- 刘维桢;秦航远;刘金朝;董英杰;郭剑峰;
为解决传统高速铁路道岔区晃车状态诊断过度依赖人工巡检的问题，提出一种基于广义解调和麻雀搜索算法（SSA）优化支持向量机（SVM）模型（SSA-SVM）的道岔区晃车状态诊断方法。首先，基于广义解调对车体横向加速度进行分解，提取不同频率模态分量，结合分量信息以及轨道几何信息，进一步计算道岔区晃车诊断特征指标；然后，采用SSA-SVM模型作为道岔区晃车分类诊断模型，提出基于该模型的道岔区晃车状态诊断方法；最后，以我国某高速铁路道岔区实测数据为例进行案例分析，验证该方法的有效性。结果表明：与基于误差反向传播算法模型（BP）、SVM模型、粒子群优化算法（POS）优化的误差反向传播算法模型（POS-BP）和粒子群优化算法优化的支持向量机模型（POS-SVM）的道岔区晃车状态诊断方法相比，采用SSA-SVM模型的道岔区晃车状态诊断方法不仅收敛速度快、精度高，而且在特征较少的情况下仍能保持94.8%的高诊断精度。
2024年03期 v.45;No.196 1-11页 [查看摘要][在线阅读][下载 1301K] - 吴志伟;樊文刚;李江;张峻瑞;吴昌昕;刘弋;
铁路道岔尖轨数控成型铣削后的打磨抛光目前普遍由人工完成，存在效率低、质量一致性差和漏打磨等问题，难以满足尖轨高效高质加工需求。而将工业机器人铣削技术应用到打磨抛光工序中虽可提升尖轨制造自动化水平，但尖轨端面廓形的复杂多变以及机器人存在的弱刚性又导致其加工轨迹平滑度难以得到保障。为此，需要对尖轨端面复杂廓形机器人铣削轨迹规划方法进行创新。首先，基于MD-H参数法建立机器人运动学模型并分析其运动特性；然后，采用三次NURBS曲线对尖轨端面廓形进行参数化描述，以铣削作业法向刚度性能指标作为优化目标，建立轨迹点姿态优化模型；同时，考虑机器人关节连续性约束，建立机器人铣削轨迹姿态规划模型；在此基础上，基于S型曲线算法实现机器人铣削速度规划；最后，通过仿真和试验进行验证。结果表明：该方法能够有效控制机器人的运动轨迹，解决了外凸夹角区域的“过切”和“跳刀”问题，加工后尖轨端面廓形更为平滑，能满足尖轨制造要求。
2024年03期 v.45;No.196 12-25页 [查看摘要][在线阅读][下载 1540K] - 王广帅;
针对无人机影像场景复杂、视角差异大、异物遮挡多，因而难以实现影像钢轨线高精度自动提取的问题，提出基于CBAS＿Unet的无人机多视角影像钢轨线自动提取方法。在传统U-net网络基础上增加并行的空洞空间金字塔模块（Atrous Spatial Pyramid Pooling,ASPP）及卷积注意力模块（Convolutional Block Attention Module,CBAM），以增强网络对不同尺度的邻域信息的获取能力，有效提升对钢轨的分割性能；再通过基于RANSAC最小二乘拟合的像素编组及邻域钢轨线串联，实现完整钢轨矢量线的高精度提取。结果表明：与Unet及Deeplab v3+2种经典模型相比，所提方法针对多视角无人机影像钢轨分割的交并比分别提升2.09%和1.98%，综合能力评价指标分别提升1.50和1.42；钢轨线提取完整度达到了90.7%，优于U-net模型的83.3%；钢轨线提取的误差平均值约0.58像素，中误差约0.77像素，实现了亚像素级的钢轨线提取。该方法能够满足无人机多视角影像中钢轨线提取的自动化、完整性以及高精度应用的需求。
2024年03期 v.45;No.196 26-37页 [查看摘要][在线阅读][下载 1643K] - 周旺保;王晓婵娟;聂磊鑫;蒋丽忠;付豪;蒋智勇;
