基于概率模型的高速铁路地震预警实时性与准确性分析

采用地震预警时延评价高速铁路地震预警的实时性,根据地震预警时延的特征,建立地震预警时延的偏置伽马分布模型,并给出偏置伽马分布的性质及其参数的极大似然估计算法。采用震源定位偏差评价地震预警的准确性,以震中距偏差服从伽马分布和方位角偏差服从均匀分布的二维随机变量,建立震源定位偏差的二维分布模型。以300条地震记录数据作为输入,对某高速铁路地震预警系统进行现场试验,验证所建立模型的正确性,并对高速铁路地震预警的实时性和准确性进行评价。结果表明:偏置伽马分布模型能够精确描述地震预警时延,伽马分布可有效描述震中距偏差;随着地震监测台站数量的增加,地震预警的实时性下降但准确性明显提高;地震监测台站数量取3和在70%概率情况下,地震预警可实现全系统时延小于7s、震中距偏差小于20km,能够满足高速铁路地震预警对实时性和准确性的要求。     

基于偏置伽马分布的高速铁路地震预警及紧急处置时延特性分析

通过对高速铁路地震预警及紧急处置时延特性进行分析,提出1种地震预警及紧急处置时延精确概率分布函数——偏置伽马分布模型。采用国内和日本天然地震记录数据作为输入对某高速铁路地震预警系统进行现场试验,利用试验数据验证了偏置伽马分布概率密度函数描述时延的偏置量及分布特征的有效性,表明地震预警时延和紧急处置时延服从偏置伽马分布。通过建立不同紧急处置路径和不同预警级别情况下时延的概率事件模型,采用偏置伽马分布模型分析高速铁路各级别地震预警与紧急处置总时延分布特征与规律,并进行综合比较与评价。结果表明:在Ⅱ级和Ⅲ级地震预警情况下,从首台站地震P波初至,到铁路局中心系统以GPRS方式向车载装置发送地震紧急处置信息,再到车载装置自动触发列车紧急制动,总时延在50%,70%和95%概率下分别为2.34,2.68和3.63s,证明我国高速铁路地震预警及紧急处置技术方案有效、可行。     

一种适用于高铁地震预警的多台定位算法

研究目的:我国是一个地震多发国家,防震减灾所面临的形势十分严峻。高速铁路地震预警监测系统的研发旨在结合我国高铁运行环境、快速、准确地为地震影响里程范围内的列车提供预警信息,实现震后列车的紧急处置,最大程度上降低地震对于高速铁路造成的危害。研究结论:(1)结合我国高速铁路地震监测台站布设环境,采用基于自适应滑动时窗的双摆相似性算法对各台站的触发事件进行判断,滑动时窗自适应地搜索固定时窗内两组地震数据相似性的最大值,有效避免了设备延迟对相似性判断的影响,当来自同一个台站的双摆相似性低于设定阈值时,判断为干扰触发事件,该触发台站不参与后续多台定位,可避免误触发对定位的影响;(2)当两个及以上的台站触发报警后采用顺序触发的Voronoi图进行地震快速定位,该方法不受速度模型的影响,仅根据台站的触发顺序就可直接进行地震初步定位,所需台站少、时效性高;(3)在初步定位的基础上,再利用双台子阵定位算法对地震事件进行精确定位,由于先后依次触发报警的两个台站地震到时差所确定的震中双曲线轨迹为无限延伸的曲线,在V图的限制下可以很大程度上缩小震中的分布区域,从而大幅减小定位算法的计算量,达到提升高铁地震预警时效性的要求;(4)本文算法应用于高速铁路地震预警监测系统多台站定位,可为震后列车紧急处置提供预警信息。     

高速铁路地震预警监测系统工程设计方案研究

地震是对铁路列车安全运营威胁较大的自然灾害之一,铁路地震预警监测系统是随着我国高速铁路建设逐步发展起来的新系统。对国内外高速铁路地震预警系统进行分析。结合国内建设标准与技术标准,对我国高速铁路的地震预警系统总体架构、设备设置等工程设计原则进行探讨,针对监测终端和触发单元的设置方案进一步展开分析。针对监测业务终端按局布设和按调度台布设两种方案进行优缺点分析。结合工程建设实际情况,针对信号触发监控单元不设置在牵引变电所与通信机房两种方案进行经济与技术分析,提出两种设置方案的优势与不足,提出供工程建设参考的建议。并针对目前技术现状,提出我国铁路地震预警监测系统的建议发展方向。     

