防灾安全监控系统中的大风监测与预警

全面监测各种自然灾害,如强风、大雪、地震、突发性灾害（塌方落石）、异物侵入等,对铁路安全行车十分重要。为此,对高速铁路防灾安全监控系统中的大风监测与预警的功能进行分析,介绍大风预警原理与方法,以提高我国的大风监测与预警能力。     

基于LSTM的高铁大风预测模型及算法研究

通过对风速数据进行时间序列分析,建立风速预测模型,实现大风灾害的预警,对提升高铁运营安全保障能力具有重要意义.通过分析某高铁客运专线防灾系统的历史风速数据,建立了一种基于LSTM神经网络的大风预测模型,使用TensorFlow平台进行模型参数训练,并结合实际监测数据进行了模型验证.结果表明,该方法预测未来20 min的...     

铁路大风灾害预警系统设计与实现

为应对大风天气对铁路运输的影响,设计并实现了铁路大风灾害预警系统。系统基于B/S架构,针对铁路沿线风速监测点的数据状况,利用数据预测模块的移动平均法、单指数平滑法和三次指数平滑法对未来时段的风速进行预测,并进行综合评价预警,辅助调度人员进行调控决策,使列车能够根据限速建议及时做出运行调整。     

高铁沿线大风预测技术研究

风速预测是风致灾害预警的关键技术。针对高铁大风预测中延迟性和误报的问题,提出一种基于完整集合经验模态分解(CEEMDAN)和长短期记忆神经网络(LSTM)的组合预测模型对高铁沿线风速进行预测。为了减少预测模型的复杂度和提高模型预测精度,原始风速数据用CEEMDAN分解并利用样本熵(SE)理论将分解出的分量按照样本熵近似值重组成趋势、细节、随机三分量后用长短期记忆神经网络建立预测模型。以高铁沿线某段风速气象数据为例,实验结果表明,与其他预测方法相比,本方法可有效降低预测延迟性和提高预测精度,准确追踪风速的波动性和非线性非平稳的变化,性能更加优越。在高速铁路沿线大风预测中能够发挥良好的适用性,减少大风预警的误报或不报等情况的发生。     

新疆风区列车气动性能试验分析

针对新疆地区铁路大风环境下列车运行安全面临的实际问题,进行列车及防风设施空气动力学综合试验。试验积累的宝贵试验数据,为修改和完善《大风天气列车安全运行办法》,为实现在保障列车运行安全基础上的运输效能最大化提供科学依据。     

南疆铁路吐鱼段风沙活动规律研究

通过对南疆铁路吐鱼段戈壁大风区风沙流进行现场观测研究,得出该地区大风显现明显的季节性变化,每年的春季是大风高发季节,年平均大风日数高达136d。大风携沙量的垂直分布十分明显,集沙量与高度显现e的负指数变化,高度越高集沙量越小;2m以下区域是风沙灾害防护的重点区域,其大风携沙量占总携沙量的96%左右。沙粒颗分试验结果表明,戈壁风沙运动存在较明显的分层现象,沙粒粒径以0.1~0.25mm为主。     

新疆铁路风区列车安全运行标准现场试验研究

新疆铁路风区是世界上铁路风灾最严重的地区之一.多年来,如何保证列车在大风天气下安全运行,充分提高风区运能,一直是困扰乌鲁木齐铁路局的“老大难”问题.本项研究充分利用已有的研究成果,通过现场试验方法对大风天气行车标准进行验证和分析,不断完善《大风天气列车安全运行办法》,并对进一步深化研究的方向进行了探讨.     

大风环境下自轮运转设备运行安全分析研究

针对接触网检修作业车、轨道车等自轮运转特种设备在大风天气下运行及作业安全标准研究的缺乏问题,开展了新疆铁路大风环境下自轮运转特种设备运行安全的研究和现场试验。现场实车试验发现,空气动力学指标大值点主要出现在无挡风墙、土堤式/下坡风、土堤式挡风墙、矮路堑地段;现有的对拉式、桥式挡风墙后车辆的气动力均较小,防风效果较好。结合数值计算,得到不同路况、不同线路区间、不同车型、不同风速风向条件下的列车安全运行速度限值,提出大风条件下适合既有线路和防风工程条件的自轮运转设备的安全运行及作业临界风速-车速限值,为制定大风天气自轮运转特种设备防风安全运行及作业办法提供了依据。     

铁路雪深监测系统设计与实现

研究降雪对高速铁路行车安全的影响,对确保运营安全具有重要意义。提出并实现一种高速铁路雪深实时监测与预警系统,该系统由数据采集器、传感器、通信系统、电源系统和软件系统组成,实现高速铁路雪深、现场图像、大风的实时监测及预警。通过现场应用,证明该系统各种硬件设备性能稳定,安装简便、牢固,能够经受野外低温、高温潮湿、接触网高压等恶劣环境的考验,可满足高速铁路对雪深监测预警功能的需求。     

