数字轨道地图平面线形特征提取方法研究

数字轨道地图是卫星定位技术应用到铁路运输行业的基础,根据铁路线路设计时三种平面线形——直线、缓和曲线和圆曲线的不同特征,采用基于方位角的曲率方法进行平面线形的初步识别,再以横向误差为约束条件迭代确定满足要求的线形分段,进而采用整体最小二乘的方法对三种线形进行拟合,实现数字轨道地图的平面线形特征提取。青藏线实测数据结果表明,该算法是可行且有效的,不仅能识别拟合线路的平面线形,用少数关键点和相关参数就能表达出整体的几何特征;而且拟合后线路的横向误差和纵向累积误差都较小,满足高精度应用的要求。     

不同运行模式下的市域轨道交通最小曲线半径研究

市域轨道交通在我国尚处于起步阶段,实际工程运用较少,国内各种规范均不适用,对市域轨道交通线路最小曲线半径进行研究具有重要意义。在传统的线路设计参数计算方法的基础上,基于不同的运营模式和乘坐模式,分不同速度匹配模型进行研究,并通过与其他常规轨道交通制式进行对比,结合舒适度分析,对市域轨道交通的计算结果进行优化改正,给出不同速度下线路最小曲线半径的建议值。     

基于点云信息的既有线整正方法研究

为适应列车提速后高平顺性与高舒适性的需要,利用激光扫描技术获取的连续数据点云信息,通过曲率梳分析对轨道几何形位进行了描述,从曲率变化率入手,找出传统测量模式与提速行驶后现场新标准养护作业的盲区所在,并提出既有铁路曲线曲率变化率整正方法,从原有的面向过程的纯线形管理模式下的几何形位拟合思路转换为面向对象的车轨一体化线形养护新思路,使养护的线路几何形位与列车运动特性相吻合。     

利用缓和曲线的曲率确定其方程式的通用方法

介绍了利用缓和曲线的曲率确定其方程式的一种通用方法。该方法确定缓和曲线方程式的步骤是:首先根据缓和曲线直缓点和缓圆点曲率的边界条件,列出缓和曲线曲率k的微分方程;其次求出缓和曲线曲率k微分方程的通解,并利用其边界条件确定通解中的待定常数,然后得到缓和曲线曲率k与圆曲线曲率1/R的关系式;再通过二次积分,并利用缓和曲线几何形位中的偏角需要满足的要求y′(0)=0和坐标需要满足的要求y(0)=0,得到缓和曲线的直角坐标系方程式。本文用满足不同几何形位要求的缓和曲线作为例子,详细说明了新方法的应用,得到了与参考文献中相同的缓和曲线方程,证明了该方法不仅正确,而且简单,是适合于推导缓和曲线方程式的通用方法。     

小半径曲线铺设无缝线路适应性研究

小半径曲线因易发生高温胀轨等多采用有缝线路,大量存在的钢轨接头加大了轮轨动力冲击,轨道几何形位变化快,成为病害集中高发区,加剧小半径曲线钢轨伤损的形成与发展,增加了养护维修工作量及难度。随着无缝线路实践经验的积累及线路养修技术的进步,此类线路换铺无缝线路成为工务部门的优先选择。本文对半径<400 m地段的线路无缝化方案进行了可行性研究,从线路稳定性及钢轨强度两方面出发,提出曲线半径300 m及以上的小半径曲线铺设无缝线路、曲线半径300 m以下仍用有缝线路的技术方案,部分取消钢轨接头,对减少养护维修工作量、节约运营成本具有重要意义。     

铁路线路点云数据可视化重构方法研究

针对地面激光扫描仪外业获取的海量线路点云数据,核心解决线路点云的专业化处理与利用问题。结合铁路线路技术特征,进行线路点云预处理研究,主要包括线路点云数据配准、采用基于几何特征的传统分割方法结合CCD影像信息进行线路点云数据分割,再经过除噪平滑处理后,对离散点云数据集进行封装处理,进而为后续正向CAD设计数据的提取提供基础操作模型。提出线路点云可视化对象重构方法,基于离散数据点曲率为主的几何特性估算,初步判定线路主点及变坡点信息,进而在不同主点范围内,通过特征截面的构造获取线数据和面数据。重构的线路点云数据符合正向设计习惯,基于此获得的连续钢轨走行面数据可用做线路几何形位判别指标的基础数据。     

挂载式动态轨道检查仪的研发北大核心

为及时掌握轨道几何形位状态,研制了一种挂载式动态轨道检查仪。该检查仪可挂载于运营车辆上,作为轨检车以外的轨道几何形位动态检测补充装置,实现对线路轨道几何形位的日常检测。在分析挂载式动态轨道检查仪检测原理基础上,提出系统的总体结构,研究多传感器数据采集技术,数据时间同步与对齐、里程匹配、时空转换重采样等数据处理技术,以及“轮对姿态角-轨道几何形位”解算模型,并开发成果管理与应用子系统。现场应用结果表明,挂载式动态轨道检查仪运行稳定可靠,其数据采集与处理系统可实现多源数据在时空维度上的高一致性,基于轴箱姿态角解算的轨道几何形位重复性好,准确性满足线路日常巡检需要;成果管理与应用功能完善;设备结构简单,安装、拆卸便捷。     

