市域铁路与其他制式共线运营的列车开行方案协同编制问题研究不充分，已难以适应轨道交通互联互通发展趋势。针对这些问题，从乘客出行时间和企业运营成本的角度出发，建立市域铁路与城际铁路共线运营的列车开行方案编制模型，设计基于NSGA-Ⅱ的求解算法，并以上海机场联络线为案例，证明所提模型和设计算法能有效求解共线运营列车开行方案，同时表明共线列车开行方案能有效节省乘客总出行时间，提高轨道交通系统服务水平。

  2024年05期 v.46;No.319 1-8页 [查看摘要][在线阅读][下载 1542K]
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• 考虑供需优先特性的JSQ型空车调配优化模型及算法

  张家瑞;李海鹰;王莹;冀柯维;罗涛;

  面向铁路商品汽车运输JSQ型车辆的空车调配问题，首先总结其调配计划制定-执行流程，将站点装车重要程度、空车库存及缓冲、路局存车限制等要素抽象为出空、需空优先特性，结合路网点线能力制约，提炼JSQ型空车调配问题关键要素；其次，构建供需网络及网络流模型，给出各优先特性的参数标定条件，实现JSQ型空车调配问题的数学描述；然后，通过拉格朗日松弛将原问题松弛为最小费用最大流问题，设计基于Ford Fulkson方法及优先队列优化的Bellman Ford算法求解松弛问题；最后，基于中铁特货跨局调配数据验证模型及算法有效性、基于中铁特货历史数据完成全路规模下的压力测试，通过与商用求解器的对比，表明本文方法能够准确、高效地实现优化。

  2024年05期 v.46;No.319 9-17页 [查看摘要][在线阅读][下载 1660K]
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• 考虑时间窗、等待费用和整备的铁路技术站调机运用优化

  赵军;廖代富;齐鹤;彭其渊;

  本文研究同时考虑调车(含解体、编组、取送调车等)与非调车任务(含交接班、吃饭等)、非调车任务有时间窗以及调机有等待费用和整备要求的铁路技术站调机运用问题。给定计划时段内的可用调机和调车任务集合，该问题在于为各调机指派一组调车任务序列，并确定各调机的交接班、吃饭和整备任务(若存在)的开始时刻。为各调机创建1个接续网络，描述其执行调车/非调车任务与任务间接续的时空运用过程。利用多商品网络流点-弧模型的建模框架，以最小化总空驶费用、总停轮等待费用、总非调车任务偏移惩罚费用与总整备费用之和为目标函数，将问题构建为1个混合整数非线性规划模型，再进一步转化为线性模型，可采用商业优化软件快速求得最优解。以某车站为背景构造的切实算例验证了所提方法的可行性和有效性。

  2024年05期 v.46;No.319 18-29页 [查看摘要][在线阅读][下载 2303K]
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铁道机车车辆、电气化

• 基于轮轨黏着大滑移机理的防滑黏着利用控制策略研究

  张波;周军;蔡田;常崇义;齐政亮;

  随着列车运行速度的提高，轮轨界面湿滑条件下存在制动黏着利用需求与黏着系数下降的矛盾，因此急需突破制动防滑及黏着利用关键技术瓶颈。在深入分析高速制动黏着-滑移特性规律以及黏着再上升影响因素的基础上，提出一种基于分层滑动速度判据的黏着大滑移机理的防滑黏着利用控制策略。该策略通过维持一定的滑动速度获得滑动能量进而改善轮轨黏着系数，并根据测量的轮轨接触点切向力和防滑阀下游的制动缸压力实时计算滑行过程的轮轨可用黏着系数判断轮轨黏着改善程度。在此基础上，进行基于1∶1高速轮轨关系试验台的不同黏着条件下的高速防滑模拟试验，结果表明：该控制策略可自适应地追踪不同轮轨黏着条件下(水、防冻液)的可用黏着，提高了防滑控制系统对铁路复杂运用环境和轮轨黏着特性的适应性。

