大跨度铁路桥梁支座位移智能监测技术研究及应用

以一座5跨连续刚性梁柔性拱下承式钢桁梁桥为背景,基于图像识别技术提出一种桥梁支座位移的智能监测方法,通过高清摄像头对桥梁支座进行实时观测并自动识别图像中的支座位移数据,并与人工检查结果及常规传感器监测数据进行对比,校验智能识别数据的准确性,再依据智能监测数据研究支座位移的相关规律。结果表明：本文提出的基于图像的支座位移监测方法能够有效获取支座位移的实时数据,识别精度可以达到0.5 mm;该智能监测方法能够直观查看支座工作状态,避免出现常规传感器由于自身原因产生的异常数据对支座状态进行误判。通过分析智能监测数据,发现各测点支座位移与对应梁段范围伸缩变形基本一致,与环境温度之间存在明显的相关性,支座活动性能良好;列车作用下支座会发生短时位移,待列车过桥后支座恢复原位,整体保持弹性状态。     

长东黄河二桥摇轴支座纵向位移病害整治

对新菏线长东黄河二桥40 m跨摇轴支座的异常纵向位移进行分析,根据观测资料提出引起病害的原因主要是梁体徐变上拱度,对产生徐变上拱度的主要原因进行分析,并详细介绍采取的措施和整治方案。     

基于双向调高支座的不顶梁更换桥梁支座技术

针对桥梁支座病害维修需求,现有支座更换方法都需要顶升桥梁来完成支座更换,对桥梁结构安全及交通运营产生较大影响。本研究设计并制造了一种低熔点合金双向调高测力桥梁支座,利用其双向调高的特性,研发了不顶升桥梁更换桥梁支座的技术。在实际工程背景下,将不顶梁更换桥梁支座技术与既有顶梁更换支座技术进行对比。利用该技术在桥梁支座更换过程中,无需顶升桥梁上部结构即可完成支座更换,有效避免了桥梁结构因顶升产生的应力变化,提高了维修效率和安全性。同时,该技术操作简便,对交通运营影响小,具有广泛的适用性和推广价值。     

基于SURF-PROSAC法的高铁桥梁位移测量技术研究

快速、便捷、有效的结构变形监测技术是保障高铁桥梁运营安全的重要手段。目前,桥梁变形监测大多采用接触式传感器,如加速度传感器、应变计以及位移计等设备。这些设备通常需要固定在表面或埋入结构内部,由于施工难度大、系统造价高、后期维护较为繁琐,难以广泛应用于数量大且封闭性高的高铁桥梁。为此,提出一种基于机器视觉的高铁桥梁位移测量技术,将SURF(Speeded Up Robust Features)特征检测方法与FLANN-PROSAC(Fast Library for Approximate Nearest Neighbors- Progressive Sampling Consensus)匹配算法相结合。利用智能手机采集结构变形视频,实现了结构位移的快速测量。在实验室内,通过对汉字标记进行识别,探索了视觉方法在光照变化、雾气条件、物体遮挡等多种工况下的适应性。模型试验结果表明：在光照变化条件下,特征点数量会随着光照强度的降低而减少;而在物体遮挡和雾气条件下,特征点数量则会由于遮挡面积和雾气浓度的改变而出现波动变化。同时,机器视觉方法的测量结果能够较好地与位移计结果相吻合,最大偏差率少于5%。在现场实验中,进一步验证了机器视觉方法在不同表面特征(稳固标记和随机标记)识别中的稳定性,清晰测量出高铁桥梁在运营过程中的结构关键位置的位移变化趋势。此外,基于智能手机的测量系统具有良好的便携性,能够适应跨越道路、河道等多类型测量环境。研究成果可实现结构动态位移的非接触式测量,为高铁桥梁定期管养检测、长期性变形监测提供新的解决思路。     

铁路桥梁用叠层橡胶支座力学性能分析

通过选用合适的橡胶本构模型,用有限元数值方法对不规则大变形的橡胶弹性元件进行了分析,得到了橡胶元件的载荷一位移曲线,并计算出等效刚度。采用超弹性材料模型对橡胶支座进行了有限元数值冲击的定性分析,得出其动刚度的变化情况。     

基于计算机视觉的桥梁位移识别方法研究

为了解决传统接触式位移传感器在实际桥梁位移检测中存在的安装复杂、测量范围受限等问题,将SURF(Speeded Up Robust Features)特征点检测与KLT(Kanade-Lucas-Tomasi)特征追踪算法相结合,提出了一种基于计算机视觉的特征光流桥梁位移测量方法。利用消费级相机对实验室斜拉桥模型进行测试,并与传统激光测量方法进行了对比,验证了本文所提方法的有效性。同时,从有无靶标、相机距离、光线强弱3个方面探讨了该算法的鲁棒性,最后将本文所提方法与主流视觉方法进行了对比分析。结果表明,特征光流法能够精确测量桥梁的振动位移,最大误差仅为0.73 mm,为桥梁在复杂环境下的非接触式实时位移监测提供了新的思路。     

