地铁列车司机室高频电磁暴露安全性评估

为了有效评估地铁列车司机室在高频电磁环境下的安全性,利用基于有限元法的三维电磁仿真软件(HFSS),构建B型地铁列车无线通信天线电磁辐射条件下的司机室高频电磁环境模型(其中人体模型为坐姿,由人头、躯干和四肢组成,人头模型由头皮、颅骨和大脑3层组织构成),研究地铁司机的职业电磁暴露问题。结果表明:当天线的输入功率达到其最大值50 W时,人体模型的比吸收率最大值为0.523mW·kg-1,电场强度为11.96V·m-1,磁场强度为0.23A·m-1,皆低于国际非电离辐射委员会制定的职业电磁暴露限值;说明在此电磁环境下,司机室内的高频电磁辐射不会对地铁司机的健康造成危害。     

典型地铁站台射频天线电磁暴露安全评估

为有效评估典型地铁站台射频天线对乘客电磁暴露的安全性,设计地铁站台无线通信系统吸顶天线和乘客人体模型,利用基于有限元的电磁仿真软件,构建吸顶天线辐射下的地铁站台乘客候车电磁环境模型,研究候车乘客的公众电磁暴露问题。结果表明:天线分别工作在900和2 440 MHz时,人体组织的平均比吸收率最大值分别为4.441×10-7和1.165×10^-6W·kg^-1,电场强度最大值分别为0.139和0.148V·m^-1,平均比吸收率在人体组织内的衰减均大于电场强度的衰减;2 440MHz时的射频电磁能量在颅内的穿透能力小于900MHz时;所有计算值均低于国际非电离辐射委员会制定的公众电磁暴露限值,说明地铁站台射频天线对乘客的电磁暴露不会构成健康威胁。     

GSM-R基站高空区域电磁环境影响分析

目前GSM-R基站电磁辐射环境的监测只能在一定高度范围进行，高空区域电磁环境分析也只能依据理论计算。随着无人机技术的发展，提出利用无人机搭载电磁环境监测系统，对基站高空区域的电磁辐射环境进行监测，可以丰富电磁环境影响分析的技术手段。选取高铁沿线的一个GSM-R基站，通过现场实测，获取GSM-R基站天线垂直面和水平面射频综合场强的高空分布情况，并与理论计算值进行对比分析；用实测数据可以确定基站高空中的电磁辐射超标区域，用于指导新建GSM-R基站的电磁环境影响评价。     

高速铁路站台电磁环境分析

为研究高速铁路站台区域电磁环境是否满足国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)规定的工频电磁场曝露限值,通过数值计算,得到并分析了站台区域工频电磁场的分布规律。针对接触网导线和整个站台空间存在的"大尺寸区域小尺寸元件"问题,运用有限元分析软件ANSYS,建立人体、接触网、列车以及站台的等效模型,计算得到站台上的电场强度和磁感应强度。结果表明,站台上电磁场强度与监测点到接触网导线对地投影点的水平距离密切相关;列车对站台上工频电场屏蔽效果明显,白色安全线处人体胸部与头部电场的最大屏蔽系数分别为90.9%,74.5%;列车对站台上工频磁场屏蔽作用较小;无列车停靠时,头部的最大电场强度达到4 678V/m,接近ICNIRP导则规定的工频电场公众暴露限值5 kV/m。     

EMS型磁浮列车悬浮静磁场电磁环境仿真研究

为量化评估常导电磁悬浮(EMS)型磁浮列车的电磁环境风险，在确定位于磁浮列车悬浮架两侧的直线电机转子励磁线圈为辐射源的基础上，采用有限元软件COMSOL Multiphysics，建立长定子轨道和EMS型磁浮列车三维结构模型，对直线电机的悬浮电磁特性以及它在周围空间和磁浮列车车厢内产生的静磁场进行仿真计算，并将车厢内的磁通密度计算结果与静磁场暴露限值标准进行对比。结果表明：长定子直线电机在励磁电流为25 A时，悬浮间隙中心线处磁通密度最大模值约为0.9 T，悬浮电磁力约为19.7 kN·m^-1；磁浮列车夹层位置处磁通密度最大模值在9.39～53.6 uT范围内，车厢内磁通密度最大模值约为6.93 uT；悬浮励磁线圈在车厢内产生的磁通密度最大值远低于国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)对一般公众推荐的400 mT静磁暴露限值，且满足标准EN 45502-2-1—2003和GB 16174.2—2015中小于1 mT的静磁场暴露控制限值。     