  2024年05期 v.46;No.319 30-37页 [查看摘要][在线阅读][下载 2220K]
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• 变转速工况下基于快速谱平均峭度图的列车轮对轴承故障诊断

  刘文朋;杨绍普;刘泽潮;刘永强;顾晓辉;

  由于受到轮轨激励的干扰，轮对轴承故障特征易被背景噪声所淹没，且在变转速模式下故障特征具有时变性，进一步加剧了提取难度。为此，提出一种基于快速谱平均峭度图的列车轮对轴承故障特征提取方法。根据频谱趋势将频谱划分为若干子带，采用Meyer小波构造带通滤波器，计算每个窄带滤波信号的平均峭度并构造快速谱平均峭度图；选取最优频带进行解调，消除背景噪声的影响；通过相位函数对滤波信号进行迭代广义解调，解决时变故障冲击间隔带来的频谱模糊问题。仿真和试验分析结果表明所提方法有效克服了强背景噪声和时变故障特征的干扰，为变转速工况下轮对轴承故障特征提取提供了新的解决策略。

  2024年05期 v.46;No.319 38-47页 [查看摘要][在线阅读][下载 3032K]
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• 基于MFDC-SSD网络的接触网定位线夹缺陷识别

  屈志坚;张博语;杨行;李迪;

  针对接触网应用环境复杂，定位线夹体积小、安装方向特殊、不易识别，传统的目标检测算法效果较差等问题，基于多尺度特征融合密集连接网络模型，提出了一种接触网定位线夹缺陷检测新方法。首先结合DenseNet与Inception模块对SSD模型的特征提取网络进行改进，在特定的特征层间共享上下文信息，提升特征提取能力。然后从网络深层到浅层，逐级采用FPN融合SSD检测的多尺度特征图，设计多特征融合的密集连接网络模型，最后将f_(GIoU)作为边框损失函数，在训练中优化真实框和预测框的重合度。对采集的某段接触网定位线夹图像数据集进行检测识别。结果表明：该定位线夹缺陷检测方法可在复杂接触网背景下，对定位线夹脱落和松动进行检测，且在不同角度、亮度的图像中均具有较强的鲁棒性。

  2024年05期 v.46;No.319 48-57页 [查看摘要][在线阅读][下载 2395K]
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• 一种基于Lasso理论的牵引变电所接地网腐蚀诊断方法

  程宏波;钟文帆;陈艳华;李加加;刘小惠;

  由于深埋地下，接地网可用的测试端点有限，导致测试所得方程个数远少于待求的支路电阻个数，腐蚀诊断方程欠定严重，求解困难。基于电网络理论建立接地网模型，运用特勒根定理建立接地网腐蚀诊断方程组，提出一种基于Lasso理论的接地网腐蚀诊断欠定方程组求解方法，通过引入惩罚项，对腐蚀较轻支路电阻变化量的影响进行抑制，降低方程组的不确定性程度。经过迭代计算求得地网支路电阻的变化情况，并据此对变电所接地网的腐蚀位置和腐蚀程度进行诊断。仿真和实验结果表明，基于Lasso理论的诊断方法能利用较少的端口网络方程较为准确地求解出地网支路的电阻值，为变电所接地网腐蚀的准确便捷诊断提供了一种新方法。

  2024年05期 v.46;No.319 58-65页 [查看摘要][在线阅读][下载 1797K]
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铁道通信信号、信息化

• 基于禁忌搜索的列车运行控制系统测试用例生成方法研究

  邢毅;赵一莉;张雁鹏;左兴;

