基于超统计理论的高速铁路跨线列车晚点分布模型研究

精确描述高速铁路跨线列车晚点时长分布是准确计算跨线列车晚点引起的后效晚点的基础,也是精细化管理能力紧张的高速铁路的依据,具有重要的理论和实践意义。通过对高速铁路跨线列车晚点实绩数据的分析,运用超统计理论对列车晚点机理进行研究,构建跨线列车晚点时长q-指数分布模型。以2018年9月京沪高速铁路跨线列车晚点数据为样本,通过非线性回归拟合和Kolmogorov-Smirnov检验比较常见的正偏态厚尾分布模型及用于建模普速铁路列车晚点的指数分布模型对跨线列车晚点时长分布曲线的拟合效果。结果表明:q-指数分布模型相比于常见的正偏态厚尾分布模型,有更优的拟合效果,能更精确地描述高速铁路跨线列车晚点时长分布。     

武广高速铁路列车晚点恢复时间预测的随机森林模型

基于列车运行实绩的列车晚点恢复模型是铁路晚点管理的重要内容,是运行图优化和行车指挥的理论基础和依据。为了研究高速列车初始晚点恢复的机理,进行初始晚点恢复预测,本文以武广高速铁路列车运行实绩数据为研究基础,将列车在初始晚点站的晚点时间(PD)、列车晚点后经停各站的总停站缓冲时间(TD)、列车晚点后经停各区间的总区间缓冲时间(RB),以及标识列车是否晚点通过株洲西—长沙南区间的0-1变量(ZC)作为自变量,运用R语言编程建立了以晚点恢复时间(RT)为因变量的高速列车初始晚点恢复随机森林回归模型。对275个测试集数据的预测结果表明:模型允许误差在3min情况下,模型的预测精度能达到90%以上。随机森林模型与多元线性回归模型、支持向量机模型的对比表明,随机森林模型具有最优的预测精度。     

一种调度区段晚点时长的神经网络预测模型

晚点是区段内列车运行受到扰动后出现的时刻表偏移现象,为分析和预测晚点的发生,相关研究通常采用晚点传播分析、实绩数据统计的方法改善模型输出结果。在现有分析方法的基础上,设计了初始晚点和连带晚点的分类方法,将列车在调度区段的开行转化为有向图表示,并通过分析有向弧内的计划时间饱和度,实现了晚点的分类与传播路径的确定。在分类方法提供的数据基础上,提出了晚点预测模型,采用反向传播神经网络预测晚点时长。组合模型使用北京铁路局某调度区段的实际运行数据进行验证,结果表明允许误差为5 min时,神经网络的晚点时长预测准确率为85.5%,网络受突发事件影响较大,模型拟合复杂数据关系的能力需要进一步改善。     

京沪高铁列车运行晚点预测方法研究

为快速、准确地掌握列车的运行状态及未来的运行趋势，需要对列车运行晚点预测方法进行深入研究。文章根据对北京—上海高速铁路（简称：京沪高铁）2020年列车运行数据的分析，包括停站时长对于晚点的影响及不同初始晚点时长下的传播车站数，提出了基于循环神经网络（RNN,Recurrent Neural Network）的全段预测方法，使用同步多对多模式的RNN模型作为基础模型结构，建立列车运行晚点预测模型。在特征值的选择上，采用集成梯度打分法，从多个特征值中选择12个最显著的变量作为模型自变量。采用该模型对京沪高铁2020年晚点数据进行验证，结果表明，该模型在验证集上5 min的误差范围内可以达到89%的准确率，该预测方法可以满足实际生产的需要，有助于调度部门进行科学决策，有利于提升铁路旅客服务质量。     