基于能量法的铅芯橡胶支座隔震桥梁设计方法

依据能量平衡原理,建立隔震桥梁系统能量反应方程,将桥墩与铅芯橡胶支座串联,构建隔震桥梁能量反应的双线性分析模型.结合现行<铁路工程抗震规范>,合理选取40条强震记录作为地震输入,对不同周期的隔震桥梁系统进行非线性地震能量反应时程分析.结合铅芯橡胶支座本身的动力特性,给出具有统计意义的适用于Ⅰ类场地的桥梁隔震设计地震输入总能量谱.提出以地震输入隔震桥梁系统的能量达到铅芯橡胶支座的极限耗能作为破坏准则、由地震输入总能量谱得到地震输入能量、隔震度作为隔震目标、隔震支座位移延性比作为限制条件的减隔震桥梁设计方法.     

基于特征融合的接触网定位支座区域检测研究

针对电气化铁路接触网检测领域中,定位支座区域快速准确检测的问题,分别使用SURF加速稳健特征匹配的方法、局部二值模式LBP特征结合支持向量机SVM的方法和方向梯度直方图HOG特征结合SVM的方法对接触网定位支座区域进行对比试验.在此基础上,提出将LBP特征和HOG特征降维处理后,串行融合结合SVM的方法对定位支座区域进...     

基于机器视觉的无砟轨道层间结构位移测量方法研究

为实现板式无砟轨道层间离缝的全天候监测,提出一种基于机器视觉的非接触式层间结构位移测量方法。针对传统Canny边缘检测算法自适应性较差的问题,对其进行改进。利用自适应中值滤波器代替高斯滤波器;提出一种基于分块迭代的局部阈值分割法自适应地选取阈值,并通过高斯拟合算法检测改进算法的优越性。通过室内试验对标记点大小、光源强度、拍摄距离和拍摄角度4个方面进行对比分析,选择最适测量参数。试验结果表明,在标记点运动的状态下,最大测量误差为2.6%,在误差的允许范围之内。通过现场测试验证,该测量方法可有效地对板式无砟轨道层间结构位移进行精确测量,为我国高速铁路的运行安全监测提供技术支持。     

球形钢支座构造间隙与钢轨支点横向相对位移关系的研究

球形钢支座目前广泛用于客运专线铁路连续梁,由于其构造间隙往往大于1 mm,而《新建时速300~350 km客运专线铁路设计暂行规定》中规定:"无砟轨道桥梁相邻梁梁端两侧的钢轨支点横向相对位移不应大于1 mm"。笔者旨在探讨球形钢支座构造间隙、钢轨支点横向相对位移以及两者之间的传导机制和相互影响,以指导球形钢支座的设计、制造和安装。     

基于改进支持向量域描述的道岔转辙机运行状态异常检测

针对铁路道岔转辙机缺乏大量异常样本来实施其运行状态异常检测的问题,提出了基于改进的支持向量数据域描述方法的异常检测模型。以ZYJ7型液压道岔转辙机为研究对象,利用既有微机监测系统采集道岔功率数据。用聚类的方法对数据进行清洗,接着对功率数据在时间序列上进行解锁、转换和锁闭分解,分别提取其统计特征值,采用主成分分析(PCA)法对特征值进行降维处理,将经过处理后的数据输入到异常检测分类器进行模型训练和模型测试。实验结果表明,改进的支持向量域描述(SVDD)分类器对道岔运行状态的异常检测有较强的识别能力。     

基于ICEEMDAN-FE和支持向量机的三电平逆变器的故障诊断技术

为了提高三电平逆变器复杂开路故障诊断的准确率,提出了一种应用“改进自适应噪声完备集合经验模态分解‒模糊熵（ICEEMDAN‒FE）”和“支持向量机（SVM）”结合的三电平逆变器故障诊断方法。首先,检测信号选取三相负载电压,为降低特征向量的维数,对三相负载电压进行Concordia变换,转换为α-β相电压;然后,通过ICEEMDAN算法提取α-β相电压的特征,得到不同尺度的内禀模态函数（IMF）,再利用主成分分析（PCA）降维剔除IMF虚假分量;最后,计算优选的IMF的模糊熵均值作为特征向量,输入到多分类SVM中进行训练分类,进而实现对二极管中点箝位型（NPC）三电平逆变器的故障诊断。仿真试验结果表明,该方法能够有效识别多种开路故障模式,具有抗噪性能强,诊断速度快,诊断精度高等优点。     

全自动运行线路备用控制中心的配置与管理

介绍了全自动无人驾驶线路备用控制中心的主要功能定位及系统配置,从接口冗余性和冗余热备两方面进行主用控制中心/备用控制中心冗余性分析,提出了备用控制中心的日常管理及应急处置方案,并进行方案分析比选,讨论了不同备用控制中心接管场景的应急处置流程,为全自动线路备用控制中心设计及设备、人员配置提供理论依据.     