基于OpenSEES平台分别建立4跨高速铁路传统简支梁桥和摇摆桥墩简支梁桥系统的有限元模型，并依据摇摆桥墩的基本抗震设防目标，设计摇摆桥墩耗能构件的面积和承载力。在考虑地震动随机性基础上，进行自复位摇摆桥墩在高铁桥梁系统中的抗震性能研究。结果表明：罕遇地震下自复位摇摆耗能装置能够有效降低墩底最大弯矩，减震率达20.26%，进而减少墩身损伤，但碰撞效应使墩底最大轴力放大了74.7%；墩底耗能构件基本进入塑性但未完全被破坏，可实现震后快速修复；摇摆桥墩的最大墩顶位移比传统桥墩增加了66%，但位移组成中可自复位的刚体旋转变形远大于弯曲变形，因此震后残余位移减少了35%；摇摆耗能机制对支座最大变形的减震率达12.3%，使主梁最大变形增大了约49%，但对其残余变形的影响在1 mm内；轨道约束会削弱桥墩摇摆行为，使墩顶最大位移减少了14%，但对墩顶残余位移无明显影响。
2024年03期 v.45;No.196 38-49页 [查看摘要][在线阅读][下载 1500K] - 施洲;周勇聪;江峰;刘振标;夏正春;印涛;
为研究大跨度公铁合建钢混板-桁斜拉桥主梁悬挑式索梁钢锚箱结构的受力特性及结构优化，以主跨808 m的洪奇沥特大桥钢锚箱为背景，采用仿真分析方法，研究钢锚箱3个设计方案主要板件应力、焊缝应力以及推荐方案锚箱节点的传力特性和锚箱参数对钢锚箱受力的影响。结果表明：锚箱尺寸较大、顶底板加肋方案的主要板件应力最大为300 MPa，小于其他2种方案，且6条焊缝的最大应力和应力不均匀系数较优，因此确定该方案为最终设计方案；索力首先由锚垫板直接向钢锚箱顶、底板和内外腹板较为均匀传递，最终边弦杆底板、内腹板和外腹板分别承担了22.2%,46.4%和31.4%的索力；节点处副桁斜杆、近桥塔侧和远桥塔侧边弦杆、混凝土桥面、节点横梁分别传递约66.71%,9.72%,9.32%,9.68%和4.56%的斜拉索竖向分力；板件应力随顶底板厚度增加而减小，顶底板深入边弦杆长度增加可以降低底板-内腹板焊缝峰值应力，顶底板间距减小可降低内外腹板和顶底板与锚垫板接触区域应力；顶底板厚44 mm、锚箱顶底板深入边弦杆长度1 800 mm、顶底板间距660 mm时较为合理。
2024年03期 v.45;No.196 50-60页 [查看摘要][在线阅读][下载 1379K] - 谢明志;袁晶莲;郭世杰;杨永清;黄胜前;
为研究不同减隔震装置对高速铁路大跨矮塔斜拉桥的减隔震机理，以某（90+180+90) m矮塔斜拉桥为研究背景，基于非线性时程分析建立有限元模型，研究摩擦摆支座、黏滞阻尼器和减隔震组合装置的减震效果及桥梁的抗震性能。结果表明：罕遇地震作用下，全桥主塔处采用摩擦摆支座和黏滞阻尼器的组合装置可以有效解决抗震问题，优化后选取摩擦系数为0.06、曲率半径为2 m的摩擦摆支座和阻尼系数为12 000 kN·（m·s~(-1))~(-α)、阻尼指数α为0.8的黏滞阻尼器；相比于单独使用摩擦摆支座或黏滞阻尼器，减隔震组合装置可大幅度减小全桥各关键截面的内力、桥墩位移及梁端转角，显著提升桥梁的抗震性能，剪力和弯矩的减震率分别达70.85%和76.94%，桥墩墩顶位移减震率达76.08%；各关键截面安全系数均大于1，结构均处于弹性范围，满足桥梁抗震性能的要求。
2024年03期 v.45;No.196 61-77页 [查看摘要][在线阅读][下载 1649K] - 宋占峰;李荣之;李军;
为评定外业观测数据质量和发现粗差，提出了一种闭合差搜索的通用算法。首先，针对高速铁路隧道中的各类边角混合网，基于平差理论，计算由边角混合网中测站数、非测站数和观测数确定其独立闭合差的数目，给出最简闭合差构成原则，求出余弦和正弦闭合差，推导闭合差限差计算模型，建立由闭合差探测观测值粗差的方法；进而导出闭合差增量与测站递增产生的重叠观测点数之间的数学关系式，设计数据结构实现测站与结点间双向多对多的拓扑映射关系，并基于分治思想，提出队列-测站双循环的增量算法来自动搜索最简且独立的闭合差；最后，以西南某高速铁路隧道构建的边角混合网为例进行算法验证。结果表明：增量算法能够在混合网中自动确定100%数量的最简独立闭合差，对观测值中存在的粗差100%予以探测，验证了采用该算法搜索闭合差及检核粗差的有效性。
