基于四点弦测法的轨面不平顺检测及复原方法

为了实现轨面不平顺的在线连续检测,并进一步提高弦测法的检测精度,提出了一种四点弦测法。通过理论推导其传递函数,并基于快速傅里叶（FFT）变换利用MATLAB建立了其自动复原算法。为更加合理地确定四点弦测法各参数,用20个随机产生的正弦波叠加模拟轨面不平顺并选用复原误差的最大值、平均值和标准差3个指标来进行复原精度比选。在最优参数的基础上,对上海地铁一段长30 m的实测数据进行复原,其结果与对应形式下三点弦测法的复原结果对比,结果表明四点弦测法的复原精度能控制在微米级,且相对于三点弦测法误差平均值和标准差均改善了50%以上,最大值改善了70%以上。     

基于不平顺谱的轨道不平顺状态评价与识别探讨

线路不同区段轨道质量参差不齐,但其幅频差异能很好地在各区段轨道不平顺功率谱密度（PSD）曲线上得到表征。基于此,结合沪宁客运专线轨检数据,从识别和评价两个方面对轨道平顺状态进行了研究。基于不同区段轨道谱存在幅频特性差异,提出以200m为一研究单元,通过分频段离散各单元轨道谱幅频信息,以三维图的形式进行不平顺的时频域识别分析。借鉴轨道谱分级管理的方法,同时综合波段整体不平顺和波段内各波长幅值波动程度两项指标,研究并给出了评价各里程单元平顺性的方法,将综合评价后各区段所属不平顺状态等级划分为优秀、良好、合格、失格。     

轨道不平顺非线性预测模型

分析了轨道高低不平顺非线性预测理论, 根据广深线运量和轨、车检测数据, 采用多元回归分析得到广深线轨道高低不平顺非线性预测模型, 将该模型用于预测未来轨道不平顺的发展情况, 并与实际检测值进行对比和误差分析。结果表明, 两者图形趋势较为一致, 说明用该模型预测轨道高低不平顺发展趋势是可行的。     

轨道不平顺的评价检测及噪声处理方法

轨道质量指数(TQI)检测数据通常为非等时距,采集的数据如缺乏修正和分类去噪处理会极大影响最终的预测精度,目前关于此类研究较少,尤其是去噪方法研究.结合T QI轨道质量指标,在对动静态检测方法进行比较的基础上,选取京广下行线开行轨检列车进行轨道不平顺动态检测.针对收集到的轨道病害检测数据,提出不良数据筛选原则及修正方法,引入卡尔曼(Kalman)滤波法对数据进行去噪,并在京广下行线验证去噪处理效果.结果表明:Kalman滤波效果较好,实时性强,能够有效去除高斯噪声及非高斯噪声,以Kalman滤波去噪为导向的线路精调后所得T QI指标优于未采用该方法的线路指标.最后,针对京广线检测到的轨道病害提出可行整修措施,为现场线路维护工作提供理论指导与依据.     

轨道不平顺噪音去除及其评价方法

轨道动态几何不平顺数据主要采用轨检车进行检测,由于缺乏去除功能,轨检车检测数据中存在噪音成分,不利于轨道质量状态的客观评价．本文提出去除噪音的方法,并利用概率密度法,对高低不平顺幅值特征进行统计描述。比较去除噪音首后的效果。     

轨道不平顺概率模型

为了高效选取轨道不平顺随机样本, 以满足车辆-轨道系统随机动力与可靠度分析中的激振源遍历性要求, 依据轨道随机不平顺的弱平稳与谱相似特征, 提出了一种轨道不平顺概率模型; 采用离散概率积分和统计方法, 在时域中将大量轨道不平顺检测信号分成若干个时程序列, 对每个序列采用谱分析法计算其统计功率谱密度分布; 采用矩阵法对轨道不平顺功率谱密度函数进行集合表征, 视每条谱线在不同频率点的功率谱密度概率具有累加性, 采用单一频率下的功率谱密度概率分布推知整条谱线的出现概率; 采用通用随机模拟方法选取代表性轨道谱, 并反演随机不平顺序列; 实测了某高速铁路约269km的轨道高低和方向不平顺, 基于车辆-轨道耦合动力学理论, 从轨道不平顺模拟幅值与车辆-轨道系统动力响应的概率密度分布出发, 对比了轨道不平顺概率模型与轨道不平顺随机模型的计算结果, 以验证轨道不平顺概率模型的正确性和高效性。计算结果表明: 以2种模型生成的轨道随机不平顺为激振源, 获得的车辆-轨道系统动力响应分布熵差异小于2%, 2种模型均能准确表达不平顺激扰特性; 为保证模拟与实测不平顺的概率密度分布一致, 采用随机模型和概率模型分别需要生成131和33个随机样本, 概率模型具有更高的分析效率; 在给定计算工况下, 轮轨力和车体加速度的幅值分别为38~152kN和-0.042g~0.043g (g为重力加速度), 均未超过《高速铁路设计规范》 (TB 10621—2014) 中的限值(轮轨力为170kN, 车体加速度为0.25g), 表明此高速铁路轨道不平顺状态较优, 行车安全性和舒适性可以得到保证。     

