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期刊信息/Journal information
铁道科学与工程学报
铁道科学与工程学报

余志武

双月刊

1672-7029

jrse@mail.csu.cn

0731-82655133；82656174

410075

长沙市韶山南路22号

铁道科学与工程学报/Journal Journal of Railway Science and EngineeringCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊是中南大学主办的以理工为主的综合性学术刊物。1979年创刊，1982年公开改进，主要刊登土木工程、建筑工程、交通工程、自动控制、计算机科学与技术、运输管理工程、机电工程、数学力学、基础研究等方面的学术论文。1992年起被列为全国中文核心期刊，1994年被列为美国Ei Page数据库核心期刊。
正式出版
收录年代

    高铁预制箱梁混凝土振捣技术及智能化发展

    李梓巍张少朋牛远志李艳...
    4851-4860页
    查看更多>>摘要：在施工人员老龄化的时代背景及"新型工业化"的发展要求下,高铁预制箱梁混凝土振捣施工向机械化、信息化、智能化、少人化转型已成为行业发展必然趋势.然而,混凝土振捣施工工序复杂、研究方向庞杂,暂无学者对高铁预制箱梁混凝土智能振捣研究成果进行系统性梳理.为此,开展高铁箱梁振捣施工工艺详细调研,解剖振捣施工重难点.从振捣参数研究、智能化振捣方法研究2个方面系统性梳理研究成果,总结具有研究可行性、施工实用性的智能振捣研究方向和发展前景.调研结果表明,目前混凝土振捣施工难以摆脱由工人经验主导的施工模式,存在标准难落实、质量难把控、人力负担重、效率难保障等问题.相关学者虽已从混凝土材料特性、振捣参数研究、机械化施工装备研发、振捣状态感知等多领域实现了技术突破,但技术路径不系统、不明确.为助力智能化振捣落地实施,总结出以下技术路线:首先,应从混凝土材料特性研究入手,建立基于物料流变参数的振捣参数施工标准;其次,开展多学科研究团队联合攻关,将走行系统、控制系统、感知系统集成于一体,形成一套可实现混凝土浇筑、振捣、收面施工的系统化装备;最后,研究基于智能化传感器信号反馈的振捣状态感知方法,实现振捣状态的感知和信息化管理.

    混凝土振捣施工高速铁路预制箱梁研究进展智能化

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    新建下穿道路致高铁桥墩位移的时变响应面研究

    唐冕卿岑宋旭明刘卧...
    4861-4871页
    查看更多>>摘要：为解决新建下穿道路引起邻近既有高铁桥墩位移变化难以精准预测的问题,建立土体-桥梁-轨道的一体化空间时变有限元模型.采用修正Morris方法分析高铁桥墩位移对土体参数和道路设计参数的敏感性,提出时变响应面函数的简化拟合方法.基于Box-Behnken Design(BBD)进行试验设计,分2个阶段拟合了4种桥墩位移与敏感参数的时变响应面函数;根据时变响应面构建结构功能函数,采用蒙特卡罗法对参数进行107次随机抽样,计算高铁桥墩竖向位移的可靠概率.研究结果表明:新建道路下穿软土地区32 m跨度的高铁简支梁桥时,主要持力土层的回弹曲线斜率、泊松比和新建道路的路基高度、宽度等参数为影响高铁桥墩竖向位移的敏感参数.本文提出的中墩竖向位移的时变响应面函数简化效率高达80%左右,时变响应面函数对土层固结不同时刻的墩顶位移预测值与有限元计算值极为接近,相对误差在2%以下,响应面函数预测精度良好.地基土层固结过程中,最不利的中墩竖向位移小于规范限值的可靠概率高达99.9%;地基土层固结稳定时,最不利的中墩竖向位移为1～1.8 mm的概率较大.本文考虑了土层力学参数的时变性和离散性,通过时变响应面函数计算地基土层固结过程中既有高铁桥墩位移及其可靠概率,为今后类似新建工程致既有桥墩位移的简化计算提供参考.

