基于综合优属度的大风区高速铁路线路方案优选研究

为了应对西部路网扩张过程中必须面临的大风环境高铁建造问题,从问题的本源出发,研究选线设计与大风环境的耦合关系,建立科学的决策模型成为实现高速铁路高质量建设的关键内容。通过分析大风区高速铁路线路方案设计的主要影响因素并参考选线原则,从工程技术、生态环境、防风工程和社会效益4个方面选取22项指标,建立大风区高速铁路线路方案优选的多层次指标体系。采用三角模糊数对定性指标量化后,引入最佳去模糊性能值的方法将其转化为精确数,并融合粗糙集理论中的属性约简算法与信息熵理论,根据属性重要度将冗余或不重要的属性去除,实现初选指标的筛选。为使结果既能反映决策者的主观经验,又能反映指标数据的客观真实性,同时兼顾数据的变异和相互影响程度,分别采用G2法和CRITIC法进行主、客观赋权,并引入最优卡方距离的思想计算最终权重。最后,统筹考虑距离相似性和几何相似性维度,采用靶心距确定距离优属度以及与集合曲线趋势变化的趋同程度确定几何优属度,建立基于综合优属度的大风区高速铁路线路方案决策模型,并结合工程实例对模型进行验证。结果表明,基于本模型的大风区高速铁路方案的决策结果与工程实际具有较好的一致性,验证了模型的可靠性和适用性,为大风区高铁线路方案优化设计提供一定的理论支持。

高原地区无缝道岔健康监测研究

研究目的:无缝道岔是无缝线路的关键技术之一,高原地区的气候复杂使其受力更为复杂,为保证列车的安全运营,有必要对其进行长期实时健康监测。本文针对高原地区无缝道岔构建实时健康监测系统,并对一组道岔进行为期2个月的在线监测,对监测期内的轨温、尖轨尖端位移及尖轨断轨进行相应分析。研究结论:(1)钢轨温度变化趋势与气温变化趋势相同,最高轨温始终高于日最高气温,平均差值为11.75℃,其出现时间总体来讲早于气温出现3 h左右;(2)最低轨温与气温值基本相同,其出现时间也基本相近,大致于早上7:00—8:00出现;(3)钢轨温度和大气温度之间存在较好的一次线性关系,当气温变化1℃时轨温变化约为1.5℃;(4)尖轨尖端的纵向位移变化趋势与气温和轨温变化趋势相同,与气温间呈一次线性关系;(5)本文研究可为高原地区无缝道岔的养护维修提供数据支撑。

宝中增建二线引入中卫铁路枢纽方案研究

在中卫铁路枢纽现状分析和规划线路研究的基础上,为实现宁夏自治区“五市同城化”动力集中型列车直通的功能需求,结合近、远期运量及相关线路建设时机,统筹考虑中卫枢纽点线能力协调,研究宝中二线引入中卫铁路枢纽方案。将宝中线、太中银线以及包兰线作为整体进行综合研究,分析宝中增建二线利用既有通道和新建通道两类四个方案,推荐运输组织顺畅、投资较省的利用太中银铁路黄河桥方案;围绕宝中增建二线的运输组织,研究了双线运输及双单线运输方式,推荐运输能力适应性强、运输组织顺畅的新建线路按下行方向运行方案,最后对潘营至余丁联络线于既有太中银黄河桥出岔及施工方案进行研究,提出可实施性强、投资节省的建设方案。结合工程建设条件,对新建线路从通道选择、运输组织、工程技术等方面进行多方案研究比选,为整合枢纽内线路设备资源、优化枢纽布局及运输组织提供参考。

盐宜铁路油气田区域选线方法研究

盐泰锡常宜铁路北起盐城,经泰州、无锡、常州,南止于宜兴。该线路是策应“交通强国”国家战略,推进长三角城市群区域一体化发展的需要。本文以线路走向中油田为切入点,利用数值仿真方法建立了油气开采沉降模型、爆炸波伤害效应模型和爆炸火球伤害效应模型,结果表明:(1)研究区最大沉降量为2.9 mm;盐城1号井喷时发生爆炸的安全距离为119 m;发生火灾时安全距离为141 m;(2)结合相关规范,综合得出拟建高速铁路与油气井最小安全距离不小于150 m;(3)对盐城至泰州段线路走向方案进行选线研究,将整体线路走向及卤汀河局部方案进行比选,综合确定了科学、经济、合理的线路方案,满足了铁路设计的总体目标。