2024年03期 v.45;No.196 78-86页 [查看摘要][在线阅读][下载 1069K] - 韩嘉强;马伟斌;程爱君;王辰;高龙;杨旭;张桐;
随着高速铁路隧道运营速度不断增大，隧道空气动力学问题日益凸显。为此，首先调研整理国内外典型高速铁路隧道音爆案例，并在国内某隧道开展一系列实车测试试验，分析200,250和300 km·h~(-1) 3个典型速度条件下隧道内初始压缩波压力梯度与洞口微气压波峰值变化规律，并对比不同斜井启闭条件下的辅助泄压缓解效果。结果表明：音爆现象主要发生在长度大于5.0 km隧道；当列车速度低于300 km·h~(-1)时，测试隧道内初始压缩波压力梯度峰值与隧道洞口微气压波峰值相对较小，此时压缩波未发生激化，测试隧道洞口未监测到音爆；当列车速度达到300 km·h~(-1)及以上时，压缩波发生激化，初始压缩波压力梯度峰值与洞口微气压波峰值分别超过90 kPa·s~(-1),150 Pa，此时在测试隧道洞口监测到明显音爆现象；相同速度条件下，不同动车组通过测试隧道时隧道内初始压缩波压力梯度峰值与洞口微气压波峰值存在一定差异，CRH380系列动车组测试数据低于CR400系列动车组；开启斜井能够缓解压力梯度及微气压波峰值，但开启压力梯度峰值达到最大值位置之前的斜井缓解效果更好，而同时开启隧道进口、出口处2个斜井对于压力梯度峰值缓解率最大可达到27.5%。
2024年03期 v.45;No.196 87-96页 [查看摘要][在线阅读][下载 1149K] - 梁连;方焘;方立建;
随着地铁建设的快速发展，隧道上方松动土压力的计算成了隧道工程领域的研究热点，而隧道松动区的确定对松动土压力的计算至关重要。为简便而准确地确定松动区的范围，首先假设松动区的边界为倾斜直线，然后基于Mohr-Coulomb破坏准则并考虑隧道尺寸、埋深等因素的影响推导滑裂角计算式，进而确定隧道周围地层的松动区范围。最后结合松动区土体主应力轴旋转理论以及倾斜滑裂面的假设，推导出滑裂面上的侧压力系数以及隧道松动土压力的计算式。结果表明：滑裂角随土体内摩擦角的增大而增大，随隧道埋深比的增大先减小然后趋于稳定；大主应力轨迹线为圆弧时计算更为简便、更易推广，可采用圆弧形大主应力轨迹的假设计算隧道松动土压力；松动土压力计算式所得结果和实际的试验结果吻合较好，因此该计算式可应用于砂土地质条件下浅埋盾构隧道上方的松动土压力计算。
2024年03期 v.45;No.196 97-106页 [查看摘要][在线阅读][下载 1108K] - 宋瑞;孙丽霞;张忠凯;徐力;吴毅;沈钢;
为寻找可替代硬质氧化物颗粒且能增加摩擦系数，并能减少对轮轨表面损伤的增黏材料，利用销盘摩擦试验机，在试验压力为0.5 MPa、转速为100,200,350,500 r·min~(-1)条件下，采用向轮轨摩擦表面添加粉末并观测摩擦表面形貌的方法，比较测试Cu,Fe与SiO_2粉末对摩擦系数、磨损量及表面硬度影响的差异性。结果表明：Cu,Fe粉末增加轮轨间摩擦系数的作用大于硬质SiO_2粉末，在摩擦表面添加Cu粉后摩擦系数增加0.2～0.3，添加Fe粉后增加0.1～0.2，添加SiO_2粉后在转速低于200 r·min~(-1)条件下增幅低于0.1，但在转速高于200 r·min~(-1)条件下并没有增加；低转速条件下SiO_2和Fe粉末使磨损量增加40%以上，而在转速大于200 r·min~(-1)时Cu粉末使磨损量降低50%，原因在于高硬度粒子加剧了对摩擦表面的犁削程度，导致磨损量成倍增加，而Cu粉末在剪切力的作用下易发生大塑性变形，从而黏附在摩擦表面，起到增大摩擦力和减小磨损量的作用；低速条件下Fe粉末和SiO_2粉末硬度高，与摩擦表面形成咬合作用，导致摩擦系数增加，而在转速提高时Fe和SiO_2粉末被粉碎细化，微细颗粒具有滚动效应，弱化了摩擦表面间的剪切力，难以起到增加摩擦系数的作用。