高架桥梯形轨枕轨道不平顺测量

北京地铁5号线天通苑站至天通苑北站之间铺设了一段长为171 m的梯形轨枕轨道试验段.为了得出符合城市轨道交通实际情况的轨道不平顺谱,对梯形轨枕轨道试验段进行了轨道不平顺测量,并对轨道不平顺功率谱进行了拟合,得出了拟合曲线的特征参数.通过对测量结果进行幅值分析和功率谱分析可知,北京地铁5号线梯形轨枕轨道试验段的轨道平顺状态较好.     

基于中点弦测模型的无砟轨道精调量迭代求解

为避免无砟轨道精调对外部几何参数测量的过度依赖,提出了一种基于轨道不平顺的精调量计算方法.该方法通过对轨道检查仪的惯性轨迹建立轨道不平顺的向量模型,构造了以恢复平顺性为目标的无砟轨道精调量的逐次超松弛迭代算法,并分析了算法的收敛性和收敛速度.提出的方法已在某高速铁路精调作业中规模试用,并通过动态检查验证了方法的有效性.研究表明:该方法具有收敛性,对轨道惯性轨迹进行有限次迭代即可获得满足平顺性要求的精调量;动态检查结果轨道质量指数为2.26,与绝对测量作业效果相当.      

轨道交通无砟轨道不平顺谱的拟合与特性分析

以上海轨道交通实测的无砟轨道不平顺数据作为样本,利用经典周期图法计算其轨道不平顺谱,进而得到原始轨道平均谱。基于轨道不平顺七参数拟合谱模型,利用非线性最小二乘法对原始轨道平均谱进行拟合,得出轨道谱的拟合参数。最后,将计算所得的无砟轨道谱拟合曲线与美国6级谱、德国高低干扰谱和中国七参数谱对比分析,结果表明:在中长波范围内,轨距、水平和高低不平顺状态较为优良,低于美国6级谱、德国高低干扰谱和中国干线轨道谱,而轨向不平顺谱则与美国6级谱水平相当;在短波范围内则无砟轨道谱谱值较大。     

城市轨道交通轨道不平顺谱分析

以上海域市轨道交通的轨道不平顺检测数据为样本,对城市轨道交通轨道不平顺的特征进行分析.首先,利用轨道不平顺变化率法和经验模态分解法对检测数据进行预处理,有效消除轨距和轨向不平顺检测数据的异常值和非线性趋势线,其次,对检测数据进行功率谱密度分析,并与美国6级轨道谱、德国铁路高低干扰谱和中国提速干线7参数谱进行比较,结果表...     

三点偏弦法复原轨面不平顺波形的理论及研究

弦测法是目前常用的轨面不平顺检测方法之一,通过研究30mm+300mm弦三点偏弦法的传递函数特性,给出幅频及相频关系,并利用傅立叶级数展开、合成的数学模型,实现弦测法对轨面不平顺波形的复原.单一频率下的正弦波调试验证了传递函数及傅立叶变换思路的准确性;通过比较正矢法及上海地铁波磨小车数据,分析其复原精度及可靠性,并针对...     

轨道不平顺与车轨动力响应之间的关系分析

从时域和频域两个方面来研究轨道不平顺与车轨动力响应之间的关系.首先,利用轨道不平顺和轮轨动力学模型来计算轮轨间的动力荷载,加载到轨道有限元模型上得到一定运量下的道床变形和轨道不平顺分布;其次,利用傅立叶变换分别得到了一定运量后轨道不平顺的里程-功率谱、平均功率谱及其拟合谱,分析了不同波长不平顺同道床沉降之间的相关性,并同现场数据相对照.再次,结合现场轨检车的测力轮对数据,包括轨道不平顺、轮载和车体振动加速度,分别从时域和频域两个方面对三者之间的相关性进行分析,并分析了轨道不平顺状态对车轨动力响应的影响程度;最后,认为道床沉降主要影响的是轨道长波不平顺,而对短波不平顺则影响不大,而且从时域和频域来看,轨道不平顺的分布与车体振动加速度的分布相类似,而与轮载分布不同,而且波长较长的轨道不平顺引起车体的振动,它是影响车体振动和车辆运行平稳性的主要因素.     

