数字化工务工程基元模型库建模方法研究

数字化工务工程虚拟环境是数字铁路系统的重要组成部分。通过建立工务工程基元模型库来构造线路实体构造物,可有效简化工务工程虚拟环境的构建流程。提出了参数化三维建模方法建立简单模型基元,采用AutoCAD及3DS MAX软件建立复杂模型基元,并研究了模型简化算法。针对异质异构模型来源,设计了一个通用的模型读取接口,并给出了模型Oracle数据库存储解决方案。通过在铁路数字化选线系统和高速列车数字化仿真系统中模型基元的应用对虚拟场景构建方法和使用效果进行了研究,结果表明,基元模型库的使用有效简化了工务工程虚拟环境的构建流程。     

基于WebGL的高速列车在线运行及沿线虚拟地理环境仿真

为实现Web环境下构建高速铁路沿线虚拟地理环境,模拟高速列车运行,首先确定多层次虚拟地理环境的语义组织方式并对铁路沿线地形表面进行多尺度数据建模;再基于GIS技术构建场景数据与基础地理数据的发布与分布式存储方案;最终基于WebGL技术提供集成高速铁路轨道、多尺度遥感影像、数字地表模型等多源数据的铁路沿线虚拟地理环境无插件构建方法,并提供列车信息管理及运行仿真方案。以高铁郑西线为案例线路的实践表明:方案考虑多尺度地形与地物建模、网络环境下大场景渲染、复杂地形的高效率可视化等问题,实现了铁路沿线虚拟地理环境构建和列车运行仿真,对高速铁路列车运行仿真有重要参考价值。     

高速铁路工务工程基元模型库系统研究与应用

针对高速铁路数字化工务工程虚拟环境建设过程中,基元模型管理分散,层次结构不清晰,文件系统存储查询低效、安全性低,模型显示缺乏沉浸感等特点,同时考虑基于BIM的三维实体选线设计需求,提出构建高速铁路工务工程基元模型库,对基元模型进行集中组织与管理的方法。研究基元模型分类编码方法,并以此为基础设计基元模型库的层次结构。给出基元模型立体显示方案和数据库存储方案。基于Visual C++、Oracle数据库及OSG图形库开发基元模型库管理系统。在西部某高速铁路的三维实体选线设计及视景仿真中对基元模型库系统进行应用,结果表明利用该系统能有效简化工务工程虚拟环境的构建流程,显著提高线路构造物实体模型实时动态建模的速度,模型交互沉浸感强,有助于提高三维实体选线设计的效率。     

高速铁路牵引计算与三维运行仿真研究

结合高速铁路选线设计特点,以高速列车的受力分析为基础,依据最快速度牵引策略,在满足限速约束与操控约束的条件下构建双向牵引计算单元模型,运用分单元依次连续计算的思路,实现了新建高速铁路自动连续牵引计算.通过将高速铁路牵引计算与大规模铁路三维场景构建技术有机结合,搭建铁路三维运行仿真平台,并根据选线设计与牵引计算相关成果,...     

高速列车耦合大系统动力学创新研究体系

高速列车与线路、接触网、气流之间构成相互联系、相互依存、相互制约的关系。在高速运行条件下,列车和线路轨道、接触网、空气等流固耦合系统之间的相互作用加剧,形成了复杂的耦合动力学关系。建设以高速列车为核心,考虑耦合作用,真实反映其相互作用和相互影响,实现高速列车及其耦合系统的服役行为仿真和试验,构建高速列车耦合大系统创新体系是高速列车创新发展的重要保证。     

高速列车牵引传动系统协同仿真研究及软件设计

为完善高速列车耦合大系统仿真平台,开展三电平牵引传动系统全速域动态仿真建模和协同仿真软件设计的研究。基于牵引传动系统主电路的拓扑结构和三电平逆变器的工作原理,设计用作列车中速区的同步7脉冲和同步5脉冲SVPWM算法,以提高列车中速区SVPWM算法的谐波性能;在此基础上,采取用MATLAB/SIMULINK软件建立牵引传动系统全速域动态仿真模型、用VC++软件编制交互界面和数据可视化等上位机程序的混合编程方法,实现高速列车牵引传动系统与运行控制系统间的协同仿真;在不同仿真模式、不同运行工况下对设计的算法、模型和编制的协同仿真软件进行验证。结果表明:能够实现在闭环控制下不同同步脉冲调制间的平滑切换,可较好地反映高速列车牵引传动系统的实际运行情况,满足协同仿真的设计要求。     

数据驱动的高速列车子空间预测控制

随着列车运行速度的提高,列车与接触网、轨道、空气的动力作用加剧,给高速列车的建模与控制提出更高的要求。本文提出数据驱动的高速列车子空间预测控制方法:构建基于状态框架的高速列车多变量动力学系统;由输入输出数据设计高速列车的子空间预报模型;详细分析高速列车子空间预测控制器的设计方法,并给出相应的预测控制算法。高速列车的数值仿真实验结果证明所提出控制方法的有效性。     

基于BFGS方法的列车速度预测控制研究

列车速度控制是轨道交通发展领域的重要基础问题。面向真实列车速度控制应用场景的列车动力学模型及其控制器设计更具挑战性。一方面,传统基于反馈的无模型控制策略存在收敛速度慢、参数要求高、环境变化敏感等问题,目前难以从优化角度设计控制器且应对复杂系统的约束。另一方面,传统的列车单质点动力学模型很难解决高速列车运行过程中的非线性特性。针对上述瓶颈,首先对列车各节车厢进行受力分析,且考虑车厢间的安全距离,将相对位置和相对速度作为可变状态构建列车多质点模型。然后采用模型预测控制策略,综合考虑列车速度控制的非线性成本函数,处理列车运行过程中的复杂约束,预测控制系统的未来动态行为。然后,针对列车预测控制中的复杂动态约束非线性优化问题,设计对数障碍函数处理不等式约束,进而从拟牛顿法角度设计一种具有稳定收敛性的基于BFGS方法的列车速度预测控制算法,完成列车速度的精准跟踪控制。最后,以国内某线站间列车运行数据为例,与其他先进控制方法进行对比实验,以验证所提出的BFGS列车速度预测控制算法的优越性能。实验结果表明,本文所设计的基于BFGS方法的列车速度预测控制算法能够有效地减小列车速度跟踪误差和位移误差,提升...     

基于列生成算法的高速铁路快捷货运组织方案优化研究

针对高速铁路快运组织方案缺乏有效决策支撑的问题,结合大城市之间生产生活物资运输提速需求,构建考虑铁路运输组织成本和高速铁路快运产品细分的服务网络,建立考虑运营成本与收入的高速铁路快运组织方案两阶段混合整数规划模型。基于列生成算法对模型求解,将复杂的列车间组合优化问题分解为单列车和单种运输产品的广义最短路径问题集合,降低求解难度。针对列生成资源约束子问题,设计单列车的配载及组织方案,实现细分产品与模式的服务网络与市场需求高度耦合关系。以京沪高速铁路为例,对模型与算法进行验证和分析,结果表明优化方案能够有效实现成本与效益的平衡,降低运营成本。     

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。