2024年03期 v.45;No.196 107-116页 [查看摘要][在线阅读][下载 1517K] - 潘永琛;张格明;李志强;柳润东;刘兰华;苏林;潘镜冲;
为研究流场结构对受电弓气动噪声的影响，运用分离涡模拟方法和FW-H方程对高速受电弓区域流场结构和气动声场进行数值计算，对比分析平面和车体凹腔2种边界工况下流场特性、涡旋结构以及气动噪声特性的变化差异，为局部结构的气动声学优化以及仿真预测提供参考。结果表明：边界形式对局部流动具有明显的调制作用，速度场、涡量场均发生较显著的变化，相比于平面边界工况，车体凹腔边界工况下涡旋尺度增大，流动结构变得更为“有序”；车体凹腔边界工况下受电弓表面声压级相对较低，且气动噪声能量主要分布集中在500 Hz内的低频段；不同边界工况下Lamb矢量散度分布特征显示，气动声源的类型未发生变化，且车体凹腔边界工况下气动声源强度相对较弱；2种边界工况下的螺旋度分布差异意味着边界形式对流场的调制影响湍流能量的输运过程以及气动噪声能量的转化效率。
2024年03期 v.45;No.196 117-127页 [查看摘要][在线阅读][下载 2101K] - 李其昌;步兵;赵骏逸;李刚;
针对城轨列控系统面临的信息安全风险日益突出的问题，提出基于人工免疫系统的态势评估（AISSA）方法，即利用城轨列控系统数据特性，设计检测器成熟机制和攻击检测方法，实时感知城轨列控系统遭受的网络攻击；设计检测器克隆和变异机制，进一步丰富检测器种群，提高城轨列控系统感知网络攻击的能力；仿真试验模拟城轨列控系统遭受不同强度身份认证拒绝服务攻击和TCP拒绝服务攻击，采用AIS-SA方法感知网络攻击并实时量化系统的安全态势。结果表明：AIS-SA方法感知网络攻击的能力较强，当检测器进化至25代时，对身份认证拒绝服务攻击的检测率为96.81%、误报率为0.25%，对TCP拒绝服务攻击的检测率为98.46%、误报率为1.32%，与其他方法相比检测率较高且误报率较低；此外，AIS-SA方法能表征不同攻击强度下城轨列控系统安全态势，当攻击强度增大时实时态势量化值升高，反之减小；仿真结果验证了AIS-SA方法的有效性和准确性。
2024年03期 v.45;No.196 128-137页 [查看摘要][在线阅读][下载 1167K] - 张英贵;刘家忱;雷定猷;
针对超限超重货物运输专列路径优化问题，引入限界改造和桥梁加固要素，以铁路运能损失、运输时间和运输费用的最小化为优化目标，构建铁路超限超重货物运输专列路径优化模型；考虑专列同时运送多件超限超重货物的特点，设计货物综合投影算法，并以Pareto支配关系框架下的NSGA-Ⅱ多目标进化算法为基础，结合基于移动不可行解的自适应惩罚函数的约束处理技术及超限超重货物运输专列开行特征，提出一种基于多目标进化的铁路超限超重货物运输专列路径优化算法。实例分析结果表明：该方法能高效合理地处理路径优化任务中的多个目标；与常用的3种约束多目标算法相比，设计的优化算法能使计算耗时降低0.24%～29.94%、超体积指标值提高4.25%～13.11%，并得到一组收敛性和多样性更好的相对最优方案。该方法克服了传统专列路径优化中单纯依靠经验或从备选方案中择优的弊端，可为铁路超限超重货物运输专列路径决策提供技术支持。
2024年03期 v.45;No.196 138-148页 [查看摘要][在线阅读][下载 1220K] - 付慧伶;刘旭;胡怀宾;聂博文;张凯;