高速列车转向架构架结构的疲劳可靠性模型

为了准确评估高速列车转向架构架的疲劳可靠性,通过转向架构架相同材料焊缝结构的多级小样本疲劳试验数据,得到指定寿命下疲劳强度分布的概率密度函数;采用双参数雨流计数法,根据实测构架结构的复杂随机应力—时间历程曲线编制构架的应力谱,再按照Miner准则和疲劳损伤等效原则计算对应的恒幅对称循环等效应力,并由此拟合得到高速列车服役寿命下等效应力分布的概率密度函数;根据得到的构架疲劳强度分布函数和等效应力分布函数,以等效应力小于疲劳强度为疲劳破坏判据,建立高速列车转向架构架的等效应力—疲劳强度可靠性模型。以某型高速列车转向架构架横侧梁连接处为对象,基于焊接结构疲劳试验和长期跟踪测试试验数据,对模型进行验证。结果表明:模型可用于评估构架的疲劳可靠性,可为焊接构架结构的进一步优化及全寿命周期管理提供依据;该型高速列车转向架的构架结构在1 200万km总运行里程的服役寿命下,其可靠度达99.36%,安全系数较高。     

考虑乘客流影响的列车运行调整难点研究

本文针对基于通信的列车控制(CBTC)系统中列车运行的特点,研究了运行调整中的难点问题-晚点传播,即在前行列车发生初始延误的条件下,引起后行列车或其自身的后效晚点现象.分析了乘客流对列车晚点的影响,在建立列车停站模型时,考虑乘客流的影响,提高该系统的可行性.建立了以列车总晚点时间为优化函数的运行调整模型,最后利用matlab中的遗传算法工具箱对此进行求解,实验结果显示了该模型应用于实际运行调整时的可行性和有效性.     

基于约束规划方法的高速铁路调整优化模型

调度区段内的列车运行调整问题是大规模组合优化问题。针对运行计划调整算法计算效率的问题难点,设计一种基于约束规划方法的调整优化模型,将运行计划调整问题转化为有向图构建下的约束满足问题,围绕约束传递方法以及试错回退机制讨论运行图、车站股道条件的检查方法以及缓冲时间、列车越行调整策略,建立相同间隔时间、车站能力以及调度措施约束下的整数规划算法,用于对比优化模型效果。优化模型使用京津城际某月的实际运行数据,计算并对比多个干扰场景下不同模型的总晚点时长与计算耗时。通过数学实验结果验证优化模型减小晚点总时长的能力与高速计算特性。     

基于数据拟合的铁路车站旅客最高聚集人数计算研究

铁路车站旅客最高聚集人数是设计铁路客运站站房规模的主要依据之一。文章以成都东站为例，通过提取售/取票设备数据，统计旅客提前到站时间，采用对数正态、复合负指数、威布尔3种分布形式对旅客到站规律进行拟合分析，构建铁路车站最高聚集人数检算模型。试验结果表明，对数正态分布对铁路旅客提前到站规律拟合效果优于其他2种分布，基于最优拟合分布的计算结果更为精确，有利于精准掌握车站最高聚集人数。     

列车可修系统的可靠性分析与评估

可修系统的相邻故障间隔通常不是独立同分布的,而非齐次泊松过程(NHPP)模型一般用来分析既不独立也不同分布的随机变量,AMSAA模型是可修系统可靠性研究中应用最为广泛的NHPP模型。提出了一种列车可修系统的可靠性分析与评估方法,通过对数据进行拟合优度检验,确定可靠性数据是否符合AMSAA模型;利用极大似然估计法进行参数估计;采用Laplace分析法对可靠性数据进行趋势检验,以验证产品的可靠性是否存在变化;并对可修系统的可靠性参数进行评估。最后,利用该方法对某列车受电弓的运营数据进行了可靠性分析和评估。     

基于改进差分算法的高速列车运行调整研究

为了压缩高速铁路列车运行的总晚点时间、编制高质量的列车运行调整计划,建立高速铁路列车运行调整模型,运用矩阵描述高速列车运行调整中的相关概念,以列车到发线数量、列车追踪时间间隔、列车停站时分等作为高速列车运行调整的约束,以列车在各站的到达的总晚点时间最少为优化目标,构建高速铁路列车运行调整模型。在分析基本差分算法差分策略的基础上,提出基于三角差分策略的高速铁路运行调整差分算法,给出详细的计算步骤。以京广高速铁路实际列车运行数据进行计算,验证了模型的有效性和算法的高效性、精确性。本文提出的基于新的改进的差分策略的高速铁路列车运行调整方法是合理可行的。     

