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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
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    高速铁路级配碎石填料振动压实劣化机制研究

    肖宪普谢康李新志郝哲睿...
    1701-1713页
    查看更多>>摘要：揭示振动荷载下高速铁路路基级配碎石填料压实劣化的影响机制对提高路基服役性能具有重要意义.首先,采用智能振动压实仪开展级配碎石填料振动压实试验,探究级配碎石填料物理指标干密度ρd、力学指标动刚度K与振动压实劣化的相关性;其次,对不同振动压实阶段的级配碎石填料进行X-CT(X-ray Computed Tomography)扫描试验,揭示级配碎石填料振动压实劣化的主控因素;最后,基于劣化主控因素建立不同劣化程度的高精度三维振动压实离散元模型,探究级配碎石填料压实劣化与主控因素的内在联系,进而深入揭示级配碎石填料振动压实劣化的细观机制.研究结果表明:振动压实过程中,可通过动刚度K曲线的"拐点"表征级配碎石填料振动压实劣化状态;通过X-CT试验明确级配碎石填料振动压实劣化的主控因素为粗颗粒研磨破碎,进一步提出研磨度DF指标量化级配碎石填料的压实劣化程度;振动压实离散元模型中级配碎石填料的细观结构演化特征表明,随着DF的增加,填料各向异性、力学配位数、粗颗粒接触力均逐渐减小,从而使级配碎石填料的内部结构稳定性和动刚度K减小,且当DF≥0.68时,各向异性、力学配位数、粗颗粒接触力链与动刚度K减小速率均降低.研究结果对高速铁路路基级配碎石填料的振动压实质量控制具有重要指导意义.

    高铁路基级配碎石振动压实劣化粗颗粒研磨X-CT离散元

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    基于状态演化模型的高铁路基动力累积沉降变形预测研究

    管凌霄童立红徐长节丁海滨...
    1714-1725页
    查看更多>>摘要：长期循环荷载作用下高铁路基会出现累积沉降变形,对轨道平顺性、列车运行的舒适性与安全性等产生不利影响.为预测高铁路基累积沉降变形,基于考虑颗粒材料系统流动性及历史应变的状态演化模型,采用有限差分法进行求解,得到预测长期循环荷载作用下路基累积变形的计算方法.开展分级荷载及长期循环荷载作用下的路基累积沉降变形缩比尺模型试验,对试验结果进行分析,并验证状态演化模型预测路基累积变形的合理性;提出三阶段拟合法,通过0～10000 s循环荷载作用下的路基累积变形试验数据拟合得到模型的关键参数,并对10000～25000 s的路基累积变形进行预测;最后深入分析初始状态模量、特征应变和特征参数对计算结果的影响.研究结果表明:路基累积沉降变形达到稳定值所需的时间随着荷载幅值的增加而增加;状态变量与荷载大小密切相关,随着荷载增大而增大;初始状态变量、特征应变及特征参数越大,路基的流动性及累积应变速率越大.所提方法可以很好地反映分级荷载及循环荷载下路基的累积变形,实现通过现有数据对路基未来累积沉降变形进行有效预测,为长期循环荷载作用引起的高铁路基累积沉降变形提供了实用的预测方法.研究结果可为高铁路基设计及变形控制提供参考,具有较高的实用价值和工程意义.

    高铁路基状态演化模型路基模型试验循环荷载累积沉降

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    高速铁路无砟轨道斜拉桥刚度理论分析与设计参数研究