我国高速铁路网中多列车之间在多车站进行接续时的关系灵活且复杂，为有效提升旅客中转服务质量，先构建列车运行图接续方案优化的整数规划模型，调整既有运行图中列车的停站方案和运行时刻，优化列车接续的时间、频率和方式；再根据问题特点，在线性化模型的基础上设计遗传算法，将列车停站和运行时刻的循环迭代决策纳入遗传算法框架，提高模型求解效率；最后依托“二横二纵”主干路网构建大规模计算案例，验证方法的有效性。结果表明：与实际列车接续方案相比，优化后列车之间的接续时间平均缩短11 min，接续频率总计提高1 109次，共53组列车接续由异站改善为同站，74.94%的客流OD中转服务质量得到不同程度提升；客流OD中的换乘需求越多，中转服务质量提升幅度越大，列车接续服务资源对不同OD间客流需求的匹配度更好。该方法能够在较小幅度调整既有运行图的前提下，获得列车接续方案较大幅度的质量提升。
2024年03期 v.45;No.196 149-158页 [查看摘要][在线阅读][下载 1346K] - 胡楚璇;魏玉光;于宗泽;
针对高速铁路车站采用大号码道岔造成的咽喉长度过长、列车走行距离远等问题，在明确车站咽喉长度和列车间隔时间计算方法的基础上，依托某尽端式高铁车站进行仿真计算，先设计不同道岔选型优化方案，再探究道岔选型、列车进站前速度和第一离去闭塞分区（简称“一离去”）长度对车站咽喉长度及列车间隔时间的影响。结果表明：若车站全部或部分采用12号道岔，与全部采用18号道岔相比，尽管列车追踪间隔时间会小幅增加，但车站咽喉长度可分别缩短30.66%和13.40%；在站外线路受到一定地形条件制约的情况下，若全部采用12号道岔时列车区间限行速度为260 km·h~(-1)、部分采用12号道岔时限行速度为280 km·h~(-1)，则可同时压缩车站咽喉长度与到达追踪间隔；若全部采用12号道岔时限制一离去的无岔区长度不超过1 000 m，部分采用12号道岔时限制长度不超过1 400 m，则可同时压缩车站咽喉长度与出发追踪间隔。
2024年03期 v.45;No.196 159-167页 [查看摘要][在线阅读][下载 1103K] - 马小平;王旭;贾利民;李松;
针对既有铁路防灾监测系统灾害情景预测能力低、主动防控水平差，以及灾害风险发生、发展、演化的路径和应对策略效能评估能力不足等问题，采用数字孪生和基于模型的系统工程（MBSE）技术重新设计铁路防灾监测仿真推演系统架构，采用系统建模语言（SysML）定义系统需求分析、功能架构、逻辑架构和物理架构；研制集铁路环境情景数据采集、孪生监控、情景仿真、情景推演、情景应对、数据资源管理等功能为一体的铁路防灾监测仿真推演系统。结果表明：提出的基于数字孪生和MBSE的铁路防灾监测仿真推演系统可提供新的灾害在线推演预测能力，从根本上改变响应式的灾害防控模式，可为铁路防灾监测系统的数字化转型及预测性主动防控升级提供重要的架构指导和技术支撑。
2024年03期 v.45;No.196 168-181页 [查看摘要][在线阅读][下载 1221K] -
<正>《中国铁道科学》作为中国精品科技期刊、中文核心期刊、中国科技核心期刊和RCCSE中国权威学术期刊，被美国《工程索引》（Ei）、英国《科学文摘》（SA,INSPEC）、俄罗斯《文摘杂志》（AJ）、日本科学技术振兴机构中国文献数据库（JSTChina）、荷兰《斯高帕斯数据库》（Scopus）、美国《剑桥科学文摘：工程技术》、《中国核心期刊（遴选）数据库》、《中国科学引文数据库》、《CNKI中国期刊全文数据库》、《万方数据—数字化期刊群数据库》、《VIP中文科技期刊数据库》等国内外知名检索系统收录。
2024年03期 v.45;No.196 182页 [查看摘要][在线阅读][下载 701K] 下载本期数据