期刊,铁道科学与工程学报 2024年卷4期_国家学术搜索

期刊信息/Journal information

铁道科学与工程学报

主　　编：余志武

出版周期：双月刊

国际刊号：1672-7029

电子邮箱：jrse@mail.csu.cn

电　　话：0731-82655133；82656174

邮政编码：410075

地　　址：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

高速铁路钢轨波磨地段轴箱振动加速度时频特征分析

和振兴刘旭麒王玉魁封全保...

1275-1285页

查看更多>>摘要：钢轨波磨是一种常见的高速铁路轨道病害.为了研究钢轨波磨参数与轴箱加速度响应时频特征之间的对应关系,从理论上探索通过轴箱振动加速度识别钢轨波磨的可行性,基于车辆-轨道耦合动力学理论建立了考虑车辆主要部件柔性化的刚柔耦合动力学模型.通过与实测数据的对比,验证了模型的准确性;在研究了钢轨波磨参数与轴箱振动加速度时域信号之间因应关系的基础上提出了一种基于VMD-SPWVD的钢轨波磨时频分析方法,并验证了该方法的有效性.研究结果表明,钢轨波磨会对轴箱振动加速度信号产生较大影响;不同波深和波长下的轴箱振动加速度最大值在时域信号中的位置具有随机性;钢轨波磨参数与轴箱振动加速度均方根之间的规律性较为明显,但其作为一种时域指标无法准确定位波磨区段的位置和严重程度;相较于时域分析方法,本文提出的基于VMD-SPWVD的时频分析方法能有效反映钢轨波磨参数与轴箱振动加速度之间的因应关系,时频分析结果能准确得到钢轨波磨的特征频率且不存在干扰成分,能量幅值与钢轨波磨波深之间呈正相关,该方法可以定位波磨存在的区段并能够体现同一区段不同位置波磨的严重程度.最后采用该方法对实测数据进行分析,进一步验证了本文所述方法通过轴箱振动加速度信号识别钢轨波磨的有效性.

关键词：

高速铁路钢轨波磨轴箱加速度动力学响应时频特征

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万方数据

高铁大跨度斜拉桥上无砟轨道变形适应性理论与试验研究

郑纬奇朱志辉盛兴旺李的平...

1286-1297页

查看更多>>摘要：高速铁路大跨度斜拉桥应用无砟轨道可提高线路平顺性和稳定性,消除线路的潜在限速点,统一轨道类型,减少轨道线路运维成本,是我国高速铁路的重要技术创新.依托世界首座无砟轨道大跨度斜拉桥-昌吉赣客专赣州赣江特大桥,建立大跨度斜拉桥-无砟轨道体系精细化有限元分析模型,探明了大跨度斜拉桥-无砟轨道一体化体系的变形特征,设计并制作了大跨度斜拉桥上无砟轨道变形适应性的等效比例室内试验模型,开展了大跨度斜拉桥上无砟轨道变形适应性理论与试验研究,对比分析了大跨度桥上无砟轨道的不同长度、隔离层类型及布置方式的影响,研究了在各类变形条件下大跨度斜拉桥上无砟轨道的变形跟随性和协调性.研究结果表明:大跨度斜拉桥梁端转角和主梁整体挠曲变形仍可依据现行规范中的中小桥梁相关限值进行控制;应合理控制斜拉桥主梁节间的局部变形,避免桥上无砟轨道层间出现脱空离缝;提出了大跨度斜拉桥上单元式无砟轨道设置橡胶隔离层的技术方案,论证了橡胶隔离层的应用效果,建立了桥上无砟轨道橡胶隔离层的"缓冲作用"理念和轨道层间"隔而不离"的设计目标,显著提高了桥上无砟轨道的变形适应性;本文研究成果可为高速铁路大跨度斜拉桥上无砟轨道的推广应用提供技术支持.

关键词：

高速铁路大跨度斜拉桥无砟轨道隔离层变形适应性试验研究

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基于深度强化学习DDDQN的高速列车智能调度调整方法

吴卫阴佳腾陈照森唐涛...