  当采用故障注入方法对高速铁路列车运行控制系统功能进行组合测试时，系统容易受到输入参数之间约束关系的影响，产生无效测试用例。为了应对多个故障间的耦合作用，以临时限速场景为例，提出一种基于禁忌搜索算法的测试用例生成方法。首先，提取临时限速场景的设备故障特征作为故障注入输入参数，分析设备间的约束关系，建立约束满足模型；然后，依据信号设备的特点，改进禁忌搜索算法的初始解生成方式和邻域搜索过程，生成满足约束关系的测试用例；最后，依托京张智能高速铁路列车运行控制系统仿真测试平台，结合现场线路数据和实际设备信息，验证所提算法的有效性。实验结果表明：临时限速场景中加入约束后的测试用例个数比加入约束前在覆盖维度为2、3、4时分别减少了7.7%、7.0%、4.5%;所提算法生成的测试用例个数比IPOG、IPOG-F、mAETG、TS算法分别降低了32%、30.1%、24.5%、3.7%,且组合覆盖率比随机测试和自适应随机测试提高了9.5%和3.7%。该研究成果可为列车运行控制系统优化及安全性验证提供一定的参考。

  2024年05期 v.46;No.319 66-75页 [查看摘要][在线阅读][下载 1720K]
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• 检修接地不平衡传输条件对轨道电路的影响研究

  范景腾;杨武东;郭进;杨轶轩;冯小川;

  为分析在接触网检修接地时，由单根轨条和回流线短接产生的不平衡条件对25 Hz相敏轨道电路的影响，在六端网络的基础上建立轨道电路不平衡传输模型，通过仿真计算和对比，得到在不平衡传输条件下，信号接收端轨面电压的衰减和扼流变压器上不平衡牵引电流，随道床泄漏导纳、单轨条接地位置、吸上与横向连接设置变化的关系，并利用实验数据和现象验证计算结果。结合实际案例中检修接地的不平衡传输条件导致轨道电路“红光带”问题，给出其产生原因，并验证上述理论。给出减少不平衡传输条件对轨道电路造成影响的方法，尽可能避免该类型“红光带”问题的出现。

  2024年05期 v.46;No.319 76-84页 [查看摘要][在线阅读][下载 1985K]
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• 基于BFOA-PSO-GMM的轨道电路故障诊断研究

  孙波;赵梦莹;何晖;

  针对轨道电路系统庞大、故障种类繁多等问题，提出一种融合细菌觅食优化算法和粒子群优化算法的高斯混合模型，对轨道电路的多种故障类型进行诊断。该模型通过融合细菌觅食优化算法与粒子群优化算法，找寻适合EM算法的初始值，利用合适的初始值有效避免EM算法陷入局部最优，提高模型的故障诊断能力。通过对实测数据的训练和测试实验表明，本模型比传统高斯混合模型的故障诊断准确率提高了31.85%,比采用粒子群优化算法改进模型的故障诊断准确率提高了9.4%,即本模型对轨道电路的故障诊断更加有效。

  2024年05期 v.46;No.319 85-91页 [查看摘要][在线阅读][下载 1076K]
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• 基于对比学习的电液转辙机故障智能诊断方法

  温伟刚;刘洋;

  道岔转辙机是铁路运行调度的关键设备，由于其外部使用环境恶劣、内部设备结构复杂，使得转辙机在工作过程中容易产生不同的运行故障。针对广泛应用于高速铁路的电液转辙机，提出基于对比学习的电液转辙机故障智能诊断方法：对电液转辙机左右液压缸油压监测信号使用对比学习的思想正则化特征空间；使用实例级权重策略增强模型泛化能力；使用多种数据增强方法提高模型鲁棒性。最后通过电液转辙机的运行故障实验验证本方法的有效性与优越性。

  2024年05期 v.46;No.319 92-99页 [查看摘要][在线阅读][下载 2139K]
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铁道工程、工程管理

• 不同温度速率下桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道热力学性能研究

  周锐;陈登高;朱烜;刘伟斌;杜彦良;李世亚;