基于三维随机树算法的稠密约束环境铁路线路优化

铁路选线是一个复杂的工程问题,尤其是当稠密约束选线环境内存在起伏地形高差约束和大量障碍物时,现有计算机辅助线路设计方法往往需要耗费大量的计算时间和资源才能生成优化方案,甚至容易停滞,无法找到可行方案。为解决这一问题,提出一种三维快速搜索随机树算法以期快速生成满足所有约束的线路方案。首先,为避免随机树搜索陷入局部最优,提出平-纵整合式随机树启发式采样方法,将随机树搜索扩展到三维空间并实现对选线搜索区域的全面探索。其次,为了在线路搜索过程中高效提取相关环境信息,提出多源异构综合地理信息的统一管理方法,针对环境信息特点定制相应的储存策略,将地形、障碍物等环境信息离散到综合地理信息模型中,并在随机树搜索过程中动态处治障碍物约束。随后集成启发式采样方法和约束处治算子,提出随机树进化搜索方法,在随机树拓展过程中高效检索和处治障碍物,快速生成优化路径方案。最后,将此方法应用于一个真实稠密约束线路案例中,实验结果证明,此方法能实现对所有障碍物约束的空间绕避,并能快速产生优化线路方案,相比于人工方案,机选方案的造价降低了4.8%。实验结果表明此方法可以提高线路设计效率,为人工设计提供有价值的参考。

高铁呼南通道邵永铁路引入邵阳地区方案研究

研究目的:呼南通道作为“八纵八横”国家高铁主通道之一,邵阳至永州铁路是呼南通道的重要组成部分。本文基于邵阳地区既有铁路、客流特点、城市规划等因素,研究提出邵永铁路在邵阳地区的引入方案,再根据运输能力适应、既有设备利用、工程投资节省、运营成本控制、未来持续发展等需求,进一步细化比选,形成邵永铁路引入邵阳地区的优选推荐方案。研究结论:(1)根据邵阳地区既有铁路概况,以及邵阳市城市总体规划和客运需求,研究提出邵永铁路引入邵阳站和新设邵阳南站两大系列方案;(2)通过比较分析各项具体方案的线路布局、工程投资、运输质量、未来发展等控制因素,推荐采用按线路别引入邵阳站娄邵场调整到发线分工的方案,并预留未来娄邵高铁引入邵阳站的条件;(3)本研究结果可应用于高铁呼南通道邵永段的勘察设计中,对引入工程的建设具有指导作用。

云桂铁路总体设计及技术创新

云桂铁路为中国“八纵八横”高速铁路主通道之一“广昆通道”的组成部分,路网地位突出。根据该项目的功能定位及项目特点,结合地形地质条件、城市规划、环境敏感点、工程安全以及投资合理性等方面,分析确定合理的枢纽引入、线路走向以及重点桥梁、隧道工程方案。项目设计过程中以“系统最优、风险可控”为核心思想,开展了科技攻关和工程实践工作,取得了系列技术创新成果,具有针对性、实用性和理论性,对复杂艰险山区高速铁路建设具有重要指导意义。

基于云模型和累积前景理论的山区铁路绿色低碳线路优选

铁路作为一种绿色的交通方式,在我国的交通强国战略和双碳目标中扮演重要角色,开展绿色低碳研究势在必行。铁路选线设计统领项目全局的阶段,对后续的建设、运营具有决定性作用。然而,设计比选易受到专家和决策者的影响,专家评价存在不确定性和模糊性,而决策者存在主观偏好,难以定性评判方案优劣。此外,项目初期需要反复修改优化设计方案,难以获得全面的方案数据,而目前贯彻绿色低碳理念的选线设计研究较少,缺少相应的工程案例做参考,定量描述线路设计低碳设计水平存在挑战。为了解决上述问题,提出一种基于云模型和累积前景理论的山区铁路绿色低碳线路设计优选方法。结合山区铁路特征和绿色低碳设计理念构建评价体系,用熵权法和CRITIC法获取指标权重。采用云模型综合考虑专家评语中的不确定性和模糊性,借助累积前景理论考虑决策者的主观偏好。提出在设计阶段估算铁路线路碳排放量和车站光伏发电潜力的公式,实现了对线路低碳设计水平的定量描述。以中老铁路孟阿至班普亚一段为例进行分析,所得结论与专家一致,验证了方法的有效性。这将为山区铁路线路设计提供决策支持,为交通碳排放计算和光伏潜力评估提供一种新的思路,有助于我国的绿色低碳转型和经济高质量发展。