1298-1308页

查看更多>>摘要：在高速铁路系统的日常运营中,列车经常受到各种突发事件的干扰而导致晚点,严重影响旅客出行体验.为在短时间内制定出列车运行调整方案并尽可能缩短列车晚点时间,提出一种将深度强化学习与整数规划模型相结合的列车智能调度调整方法(DDDQN).首先,将线路划分为多个轨道区段相连接的形式,并基于车间作业调度问题,以最小化所有列车总晚点时间为目标,构建描述列车运行过程的整数规划模型.之后,将各列车视为智能体,根据实际运营需求定义了多智能体的状态、动作以及回报函数,并构造了2个深度神经网络以近似值函数.最后,结合上述整数规划模型设计了DDDQN的训练方法,先利用智能体在仿真环境中探索求出问题可行解,并通过2个神经网络之间的"互馈"机制,实现神经网络参数的更新.在此基础上求解整数规划模型,即可在短时间内得到问题最优解.利用京张高铁实际线路数据和运营数据进行仿真实验,通过比较3种不同求解方法在10个不同突发事件场景下得到的列车总晚点时间和求解时间,验证了所提出的DDDQN模型可以在短时间内得到问题的最优解,可降低至多30.43%的列车晚点时间以及至多68.33%的求解时间.DDDQN为提升高速铁路系统在突发事件下的应急处置能力以及运输组织效率提供了一种智能化的方法与参考.

关键词：

列车智能调度调整列车晚点时间深度强化学习整数规划模型神经网络

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高速铁路动卧开行日列车运行图与维修天窗协调优化

袁博李海鹰廖正文

1309-1319页

查看更多>>摘要：高速铁路夜间开行的动卧列车会与综合维修天窗在时间和空间上产生冲突.协调行车和天窗对线路通过能力的占用,能够优化铁路运力资源配置,提升列车服务质量和天窗作业效率.对动卧列车等线开行模式与分段矩形天窗的配合进行研究.考虑到车站夜间例行安排的维修施工,将天窗单元分类为"车站天窗"与"区间天窗",二者组合构成维修调度命令中的天窗分段.采用整数规划方法构建动卧开行日列车运行图和维修天窗协调优化模型,最小化相邻天窗错位时间和列车总旅行时间,以减少天窗分段数量,更利于调度命令传达,作业灵活且安全地实施,同时保证动卧列车开行质量.运用图着色问题推论添加车站到发线能力约束以满足列车可用到发线数量的限制.代入京广高铁动卧列车案例,使用Gurobi实现求解.综合优化的运行图上,车站天窗和区间天窗构成11个天窗分段,比实际少13个,各维修工区管辖区段内的天窗计划更加简化;7对动卧列车的车站到发、区间运行均不与车站天窗、区间天窗冲突;列车的总旅行时间减少了173 min,列车停站次数由82次减少到66次.多组案例讨论了车站天窗、天窗错位、到发线数量等因素对列车等线位置和时间的影响.研究结果为进一步优化高铁动卧列车运输组织和维修天窗开设提供参考建议.

关键词：

铁路运输高铁动卧列车运行图维修天窗整数规划

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万方数据

运动边界对冰雪风洞试验段流场特性影响研究

高广军张琰刘操商雯斐...

1320-1333页

查看更多>>摘要：轨道列车转向架区域的积雪结冰现象,是关乎列车运行稳定以及行车安全的关键问题.为了解决转向架区域的积雪结冰问题,研建列车转向架积雪结冰风洞以研究原始比例模型转向架区域流场特性.基于SST k-ω的IDDES湍流模型,分析不同运动边界条件下风洞试验段气流流动特性,探索积雪结冰风洞在现有运动边界条件下的流场模拟适应性与差距.通过网格无关性验证和流场校测,验证数值方法能够满足积雪结冰风洞流场的模拟.研究结果表明:静止地面和静止轮对无法近似模拟真实环境下运动地面和旋转轮对的边界条件的流场特性,轨面以上的空间平均速度最高偏大5倍,静止地面和旋转轮对的风洞实际边界与真实边界更接近;静止地面和静止轮对下转向架后侧的空间压强平均负压高于其他工况,车体后端板表面和转向架表面平均负压强偏差较大,静止地面和旋转轮对的表面负压平均偏差9%,转向架轮对表面压强偏差15%;不同工况下的转向架区域的湍流度差别不大,转向架前侧区域的湍流度在静止地面和轮对下整体偏大.综上所述,在不同试验段运动边界条件下,现有积雪结冰风洞中静止地面和旋转轮对边界条件能较好地模拟实际运行状态下的转向架区域流场特性,为后续试验研究转向架区域的流场特性和积雪结冰问题奠定基础.

关键词：

风洞转向架数值仿真边界条件IDDES

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高速列车转向架动力学设计指标分解冲突博弈协调方法

饶坝马术文张海柱黎荣...

