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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。
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收录年代

    400 km/h高铁隧道出入口缓冲结构开口率对微压波影响研究

    孙浩程王英学古理全张子为...
    433-443页
    查看更多>>摘要：随着高速列车运行时速的提升,车-隧气动效应加剧、微压波超限问题愈发严重.以往研究表明,隧道洞口设置缓冲结构是解决微压波问题的有效手段之一,但是随着隧道长度增加、列车时速提升,仅以入口缓冲结构作为标准的设计方法存在一定局限性.并且国内外的研究重点更多集中在入口缓冲结构,对出口缓冲结构及隧道出入口均设置缓冲结构的设计方法研究相对较少.针对这一问题,利用控制容积法分析出口开口式缓冲结构的关键影响参数.基于LES湍流模型和动网格技术建立三维数值仿真模型,对关键参数的正确性做出验证.分析隧道出入口对称、非对称设置缓冲结构对微压波特性的影响,提出适用于单线和双线隧道的洞口开口式缓冲结构的设计方法.研究结果表明:1)隧道出口缓冲结构开口率是影响出口缓冲结构对微压波压力缓解效率的关键参数,开口率越大,微压波压力最大值越低;2)隧道入口以压力梯度为控制标准设置最优缓冲结构、隧道出口提高缓冲结构开口率的形式,在单线隧道缓冲结构设计中对微压波有更高的缓解率,出口缓冲结构开口率越大,对微压波压力缓解效率越高;3)双线隧道洞口开口式缓冲结构设计时,应当增加其总开口率,同时选择小面积、多个数的开口形式并在隧道出入口对称设置.

    400km/h高速铁路隧道出口缓冲结构微压波控制容积法出入口缓冲结构设计

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    考虑随机需求的高铁快递运输计划优化方法

    徐光明郭婧周培澜秦进...
    444-455页
    查看更多>>摘要：为了充分利用高速铁路非高峰期的列车运输能力,提升高速铁路运营的经济效益,研究载客动车组客货共运模式下的高铁快递运输计划优化问题.首先,考虑高铁快递运输需求的时效性与随机性,以最大化高铁快递运营企业期望总利润为优化目标,同时满足列车运输能力、车站装卸效率、标准箱到发量守恒等约束,构建高速铁路快递运输计划优化的2阶段随机规划模型.在第1阶段,以最大化高铁快运期望总利润为目标,确定各列车的运输能力分配计划;在第2阶段,根据第1阶段获得的列车运输能力分配计划,确定随机需求场景下的高铁快递实际装运方案,使该场景下的运营收益达到最大.其次,基于蒙特卡洛模拟随机生成需求场景,采用反向消减算法(BRA)将2阶段随机规划模型转化为包含有限场景数的确定性整数线性规划模型,从而调用商业求解器GUROBI进行求解.最后,以宁杭高速铁路为背景进行算例分析,验证模型和算法的有效性.结果表明,相较于基于确定性需求得到的运输计划,利用随机规划方法得到的方案更能适应需求的随机性,从而达到更好的盈利效果,同时可以兼顾服务水平与企业收益,适用于实际运营中高铁快递运输计划的设计与优化.

    高铁快递能力分配送到时限随机需求

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    高速列车盘形制动器热-结构耦合方法研究

    刘楠金星史建航王炳锟...
    456-464页
    查看更多>>摘要：盘形制动器热负荷计算是高速列车制动盘研发设计的关键环节,其计算结果是列车运行参数配置的依据.开发合适的计算方法建立计算精度高、工况适用性广的热-结构耦合计算模型是盘形制动器热负荷计算的关键问题.针对动车组用轴装制动盘制动过程,充分考虑制动闸片和制动盘的几何特性、运动特性和载荷工况,提出位移梯度循环法,基于ABAQUS软件建立盘形制动器摩擦副三维瞬态传热有限元模型,运用位移梯度循环法推导出热流加载式,用以计算制动过程中产生的摩擦热流,解决摩擦作用沿制动盘周向差异造成的耦合结果偏差.运用位移梯度循环法对制动盘进行热-结构耦合分析,并将仿真结果与试验数据、现场调研成果进行对比,通过仿真与试验结果的峰值温度误差率、相关性系数等统计学指标及现场调研观测结果评定该模型的计算精度及工况适用性.研究结果表明:基于位移梯度循环法的热-结构耦合模型可有效模拟制动盘在制动过程中温度变化规律且具有良好的重复性与稳定性,结构场分析出的制动盘热裂纹失效易发位置与该型号制动盘装车运用情况相符.研究成果可有效模拟高速列车在制动时制动盘的热-结构耦合过程,尤其在大轴重下的持续制动或间隔制动工况下,制动时间越长,计算精度越高.