    孙宗磊郭辉向律楷
    1726-1736页
    查看更多>>摘要：为研究高速铁路无砟轨道斜拉桥的刚度特征以及合理结构设计参数,采用理论公式推导、数值分析等手段,得到结构设计参数刚度影响解析公式及其影响规律,用于指导桥梁设计.首先引入索梁活载刚度比的概念,通过建立斜拉桥主梁多点支承连续梁的三弯矩方程得到主梁刚度,通过考虑主塔变形和拉索伸长量得到斜拉索等效刚度,进而给出斜拉桥整体刚度、索梁活载刚度比和主梁跨中挠度的理论公式,并基于理论公式得出主梁惯性矩、斜拉索倾角、塔高以及拉索面积对斜拉桥整体刚度的影响.以广湛铁路东平水道特大桥主桥(67.5+60+60+350+60+60+67.5)m钢箱混合组合梁无砟轨道斜拉桥为例,通过对比跨中活载位移理论解与数值解验证本文理论公式的准确性,进而采用理论公式分析结构设计参数对桥梁刚度的影响.研究结果表明:随拉索倾角增大或者塔高增加,主梁的跨中位移先减小后增大,索梁活载刚度比先增大再减小,拉索倾角为29.2°～73.9°时主梁跨中位移达到最小值36.4 cm,此时索梁活载刚度比为15.4.随着主梁的梁高增加,主梁跨中位移减小,索梁活载刚度比减小,但是减小幅度较为缓慢.拉索面积增大,主梁跨中活载位移减小,索梁活载刚度比增加.提出了桥梁合理梁高、塔高和斜拉索规格及拉索面积.桥梁结构静动力检算、桥上轨道静态高低不平顺验算以及无砟轨道受力与层间压缩量等检算结果均表明,该桥具有良好的安全性和行车平稳性.

    高速铁路斜拉桥混合组合梁索梁活载刚度比静力分析车桥耦合动力分析轨道静态高低不平顺

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    基于气动噪声数值分析的高速列车等效通过噪声预测

    姜旭东颜佳慧李盈利闫仕光...
    1737-1746页
    查看更多>>摘要：在列车外形设计阶段,工程上通常采用列车通过噪声评估线路噪声以指导气动外形设计.实车试验测量通过噪声成本高且条件苛刻,本文通过数值模拟分析了高速列车气动噪声特性,并利用运动声源延迟模型预测了列车等效通过噪声,为车外气动噪声评估以及列车外形设计提供理论与技术支撑.为了精确捕捉列车表面流体扰动,因为列车气动噪声计算网格量较大,因此建立高速列车三车网格模型以简化计算.高速列车气动噪声特性分析使用流体仿真软件ANSYS FLUENT,基于稳态的湍流模型以及大涡模拟的数值分析模型,并通过Ffowcs Williams-Hawkins(FW-H)方程得到车外沿线标准点辐射气动噪声;随后,根据运动声源延迟时间模型,建立列车等效通过噪声换算模型,将频域下各标准点的列车辐射噪声转换为时域等效通过噪声.通过声源叠加进一步预测列车不同编组的通过噪声水平,可以观察到编组数量增加会提高噪声水平;为了全面评估列车运行时通过噪声水平,在气动激励的基础上叠加轮轨噪声激励,以最大A声级(LAmax)、声暴露级(SEL)和短时等效连续声压级(LAeq,T)表示通过噪声水平,结果表明轮轨噪声对通过噪声水平影响显著.高速列车数值模拟气动辐射噪声转化为通过噪声的预测模型可以初步评估高速列车运行时的线路噪声水平,为优化列车外形提供指导,从而降低列车噪声水平.

    高速列车气动噪声声源叠加通过噪声轮轨噪声

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    基于数据驱动的动车组镍镉电池记忆效应消除策略研究

    于天剑冯恩来伍珣
    1747-1760页
    查看更多>>摘要：在碱性镍镉蓄电池长期未彻底充放电的情况下,蓄电池会产生次级放电平台,称为"记忆效应".该效应会导致电池可释放容量降低,需要定期消除.在动车组蓄电池检修中,传统的"记忆效应"消除方法耗时过长,会对检修工作带来很大压力.为了降低储能检修成本,对动车组镍镉电池"记忆效应"消除策略优化方案开展研究.以实际动车组三级修镍镉蓄电池电池为研究对象,通过分析电池的充放电循环中的参数特征,结合大量的电池充放电实验,提取出与电池容量密切相关的特征数据.首先,通过特征筛选和降维组合,搭建线性模型和非线性模型的交叉加权耦合方法,创建近似模型以反映电池的真实可释放容量,消除镍镉电池不一致性对优化方案实验设计带来的系统误差.其次,在此基础上,通过调整影响电池状态的高影响因子变量,构建正交实验方案.研究动车组镍镉蓄电池"记忆效应"快速、安全的消除策略.最后,通过重复验证实验和安全性检测实验对该策略进行实证,研究结果表明,提出的镍镉蓄电池"记忆效应"消除策略能够有效恢复镍镉电池真实容量,并且能够极大地缩减时间成本(约44.15％),并且有利于缓解蓄电池因过充导致电池劣化现象.该消除方案对于提升动车组镍镉电池的维护效率及确保其安全性具有重要意义.