1334-1344页

查看更多>>摘要：为解决传统的高速列车动力学性能多目标优化方法缺乏考虑设计指标之间的相互作用且主观性强、可解释性差、效率低等问题,提出一种基于博弈论的高速列车转向架动力学设计指标分解协调方法.首先,基于灵敏度分析结果建立7个动力学性能设计指标与13个转向架设计参数之间的分解映射,分析了动力学设计指标分解中的冲突关系并提取了冲突要素;然后,将互相冲突的动力学设计指标的分解协调转化为一个博弈过程,确定博弈中的决策结构,构建了博弈主体的效用函数并建立冲突性能的主从博弈协调模型;其次,设计一种基于遗传算法和二次规划联合的Nash均衡求解算法,以Nash均衡作为设计指标分解结果;最后,以高速列车稳定性和曲线通过性能的博弈协调为例验证了博弈协调模型与求解方法的可行性和有效性.研究结果表明:该方法不依赖于人工设置即可快速得到与高速列车实际设计参数相近的结果,并且在该结果下临界速度、脱轨系数、轮重减载率等指标均满足要求.引入博弈论进行动力学性能多目标优化不仅可获得直线稳定性和曲线通过安全性相对均衡的动力学性能,还减少了设计迭代次数,提高了设计效率,且所求取的是数学意义上的Nash均衡,极大地降低了主观性.研究成果可为高速列车悬挂系统设计和动力学性能协调优化提供参考.

关键词：

高速列车动力学设计指标分解协调博弈论

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基于三维场景的铁路车站列车运行联锁控制仿真研究

刘浩德陈峰杨岳

1345-1354页

查看更多>>摘要：联锁控制对铁路车站的调度指挥和列车的有序安全运行起着非常关键的作用.为保证铁路车站联锁控制及列车运行演练的真实性和安全性,提出铁路车站联锁控制及列车运行三维虚拟仿真的总体框架.从铁路车站联锁功能入手,设计车站联锁控制的数据结构、功能逻辑和联锁控制仿真算法,实现了铁路车站联锁的逻辑控制及人机交互仿真.采用面向对象的层次分级法,设计铁路车站设备三维模型的层次结构.通过创建预制体并修改其组件的方式,构建铁路车站列车运行三维虚拟场景模型.结合铁路线路逻辑模型,提出了面向联锁控制的列车运行虚拟寻路算法和列车运动驱动算法,利用该算法进行列车各车辆空间位置和姿态的连续计算,实现了在三维场景下铁路列车的启动,加减速运动,定点停车、换道等功能.在此基础上,在Unity引擎环境下开发了基于三维场景的铁路车站列车运行联锁控制虚拟仿真系统,该系统支持铁路车站联锁控制人机交互仿真,并可在铁路车站三维场景中的不同视角下,以可视化方式观察信号设备状态变化以及列车的动态运行情况.通过给定的站内列车调度计划表,利用所开发的系统进行了铁路车站联锁控制及列车运行三维仿真.仿真实例表明,所采用的方法及技术方案在车站联锁的仿真演练与培训学习方面具有良好的应用前景和实际意义.

关键词：

铁路车站列车运行联锁控制虚拟仿真三维场景

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考虑OD需求聚类的区域多层公路交通网络混合路径诱导模型

王璞王天浩阳虎

1355-1364页

查看更多>>摘要：随着交通出行需求的快速增长,我国高速公路网络面临的运输压力日渐增加,经常出现严重的交通拥堵现象.为了缓解高速公路交通拥堵,并实施更有针对性的交通管控措施,提出了考虑OD需求聚类的区域多层公路交通网络混合路径诱导模型.首先,利用湖南省高速公路以及国道、省道的地理信息数据构建区域多层公路交通网络.然后,根据OD对间距离和OD交通量的差异,利用K-均值聚类算法对OD对进行聚类分析,将OD对划分为3个不同的类别.最后,应用遗传算法筛选出各类OD对中对拥堵贡献较大的出行群体,并建立有针对性的混合路径诱导模型,对拥堵贡献较大和拥堵贡献较小的出行群体分别应用不同的路径诱导方案.当OD需求扩样系数设置为6时,对OD对聚类可以将总出行成本进一步降低35 186.03 min.在不进行OD对聚类时,使用规划路径的出行总数为79 140,而实施OD对聚类后,使用规划路径的出行总数为70 374.使用诱导路径的出行的平均出行时间由121.47 min下降为85.61 min,极少数出行(3.75%)的时间增加,且增加最大值低于3 min.对多个不同扩样系数进行敏感性分析进一步说明了考虑OD需求聚类的混合路径诱导模型具有良好的拥堵缓解效果.考虑OD需求聚类的区域多层公路交通网络混合路径诱导模型可以用于识别对拥堵贡献较大的关键出行群体,进而制定有针对性的路径诱导策略,在缓解高速公路交通拥堵的同时能够减少对大多数出行者的影响,降低路径诱导策略的实施难度.另外,研究结果还表明:对出行距离较长的出行群体实施路径诱导能够更加有效地缓解区域多层公路交通网络中的交通拥堵.

