既有高速动车组车载地震紧急处置装置加装技术方案研究

随着我国高速铁路地震监测预警工作的推进,我国高速铁路地震监测预警系统的工程推广已提到议事日程。高速动车组加装车载地震紧急处置装置,能在地震发生时有效控制列车运行,确保行车安全,减轻地震次生灾害。在前期车载地震紧急处置装置研究的基础上,通过对我国既有高速动车组加装车载地震紧急处置装置的可行性分析,提出了既有高速动车组加装车载地震紧急处置装置的技术方案,为今后车载地震紧急处置装置在既有高速动车组上的工程推广提供了理论基础和技术支持。     

高速动车组车载地震紧急处置装置自动控车方案研究

我国高速铁路地震预警系统采用车载地震紧急处置装置实现地震分级控车功能.目前,Ⅰ级警报的处置方式由司机进行人工控制,响应速度在很大程度上受司机操控的影响,不利于提高地震紧急处置的快速性、及时性和准确性.文中在前期车载地震紧急处置装置研究的基础上,结合实际应用需求,提出了车载地震紧急处置装置自动控车技术方案,包括系统组成、...     

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。     

高速铁路地震紧急自动处置系统的研究

对国外高速铁路地震紧急自动处置系统的现状和发展、以及我国列车速度提高后地震对高速铁路运营安全的危险性进行分析,研究地震紧急自动处置系统监测点设置与报警安全性的关系。高速铁路地震紧急自动处置系统由监控中心设备(设在运营调度中心内)、车站设备和地震监测点设备构成,给出了系统功能结构、应用系统体系结构和总体网络结构。根据我国高速铁路基础设施在典型地震波激励下的最大动力响应系数,建议我国高速铁路地震紧急自动处置的报警阈值为45 Gal;通过对各种报警方式进行比选分析,提出我国高速铁路地震紧急自动处置系统报警及列车运行控制采用牵引变电所控制模式,监测点设置间距20~30 km,并尽量将地震监测点设置在牵引变电所内,以降低建设投资。     

高速铁路地震紧急处置系统的研究

研究适应我国高速铁路特点和地震活动性的地震预警与紧急处置,是高速铁路地震安全及震后恢复的需要,为此构建高速铁路地震紧急处置系统,结合系统的架构、紧急处置方案、紧急处置行车规则,详述了设计方案,同时阐述地震处置影响范围计算、数据实时接入、大数据处理、GIS服务等关键技术。系统开发完毕后进行了功能验证和现场测试,各项功能指标均满足高速铁路运行及安全防护需求,可有效防止、减少地震灾害对高速铁路列车运行的影响。     

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。     

高速铁路地震监测技术研究与紧急处置系统的构建

主要介绍我国高速铁路沿线地震危害现状,阐述高速铁路地震监测原理、监测点设置原则以及地震灾害紧急处置机制.提出中国高速铁路地震监测与紧急处置系统的构建方案,并给出分阶段建设的实施建议.     

用于高速铁路地震预警的铁道线路特征点提取方法

高速铁路地震预警系统紧急处置时需要高铁线路成网分布的线路信息,目前线路信息量巨大,需要压缩线路数据,保证紧急处置的实时性。提出了一种通过曲率筛选和Douglas-Peucker算法提取铁道线路特征点的方法,可实现铁道线路数据的压缩,同时能够保持铁道线的原始路径。经过计算比选,曲率筛选点的保留比例为2%、Douglas-Peucker阈值设为2. 0 km时的效果最优。对我国101段铁道线的343 740个GPS采集点进行了压缩处理,共提取出了433个特征点,提取前后线路的最大偏差为2. 06 km,最小偏差0. 54 km,满足地震预警紧急处置的需求。     