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。     

列车横风倾覆稳定性分析及铁路防风预警自动监控系统设计

分析运动的铁路车辆倾覆力矩系数与车速的关系、临界风速与车重的关系及临界风速与车速的关系等,为运动车辆防止风灾提供一定的参考依据。提出了一套铁路防风预警监控系统设计方案。利用风速风向仪测出风速等参数,经专用传感器送到由微机构成的自动监控系统,形成多种数据并及时发出大风报警信号,有效防止铁路风灾。     

电气化铁路接触网悬挂用T形旋转连接板疲劳试验研究

为了研究大风区电气化铁路接触网悬挂用T形旋转连接板疲劳性能，结合现场应用情况，提出试验要求。根据曲柄运动原理，基于疲劳试验机，设计疲劳试验方案，研制试验装置，提出试验步骤。这种试验方案，扩展了实验室中直线油缸的使用范围，可为转动疲劳性能试验设计提供借鉴。     

大风环境下动车组行车车载控制参数研究

由于车体轻量化设计和运行速度的提高,与普速列车相比气动载荷对动车组的扰动效应更强,动车组在大风环境下的运行稳定性问题凸显。分析大风环境下动车组运行稳定性,结合实车试验和仿真计算,研究车体振动参数与运行稳定性指标的关联性,提出以车体横向加速度导数和侧滚角速度作为大风环境下动车组车载关键控制参数,二者在很大程度上能够反映大风环境下动车组爬轨安全性和倾覆安全性。考虑到一定的安全裕量,动车组车体横向加速度导数和侧滚角速度的限值分别确定为8 m/s3和5°/s。     

提高大风条件下动车组运行安全性的防风设施过渡段优化研究

作为穿越大风区的高速铁路,兰新高铁的行车安全受大风环境的影响较为严重。对兰新高铁进行大风环境实车试验后,发现列车在某些位置出现明显晃车现象。结合实地考察和现场实车试验,基于三维、定常、不可压雷诺平均SSTk-ω两方程湍流模型来模拟其中一处典型地段的流场特性,得出线路上方最大速度突变点,并采用局部挡风墙改造和铲土方的方法对原始突变流场进行了优化。结果发现:通过局部挡风墙和地形地貌的优化改造,可以明显改善原始流场的突变。90°风向角作用下,1号过渡段、1号山梁、2号山梁和2号过渡段处,2线上方3 m高度处横向速度峰峰值分别为优化前的56.3%、24.4%、55.8%和67.2%,防风效果改善明显。     

高速铁路动车组运行状态地面监测系统的研制

研制了一种高速铁路动车组运行状态监测系统。该监测系统包括安装于轨道上的测试单元、数据采集单元及评判分析软件等。其工作原理是应用轨道上的测试单元连续测得动车组通过时的轮轨力,根据轮轨力分析动车组的运行状态及车轮伤损状况。本文介绍该监测系统的技术方案及关键部件的设计与开发。该监测系统在兰新二线大风专项试验中得以应用及验证,并为兰新二线动车组在大风条件下的运行状态提供了重要的试验数据。     

我国客运专线高速列车安全运行大风预警系统研究

研究目的:为了确保大风天气条件下高速铁路动车组安全运行,必须建立大风预警系统,制定运行管制规则及对策,从而达到安全、高效行车的目的.研究结论:我国铁路沿线大风类型主要有寒潮大风、短时雷雨大风和台风大风.防风预警系统必须根据大风类型和地形地貌的不同,分别建立不同类型短时风速预测模式,其地形因数k由流体模拟与实际监测结果的比值确定,并绘制大风天气条件下高速列车运行管制曲线图,从而为行车指挥控制系统提供较为合理的行车速度限制信息.运用该研究成果既可降低大风对客运专线高速列车安全行车的影响和危害程度,又可保证最大程度的行车效率.     

JR东日本铁路大风监测技术研究

风对列车运行产生重要影响,日本铁路由于其特殊的地理位置,受风的影响较大,因此对风的研究起步较早,从而形成了比较系统的大风监测技术。介绍JR东日本铁路大风监测技术及大风应对举措的发展情况,详细分析风监测系统集中信息控制系统(CIC)的功能、网络构成、软硬件设备,阐述大风情况下列车运行控制规则的发展及其主要内容,并根据我国铁路现实情况提出借鉴建议,为我国铁路大风监测研究提供参考。     

铁路大风监测设备故障自动诊断远程报警系统

新疆铁路大风频繁,风害严重,铁路大风监测设备故障自动诊断远程报警系统的研究开发,使得技术保障部门在大风监测系统出现故障时,能够及时发现和处理故障,增加大风监测系统正常运行时间,从而保障风区铁路的运输安全,提高风区铁路的运输能力。     

基于多功能车辆总线的机车轴承故障诊断系统

研制开发的基于多功能车辆总线的机车轴承故障诊断系统是通过监测温度和振动信号来对机车走行部轴承进行早期诊断和预警,把组合预测模型引入机车轴承故障预警,使用灰色模型和时间序列模型预测故障增长性趋势和波动性趋势,再将预警值加以综合。给出了诊断系统的硬件结构、软件功能与特点。试验表明所开发的系统有很强的鲁棒性,能有效监测机车轴承故障。     

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。