纵横梁线路加固体系空间结构受力分析

研究目的:目前大型顶进式框构桥线路加固体系多以横梁受力为主,对其受力分析通常按平面结构进行计算,但这样就忽略了横抬梁间距大小对加固体系承载力的影响,显然这种结构计算存在一定的缺陷和不足.本文从空间结构角度对此进行受力分析,提出纵横梁综合加固法,解决了按平面结构计算存在的不足,可为类似顶进式框构桥施工线路加固方案提供借鉴.研究结论:以旅顺北路下穿铁路框构桥工程为例,对纵横梁线路加固体系进行了受力分析.以纵梁为主承力构件的线路加固体系可以实现框构桥空顶就位,但可实现的跨度较小;以横梁为主承力构件的线路加固体系可实现的跨度大,适合大型顶进式框构桥.另外,研究提出了一种按空间结构计算横梁线路加固体系承载力的方法,该方法简便、准确、有效,具有较强的推广价值.     

基于CEEMD的无绝缘轨道电路调谐区故障特征提取

针对无绝缘轨道电路调谐区故障特征难以提取的问题,提出基于补充总体平均经验模态分解(CEEMD)的调谐区故障特征提取方法。采用四端网理论和传输线理论构建无绝缘轨道电路模型,仿真分析调谐区不同故障对轨道电路表面电压的影响;利用经验模态分解(EMD)、总体经验模态分解(EEMD)及CEEMD分别对电压信号进行分解,再提取故障特征向量。仿真结果表明：CEEMD方法抑制了EMD和EEMD引起的模态混叠和残留噪声现象,提高了运算效率,能够有效提取无绝缘轨道电路调谐区故障特征。     

新线开通对线网客流特征的影响

随着北京市轨道交通的快速发展,每年的新线开通都将对线网各线的客流分布产生较大的影响,但新线可研多注重新线自身的预测,缺乏线网整体变化的预测分析.结合线网客流变化的关键因素,探索利用新线可研和现有OD数据预测新线开通后线网客流的方法,并以北京地铁4号线开通为例进行验证,从一定程度上证明该方法的可行性和适用性.     

列车组合测速系统安全完整性分析

采用编码里程计及多普勒雷达进行组合测速,描述了列车组合测速平台的主要结构,提出了利用卡尔曼滤波残差字2来检测列车空转/打滑故障的方法。采用故障树分析法对列车组合测速系统进行了故障分析,并对其故障树进行重构,根据实际参数对组合测速系统危险侧失效率进行了计算。计算结果证明,利用多普勒雷达补偿列车空转/打滑,列车组合测速系统的安全完整性符合SIL 4等级。     

铁路隧道二次衬砌敲击检查声音特征分析及智能识别

为实现铁路隧道二次衬砌背后空洞智能诊断,基于声音识别技术,建立隧道空洞敲击检查声音智能识别模型。收集645段检查锤敲击衬砌的声音样本,运用信号特征分析的基本方法,分析有空洞和无空洞状态下声音信号的时域和频域特征,并提取24维梅尔频率倒谱系数作为机器学习数据集。用主成分分析法降维,经混合粒子群算法优化的支持向量机训练后,建立铁路隧道空洞敲击检查声音智能识别模型,将该模型应用于实际铁路隧道验证其有效性。建立的声音识别模型训练时长为31 s,准确率达95.56%,且能准确对实际工程中的声音样本做出分类。研究结果表明：对2种状态下的声音样本时域特征和频域特征进行对比和分析,不同状态下短时能量和声纹都出现明显的不同。运用PCA-混合PSO-SVM建立的声音识别模型,有着较高的准确率和较快的训练速度,能够根据敲击检查声音准确判断出隧道背后是否存在空洞,如何根据声音特征判断衬砌背后空洞的大小和深度等,将是下一步研究的重点。目前铁路隧道快速无损检测还无法大范围普及,人工检查仍是使用最广泛的检查方法,通过研究敲击检查声音智能识别,为隧道智能化诊断做出新的探索,对加快人工检查速度、提高信息化程度和实现无纸化作业有着重要的意义。     

基于新陈代谢GM(1,1)模型的客车轴温预测算法

介绍一种基于新陈代谢灰色模型的客车轴温预测算法,对现有算法进行了改进。该算法可对轴温的变化趋势进行预测,且预测精度较高,并可以有效地提高轴温报警器的报警准确度。