  针对我国CRTSⅡ型板式无砟轨道的复杂温度荷载效应，重点研究不同温度速率变化对桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构热力学性能的影响。通过大型环境模拟试验箱，开展简支箱梁上5块CRTSⅡ型板式无砟轨道的1∶4几何缩尺模型的温度试验，对比分析3种环境温度变化速率下无砟轨道内的温度和应力分布特征；建立两端自由和两端约束条件下缩尺模型的热传导数值模型，验证了该数值模型的有效性，分析了两种约束条件下无砟轨道-箱梁结构的三维温度场、应力场和位移的变化规律。结果表明，随着温度变化速率下降，无砟轨道-箱梁结构的竖向位移和温度变化幅值在增大，但竖向多层的温度和位移数值在下降；结构的应力、轨道板轴力也不断增大，特别是温度变化速率从0.67℃/min下降到0.44℃/min时。此外，两端自由的纵向应力和竖向位移均比两端约束的小，但其温度要大于两端约束的，约束边界条件会加速轨道内热传递过程。

  2024年05期 v.46;No.319 100-109页 [查看摘要][在线阅读][下载 4660K]
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• 基于定位指数与置信系数的道岔区轨道几何形位偏差变化量识别方法

  秦航远;刘金朝;刘维桢;杨飞;孙加林;

  针对道岔区段轨道几何形位偏差变化量识别问题，基于道岔区轨道几何检测数据及道岔设备台账信息，提出道岔定位指数及置信系数，实现各类道岔历次检测数据中尖轨尖端和心轨尖端位置的准确识别。基于关键结构里程对道岔区历次轨道几何检测数据里程信息进行同步修正，实现对道岔区轨道几何形位偏差变化量的有效识别。经实测数据验证，所提出方法对各类道岔历次检测数据的里程修正精度在0.5 m以内，并能够对道岔区段轨道几何不平顺存在微小变化处进行准确识别。分析结果在道岔状态评价与养护维修作业方面为一线作业人员提供科学可靠的指导。

  2024年05期 v.46;No.319 110-115页 [查看摘要][在线阅读][下载 2456K]
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• 脱轨系数数字特征求解的同分布概率演化法

  周子骥;刘伟;张楠;杜宪亭;夏超逸;郑晓龙;

  为探究高速铁路列车的脱轨系数统计特性，提出同分布概率演化法研究其数字特征(均值与标准差)、阈值、概率分布和服从该分布的前提条件。采用该方法求得脱轨系数均值和标准差与横、竖向轮轨力数字特征的关系；本文方法证明脱轨系数满足高斯分布的数学条件；采用Monte Carlo法对脱轨系数的数字特征进行验证，并比较不同方法的计算效率；提出采用阈值估计法求脱轨系数的阈值。基于该方法，以动车组通过3跨桥梁为例，研究不同轨道谱、列车速度和桥梁动挠度等工况下的列车脱轨系数。计算结果表明：对常用高速铁路桥梁而言，脱轨系数具有高斯特性；本文计算方法能准确地求得不同工况下列车脱轨系数的数字特征，计算效率较高；脱轨系数的尾部分布不是高斯分布，不同工况需要采用相应的阈值估计法才能达到高斯分布3σ法则的置信水平。

  2024年05期 v.46;No.319 116-122页 [查看摘要][在线阅读][下载 2462K]
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• 基于注意力引导多尺度降噪卷积神经网络的钢轨表面缺陷图像降噪

  陈仁祥;潘升;杨黎霞;王建西;夏天;

  针对钢轨表面缺陷图像降噪依赖人工设置滤波参数和缺陷边缘模糊的问题，提出基于注意力引导多尺度降噪卷积神经网络的钢轨表面缺陷图像降噪方法。首先采用深层网络中的多尺度卷积自动提取含噪图像的特征，使其不依赖于人工设置滤波参数，并克服单尺度卷积特征不够精细导致缺陷边缘模糊的问题；其次利用跳跃连接融合网络深层特征和浅层特征，强化浅层特征影响，克服因网络加深导致浅层特征被忽略的问题，使特征更充分；然后利用注意力机制调节特征在空间不同位置的权重，筛选出能表征噪声的特征，获得噪声信息；最后通过重建模块去除含噪图像中的噪声，实现端到端的降噪。试验结果从定性和定量角度证明所提方法不仅降噪效果更好，且更有效地保留了缺陷边缘信息，为缺陷精确分割提供条件。