提速200 km/h 改造线路特殊地段运营适应性研究

为评估既有线改造后提速200km/h的运营适应性并提出相应线路维护技术,选取试验段进行现场动车试验,根据动测结果,分析研究提速改造线路中路桥过渡段、R=2 200 m曲线、钢轨焊接接头等特殊地段的运营适应性,并为提速改造线路的养护维修提出建议。     

基于近似曲率的铁路既有线纵断面分段算法

纵断面线形的精确分段是后续铁路线路优化调整的基础。针对现有方法自动分段效果差且精度低的缺点,研究一种能够实现线形精确自动分段的算法。首先,在对比各种方法的基础上,提出一种基于测点近似曲率的线形自动分段算法,针对铁路竖曲线弧径比过小易导致的拟合病态问题,采用基于半径确定的最小二乘算法进行圆心精确定位,以提高分段点的精度。经实测数据验证该算法能自动化识别特征点位置,且具有更高的精度。     

北京地铁5号线折返追踪间隔分析

在城市轨道交通运行系统中,列车在折返区域的追踪间隔是单条线路提升运力的瓶颈.分析北京地铁5号线折返追踪间隔,以实现“列车2 min运行间隔”的目标.首先根据现场实测数据分析5号线列车在折返区域中的进站追踪能力、折返追踪能力和出站追踪能力,进而计算列车在折返区域的最小运行间隔;其次,基于列车运行图编制理论提出通过缩短列车站停时分、出入库时分、转台时分来减小列车折返追踪间隔的方法;最后,结合北京地铁实际的运营管理经验,从系统设计角度提出缩短城市轨道交通列车折返追踪间隔的技术手段和措施.     

京沪高速铁路调节器尖轨刨切曲线线型研究

根据高速铁路调节器的结构特点和使用要求,提出尖轨轨头非工作边刨切曲线的选择原则。建议尖轨轨头非工作边的刨切曲线采用缓和曲线和圆曲线的组合线型,在尖轨理论尖端至圆曲线之间,为一曲率渐变的缓和曲线,在尖轨尖端附近矢度变化较慢,而在距尖轨一定范围时,矢度变化较快。推导出组合曲线的计算公式。该组合曲线尖轨理论尖端位置的曲线半径为1000 m,尖轨实际尖端位置的曲线半径为538.2497 m,圆曲线区段的曲线半径为365.9 m,尖轨实际刨切长度为6.8 m。采用所选线型时,若尖轨向前或向后纵向移动20 mm,尖轨实际尖端位置轨距减小或增加0.06 mm,尖轨刨切起点位置轨距减小或增加0.78 mm。选用的线型具有各点曲率连续变化、尖轨尖端附近曲线变化较缓、轨头宽度大于50 mm以后位置的轨头宽度增大较快等特点,能满足高速铁路调节器的使用要求。     

变分曲线模型及其在轨道数据库生成中的应用研究

本文研究有限约束条件下的变分曲线模型及其在铁路列控轨道数据库中的应用,提出从GPS轨道数据中自动生成适合列车控制的数字轨道地图的方法、模型和算法。通过大量实测数据对算法和方法进行验证、比较和改进,针对大量轨道数据建立其数据约简的组合数学模型,分析实际列车运行时有限约束条件,研究曲线演化理论,采用基于变分曲线模型曲线形变的思想对数据进行约简和误差剔除,在满足一定的误差前提下快速自动获取少量关键数据来描述铁道轨迹,完善列控轨道数据库的自动生成与优化方法,实现基于GPS的列车运行控制系统的实时、精确定位。     

高速铁路列车追踪间隔仿真计算系统设计与实现

列车追踪间隔与高速铁路列车运营密切相关,通过列车追踪间隔仿真系统能够检验列车牵引特性、线路条件等因素对列车追踪间隔时间的影响,对研究列车追踪间隔时间优化及列车技术作业方案设计提供有效的帮助。文章介绍了高速铁路列车追踪间隔仿真计算系统的设计,使用列车间隔时间标准化计算方法,结合列车牵引计算、车站以及线路等数据,通过原型系统的开发,实现了列车运行曲线与列车追踪间隔时间的计算与仿真。具体介绍了系统结构,功能设计及数据结构,以一个实际数据为例对系统的功能以及技术可行性进行了验证。实验输出数据基本符合我国实际情况,该系统能够作为列车追踪间隔相关研究的可靠工具。     

新建时速120km地铁线路曲线超高和缓和曲线长度的研究

针对我国地铁、国铁曲线超高值和缓和曲线长度的规定,综合分析运行速度120 km/h条件下,轨道最大超高值提高到150 mm的合理性和必要性,同时也对相应的线路缓和曲线长度进行分析计算,给出计算值和建议值。对我国现行《地铁设计规范》(GB50157—2013)关于设计速度120 km/h条件下线路的超高和缓和曲线长度取值进行必要的补充说明。     