铁路地震预警监测系统设计思考及试验研究

为提升铁路地震预警监测系统的设计建设水平,从地震监测的原理出发,描述了我国铁路地震预警监测技术的发展现状;把握设计源头,对实际工程中遇到的一系列技术重点和难点进行了深入思考和分析;提出操作性较强的设计方法,并通过室内试验和天然地震响应测试加以验证。所总结出的经验和方法可为铁路地震预警监测系统的设计提供借鉴和参考,有助于保证设计的可靠性及合理性,从而达到优化设计方案的目的。     

基于北斗三代的铁路监测预警系统设计

针对铁路安全隐患问题,提出将第三代北斗卫星导航系统（简称：北斗三代）高精度定位技术引入铁路监测预警,设计了基于北斗三代的铁路监测预警系统,该系统利用北斗高精度定位的原理实现位移数据高精度监测,同时具备实时传输和即时预警等功能。实践证明,该系统相对于基于GPS的监测预警系统具有明显优势,可见的卫星个数显著增加,水平精度提高20%以上,高程精度提高50%以上。同时通过不同基线长度下监测性能的对比,为合理布设基准站提供参考。     

基于虚拟化云技术的路局中心地震预警监测系统方案及联动研究

通过研究铁路地震预警监测系统现状和建设趋势,从资源共享、重复性建设、地震联动触发信号系统停车、牵引供电系统断电等多角度分析存在的问题,结合实际需求,提出铁路局中心系统采用虚拟化云技术的建设思路,并提出地震预警监测系统通过路局中心系统与信号RBC、牵引供电中心接口的联动触发策略。文中论述了采用虚拟化云技术搭建的地震预警监测铁路局中心系统功能、系统构成、硬件配置,从而解决各条铁路接入路局中心增加大量服务器等所带来的资源浪费严重、重复性建设等问题,为建设项目节省投资;阐述了通过路局中心系统与信号RBC、牵引供电中心接口的联动触发方案,为安全提供保障的同时尽可能节省建设投资和维护成本,更好地为铁路安全保驾护航。     

基于北斗定位技术的铁路路基形变监测系统

基于北斗高精度定位及视频监控等技术，构建铁路路基形变监测系统，实现数据采集、监测结果与状态预警的自动化和智能化。重点阐述铁路路基形变监测系统的系统架构、前端方案、通信网络与服务器端。该系统在山东大莱龙铁路有限责任公司进港铁路的路基塌陷区进行试点，对路基形变进行自动监测与预警。应用结果表明，系统性能满足前期设计需求和用户使用需求，并极大减轻了人员的劳动强度。     

高速铁路地震预警系统紧急处置信息快速生成算法

基于高速铁路地震预警监测系统的结构和功能,提出1种高速铁路地震预警系统紧急处置信息快速生成算法。该算法采用曲线拟合方法建立平面坐标系下高速铁路线路的曲线方程,基于地震动能量衰减方程建立平面坐标系下地震影响范围的圆曲线方程,联立2个方程并求解,得到2条曲线2个交点的坐标值;将坐标值转换为经纬度,再转换为公里标,得到地震对高速铁路线路的影响范围;再依据高速铁路预警地震紧急处置原则,生成高速铁路地震预警紧急处置信息。将该算法应用于高速铁路地震预警监测铁路局中心系统的测试和现场地震试验中,紧急处置信息生成时间的最大值均为40ms,平均值分别为18和27ms,可见其远远小于《高速铁路地震预警监测系统暂行技术条件》中对路局中心系统紧急处置时间100ms的要求,从而验证了该算法的合理性和有效性。     