  2024年05期 v.46;No.319 123-131页 [查看摘要][在线阅读][下载 2265K]
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• 无砟轨道泡沫混凝土路基碎石夹层结构动力特性试验研究

  冯学茂;黄俊杰;陈成华;黄志超;卢洺宇;王鑫越;

  为研究无砟轨道泡沫混凝土路基碎石夹层结构的动力特性和长期动力稳定性，建立夹层结构足尺试验模型，开展变频加载和循环加载试验。研究结果表明，在变频动载作用下，夹层结构的振动加速度、动位移和动土压力呈增大规律但无峰值出现，表明夹层结构未产生共振现象；为降低加载频率对比值系数的影响，建议采用底座板与路基面之间振动位移比值系数作为基床或级配碎石夹层对无砟轨道结构支承状态分析的判据。循环动载作用下，夹层结构的振动加速度、动位移和动土压力在加载至100万次后趋于稳定；相较传统土石填料路基，泡沫混凝土层能更好地均化上部荷载；经200万次动载作用后，试验模型总累积沉降为0.898 mm,碎石夹层的压缩变形占总累积沉降的82.9%。试验结果表明，在无砟轨道结构与泡沫混凝土层之间设置厚度为0.7 m的级配碎石夹层，可为线路提供平顺性和稳定性。

  2024年05期 v.46;No.319 132-141页 [查看摘要][在线阅读][下载 2354K]
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• 渗透各向异性土层中考虑挡墙厚度的基坑稳态渗流解析解

  余俊;李东凯;和振;张志中;张鑫全;

  本文对考虑厚度挡墙支护下渗透各向异性土层中基坑的二维稳态渗流进行了解析研究。根据对称性取基坑半截面，将周围土层划分为5个规则区域，采用坐标变换将渗透各向异性土层转换成等效各向同性土层，对各区域利用叠加法和分离变量法推导得到二维稳态渗流场、挡墙上水压力以及坑底出逸比降的显式解析解。对比保角变换和积分变换方法，本文解渗流场计算结果连续且无奇异点，且基坑水头和挡墙两侧水压力分布情况与数值软件分析一致性较好，说明本文解析解的正确性和优越性。本文解与不同计算方法得到的挡墙水压力结果对比分析发现，挡墙厚度d、竖直与水平向渗透系数比α对挡墙上水压力的影响不可忽略。分析α、d对挡墙底部水压力及出逸比降的影响，随着α和d的增大，基坑外侧挡墙底部水压力增大，基坑内侧挡墙底部水压力减小；随着α和d的逐渐减小，坑底出逸比降不断增大；当α和d较小时，考虑一维渗流情况得到的出逸比降安全性较低，且随着α和d的减小与本文解析解差距越来越大。

  2024年05期 v.46;No.319 142-151页 [查看摘要][在线阅读][下载 1629K]
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• 块裂隧道围岩等效岩体变形参数研究

  谭鑫;任亚坤;刘飞香;唐崇茂;黄明华;尹心;

  采用Voronoi离散单元方法建立块裂岩体隧道的随机DEM数值模型，通过大量随机数值计算结果验证采用岩体等效变形参数预测隧道收敛变形的可行性。在规则裂隙岩体等效变形参数计算方法的基础上，针对数值模拟揭示的深埋隧道变形特征提出改进的修正计算公式及相应的特征参数。通过与既有解答以及大量随机数值计算结果的对比和统计分析验证修正解的合理性，修正解较为合理改善既有规则裂隙岩体等效变形参数计算方法在反映随机块裂岩体在隧道卸荷条件下变形估算的较大误差。采用修正计算方法得到的岩体等效变形参数可以很好地预测随机块裂岩体中隧道开挖后收敛变形的数学期望值。提出的修正计算方法对当前深部岩体变形参数研究和隧道洞壁收敛位移的估算具有一定的参考价值。