    动车组镍镉蓄电池记忆效应信息挖掘交叉融合建模方法正交实验

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    考虑跨线列车的运行图与天窗一体化模型与算法

    石贇牟海波黄志鹏董文青...
    1761-1773页
    查看更多>>摘要：列车运行图与维修天窗之间以及本线列车与跨线列车之间存在相互影响、相互制约的耦合关系.为了在编制运行图和安排维修天窗时充分考虑跨线列车的影响,用跨线列车的到达时刻与理想到达时刻的偏差衡量其时刻与理想时刻偏离程度.以列车总旅行时间最小、跨线列车理想时刻偏差最小和天窗开设时间最长为目标,建立考虑跨线列车的高速铁路运行图与综合维修天窗一体优化的多目标整数规划模型.根据问题特点构建基于二维排序编码的NSGA-II算法进行求解,对随机选取一行的顺序交叉方式难以满足越行规则和停站方案的情况采用"多列顺序交叉+未交叉部分重新生成+随机越行"的交叉策略,并设计了运行线冲突疏解方法.结合模拟高速铁路线路算例进行有效性验算,得到Pareto最优解.与初始运行图对比分析结果显示,优化后的运行图可以使列车总旅行时间减少194 min(下降6.0％);跨线列车理想时刻偏差为3447 min;天窗开设时间增加1655 min(上升19.3％).算例结果证明,所建模型和设计的求解算法对优化列车运行图和维修天窗均有效.提出的考虑跨线列车的运行图与天窗一体化模型和方法,可以缩短列车旅行时间,增加天窗开设时间以预留铁路通过能力,同时使跨线列车时刻在一个满意范围内,可为铁路运营决策者编制列车运行图和设置维修天窗提供有价值的决策支持.

    运行图天窗跨线列车一体化NSGA-Ⅱ

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    基于双通道注意力机制的AE-BIGRU交通流预测模型

    黄艳国何烜杨仁峥
    1774-1782页
    查看更多>>摘要：交通流预测是智能交通系统的关键.针对目前交通流数据复杂的时空关联性以及自身的不确定性,为准确预测高速公路交通流并缓解交通拥堵问题,提出以自编码器网络(AE)和双向门控循环单元(BIGRU)相结合的深度学习组合预测模型(AE-BIGRU),并在此基础上引入双通道注意力机制进行模型训练.将预处理后的数据采用滑动窗口的方式作为参数输入模型,通过AE提取交通流的空间特征,得到输入信息特征的最优抽象表示;利用BIGRU从前向和后向传播中获取信息,充分提取交通流的时间相关特征,更全面地捕捉时间演变规律;最后结合双通道注意力机制,增强预测模型的特征提取能力,最大限度地保留特征信息,提升模型的预测精度,从而得到最终短时流量的预测目标值.为验证模型的适用性,采用多组短时交通流数据进行仿真实验,与其他基准模型对比发现:该交通流预测模型能够有效捕获交通流的动态时空特征,加强关键信息的提取,所预测的流量更加接近真实值,具有良好的泛化能力.其中测试集的均方根误差值下降了约0.061～0.604,平均绝对误差值下降了约0.025～0.512,相关系数值R2提高了约0.007～0.062.研究结果表明,随着预测步长的增加,该实验模型在交通流数据的时间特性上仍能表现出稳定的预测性能,所建的组合预测模型在预测精度和鲁棒性方面表现出更高水平.

    智能交通交通流预测AE-BIGRU模型深度学习双通道注意力机制

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    考虑线路能力协调利用的车流径路与配空组织优化模型