基于支持向量机的高速铁路地震预警震级连续预测方法

利用日本K-net强震动数据,研究基于支持向量机的震级连续预测方法。在P波到达后0.5～10.0 s范围内,以0.5 s为间隔建立预测时间窗,选取12个P波特征参数作为模型输入参数,构建支持向量机的高速铁路地震预警震级预测模型(SVM-HRM),并将模型的震级预测结果分别与传统的震级预测模型以及现行标准进行对比。结果表明:3.0 s时间窗下,模型的震级预测误差明显小于传统的τ_c方法与P_d方法,小震高估明显改善,且模型的构建不受数据震中距筛选的影响,具备泛化性能;对于震级范围在3～5级的地震事件,模型的单台实现率在P波到达后的0.5 s达到95%,优于《高速铁路地震预警监测系统试验方法》要求的首报震级预测实现率标准;对于震级范围在3～5级、5～7级、7～8级之间的地震事件,模型的单台实现率分别在P波到达后的0.5,1.5,0.5 s优于多台实现率标准;最迟在P波到达后的1.5 s,模型便可发出符合震级预测实现率标准的地震预警首报,满足高速铁路地震预警震级预测的准确性和连续性要求。     

高速铁路灾害监测系统大数据分析

基于高速铁路灾害监测系统的大数据分析研究，通过分布式文件系统存储、MapReduce/Spark计算框架、数据挖掘等技术，对高速铁路灾害监测系统的灾害规律分析、灾害预测、运用规则优化、监测点布设优化、设备选型、设备状态分析等进行研究。以大风规律和设备运行状态为例进行分析，结果表明，50%左右的大风集中在15～16 m/s之间，通过优化大风报警阈值，可有效降低大风报警次数；电源故障是灾害系统设备的主要故障，需对其进行重点监测和维护。该研究可解决目前灾害监测系统运用和维护中遇到的问题，为灾害监测数据综合分析与应用研究提供技术支持。     

铁路专用遥感探测卫星设计与仿真

基于长大铁路线路横跨多个区域，所处特殊地理位置、地质条件和气候条件，提出铁路遥感探测需求分析。根据需求分析结果，提出铁路专用遥感探测卫星的设计方案，包括成熟的有效载荷和卫星平台。其中，有效载荷为铁路专用智能探测载荷，根据铁路具体情况优化了SAR观测分系统波段、极化方式和智能处理分系统；卫星平台采用成熟的卫星平台方案，针对重轨干涉SAR的需求，加强了姿态轨道控制分系统的设计。针对铁路的高频次重访需求，对卫星轨道的倾角和高度进行设计。基于当前设计，经STK仿真对过境时间进行模拟，结果证实，该设计可实现对待观测铁路的高频次重访。铁路专用遥感探测卫星设计可用于铁路的遥感探测，并应用于铁路的勘测、建设和运营监测。     

城市轨道交通线网设备监测预警方案研究

城市轨道交通设备安全监测和突发事件预警及处置一直是运营管理的重点。在网络化运营模式下通过分析大量的设备数据从采集监测到应急响应之间的流转关系，研究分级分类预警体系，形成一套基于设备数据自动采集、业务逻辑自主研判的主动监测预警方案，解决线网监测下设备数据状态繁多、难以筛选关键报警信息的问题。构建计算服务输入输出模式，实现业务数据计算的规范化处理，以及逻辑运算与预警的松耦合管理；构建报警服务管理，实现报警数据存储更新与多终端的同步展示。协助运营单位在保证各专业设备数据全面采集监测的同时及时发现潜在的故障威胁，第一时间启动应急响应，提高城市轨道交通运营安全保障能力。     

基于BIM与GIS结合应用的地铁隧道安全预警预报技术

地铁隧道结构安全性评估是地铁建设的重要环节。针对南宁地铁2号线岩溶发育的工程地质条件,在GIS(地理信息系统)中展现和分析不良地质体的空间分布,进行隧道穿越区域的岩溶塌陷风险评价;针对不同岩溶地质灾害风险等级,根据施工信息和监测信息在BIM(建筑信息模型)平台上进行地铁隧道结构安全风险评估,进而采取不同防治措施,以及进行隧道安全预警预报。基于BIM与GIS结合应用的隧道结构安全风险评估,综合考虑了地铁隧道结构模型宏观地理环境,可为地铁隧道结构安全预警预报提供技术支持。     

JK00430型机车走行部车载监测装置——铁路提速的守护神

Jk00430型机车走行部车载监测装置是唐智科技根据铁路高速重载安全监测的需要研制的机车走行部关键部件在线监测、预警的高技术装置。在涵盖原轴温报警器功能的基础上，利用“共振解调”等关键技术，增加了对机车走行部的轴承、轮对踏面、传动齿轮的早期故障监测和预警，尽可能避免机车走行部带重大故障运行；同时，     