    下穿道路高铁桥梁响应面时变软土可靠度

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    高速列车客室飞沫传播规律及通风控制策略

    伍钒胡长林徐任泽崔清民...
    4872-4884页
    查看更多>>摘要：高速列车密闭性高、运行时间长且乘员密度大,携带流行性病原体的呼吸道飞沫容易随客室内气流扩散,威胁乘员健康.结合离散相模型构建了高速列车客室内流场与飞沫耦合运动的数值仿真方法,并通过实车试验进行了验证.此外,针对飞沫扩散范围难以有效控制的问题,在当前列车风道系统的基础上,提出了一套可行的送风方案.研究结果表明:小粒径飞沫由于其斯托克斯数较小,在空气中的运动轨迹和扩散模式主要受空气粘性阻力控制,表现出对室内周围流体良好的跟随性.释放源与端部回风口的相对距离是室内飞沫运动模式的关键因素,随着两者距离的增大,飞沫在纵向上的传播距离呈现出先增大后减小的变化趋势.客室右侧中间区域释放源产生的小粒径飞沫展现了最广泛的扩散范围,而在客室前端和后端区域释放的小粒径飞沫的纵向平均传输距离则分别下降了44.9%和74.3%.此外,当客室顶部出风口与侧壁出风口送风量的比例为1∶3时,有助于限制飞沫群在乘员区域的流动,释放源2 m外乘员区域内的飞沫聚集量可减少57.4%,且乘员表面的小粒径飞沫沉积总量下降34.0%,显著降低了客室内乘员整体感染的风险.研究结果可为客室内的环境安全和应急措施形成提供理论依据,且进一步保障了乘员出行安全和高速铁路有序运营.

    高速列车客室飞沫传播数值仿真流动控制室内流场

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    高速列车升力翼气动外形设计

    谢红太王红
    4885-4898页
    查看更多>>摘要：为探索下一代高速列车升力翼技术开发应用空间和气动条件,明确升力翼翼型优选气动结构和运行工作姿态关键技术参数,提出高速铁路限界约束条件下列车升力翼及翼身融合设计方法,重点从升力翼气动设计、运行姿态和安装布置进行了研究.结果表明:与平凸型和平凸型(带掠角)升力翼相比,平凸型(带偏角)升力翼在整体增升效果、减阻特性、流场效应及与车顶流线型契合度等方面具备较好的综合优势,升力系数为1.15,其中在速度450 km/h工作时,气动升力贡献达19.08 kN,气动阻力仅占升力的32.7%.升力翼所受气动力与小角度迎角呈二次抛物线关系变化,约在迎角为18°附近范围常态化工作时,气动效率达到最高135%.升力翼以速度450 km/h按单节车辆单套布设运行时,产生的气动升力是中国标准动车组最大轮轴垂向力的10%以上,具备良好的增升特性.结合铁路限界、翼型几何参数和车顶设备设施空间布局,升力翼优选起升高度在400～800 mm范围内变化工作时,随着起升高度的降低,气动阻力基本保持不变,但有效增升特性显著.升力翼列车技术开发是实现下一代更高速轮轨列车和磁浮列车减阻增升与节能降耗的有效措施,具备良好的应用前景,下阶段应重点关注升力翼高速列车多运行工况下的一体化协同控制和恶劣风环境下的行车安全问题.

    高速列车空气动力学升力翼气动设计数值模拟

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    基于TimeGAN-GRU的镍镉蓄电池RUL预测

    于天剑杨雨萌刘海涛伍珣...
    4899-4909页
    查看更多>>摘要：镍镉蓄电池广泛用作我国高速列车的辅助电源,其性能可靠性直接关系到高速列车行车安全.蓄电池剩余使用寿命是指其性能从当前状态退化至失效的时长或可充放电次数,是表征电池性能的重要指标.目前,高速列车镉镍蓄电池寿命模型受限于小样本数据而存在精确性和泛化性差的问题.因此,从全新镍镉蓄电池寿命实验数据中提取电池退化特征,采取时序对抗生成网络对其进行增强从而提高数据规模和质量,并依据分类分数、预测分数、主成分分析、t-分布随机邻域嵌入分析方法对增强效果进行评价.其次,使用增强数据建立门控循环单元方法的高速列车镍镉蓄电池剩余使用寿命预测模型.最终,通过四级修镉镍蓄电池循环寿命实验数据进行不同预测起点验证,并对比时序对抗生成网络-门控循环单元融合模型、门控循环单元模型、长短期记忆模型的预测效果.研究结果表明:对于时序对抗生成网络数据增强效果,真实数据与模拟数据分布相近,平均绝对误差小,模拟数据质量较高;经四级修镍镉蓄电池数据验证的时序对抗生成网络-门控循环单元融合模型相比门控循环单元模型、长短期记忆模型,具有更高的泛化性能和预测精度.针对高速列车镍镉蓄电池在小样本数据限制下建立了具有较好精确性和泛化性的剩余寿命预测模型,为保障高速列车行车安全和优化制定检修方案提供了参考.