    李光晔何世伟迟居尚王攸妙...
    1783-1792页
    查看更多>>摘要：为提高铁路整体通过能力,均衡利用路网中各线路,应对愈发波动的运输市场,开展考虑线路能力协调利用的重空车流协调优化模型研究.首先,对线路能力协调利用的实现机理进行研究,在考虑流平衡约束、配空约束、线路能力约束基础上,增加考虑铁路线路能力协调利用约束,同时在优化目标中增加紧张线路的使用成本,构建考虑线路能力协调利用的重空车流组织优化模型,以实现在优化车流径路与空车调配方案的同时兼顾铁路线路的协调利用.其次,在此基础上设计拉格朗日松弛算法,对线路能力约束与能力协调性约束松弛,将原问题分解为车流径路子问题、空车调配子问题和虚拟车流量子问题,进而降低了问题求解难度.再次,通过5组算例对算法的有效性进行验证,案例结果说明,设计的拉格朗日松弛算法在求解大规模算例时效率优于商业求解软件Gurobi.最后,设计了包含36个车站56条线路的实际案例,算法求解耗时4757.7 s,运输组织综合成本为29535803元,通过对求解结果分析,与传统优化模型相比该模型优化结果在运输成本仅增加1.56％的前提下能力紧张的线路数量由17条缩减至12条,降低了29.4％,同时空车调配符合就近配空的原则.研究结果表明,该模型可以有效缓解铁路能力紧张情况,促进铁路线路能力的协调利用.

    铁路能力协调性车流径路空车调配拉格朗日松弛算法

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    低碳视角下多式联运网络设计优化问题研究

    张得志万卓群李双艳周赛琦...
    1793-1804页
    查看更多>>摘要：网络设计与低碳补贴激励措施,是推进多式联运可持续发展的重要途径.基于此,从低碳视角研究水陆联运网络设计优化与补贴模式问题,考虑政府管理部门与物流用户的互动博弈行为,构建基于双层规划的水陆联运物流网络优化模型.该模型中上层规划(政府层)确定网络扩容投资决策及其补贴方案,从而最小化扩容投资与低碳补贴总成本,以及系统中碳排放量;下层模型(物流用户)则是基于广义费用的用户均衡分配模型.针对上述双层优化模型的特点,设计了基于相继平均配流算法(MSA)的改进快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ).以长江经济带中游地区的水陆联运物流网络为例,进行相应的实证研究,验证上述优化模型及算法的有效性;并且,在对网络进行扩容投资的情况下,对比4种补贴方案,即1)对铁路及水运弧段按固定值进行补贴;2)不进行补贴;3)不同地区的铁路及水运弧段的补贴不同;4)补贴值随机连续.研究结果表明:扩容投资可以减少网络中的超载弧段数量,同时提升网络性能;对铁路及水运弧段进行运输补贴能有效降低碳排放量;若政府关注预算限制,则倾向于按固定值补贴的方案;若更重视碳减排效果,则倾向于采取不同地区不同补贴值的方案.

    多式联运物流网络设计双层规划模型改进非支配排序遗传算法实证研究

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    基于MaxViT和改进几何特征点法的车载单目视觉测速方法研究

    韩锟田文涛李蔚樊运新...
    1805-1815页
    查看更多>>摘要：车载视觉测速技术作为自动驾驶车辆组合测速技术的重要组成,具有硬件成本低、算法拓展性强、低速下测量准确等特点,应用前景广阔.为进一步提高视觉测速算法在各类工况下的精度和鲁棒性,将几何特征点法在特征点充足时测速精度高和深度学习方法在多场景下测速稳定的优势进行结合,提出一种基于MaxViT和改进几何特征点法的车载单目视觉测速算法.该算法构建基于双输入MaxViT网络和改进几何特征点法的双通道,并行处理车载前视相机获取的连续3帧输入图像序列,滚动估计车辆当前速度,其中双输入MaxViT网络差异化提取图像不同区域的光流特征,估计当前速度所在的置信度为90％的速度区间,改进特征点法基于特征点运动计算当前速度估计值.当速度估计值落在双输入MaxViT网络估计的速度区间时,以该估计值作为实时车速测量值,否则以速度区间中值作为实时车速测量值.当算法迭代运行多帧后,将速度区间中值作为本帧速度输出以减小累积误差.使用6个车速小于40 km/h且包括加减速等工况与直弯道等场景的自建数据集进行实验验证,以理论测速精度0.1 m/s的GPS速度信号为参考速度,本文方法平均相对测速误差少于1.37％,最大相对测速误差少于6.13％.实验结果表明,提出的新方法有效提高了车载视觉测速精度与鲁棒性,可为多元车载视觉测速方法融合提供理论支撑.

    车载车辆测速视觉测速双输入MaxViT网络特征点法验证输出

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