    高速列车盘形制动器热-结构耦合热负荷计算位移梯度循环法

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    高速列车尾车垂向偏置对列车气动性能影响

    张洁黄天祥盖杰韩帅...
    465-475页
    查看更多>>摘要：在长期的高速列车运营过程中,极易形成前后车辆的不同形式偏置,造成列车气动性能改变,甚至可能引发行车平稳性问题,极大影响乘坐舒适性和安全性.以高速列车尾车作为研究对象,探究尾车上下偏置时,高速列车尾部流场变化以及气动特性.基于SST k-ω双方程湍流模型,采用数值仿真方法研究了350 km/h高速列车尾车无偏置、尾车下降20 mm、尾车下降40 mm、尾车下降60 mm、尾车上升20 mm、尾车上升40 mm以及尾车上升60 mm 7种工况下列车的气动性能,分析高速列车气动阻力的变化规律,揭示了不同垂向位移下高速列车尾部流场特性以及列车表面压力分布情况.研究结果表明:高速列车尾部垂向位移对列车整体气动阻力影响较小,但对高速列车气动阻力分布以及流场特性造成一定影响.当尾车偏置位移达到60 mm时,列车车体气动阻力相对于无偏置工况分别降低了-1.11%和2.64%,转向架气动阻力相对无偏置情况下分别降低了11.35%和-17.43%.此外,尾车偏置对列车近尾流区域流场结构有一定影响,尾车鼻锥下方排障器周围漩涡结构由双漩涡结构向单漩涡结构转变;鼻尖处漩涡结构随着尾车高度下降而增大,随着尾车高度上升而逐渐变小.本研究结果丰富了列车尾部偏置情况下的相关研究,对列车检修以及CR450高速列车设计等具有重要指导意义.

    高速列车尾车偏置尾部流场气动性能

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    CRH5动车组牵引脉冲整流器自适应优化控制方法研究

    李蔚冉治孙博肖友刚...
    476-486页
    查看更多>>摘要：针对CRH5动车组牵引主回路脉冲整流器在牵引网压波动下的稳定性问题,提出一种基于自抗扰算法的参数自适应优化控制策略.在CRH5动车组牵引脉冲整流器现采用的dq双环控制结构基础上,针对电流内环采用最速综合fal函数实现控制响应及控制量大小随误差变化自适应调整,基于状态空间方程构建一阶线性自抗扰电压外环控制器以实现对系统扰动的观测及跟踪.由此改善控制器对外部扰动的估计及补偿能力,增强控制器对车网耦合特性变化的适应能力.通过Matlab/Simulink仿真对比分析了基于PID控制和基于参数自适应优化控制的dq电流控制器性能,仿真结果表明,基于参数自适应的dq电流优化控制策略下的整流器直流侧输出电压在启动过程中超调量更小,且在应对网压波动时输出电压波动恢复后的稳态误差小于指标值的1/6,抗干扰能力更强.为进一步验证该控制器应对网压低频振荡的抗扰动效果,在RT-LAB半实物实验平台上搭建动车组-牵引网级联耦合模型对比分析2种控制策略下的牵引网网压波形.结果表明:基于参数自适应的dq电流优化控制更能适应多列动车组同时接入而引发的扰动,抑制牵引网网压大幅度振荡;fal电流环的参数自适应特性能改善控制器动态特性,可根据瞬态误差及时调整控制器响应,且其控制参数适应范围较宽,易于整定.