荷兰铁路最新研究成果

荷兰铁路最新研究集中在开发用户友好工具以利用标准的列车检测数据对车站晚点列车进行实验分析、建立不同线路列车到发晚点时间分布的随机模型。根据位于荷兰车站Hague HS的轨道电路对近10000次列车运行自动检测可以证明，TNV－Prepare软件工具可以很好地记录列车占用和释放时间以及列车速度。若一条线路上晚点时间很短（1分钟以下）或晚点时间长（5分钟以上）的次数不是太大，发车晚点分布在很多情况下符合一种指数分布。用一种新的工具对大铁路网的时刻表以及在中转车站的相互连接的线路之间的晚点的扩散进行了分析，将列车描述成一个基于Max-Plus线性系统的间断事件系统（DES）。它有助于确定网络中的关键环路，交叉线路时刻表的剩余间隙以及网络中的晚点扩散。另一个铁路研究领域是线路基础设施养护维修与更新改造的寿命周期成本估算的决策支持系统，该系统经证明对不同线路上部结构设计的寿命周期成本的估算非常有效，对轨道和道岔养护维修与更新改造计划规则的修改也十分有效。     

基于客运专线运行调整的列车运休模型

列车运休需要解决运休地点选择、运休列车确定、运休后接续列车安排、运休后旅客换乘组织及运休后动车组调配等相互作用的5个问题。以列车正常运行及临时限速运行时间、列车从车站出发时间、相邻列车间的最小运行间隔时间、列车在终到站的晚点时间和列车在始发站的接续方式为约束条件,以列车终到站总晚点时间最小为目标函数,建立列车运休问题的数学模型。利用计算机模拟的方法,根据列车当前状态反复迭代对模型进行求解。以京沪高速仿真实验系统中沪宁段为背景,对该模型进行仿真实验。结果表明,在改变原动车组交路计划的基础上,通过运休模型合理安排列车接运及接续,可以显著地提升列车运行调整的效果。     

基于列车运行时间偏离的地铁列车运行图缓冲时间研究

根据地铁系统的特点,分析追踪列车间隔时间与列车区间运行时间和停站时间的关系。在非晚点情况下,根据列车区间运行时间和停站时间与图定时间的偏离,建立描述列车运行图缓冲时间与干扰概率、随机干扰变量之间关系的概率模型。采用适当的分布函数对随机干扰变量进行分布拟合,计算不同干扰水平下的缓冲时间。以某条地铁线路为例,将其1 d的实际列车区间运行时间和停站时间作为基础数据,采用给出的模型和计算方法,计算得到不同干扰水平下的最小缓冲时间,用于确定地铁列车运行图合理的追踪列车间隔时间。     

超长寿命双重S-N曲线模型的研究

基于某些高强度钢、钛合金等特殊金属材料由于破坏机理（表面和内部破坏）的不同而表现出的双重S—N（应力—寿命）曲线特性,以高碳铬轴承钢为试验材料进行旋转弯曲疲劳的试验研究,用Basquin,Langer和三参数模型分别描述其S—N曲线关系,并且应用常规最小二乘法、广义极大似然法分别研究其概率S—N曲线模型。结果表明：在区分破坏机理的情况下,试验数据较好地服从对数正态分布;从试验数据的拟合效果和可靠性设计出发,三参数模型更能有效地描述这些特殊金属材料的双重S—N曲线关系,并且更宜采用广义极大似然法描述其概率S—N曲线模型,以避免常规最小二乘法受试验数据局部统计特征影响而给出偏于非安全的估计。     

矮塔斜拉桥结构校验系数通常值研究

国内相关检定规范未给出矮塔斜拉桥结构校验系数通常值分布区间,通常参考其他类型桥梁的结构校验系数对实桥试验数据进行评价.结构类型差异、计算模型偏差、桥梁结构病害等均会对结构校验系数的分布产生一定的影响.本文以23座矮塔斜拉桥实桥试验数据为样本,采用统计方法对采用预应力混凝土主梁的矮塔斜拉桥实桥试验结构校验系数进行研究,得...     