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。     

基于地震P波双参数阈值的高速铁路Ⅰ级地震警报预测方法

以提升高速铁路地震紧急处置的时效性并满足有效性要求为目标,研究基于地震P波卓越周期τc阈值和最大竖向位移Pd阈值的高速铁路Ⅰ级地震警报预测方法。利用日本K-net强震数据,分别统计P波触发后1,2,3s时间窗下τc与震级M的线性关系和Pd与地震加速度PGA的线性关系,基于这2种统计关系计算得到P波3个时间窗下震级M=6时对应的τc的阈值和PGA=40cm·s-2时对应的Pd的阈值,在此基础上,建立高速铁路Ⅰ级地震警报"4等级预测方法",明确等级3为达到高速铁路Ⅰ级地震警报的预测标准。采用2016年4月14日熊本6.5级地震时九州新干线沿线K-net强震台站的数据,分析"4等级预测方法"的有效性与时效性。结果表明:该方法可以在最接近震源的KMM006台站P波触发后1s准确地预测出Ⅰ级地震警报,并较九州新干线脱轨时刻和气象厅紧急地震速报发布时刻分别提前了3.34和4.84s,能够满足高速铁路地震监测预警系统发展的需要。     

高速铁路防灾安全监控系统研究与开发

防灾安全监控系统是铁路信息化总体规划中的一个重要子系统。在对国外高速铁路防灾安全监控系统现状调研的基础上,分析灾害监测技术及发展趋势,研究大风、暴雨、大雪、地震灾害及异物侵限突发事件对列车运行安全的危害性,结合我国高速铁路实际情况,提出防灾安全监控系统总体结构、网络结构、系统功能及相关系统接口关系,搭建凤、雨、雪、地震及异物侵限监测的模拟试验环境,开发防灾安全监控原型系统,实现风、雨、雪、地震自然灾害及异物侵限实时监测信息分布式获取、集中管理、紧急处置、综合分析与运用,及时掌握灾害发生动态。     

基于性能的高速铁路钢管混凝土 拱桥地震经济风险分析

在基于性能的地震风险评价理论基础上,以一座高速铁路钢管混凝土系杆拱桥为例,采用有限元分析软件建立全桥模型,运用增量动力分析(IDA)方法对该桥拱肋进行地震易损性分析,建立关键截面的易损性曲线,结合地震危险性和损失比,选取年预期损失作为地震经济风险指标,定量分析该桥的地震经济风险。研究结果表明:IDA方法用于钢管混凝土拱桥的地震经济风险分析是可行的,该桥主要经济风险来源于超越概率较高的中小级别地震,占桥梁整体经济风险损失的77.3%,通过对易损区域的局部加固设计,在提高桥梁鲁棒性的同时可减小结构的地震经济风险。     

高速铁路梁桥减隔震研究

研究目的:高速平稳行车的安全性、舒适性、巨大的列车活荷载对高速铁路桥梁支座的性能有着严格要求,一般的减隔震装置难以满足要求。因此,本文提出功能分离的设计理念,研发适用于高速铁路桥梁的功能分离型减隔震系统,并采用振动台试验验证功能分离型减隔震系统对高速铁路简支梁桥地震响应的控制效果。研究结论:(1)功能分离型减隔震系统工作后,桥面峰值加速度在不同烈度下减少幅度达30%~51%,证实了功能分离型减隔震系统的有效性,台面加速度被削弱程度仅与地震输入烈度大小有关,与输入地震波特性无关;(2)功能分离型减隔震系统工作机制遵循了本文建议的基于功能分离型减隔震系统的高速铁路桥梁减隔震设计原则;(3)地震强度对功能分离型减隔震系统的最大水平滑动位移影响较大,最大水平滑动位移随着地震强度的增大而增加,功能分离型减隔震系统复位状况良好,发挥了良好的滞回耗能和提供了足够的恢复力的功能,阻止能量向桥梁上部结构的传递;(4)调节功能分离型减隔震系统中的铅芯橡胶支座的水平刚度,可有效减小梁体在地震作用下的水平位移,提高功能分离型减隔震系统的适用性是进一步研究内容;(5)该研究结论可为减隔震技术在高速铁路简支桥梁中的设计和应用提供全新的思路和手段。     