成渝中线高速铁路时速400 km关键技术创新研究

成渝中线高速铁路建成后将成为我国建设标准最高、运行速度最快的高速铁路。为贯彻国家创新驱动发展战略,结合中国国家铁路集团有限公司CR450科技创新工程,依托成渝中线高速铁路的建设,开展我国时速400 km高速铁路关键技术的创新研究和更高速度标准的综合试验验证,系统优化完善我国既有时速250~350 km高速铁路基础理论及规范标准,全面构建时速400 km全生命周期技术标准体系。研究成果不仅可助推我国高速铁路装备升级和高速铁路成套建造技术创新发展,还能指导我国的既有高速铁路网进一步提速,促进区域社会经济高质量发展。

顾及环境敏感特征的铁路线路方案优选方法研究

为合理地解决环境敏感区铁路线路方案综合优选问题,研究顾及环境敏感特征的铁路线路方案优选方法 .首先,基于文献调研和环境敏感区特征探析,分析总结影响线路方案的因素,构建涵盖4大方面18项指标的顾及环境敏感特征的铁路线路方案优选指标体系.其次,在专家经验主观赋权和工程信息客观赋权的基础上,运用灰色关联分析理论进行组合赋权.然后,结合改进优劣解距离法(Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution, TOPSIS)确定各线路方案的相对贴近度,进而实现线路方案优选.最后,以新建铁路西宁至成都线合作至郎木寺段线路方案选择为例进行优选方法验证.研究结果表明:该区段线路的4个备选方案的相对贴近度依次为0.527 9,0.523 6,0.508 7,0.522 7,方案一的相对贴近度最大为最优方案,基于本方法的优选结果与实际专家论证结果一致;与传统TOPSIS比较,基于改进TOPSIS的运算结果避免了计算结果受单方面优势指标影响的弊端,在运算过程中将线路方案涉及的极端优劣指标进行综合权衡考量,得到的运算结果更贴近实际情况.研究成果可为未来环境敏感区线路方案优选问题提供一种新的优选思路.

基于深度强化学习的铁路纵断面智能设计模型研究

传统智能算法通常要求变量维度在计算过程中不变,而铁路纵断面智能设计中的变坡点数量需要根据地形等变化自适应确定。考虑到强化学习能从地面高程和已经生成的线形等环境数据中获得最优策略的特点,将深度强化学习方法应用于纵断面智能设计,研究智能体决策变坡点的方法,提出铁路纵断面设计的变坡点决策模型,确定模型中的状态、动作、奖励等表达形式。结合纵断面设计约束多的特点,引入动作屏蔽机制处理约束,加快收敛并提高模型性能。将计算期引入模型的状态,提出通过单网络产生多个多目标策略的单网络多策略的多目标处理方法。通过实际工程案例验证了本文所提模型的正确性和有效性。

菏兰铁路引入兰考南站方案研究

研究目的:设计方案比选是一个多目标、多因素、多层次的系统工程。因引入新增线路,结合预测运量,既有线路的通过能力远期已趋于饱和,需进行各方案的优缺点分析,并合理选择引入方案。本文通过菏兰铁路引入兰考南站方案研究,选择合理的引入方案,确定合理的线路走向,达到降低工程难度和节省投资的目的。研究结论:(1)本文通过对运输组织、技术经济、车站咽喉疏解近期工程、同步实施线下工程、已实施工程等诸多方面的研究,结合河南省最新城际铁路网规划,分析各方案的优缺点,确定出相对优化的推荐方案,即上下行联络线分别在东西咽喉疏解方案;(2)通过运营条件、线路长度、工程投资等诸多方面的分析,结合沿线村镇分布、联络线设置条件等因素,对引入兰考南站线路方案进行了研究,推荐东绕仪封乡以R=3 000 m限速引入兰考南站方案;(3)本文研究可为类似项目的方案比选奠定理论基础,具有一定的参考价值。

基于云模型的高速铁路引入铁路枢纽线路方案优选研究

针对高速铁路引入铁路枢纽线路方案设计所面临的多维环境影响、多重约束条件以及多元评价目标,建立科学的线路方案决策模型成为亟需解决的关键难题。以走得通、走得稳、走得好、走得省为目标,从5个维度选取30项指标建立高速铁路引入铁路枢纽线路方案优选的层次指标体系。采用改进的黄金分割法和云模型理论对定性指标进行系统量化后转化为灰色关联系数矩阵,度量决策信息的差异性和不确定性的同时还能衡量与目标序列趋势变化的趋同程度。为了提供科学客观和准确系统的决策支持,统筹VIKOR法和改进密切值法建立基于客观数据驱动的线路方案决策模型,从不同维度对备选方案进行全面评估;在深入分析沿线5个利益群体的利益诉求以及不利后果的基础上,引入Pythagorean模糊云模型理论优化了由于利益群体有限理性行为所引起的缺陷,并融合逼近理想解排序的思想建立了基于方案偏好驱动的线路方案决策模型,提高方案的可行性和可接受性。最后统筹考虑客观数据信息值以及方案偏好信息值进行综合决策,并结合工程实例对模型进行应用分析。结果表明:基于本模型的决策结果与工程实际具有较好的一致性,验证了模型的可靠性和适用性,为高速铁路引入铁路枢纽线路方案优化设计提供了一定的理论支持。