    蓄电池镍镉蓄电池剩余寿命预测时序对抗生成网络门控循环单元网络

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    基于自适应扩散图卷积注意力网络的地铁客流预测

    唐郑熠黄嘉欢王金水邢树礼...
    4910-4923页
    查看更多>>摘要：准确的地铁客流预测是智能交通系统应对交通挑战、协调运营调度、规划未来建设的重要战略需求.然而,先前将图卷积网络与深度学习模型(如循环神经网络、长短期记忆网络和门控循环神经网络等)相结合的相关研究只能提取基于路网图结构的时间和空间相关性,而忽略了地铁站点之间隐藏的空间相关性和随时间变化的动态时间和动态空间相关性.为了挖掘交通数据中复杂的时空相关性以实现精确的地铁客流预测,提出一种基于自适应扩散图卷积注意力(Adaptive Diffusion Graph Convolution Attention,ADGCA)网络的客流预测方法.此方法的创新点主要包括2个方面:首先,通过构建多图和自适应矩阵,并结合多头注意力机制,能够挖掘地铁站点之间隐藏的空间相关性.这种方法优化了现有方法在提取地铁系统空间信息特征方面的不足,使得ADGCA模型能够更全面地提取地铁系统中的空间信息特征.其次,构建了一种结合因果卷积、自适应扩散图卷积和多头注意力机制的深度学习模型组件.该组件能够在局部和全局层面捕捉地铁客流数据中的动态时空相关性,相比于先前的方法,能够更有效地提取复杂的地铁客流数据特征.在根据上海和杭州地铁自动检票系统的乘客刷卡记录所构建的2个真实数据集上,对模型有效性进行评估.研究结果表明,相较于现有的基线模型,ADGCA模型能够提取更加真实的动态时空相关性,从而有效地降低了预测误差.在所有预测时间步长上,ADGCA模型预测准确度指标均优于基线模型.研究结果为进一步优化城市地铁运营计划和保障地铁安全营运提供了更加精确的数据支持.

    智能交通地铁客流预测自适应扩散图卷积因果卷积多头注意力

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    基于多尺度动态时空神经网络的OD客流预测

    林立孟学雷高如虎韩正...
    4924-4935页
    查看更多>>摘要：精确的OD(origin-destination)客流预测可为铁路运行管理、决策优化等提供良好保障.为准确捕捉高速铁路站点间的动态时空关联,解决全局流量特征和局部拓扑特征难以共同学习的问题,提出一种考虑站间协同作用的多尺度动态时空神经网络(multi-scale synergistic station-based dynamic spatio-temporal neural network,MSSDSTNN)OD客流预测模型.模型多分支并行结构的设计,可以有效地捕获与客流量相关的复杂时空特征;通过融合全局与局部注意力机制,达到识别站点间动态时空关联及线网拓扑结构的目的;同时采用自适应噪声完全集成经验模式分解方法对站点的原始客流数据进行分析,并引入简化粒子群算法实现对长短期记忆神经网络关键参数的动态寻优.选取成绵乐城际与成渝高铁的客流数据,在不同时间粒度下,运用12种既有模型进行比较研究,以评估它们与MSSDSTNN模型的性能差异.结果表明:MSSDSTNN模型比其他模型具有更高的预测精度和拟合效果,尤其在较短的时间粒度下,MSSDSTNN模型展现出显著的优越性.在15 min时间粒度下,MSSDSTNN模型的平均绝对误差、均方根误差、平均绝对百分比误差相较于对比方法中性能排名第2的预测模型分别下降了7.55%、12.12%和26.15%;在拟合优度方面,MSSDSTNN模型的决定系数相较于第2名上升了0.41%.可视化结果展现了模型对时空关联动态变化的学习效果,消融实验证明了各分支的必要性,所提方法可为运营部门的决策提供有价值的参考.

