Train routing and timetabling problem for heterogeneous train traffic with switchable scheduling rules

This paper proposes a mathematical model for the train routing and timetabling problem that allows a train to occasionally switch to the opposite track when it is not occupied, which we define it as switchable scheduling rule. The layouts of stations are taken into account in the proposed mathematical model to avoid head-on and rear-end collisions in stations. In this paper, train timetable could be scheduled by three different scheduling rules, i.e., no switchable scheduling rule (No-SSR) which allows trains switching track neither at stations and segments, incomplete switchable scheduling rule (In-SSR) which allows trains switching track at stations but not at segments, and complete switchable scheduling rule (Co-SSR) which allows trains switching track both at stations and segments. Numerical experiments are carried out on a small-scale railway corridor and a large-scale railway corridor based on Beijing–Shanghai high-speed railway (HSR) corridor respectively. The results of case studies indicate that Co-SSR outperforms the other two scheduling rules. It is also found that the proposed model can improve train operational efficiency.     

On particulate emissions from moving trains in a tunnel environment

Increasing attention is being paid to airborne particles in railway environments because of their potential to adversely affect health. In this study, we investigate the contribution of moving trains to both the concentration and size distribution of particles in tunnel environments. Real-time measurements were taken with high time-resolution instruments at a railway station platform in a tunnel in Stockholm in January 2013. The results show that individual trains stopping and starting at the platform substantially elevate the particulate concentrations with a mobility diameter greater than 100 nm. Two size modes of the particulate number concentrations were obtained. A mode of around 170 nm occurs when a train moves, while the other mode peaks at about 30 nm when there is no train in the station. By using principal component analysis (PCA), three contributing sources were identified on the basis of the classification of the sizes of the particles, namely railway-related mechanical wear, suspension due to the movement of trains and sparking of electric-powered components. It is concluded that the particulate matter released by individual moving trains is a key contributor to fine particles (100–500 nm) on the railway platform in a tunnel.     

横风下高速列车动力学参数的多目标优化

为改善高速列车横风下运行的动力学性能, 提高运行平稳性和安全性, 以轮轴横向力和轮重减载率为优化目标, 对高速列车动力学模型的悬挂参数进行多目标优化设计; 建立高速列车多体动力学参数化模型, 依照大风限速标准, 加载列车在横风下以不同速度运行的气动力数据, 选取了止挡间隙、一系悬挂纵向和垂向刚度、二系悬挂纵向和垂向刚度、一系垂向减振器刚度、二系横向和垂向减振器刚度、抗蛇形减振器刚度及阻尼11个变量; 搭建高速列车动力学模型优化平台, 对高速列车多体动力学参数化模型的设计参数与轮轴横向力和轮重减载率的相关性进行分析, 得到列车各悬挂参数对轮轴横向力和轮重减载率的影响趋势; 基于相关性结果, 采用NCGA、AMGA和NSGA-Ⅱ遗传算法对高速列车的动力学参数进行优化设计。分析结果表明: 采用NSGA-Ⅱ算法的优化结果最为理想; 与轮轴横向力和轮重减载率相关性最大的参数为抗蛇形减振器刚度, 为反效应; 优化后列车的动力学性能得到明显的改善, 轮重减载率从原始的0.78整体优化到0.63以下, 且最小可以优化到0.49, 最高可降低37.2%;轮轴横向力从原始的16.8 kN整体优化到9.6 kN以下, 且最小可以优化到5.79 kN, 最高可降低65.5%;得到了优化目标的Pareto前沿最优解, 确定了列车各动力学参数设计变量的最优解集, 并对最优解集在其他列车速度和风速组合下的运行工况进行验证, 适用性较好。     

基于自抗扰控制的地铁列车驾驶控制算法

基于PID算法或基于模糊PID算法的地铁列车ATO驾驶控制算法的速度响应误差大,加减速切换频繁,从而导致旅客舒适度一般,列车停车精度不高,列车能耗略高和运行时间存在一定误差的问题。搭建地铁列车模型,结合北京地铁亦庄线线路数据,通过仿真实验对比基于PID算法,基于模糊PID算法,基于专家系统,基于ADRC算法的地铁列车ATO驾驶控制算法的控制效果,并在实验中运用改进的粒子群算法对ADRC算法的参数进行快速整定。仿真结果表明:基于ADRC算法的地铁列车ATO驾驶控制算法的控制效果优于基于PID算法和基于模糊PID算法的地铁列车ATO驾驶控制算法,其控制效果和经验丰富的司机驾驶基本相当,可以有效提高旅客舒适度、列车停车精度,减小列车能耗、运行时间误差。     

智能化高铁全球专利布局分析

智能化高铁能实现智能行车、智能运维、智能服务、智能监控等功能,并拥有 自我检测、诊断和决策能力.以2000-2009年Derwent Innovation(德温特专利数据库)和INCOPAT(合享智慧数据库)中获得的专利文献数据为依托,通过对高速动车组尤其是智能化高铁的相关技术进行检索,分析主要领先企业在智能化高铁领域...     