弓网电弧对航空器仪表着陆系统的电磁干扰影响研究

为探究电气化铁路产生的弓网电弧对航空器仪表着陆系统的电磁干扰,选取达成铁路复线电分相、锚段关节、普通点等典型位置,针对仪表着陆系统的工作频段,开展了弓网电弧的辐射测试。考虑环境因素,通过距离换算获得各典型位置10m处的弓网电弧辐射强度;应用电磁传播理论,推得电气化铁路垂直穿越航空器下滑道时的电磁骚扰最强点;以信号防护率为评估依据,结合弓网电弧实测数据,进行电磁兼容预测。结果表明,电分相处的电磁骚扰最大,在110MHz处电场强度的峰值检波数据达89.3dBμV/m;航向信号与骚扰场强之差只有9.2dB,低于防护率要求4.8dB。测试结果可为电气化铁路选线和机场选址的合理性和可行性提供技术依据。     

空间环境介质对应答器“A”接口性能的影响研究

针对应答器易受周围复杂空间电磁环境影响的问题,研究铁路现场各类损耗介质、无金属区内金属介质对应答器系统的射频场"A4"接口和上行链路场"A1"接口的影响。基于应答器系统简化电路对精简参考环和BTM天线建立FEKO模型,根据实测数据对模型的适用性进行验证,仿真各类损耗介质下电磁波的穿透特性和金属介质下电磁波的分布特征。基于该特性特征和真实应答器的输入输出特性(IO),得到了各类损耗介质和金属介质影响下应答器和BTM天线的有效作用范围。研究结果表明各类损耗介质不能超过其特定厚度,无金属区内的良导体最大横截面不能超过300mm×300mm。无砟道床钢筋网的绝缘节破损会大幅降低"A"接口的传输性能。     

应答器传输系统的电磁耦合机理及工程安装优化研究

应答器传输系统是一种基于电磁耦合机理的自动识别系统,目前已广泛应用于国内外的高速铁路及城市轨道交通系统。为了解决应答器传输系统在工程应用中存在的问题(如安装模式优化、系统可靠性等),有必要对该系统的电磁耦合机理做深入的研究,探究其蕴含磁现象的物理本质。本文深入分析了车载天线与地面应答器之间能量和数据的传输过程,建立了应答器I/O特性、射频磁场分布、信号辐射模式等理论模型,给出了计算应答器作用距离的一般步骤;并在此基础上,研究了地面应答器横向、纵向2种安装模式的本质差异,评估了2种安装模式对不同安装高度、横向偏移的适应性,给出了2种安装模式的优化参数。实测数据与理论分析相符,表明该理论分析方法能够有效地分析应答器系统的物理本质,对于应答器系统的优化、工程安装模式的选择具有一定的指导意义。     

沪通长江大桥主桥风—车—桥动力响应研究

将轨道不平顺作为系统的内部激励,风载荷作为外部激励,考虑静风力和脉动风力,采用自编程序TYWTB建立车桥耦合系统动力学模型,进行不同风速激励下不同速度列车通过桥梁时的系统动力响应分析,并对车辆的安全性和舒适性进行评价。结果表明:随着风速的增加,车桥系统的动力响应增大,中跨最大垂向动挠度和横向动位移均出现在行车侧上弦;随着车速的增加,车桥系统的动力响应增大,桥上车辆的安全性和舒适性随车速的增加而降低;桥面风速等于或小于25m·s^-1时,160~250km·h^-1车速范围内车辆响应未超限值;当桥面风速达到30m·s^-1时,160~250km·h^-1范围内动车横向加速度均超限,拖车在车速250km·h^-1时轮重减载率超限,行车安全无法保证;由于沪通长江大桥桥梁对车辆受风面的遮挡,平均风速达到25m·s^-1时仍能保证车辆的运行安全和乘坐舒适,满足《铁路技术管理规程》的相关要求;沪通长江大桥铁路桥面采用了钢箱结构,增强了竖向、横向刚度和抗扭刚度,使得桥梁在风场和列车的共同作用下整体性能良好。     

基于无模型自适应控制的高速列车ATO控制器

针对高速列车在多变复杂环境运行时,传统控制器出现的动力学模型不匹配和司机操作存在安全隐患的问题,提出一种基于无模型自适应控制(Model-Free Adaptive Control, MFAC)的高速列车自动驾驶控制器设计方案。首先,构建全格式动态数据列车模型,将列车的非线性特性转移到伪梯度中;其次,根据全格式动态数据列车模型设计无模型自适应控制律和列车控车原理,通过列车运行数据估计伪梯度,构建ATO控制器;最后,使用"兰州西—西宁"的动车组运行数据进行仿真,得到MFAC控制器作用下的速度追踪误差为0.254km/h,列车加速度冲击率区间主要分布于[0,0.1)中,约占总步长的83.8%,并与模糊自适应PID(ProportionIntegral-Derivative)在速度追踪、位移追踪和舒适度方面做了对比,结果表明该控制器的性能更优。