  2024年05期 v.46;No.319 152-159页 [查看摘要][在线阅读][下载 2542K]
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• 饱和土盾构曲线掘进引起地表变形理论研究

  丁智;董毓庆;张霄;冯丛烈;彭少杰;

  由于城市复杂多变的地质条件和地上或地下建筑物等因素制约，地铁建设中沿曲线段的盾构隧道普遍存在。本文基于半无限饱和土初值解，考虑不均衡开挖面附加推力的挤土效应、不均衡盾壳摩擦力及盾尾浆液蔓延软化效应、盾尾注浆压力环向填充效应与曲线盾构超挖的土体损失影响，推导饱和黏性土盾构曲线掘进引起地表变形的理论计算公式，分析地表变形规律和各参数影响。计算得出的地表变形预测情况符合现场实测规律，表明理论公式具有一定的指导性。与常规盾构沿直线施工不同，盾构曲线掘进更容易引起显著的地层局部损失和地表非对称性隆沉。随着曲线盾构开挖面左右区附加推力和盾壳内外侧摩擦力差异的增大，地表变形逐渐增大，且变形最值向曲线内侧偏移。轴线偏移量和最值与转弯半径成反比，而刀盘直径仅对轴线偏移有影响。

  2024年05期 v.46;No.319 160-170页 [查看摘要][在线阅读][下载 3418K]
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• 基于翼板横向位移模式的箱梁剪力滞效应分析

  张玉元;马啸;张元海;张慧;

  以剪翘变形状态为分析对象，综合运用广义坐标法、剪翘变形协调条件和平衡微分方程，提出箱梁的翼板横向位移模式。基于最小势能驻值原理，推导考虑翼板横向位移影响的箱梁剪力滞解析解。引入翼板横向位移对剪力滞影响的差值比参数，详细分析截面参数及梁端约束条件对剪力滞差值比的影响。算例分析表明：翼板横向位移对剪力滞有一定的削弱作用，考虑横向位移的纵向应力与有限元解、实测值吻合更好；跨宽比、高宽比越大，剪力滞差值比越小；悬臂板宽度越大，剪力滞系数差值比越小；梁端约束条件越强，剪力滞差值比分布曲线越陡峭，约束条件较强时需考虑横向位移的影响。

  2024年05期 v.46;No.319 171-178页 [查看摘要][在线阅读][下载 1915K]
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• 基于IGWO-SVR的地铁车站投资预测

  郝晶晶;段鹏鑫;陈雨欣;段晓晨;

  为快速准确地预测可行性研究阶段的地铁车站投资以给投资方提供决策支持，提出一种改进的灰狼算法，来优化支持向量回归机参数的方法。通过收集整理地铁车站案例数据并建立数据库作为预测原始样本，利用自助法扩充样本以解决小样本预测准确率低的问题；对灰狼算法的初始种群生成、收敛因子和位置更新方式进行改进以避免灰狼算法陷入局部最优的问题；使用改进的灰狼算法对支持向量回归机的参数进行优化，建立地铁车站投资预测模型；以车站实例验证预测模型有效性。结果表明，改进的灰狼算法优化参数的支持向量回归机的预测模型在测试集平均相对误差为4.33%,拟合优度为0.944 0,改进的灰狼算法优化参数后预测模型优于未经优化的、粒子群优化的和灰狼算法优化的支持向量回归机预测模型。实例红高路车站相对误差为4.87%,证明提出的模型是有效的。

  2024年05期 v.46;No.319 179-188页 [查看摘要][在线阅读][下载 2854K]
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