基于到发线运用方案的列车到达追踪间隔时间压缩方法及仿真研究

利用高速铁路车站列车到达进路冲突关系和进路分段解锁原理,研究基于到发线运用优化方案的列车到达追踪间隔时间压缩方法。首先分析分段解锁条件下列车到达追踪间隔时间的计算方法,随后建立无损精度的铁路路网拓扑模型和多智能体列车连续追踪运行仿真模型;在此基础上设计基于信号补偿时间的列车最小到达追踪间隔时间求解算法,求解不同到发线运用方案的列车到达追踪间隔时间。以上海虹桥站高速场为例,对所有到发线组合方案进行仿真实验。结果表明:股道组合方案对应的关联道岔越少,列车到达追踪间隔时间越短;当关联道岔相同时,后车接车进路越短,前车接车进路越长,到达追踪间隔时间越短;当前车股道确定时,最优的后车股道方案比最劣方案可压缩列车到达追踪间隔时间30s以上。     

基于列控车载设备制动曲线的高速列车牵引计算平台

为了检算铁路客运专线闭塞分区长度与列控系统的符合性,设计基于列控车载设备制动曲线的高速列车牵引计算平台。采用HTML,CSS,JavaScript,Vue.js,Node.js和Koa等Web技术进行开发,使用MySQL作为后端数据库,构建B/S架构应用平台,包括基础数据处理、列车运行仿真、列车追踪间隔时间计算、闭塞分区检算和统计分析5个功能模块。其中,列车运行仿真模块为牵引计算平台的核心,由线路信息、列车动力学模型、列控车载设备制动曲线算法和速度控制组成;列控车载设备制动曲线算法具备列车超速防护功能,根据移动授权和列车速度距离信息生成允许速度和制动指令,实现列车运行仿真的闭环处理。选取京沪高速铁路列控工程数据和CRH3A型动车组参数进行列车牵引计算,得到高速铁路列车追踪间隔时间,验证闭塞分区设计长度满足列控车载设备制动距离要求。结果表明:该平台可用于闭塞分区长度符合性检算,从而验证闭塞分区设计与列控系统的匹配性。     

铁路车站股道运用排序模型与算法

遵守车站股道运用条件,在引入时间窗、权重和有限度3个参数的基础上,利用排序理论构建车站股道运用排序模型。结合列车在车站的实际作业过程和进路编排,利用启发式算法对模型求解,得到股道运用初始方案。基于排序原则选择、进路编排方式和多方案选优3种解改进策略对股道运用初始方案进行改进,得到股道运用改进方案。利用现代柔性理论,设置1个人—机交互接口,以股道运用可行性为第1优化目标、均衡性为第2优化目标,建立股道运用的柔性模型,按照人—机交互会话的方式进行求解。采用该模型与算法编制的铁路车站股道运用自动编排系统,目前已在广州东站和韶关站初步运用。     

基于需求响应的铁路集装箱班列始发时刻优化

依据铁路运输生产实际,充分考虑集装箱货物与集装箱班列在时间和数量方面的匹配关系,以集装箱货物在集装箱办理站的总停留时间最小为优化目标,以集装箱货物装车唯一性、班列编成箱数、作业时间和发车间隔为约束条件,构建铁路集装箱班列始发时刻优化的非线性混合整数规划模型。根据模型的特点,设计基于遗传算法的求解方法。由随机产生和"先到先服务"方案结合的方法生成初始种群,并运用启发式策略修复进化过程中出现的不可行解。以胶州-黄岛之间的铁路集装箱班列为例进行仿真计算。结果表明:模型和算法具有较高的计算效率;利用模型及算法得到的集装箱班列始发时刻与集装箱货物的数量、到达时间分布之间具有较好的匹配性,使集装箱在办理站停留时间最短,制定的班列开行计划响应了用户需求。     

重载铁路小半径曲线跨度32m简支T梁设计研究

铁路专用线是近几年快速发展的铁路建设形式之一,重载小半径铁路专用线更是主要的发展方向。晋中南铁路专用线采用300 k N轴重列车活载,其单线最小曲线半径300 m,双线最小曲线半径600 m,超出32 m常用跨度简支T梁梁图适用范围,而采用更小跨度的简支T梁或连续箱梁不经济。根据铁路小半径重载桥梁的特点,提出小半径曲线下重载铁路简支T梁的设计方案。重点研究适用于小半径简支T梁的偏载计算,分别提出恒载偏载和活载偏载的计算方法。目前多条专用线已经通车运营,实践证明设计方案是合理可行的。     

基于组件GIS的铁路轨道数据空间图形可视化

研究目的:课题基于GIS应用项目,旨在解决铁路轨道精确、直观、可视表达等核心需求。研究方法:研究依照铁路曲线自身规律,严格遵循科学计算,将铁路行车数据库中的里程、方向信息,转换为空间科学中的坐标信息。研究结果:利用GIS组件MapX和SuperMap在VB环境下实现了轨道空间信息的平面图形可视化,利用OpenGL在VC环境下实现了轨道数据的三维可视化。研究结论:铁路轨道的精确、直观、可视表达,为铁路轨道测图节约了大量的时间,有较好的技术效益和经济效益。