关键词：

多层网络拥堵缓解聚类分析混合路径诱导模型遗传算法

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面向公共交通融合发展的城市地铁运营绩效评价方法

方瀚萱金辉李再帏王子鸣...

1365-1378页

查看更多>>摘要：城市地铁是缓解城市交通拥堵、实现交通结构集约化的重要载体,但建设与运营成本大.特别在城市地铁大规模建设的背景下,公交客流颓势愈显.为此,面向城市地铁与公交的融合发展,在考虑地铁建设对公交客流负面作用的前提下,采用SBM(slacks-based measure)模型系统评价城市地铁的运营绩效.进而在连续时间截面下,通过GML(global Malmquist-Luenberger)指数持续跟踪地铁运营绩效的变化趋势.然后考虑城市经济发展、规模发展和私家车竞争等外部因素,利用Tobit模型分析其对城市地铁运营绩效的影响.基于2018-2021年我国31个城市的面板数据,采用含非期望产出的SBM模型测度各城市各年份的地铁运营绩效,发现规模大、客流强度高的城市地铁运营绩效通常更高;除2020年受疫情影响外,其余年份城市地铁运营综合技术效率和规模效率逐年上升,但纯技术效率逐年下降,对现有投入资源的利用率降低.地铁运营无效的城市主要表现为公交客流下降严重,亟须强化地铁与公交的融合发展.采用GML指数测算相邻年份间各城市地铁运营绩效的动态变化特性,发现我国城市地铁运营全要素生产率年均下降2.8%,主要归因于疫情阶段放缓了技术进步.Tobit模型进一步发现城市建成区面积对城市地铁运营绩效具有显著的正向作用.研究结果可在地铁与公交融合的背景下全面定位城市地铁的发展瓶颈,为提升轨道交通在城市公共交通中的引领及促进作用提供理论与方法基础.

关键词：

城市地铁绩效评价SBM模型GML指数Tobit模型

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计及驾驶风格的氢燃料电池有轨电车自适应能量管理策略

高锋阳强雅昕高智山徐昊...

1379-1390页

查看更多>>摘要：半独立路权运行模式下,氢燃料电池混合动力有轨电车驾驶员的驾驶风格影响锂电池荷电状态,从而对整车运行经济性有较大影响.提出一种结合驾驶员驾驶风格的自适应能量管理策略,以提高能量管理策略对工况和驾驶风格的适应性.首先,考虑不同的道路工况对驾驶员驾驶风格的影响,通过K-均值聚类算法对行驶工况进行识别,将行驶工况分为低速、中速、高速3类;引入冲击度和加速度标准差构建基于模糊逻辑的算法,对驾驶风格进行识别,将驾驶风格分为迟钝型、标准型、激进型3类.其次,建立系统瞬时氢耗量最优的目标函数,在满足约束条件的前提下,引入锂电池荷电状态等效因子修正系数,针对不同驾驶风格调整传统等效氢耗最小策略中相应的等效因子,以实现等效因子随驾驶风格的改变实时变化.最后,将该策略与传统等效氢耗最小策略、庞特里亚金极小值策略进行仿真对比分析,结果表明:该策略能实现3个动力源功率分配最优;锂电池和超级电容荷电状态波动曲线相较于其他2种策略最为平滑;在续驶里程结束时混合动力系统氢耗量为1.39 kg,具有最为优越的燃油经济性;母线电压最大偏移率最小;能使3个动力源平稳出力,具有较强的系统稳定性.研究结果为进一步提高有轨电车实际运行中对驾驶风格的适应性提供参考.

关键词：

混合动力有轨电车驾驶风格工况识别自适应能量管理策略功率分配

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