时速600公里磁浮列车隧道初始压缩波洞内传播特征和洞口微气压波特征

基于三维数值模拟方法,采用一维可压缩非定常不等熵流动模型和改进广义黎曼变量特征线方法,在隧道入口端未设置以及设置开口型缓冲结构条件下,分别研究了初始压缩波在隧道洞内的传播及洞口(默认为出口)的微气压波特性。研究结果表明：隧道入口设置开口型缓冲结构与无缓冲结构相比,其产生的初始压缩波的最大压力梯度下降了67.56%;初始压缩波在隧道内的传播过程中存在先激化后衰减的过程,其中未设置缓冲结构和设置开口型缓冲结构的临界长度分别为2和6 km,而满足微气压波控制标准的临界隧道长度分别为33和34 km;虽然开口型缓冲结构可较大幅度降低初始压缩波的最大压力梯度,但是对于长大隧道而言,由于传播过程中压缩波不断激化,开口型缓冲结构实际上对减缓微气压波的作用存在较大幅度的弱化,建议还应采取如竖井等工程措施以减缓激化;缓冲结构对不同隧道长度的洞口内压缩波的最大压力梯度的影响不同,所以需要结合不同类型缓冲结构和长度等因素来确定对应的最佳隧道长度匹配关系。     

工业4.0下智能铁路前沿技术问题综述

以铁路基础设施和车辆为主要研究对象,结合智能制造涉及的前沿技术和方法,阐述了合理利用工业4.0的内涵要素进行中国下一代智能铁路数字化建设、改造与升级的重要性和必要性;按照工业4.0的基本概念、技术内涵、系统模型和技术框架的影响效果,对比分析了智能基础设施、智慧列车、智能运维及相关技术的实施过程和存在问题,并在此基础上分析了以智慧列车为核心的智能铁路数字化平台建设关键技术;概括了铁路传统制造向智能制造数字化建设的具体技术要求,整理了利用工业4.0六维模型解决人工智能、大数据、云计算和数字孪生等前沿技术与铁路传统制造业的融合问题,包括数据传输与共享、信息通信与安全技术的潜力挖掘、智能管理、技术应用、信息安全、状态智能感知等各个方面。研究结果表明：中国铁路数字信息技术和智能技术与传统制造过程存在融合不足的问题;智能制造的核心技术储备不足,状态智能感知、数据在线分析、工业控制系统等软硬件技术自主性不强;铁路系统大数据建设的数据传输和标准体系也不够完善;未来智能铁路应该加强工业4.0下铁路传统制造的标准化管理系统与数据信息安全系统的数字化设计、升级与改造;需要深刻思考和分析人工智能和大数据驱动等前沿技术与铁路的融合与实施,通过工业4.0涵盖的各项关键技术的实施和准确评估真正有效推动中国智能铁路先进数字化平台的建设和发展。     

高速列车运行速度作用于线路运能的规律

应用准移动闭塞系统和移动闭塞系统数学模型计算了总车距、列车间隔时间和线路运能, 选取制动加速度分别为-0.63、-0.75、-0.85、-0.90m·s^-2进行了仿真试验, 分析了高速列车运行速度作用于线路运能的规律。分析结果表明: 安全车距与列车减速停车时的初始速度呈正比关系, 列车间隔时间和线路运能与安全车距、列车运行速度和初始参数取值密切相关; 列车间隔时间存在极小值, 线路运能存在极大值; 制动加速度越小, 列车间隔时间越小, 线路运能越大; 列车间隔时间可以控制在3min以内, 线路每天运能可以达到1 000列以上; 准移动闭塞系统的列车间隔时间大于移动闭塞系统, 线路运能低于移动闭塞系统; 考虑工程应用的可行性使得准移动闭塞系统与移动闭塞系统的线路运能差距进一步扩大。     

基于边缘粒子滤波的高速列车性能参数估计方法

针对高速列车参数估计中参数增广为状态变量时所出现的非线性问题, 提出一种基于边缘粒子滤波的参数估计方法。在Rao-Blackwellised (RB) 框架下, 将高速列车性能参数估计的概率模型进行分块化处理。应用卡尔曼滤波对线性的状态块进行一步预测和测量更新, 应用粒子滤波对非线性的参数块进行一步预测与测量更新, 实现参数的动态估计, 并通过理论分析和高速列车参数估计实例验证了方法的有效性。分析结果表明: 与经典的扩展卡尔曼滤波相比, 提出的方法具有对初值免疫和算法稳定的特点; 参数估计误差快速收敛到5%以内, 且提出的参数估计方法是无偏估计, 具有较好的工程适用性。     

受电弓主动控制综述

为了抑制弓网耦合振动, 提高高速列车集流能力, 综述了受电弓主动控制研究过程中弓网系统建模、控制目标与测量系统、控制算法、操动机构及其安装、试验验证等5个关键环节的研究进展, 分析了弓网模型对接触力仿真结果精度和计算时间的影响、不同控制算法的优缺点和操动机构的选择方法, 展望了受电弓主动控制在模型优化、算法设计和信号修正等方面的未来研究重点。分析结果表明: 在受电弓主动控制研究中, 弓网模型的建立要同时考虑对系统关键因素的表征与计算效率, 控制目标的选取以能反映受流质量为准则, 量测系统需尽量减少机车扰动对量测结果可靠性的影响, 控制结构不能影响原有升弓机构的工作, 这些与控制算法的实时性与执行机构的高效性一起共同决定了受电弓主动控制的实用效能。