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。     

高速铁路连续梁桥全寿命周期概率地震损失分析

在全概率PBEE方法(PEER-PBEE Methodology)的基础上,建立桥梁结构全寿命周期地震损失计算方法和分析流程。以一座高速铁路连续梁桥为背景,通过地震易损性和地震危险性的卷积确定结构的地震风险概率,最终得到桥梁结构全寿命周期地震损失。研究结果表明:该高速铁路连续梁桥在寿命周期内发生轻微损伤和中等损伤的概率较大,其造成的损失约占全部地震损失的70%;桥梁系统寿命周期震害损失与资金折现率有关,占结构初始成本的1.91%～4.38%;本文研究结果对高速铁路桥梁结构的地震经济损失计算方法和地震巨灾保险的未来推广具有借鉴意义。     

高速铁路动车段试车线列控系统设计方案研究

在目前尚未制订高速铁路动车段试车线列控系统技术标准的情况下,研究分析我国高速铁路动车段试车线动车组列控车载设备的测试需求,针对车载设备主要功能(包括列控模式切换、列控等级转换、临时限速、车载与RBC仿真系统建立连接和无线通信会话、RBC切换、轨道电路信息接收、应答器信息接收、自动过分相、测速测距、常用制动、紧急制动等)进行测试流程及试车场景设计,在此基础上研究试车线列控系统设备组成,提出高速铁路动车段试车线列控系统设计方案,达到动车组在试车线上往返运行一次即可实现对列控车载设备性能全面测试的目标。     

新型减隔震装置在高速铁路桥梁中的应用研究

研究目的:针对铁路简支梁桥的抗震设计特点,提出一种适用于高速铁路简支箱梁的新型软钢阻尼器——弹塑性限位减隔震装置,该装置可与常规桥梁支座共同作用,组成一种新的减隔震体系。以某高速铁路双线32 m简支箱梁为计算实例,结合试验研究成果,采用滑移三折线恢复力模型输入弹塑性限位减隔震装置的力学特性,利用非线性时程分析方法,对弹塑性限位减隔震装置的减隔震性能进行分析。研究结论:(1)采用滑移三折线模型,可以很好地模拟弹塑性限位减隔震装置的非线性特征,装置计算输出的滞回曲线与试验研究结果可以很好地吻合;(2)弹塑性限位减隔震装置可显著延长桥梁的自振周期,并通过装置的塑性变形耗能能力可以大幅降低桥墩的地震力,对于不同墩高的32 m简支箱梁桥,弹塑性限位减隔震装置均可以发挥良好的减隔震效果,罕遇地震下的减震率在55%以上,减震效果优良;(3)新型弹塑性限位减隔震装置,构造简单、施工方便、性能可靠,在工程造价有限增加的情况下,能以较小的代价将高速铁路常规简支梁桥的抗震设防等级由多遇地震提高到罕遇地震,社会与经济效应显著;(4)弹塑性限位减隔震装置可以有效地降低结构关键部位在地震作用下的位移,减小结构构件的地震力,确保结构在地震下的安全,在高速铁路桥梁抗震领域中将会有广阔的前景。     

高速铁路地震监测预警与列控系统接口研究及试验

列控系统是高速铁路地震监测预警系统控车的主要方式之一,高速铁路地震监测预警系统(CRES)采用什么方式与既有列控系统衔接?接收到地震预警信息后,列控系统如何进行正确有效的防护和处置?列控系统的整体防护有效性和时效性如何?通过现场静态和动态试验,对以上问题进行分析说明。     

多维三鉴复合传感探测技术在高速铁路周界安防中的应用

高速铁路周界入侵报警系统要求零漏报、低误报和精准定位。介绍高速铁路沿线环境特点和周界入侵的主要形式,提出在周界入侵报警系统中采用多维三鉴复合传感探测技术;阐述技术原理和系统结构,并提出采用视频监控作为复核手段,以便入侵确认和事后处置;重点对该技术在高速铁路周界安防中的应用场景和前端探测装置的安装位置进行分析研究;通过现场试验,验证了该技术在高速铁路周界安防中的有效性。     

高速铁路线路红光带故障应急处置箱的设计及运用

本文介绍了应急箱的结构及功能,以沪昆高铁(浙江段)的运用为实例,阐述了高速铁路发生线路红光带故障应急处置时,使用应急处置箱可缩短故障处置时间,起到快捷高效的效果,为后期高速铁路发生同类故障处置时提供参考.