    CRH5动车组牵引脉冲整流器自抗扰控制牵引网网压低频振荡

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    考虑海运竞争影响的中欧班列运营商竞合关系研究

    张晶蓉马芳媛周艳杰李梦丽...
    487-498页
    查看更多>>摘要：中欧班列(简称班列)市场竞争分为内部竞争与外部竞争,内部竞争来自班列运营商间的同质化竞争,外部竞争来自海运的差异化竞争.目前班列正陆续开展区域化合作探索.为探究在海运竞争影响下,班列运营商采取何种竞合策略效益更优,分别构建合作与非合作模式下,两班列运营商与海运班轮公司竞争的博弈模型.同时考虑班列运营商间的地理位置差异,采用Hotelling模型分析合作模式下两班列运营商的收益分配.选取已初步开展合作的班列运营商相关数据及海运运营数据进行实证分析.研究结果表明:1)从市场化运营发展来看,班列运营商开展合作模式可同时提高自身均衡运价及总市场份额,更有利于班列市场的扩张;班列运营商可在开展合作模式的同时适当提高运价,进一步开放高附加值货物市场,促进班列的高质量发展.2)班列运营商可以统一定价的形式开展合作,以运输成本及空间地理位置差异产生的费用为依据明确各自运货量,实现合作模式下班列运营商效益分配的初步探索.3)若给定班列实际运营参数,可根据非合作模式班列运营商竞争强度对总收益的影响确定阈值点,当实际竞争强度小于该阈值时,班列运营商选择合作模式更优;班列运输时效性的增加对合作模式下班列运营商总效益的影响更为显著,可作为合作模式发展的优化方向.研究可为班列运营商竞争与合作决策及班列高质量发展提供参考.

    铁路运输中欧班列博弈论竞争合作

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    考虑作业环节完整性的企业车站进路选择优化

    谢贤亮查伟雄舒伟成李剑...
    499-509页
    查看更多>>摘要：传统企业车站进路选择优化问题,即当多项作业出现在同一时空,以行车作业优先,调车作业在冲突节点前停车等待至行车作业驶离冲突节点再继续作业.现实生产过程中易造成调车作业长时间停滞等待,导致调车作业无法准时到达目标地点,破坏了调车作业环节的完整性,损害了企业车站的利益.基于企业车站行车作业与调车作业并存且调车作业数量要远大于行车作业的特点,同时考虑调车作业环节完整性,将调车作业设定一个能充分完成作业的时间标准值,并动态实时更新作业过程中节点占用时间,以判断进路冲突并进行疏解,建立以调车作业时间成本、行车作业时间成本最小的多目标进路选择优化模型.为加快遗传算法的搜索效率,结合K短路算法特点改进了遗传算法,并且以进路为基本单元针对性地设计了个体编码方案、交叉变异策略,求解该模型.最后,以具有代表性的某企业车站为例进行了验证.研究结果表明:考虑作业环节完整性的进路选择优化模型得到的进路选择方案能够有效地避免作业冲突,并且能够依据作业的优先级为车站作业选择合理的进路,快速有效地得出满意的作业方案,满足车站工作的需求.与传统进路选择方案相比,总的作业时间降低了23.26%.研究成果对该企业车站进路选择具有一定的参考价值.

    企业车站作业环节进路优化软时间窗K短路-遗传算法

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    基于点-弧、弧-路模型的集装箱循环班列车流组织研究

    李思雨杨凯丽董欣垒郎茂祥...
    510-521页
    查看更多>>摘要：立足"公转铁"和"散改集"货源,基于集装箱运输需求的变化性和区域的不均衡性,为了实现集装箱和车辆的均衡发展、改善集装箱运输组织模式,从而充分利用铁路运输能力、提升铁路货运服务质量,围绕一种新型集装箱班列组织模式—固定车底循环班列,探讨其开行条件、班列走行径路等问题.以空车总走行距离最小为目标建立集装箱固定车底循环班列车流组织的点-弧模型,以求解循环班列的弧段选用和弧段上分配的箱流量;考虑循环班列的走行径路特点,以空车总运输成本最小为目标建立弧-路模型,以求解循环班列的走行路径和弧段上分配的箱流量.基于20英尺35 t通用箱的市场使用情况,以35 t通用箱的运单数据作为实证研究,设计搜索循环班列可行路径的算法,利用Gurobi求解器求解2种模型,分析求解结果得到了车流组织方案.对比分析2类模型在计算效率和求解结果等方面的区别,验证了模型的有效性.案例结果表明:点-弧模型求解速度快但无法直观得到走行径路和分配结果,弧-路模型对大规模网络的求解效率较低但能直接得到走行径路和分配结果,集装箱循环班列的车流组织方案可根据运输需求的空间分布和运输组织的复杂性进行调整,以提升运输效率.本研究成果能够为丰富铁路货运产品、设计循环班列组织方案提供理论方法.