基于上海轨道交通刷卡数据的乘客出行模式研究

乘客出行模式研究是深入认识城市交通的基础性工作,也是交通规划的重要技术支撑。基于上海轨道交通刷卡数据分析网络客流特征,以轨道交通出行全过程出行链视角对进出站客流量、站间客流量、乘距等出行要素的空间模式开展研究,发现上海轨道交通进站和出站客流量分布均呈现对数正态分布特征,乘客乘距服从负二项分布特征。研究同时发现,相比于幂律分布,上海站间客流量分布更加适合采用对数正态分布拟合。此外,工作日客流和周末客流在空间分布总体形态上较为接近,工作日客流分布更为集聚,周末客流分布则更为离散。     

城市轨道交通列车运行图鲁棒性优化模型

针对高密度行车因受运输干扰而导致城市轨道交通列车晚点的问题,按照在计划层的列车运行时段内调整列车缓冲时间以优化列车运行图鲁棒性的思路,考虑列车载客能力约束,基于历史客流数据和通过候车乘客与列车的交互关系确定列车的实际停站时间,然后基于列车运行图扰动时间的递推关系,建立以列车运行图扰动时间之和最小为目标的列车运行图鲁棒性优化模型;运用改进的遗传算法对属于非线性混合整数规划模型的该优化模型进行求解;另外还对只要求大型枢纽站等重要车站准点发车的实际运输需求,用时间控制点法对该优化模型进行扩展。以北京市城市轨道交通房山线为例验证了该优化模型和改进遗传算法的有效性。     

基于状态空间法的轨道不平顺与车体横向加速度关联模型

构建状态空间模型研究我国高速铁路实测轨道不平顺与高速综合检测列车车体横向加速度数据之间传递特性。首先采用谱分析方法分析长波轨向不平顺、水平不平顺等与车体横向加速度在空间频域上相干特性,根据相干分布规律分频段建立轨道不平顺与车体横向加速度之间的多输入单输出状态空间模型;再利用高速综合检测列车实测数据训练状态空间模型的结构参数辨识输入输出之间的传递关系;最后验证所建状态空间模型的残差符合零均值正态分布。利用训练得到的状态空间模型传递函数及实测轨道不平顺数据预测了车体横向加速度输出,并与相应实测车体横向加速度数据进行对比。验证结果表明,在合理的空间频段上搭建的状态空间模型,能够准确地辨识轨道不平顺与车体横向加速度之间的传递关系。     

列车动力响应的平稳性和各态历经性分析

研究列车动力响应的平稳性和各态历经性对寻求列车动力响应随机过程的统计规律具有重要意义.基于多体动力学理论,采用多体动力学分析软件Simpack建立国内某高速列车动车车辆的多体动力学模型.采用三角级数法模拟得到的轨道不平顺作为随机输入激励计算得到列车以不同速度行驶不同距离的动力响应时程样本序列.进一步运用平稳性检验方法中...     

基于线路实测数据统计推断的应力谱分布类型比较

在分析研究轨道车辆结构实测动应力谱分布的基础上,提出用威布尔分布和对数正态分布的组合分布来描述动应力分布.利用实测数据分别拟合出威布尔、对数正态、组合分布三个分布函数,利用拟合结果及实测应力谱进行应力谱统计推断,得到各自的推断应力谱并与实测谱比较,证明了组合分布对实测应力谱分布描述的优越性.同时利用各分布函数估计得到实测中未出现的可能最大值,然后扩展出包含可能最大值的扩展应力谱,在损伤累计理论的基础上,证明了威布尔分布对分布估计的保守性,以及组合分布对应力谱分布估计的有效性.