基于LSTM-GMM模型的大风多级预警方法

为保障大风场景下的高铁运行安全，针对风的强随机特性提出一种基于长短期记忆网络和高斯混合模型的多级预警（LSTM-GMM-MELW）方法。首先，通过长短期记忆网络和高斯混合模型（LSTM-GMM）建立风速误差值与风速预测值的联合概率密度，以此确定风速预测值的概率密度；然后，通过多级预警方法计算风速预测值落在高铁限速风速区间的概率值并结合实际情况设置不同阈值，当得到超出阈值的概率时输出阈值对应的预警等级；最后，采用预测区间的覆盖概率、平均宽度和覆盖宽度评价LSTM-GMM方法的概率性预测结果，而采用预警准确率评价多级预警方法的预警效果。依托平潭海峡公铁两用大桥29个风速样本进行实例分析，结果表明：95%置信度下的预测区间的覆盖概率为96%，平均宽度为1.51；第1、第2级别的预警准确率分别高于85%和93%，预警准确率达到100%的风速样本达14个，总体预警准确率高。该方法能有效避免风速在限速分界线附近波动时的误报。     

“铁路路基设备监控预警研究”通过中铁电气化局科技成果评审

2013年1月5日中铁电气化局主持召开"铁路路基设备监控预警研究"成果评审会。课题研究成果应用于我国路网西北、西南、华中、中南、东南既有铁路和普速铁路,为应对水害险性事件,面向抵御降雨型地质灾害水毁的铁路路基设备,实施完好状态监测,以及险性事件出现的时间、地点、程度、危及行车等进行监控。课题在既往地质、气象学科成果的基础上,围绕铁路防洪减灾的特色需求,运用电子信息技术,根据水害和路基设备     

基于实测波形的地震烈度信息快速确定算法及地震信息在铁路上的应用技术研究

目前，铁路系统由于在地震发生后不能快速得到地震烈度破坏信息，只能通过安排全线人工巡检的方式来确定线路受损情况，耗时长、效率低，严重干扰了铁路的正常运输次序。提出一种基于实测波形的地震烈度信息快速确定算法，并对地震信息在铁路上的应用技术进行研究，该算法可在地震发生后快速计算烈度信息并自动生成局管范围内线路巡检建议。试验结果证明：该算法耗时小，产出也较为精确，能在19s产出断层长度与走向，其结果与震后调查烈度分布基本一致；设计的地震动参数信息处理软件能计算地震烈度影响铁路范围，实时向铁路运维人员提供烈度及巡检建议，便于运维人员快速掌握灾情，制定巡检策略，有针对性地巡检线路，节省了震后恢复时间，提高了铁路运输生产效率。     

基于遥感技术的铁路外部环境安全隐患监测

针对铁路沿线安全隐患种类多、分布范围广、人工巡检工作量大的问题，根据现有铁路外部环境安全隐患监测工作流程，提出基于遥感技术的铁路外部环境安全隐患监测方法，包括遥感影像的获取、解译，安全隐患的建档与复核、治理等，搭建铁路外部环境安全隐患调查平台，提高铁路外部环境安全隐患监测的信息化水平。将该方法应用于京津城际铁路试验区域的铁路外部环境安全隐患监测工作中，结果表明可以对该区域内彩钢房及防尘网进行自动化提取并支撑安全隐患现场复核与管理等工作，减少了人工巡检的工作量，尤其是人工难以抵近区域的隐患监测，为遥感技术应用在铁路外部环境安全隐患监测工作提供参考。     

隧道内移动通信越区切换区域设置方案的比较研究

研究目的：针对我国城市轨道交通和铁路客运专线移动通信的越区切换位置存在的诸多问题，对隧道内移动通信切换区域的各种设置方案进行研究，为我国城市轨道交通和铁路无线通信网络规划和优化方案提供依据和参考。研究方法：通过对不同切换区域设置方案的分析，结合铁路移动通信技术的发展，从工程经济性、实施性、可靠性等不同方面进行多方案的比选研究。研究结果：提出了不同速度等级的铁路隧道内设置移动通信信号切换区域的几种方案，并对相应的方案做了分析比较。研究结论：隧道内移动通信信号切换区域的设置不仅受物体移动速度和切换时间的制约，还受高速移动带来的信号快衰落及不同制式移动通信系统切换机制的影响。