基于经验模态分解的轨道不平顺时频特征分析

高速铁路轨道不平顺测量值是由许多不同频率、不同幅值的单分量信号叠加而成的复杂随机过程.为分析轨道不平顺在空间域和频率域的分布特性,利用希尔伯特-黄变换方法提取轨道不平顺在时-频域的能量分布,为从幅值和波长两个方面综合评价轨道几何状态提供一种新的分析方法.首先,利用多元经验模态分解基于数据驱动的滤波特性,将轨道不平顺数据同时分解为不同尺度下的幅值-频率调制的多元本征模态函数;然后,通过希尔伯特变换计算各尺度下本征模态函数的瞬时频率,分析各层本征模态函数的频率和能量分布特征.通过对轨道检查车的实测轨道不平顺数据解算与分析表明:轨道不平顺的频率分布呈现出近似二进滤波特性,并且每个尺度下的频率带宽较窄;多元经验模态分解尺度图能确定轨道不平顺在各尺度下的能量分布及对应的波长特征;样本轨道不平顺数据中,轨距和水平不平顺的能量主要分布在中长波波段,轨向和高低的能量主要集中在空间波长4~36 m范围;扭曲的能量分布在波长为4.9 m和7.6 m的两个尺度内.      

基于改进灰色-马尔可夫链的轨道不平顺发展预测方法

轨道不平顺的发展受轨道、荷载、自然等因素的影响,它们的综合作用使轨道不平顺的发展过程呈现出趋势性和随机性特征.将灰色GM（1,1）预测理论与马尔可夫链预测理论相结合,提出一种适应轨道系统的改进灰色-马尔可夫链组合预测模型.新模型较好地处理了轨道系统内部各种不确定因素的影响,并能够充分挖掘历史数据给予的信息.应用新模型对轨道质量指数TQI进行实例计算,表明其具有很好的预测精度.     

Robust Spectral Estimation of Track Irregularity

Because the existing spectral estimation methods for railway track irregularity analysis are very sensitive to outliers, a robust spectral estimation method is presented to process track irregularity signals. The proposed robust method is verified using 100 groups of clean/contaminated data reflecting he vertical profile irregularity taken from Bejing-Guangzhou railway with a sampling frequency of 33 data every 10 m, and compared with the Auto Regressive (AR) model. The experimental results show that the proposed robust estimation is resistible to noise and insensitive to outliers, and is superior to the AR model in terms of efficiency,, stability and reliability.     

基于静动态抗滑特性的路面构造深度测量算法

路面湿滑是诱发交通事故的重要因素,为了解决构造深度和摩擦系数分别从路面静态纹理和动态摩擦运动角度方面反映路面抗滑性时存在的不一致问题,基于激光视觉测量方法得到沥青路面点云数据,提出一种有效构造深度测量算法;首先利用B样条对点云数据进行断点插值,在研究轮胎和路面接触摩擦的几何结构和抗滑机理的基础上,修正路表凹陷点数据;采用断面法估算构造深度,并和摩擦系数测试仪所得的数据进行相关性分析. 研究结果表明:本算法得到的横向和纵向平均构造深度与摩擦系数的相关系数分别为0.896和0.887,优于铺砂法的0.504;该方法能通过静态的构造深度隐性地反映动态的摩擦系数,兼具激光视觉测量方法的高效率和摩擦系数刻画抗滑性能的客观性,达到效率和精度的统一.      

钢轨轧制不平顺激扰下的动车组动力响应特性

以某有砟客运专线中出现波长为3.2 m的轨道周期性高低不平顺、继而引起“抖车”现象的线路区段为对象,基于同步压缩小波变换提取了轨道几何动、静态检测数据在大机捣固前后的时频分布特征,并结合钢轨轧制流程的梳理分析,明确了轨道周期性高低不平顺的成因,即可能由钢轨轧制过程中复合矫直工艺不良引起. 在此基础上,探究了钢轨轧制不平顺与车辆各部件振动加速度以及轮轨接触力的关联关系,获取了钢轨轧制不平顺对车辆动力响应的影响规律. 结果表明:轧制不平顺使得轴箱、转向架、车体垂向加速度的相干函数分别达到0.97、0.96和0.76,较正常区段分别增长了5%、25%和300%;轮轨垂向力相干函数增长42%,达到0.94,说明轧制不平顺与车辆各部件的振动响应和轮轨接触力密切相关;轧制不平顺将轴箱和车体垂向加速度均方根（root mean square,RMS）值分别放大1.00 m/s2和0.05 m/s2左右;轧制不平顺与轴箱垂向加速度和轮轨垂向力RMS值线性相关性最强,相关系数分别达到0.9和0.8.