    高速铁路OD客流预测动态时空神经网络时空特征注意力机制

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    基于互联互通的城际铁路线路间列车开行方案优化方法

    王晓潮傅敬恩邓连波李竞爽...
    4936-4945页
    查看更多>>摘要：我国主要都市圈城际铁路网络规模趋于完善,提升城际铁路不同线路间互联互通水平成为进一步加强网络效能、优化服务质量的需要.将基于互联互通的城际铁路线路间列车开行方案编制归结为在一定互联互通技术条件基础上,综合考虑互联、互通2种客流输送模式和开行择站停跨线列车条件下列车交路和本、跨线列车开行频率的综合优化问题.将候车时间、乘车时间、换乘走行时间作为客流的出行费用组成部分,对客流OD按照其起、终点所在区段位置和列车选择范围进行分类,逐类别构建乘车路径,依据路径费用分析客流的路径选择规律.按走行公里数计算运行成本,以运行成本和旅客出行成本所组成的系统综合成本最小化为目标函数,考虑开行方案客流输送能力、线路通过能力、列车开行频率、跨线列车停站设置等约束条件,构建了城际铁路互联互通情形下的列车开行方案优化模型.基于本线列车换乘互联和跨线列车跨线互通的相互替代关系,设计了基于列车交路和开行频率的组合搜索求解方法.针对莞惠-穗莞深城际铁路进行了列车开行方案编制求解,所得跨线列车交路为深圳机场站至陈江站.随着跨线客流强度增加,跨线列车交路逐步延长至小金口站.大站快车较站站停列车具有一定优势,当停站比例在50%左右时具有最好的运营效果.结果表明,大站停跨线列车模式可实现客流费用和列车运行成本的同步改善,优化方法能够为城际铁路互联互通运输组织提供决策支持.

    城际铁路互联互通列车开行方案线性规划组合搜索方法

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    站城融合下城市轨道交通多场景关键站点识别

    国景枫宋瑞何世伟
    4946-4959页
    查看更多>>摘要：为提高城市轨道交通网络抵御安全风险的能力,从事前预防和事中控制2个层面出发,考虑站城融合和改进的CRITIC-TOPSIS(ICT)法,提出一种多场景下的城市轨道交通网络关键站点识别方法.首先,基于复杂网络理论和Space-L方法建立城市轨道交通网络模型.其次,考虑网络结构特征和站城耦合度,选取度中心性、介数中心性、接近中心性和POI搭建站点重要度评价指标体系,利用ICT法建立综合指标"ICT指数"以评价站点重要度.之后,面向事前预防和事中控制,建立静态和动态场景下的关键站点识别方法.最后,以2023年北京城市轨道交通网络为例,识别静态和动态场景下的关键站点序列.并且通过分析关键站点失效后的网络鲁棒性参数变化,对识别结果进行验证.研究结果表明,前20位静态关键站点和动态关键站点主要分布在10号线、2号线和14号线,多数为指数较高的"枢纽型"站点(如十里河站和西直门站).动态关键站点中包含度较小但其余指标值较大的"奇点"(如牛街站和牡丹园站),其周边集聚了众多城市服务要素.关键站点失效后的网络鲁棒性明显下降,验证了其对于网络抵御安全风险的重要影响.另外,经过对比分析,证明了多场景下考虑站城融合和ICT法识别关键站点的合理性.研究结论能够为保障城市轨道交通系统安全运营提供方法参考.

    城市轨道交通网络站城融合CRITIC-TOPSIS复杂网络关键站点识别

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    基于DDDQN的城轨列车节能运行控制方法研究

    李茜李蔚曹悦何怡菲...
    4960-4970页
    查看更多>>摘要：近年来,城市轨道交通系统运营规模不断扩大,使得城市轨道交通系统的电能耗急剧增长.列车牵引能耗是城轨系统电能耗中占比最大的一部分,因此,降低列车的牵引能耗对于实现城市轨道交通系统的绿色发展至关重要.为了使列车在保证站间运行安全和准时的同时更为节能地运行,提出一种带有调整机制的深度强化学习列车节能运行控制方法.首先,建立列车站间运行控制模型,然后将车载控制器视为智能体,根据列车在站间运行的约束构建列车运行控制强化学习框架,并对强化学习的基本要素进行定义,通过利用决斗双深度Q网络(Dueling Double Deep Q-Network,DDDQN)算法不断地训练得到最优的站间运行控制策略.在此基础上加入一种调整机制以一定概率对智能体的输出进行干预,在保证算法探索能力的同时,提高算法的学习效率和模型的收敛速度.最后,以北京地铁亦庄线的实际线路数据进行算例分析,仿真结果显示该算法相比于差分进化算法和原始DQN算法能够节省6.7%和5.5%的牵引能耗,在保证列车站间运行安全准时的前提下具有更好的节能效益和收敛速度.另外,通过分别在增加临时限速区段和临时调整计划运行时间的情况下进行仿真实验,验证了该算法能够应对运行场景的变化,动态地对控制策略进行调整以保证列车能够准时到站.

    城市轨道交通列车节能运行控制牵引能耗深度强化学习DDDQN算法

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