    铁路运输走行径路车流组织集装箱循环班列点-弧模型弧-路模型

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    基于BFGS方法的列车速度预测控制研究

    王玺邢科家王健王芃...
    522-532页
    查看更多>>摘要：列车速度控制是轨道交通发展领域的重要基础问题.面向真实列车速度控制应用场景的列车动力学模型及其控制器设计更具挑战性.一方面,传统基于反馈的无模型控制策略存在收敛速度慢、参数要求高、环境变化敏感等问题,目前难以从优化角度设计控制器且应对复杂系统的约束.另一方面,传统的列车单质点动力学模型很难解决高速列车运行过程中的非线性特性.针对上述瓶颈,首先对列车各节车厢进行受力分析,且考虑车厢间的安全距离,将相对位置和相对速度作为可变状态构建列车多质点模型.然后采用模型预测控制策略,综合考虑列车速度控制的非线性成本函数,处理列车运行过程中的复杂约束,预测控制系统的未来动态行为.然后,针对列车预测控制中的复杂动态约束非线性优化问题,设计对数障碍函数处理不等式约束,进而从拟牛顿法角度设计一种具有稳定收敛性的基于BFGS方法的列车速度预测控制算法,完成列车速度的精准跟踪控制.最后,以国内某线站间列车运行数据为例,与其他先进控制方法进行对比实验,以验证所提出的BFGS列车速度预测控制算法的优越性能.实验结果表明,本文所设计的基于BFGS方法的列车速度预测控制算法能够有效地减小列车速度跟踪误差和位移误差,提升列车速度跟踪精度,有利于保障列车的安全、准点、高效、平稳运行,为轨道交通列车速度控制技术发展提供新思路.

    多质点模型模型预测控制BFGS列车速度控制

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    列车司机手势识别方法研究

    李小平代旭鹏孙守庆朱高伟...
    533-544页
    查看更多>>摘要：按照司乘标准执行规定的手势是列车司机驾驶操作的重要环节,通过对司机手势进行检测,能够有效评估列车司机的驾驶状态和操作质量,保证列车行车安全.传统人工检查方式效率低,难以满足实际需求,现有的手势识别算法存在模型参数量大、检测精度较低、检测速度慢等问题.随着智能铁路的发展,利用深度学习方法构建轻量化、高效、高精度的列车司机手势识别模型逐渐成为行业发展需求.针对上述需求,提出一种基于改进YOLOv5的列车司机手势识别模型.首先,引入轻量化卷积PConv改进YOLOv5中的C3模块,降低检测网络的参数量和计算量,提升模型检测效率,并在其后添加CBAM模块,加强重要特征信息,抑制无关信息的干扰,强化检测网络特征提取能力;其次,在颈部层引入BiFPN网络结构替换PANet网络结构,增强不同尺度特征的融合能力,同时通过新增小目标检测层,提高模型对小目标的检测能力;最后,选择Focal-EIoU作为边界框损失优化模型损失函数,加快模型的收敛速度,提高手势定位精度.实验结果表明,改进模型在测试集下mAP@0.5可达97.7%,平均检测时间为23.2 ms,相较于YOLOv5计算量降低了23.1%,mAP@0.5和平均检测时间分别提升了0.6个百分点和7.1 ms.所提模型可在降低参数量和计算量的同时有效提高检测精度和检测效率,可为列车司机手势识别提供新思路.

    列车司机手势识别YOLOv5PConvCBAM模块

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