成渝双城经济圈背景下市域(郊)铁路速度目标值方案研究--以重庆市域(郊)铁路大足线为例

市域(郊)铁路是弥补城市轨道交通覆盖不足,满足外围组团与主城区核心区域快速联系,加强城乡一体化建设进程的轨道交通线路。其速度目标值的合理选择不仅要满足线路的功能定位和运营需求,同时也是确定工程规模、车辆选型、线路条件以及工程投资的基础。为研究市域(郊)铁路速度目标值方案的比选方法,在成渝双城经济圈背景下,结合市域(郊)铁路发展趋势,以重庆市域(郊)铁路大足线为例,在分析大足线功能定位及时间目标要求的基础上,从满足时间目标以及缩短城市空间时空距离两个目标出发,对120,140 km/h以及160 km/h三个速度目标值方案进行综合比选。最终结合客流特征,通过对不同速度目标值情况下时间目标的适应性、站间距的匹配性、节时效果、达速比、土建工程投资以及运营成本等指标的定性和定量分析,确定本线采用速度较高的160 km/h速度目标值方案能够较好地满足时间目标值需求,为长大距离出行的乘客出行提供优质服务。

双碳经济视角下的铁路选线思考

以双碳经济视角下的铁路选线为研究目的,通过详细分析国内外铁路碳排放和选线设计方面的研究成果,深入阐述不同阶段铁路碳排放的机理和途径,指明了铁路选线在降低铁路碳排放方面的重要作用。根据政策和中国铁路发展现状,对实现碳中和的途径进行积极分析和探索。同时,对双碳目标下铁路选线设计新要求进行详细研究。针对碳约束下的铁路选线设计,提出基于减碳低碳目标的铁路选线原则,并对选线设计重点和减碳低碳目标下的技术经济比较分析进行研究并提出建议。研究表明,铁路选线设计关系到铁路建设阶段和运营阶段碳排放,应在技术经济比较中纳入碳排放的比较因素,同时应从技术标准选择、线路空间位置布设、不同构造物分布等方面做好线路方案的深化研究和技术经济分析工作。

铁路隧道衬砌病害智能检测技术研究

研究目的:铁路隧道方面的缺陷病害已成为影响我国铁路运营安全的重要隐患,其中隧道衬砌质量问题尤为突出。针对隧道衬砌病害检测智能化程度低、人工判释标准不统一、地质雷达检测图像判释过程受设备型号、判释人员技术能力因素干扰等问题,本文以隧道衬砌病害地质雷达检测图像为样本库,训练图像识别算法,实现铁路隧道衬砌各类病害的智能识别,为铁路隧道质量检测提供自动化、智能化工具。研究结论:(1)研究了隧道衬砌地质雷达缺陷图像特征,发现隧道衬砌质量病害的判定对检测人员的经验要求较高,具有一定主观性;(2)构建了不同种类病害的地质雷达影像样本库,通过训练智能识别模型,实现对不同病害的快速、自动识别;(3)针对某铁路项目中的隧道衬砌质量检测图像,进行了衬砌质量智能检测,识别结果显示,该技术可以有效避免检测过程中的人为因素干扰,提高了检测的工作效率和分析结论的准确性。

窄轨距货运铁路最小曲线半径分析与计算

最小曲线半径是铁路的重要技术参数之一,其取值直接影响列车运行速度。结合塞拉利昂佩佩港—唐克里里矿山专用铁路改造工程,对窄轨距(1 067 mm)货运单线铁路的最小曲线半径进行分析计算,得出货车车速分别是40 km/h、50 km/h、60 km/h和80 km/h时、在一般和困难两种工况下对应的平面最小曲线半径取值,以期为该线路改造提供参考。

GIS空间分析与铁路线路评价指标的量化

将GIS的空间分析功能应用于铁路选线方案综合影响评价领域,将原来定性描述的指标进行定量描述;还可进一步精确量化地质条件、占地情况、拆迁情况等评价指标。

长沙至衡阳低真空管道磁浮线路方案动力性能评估

低温超高真空管磁悬浮是当前世界各国争相发展的超高速交通方式之一。目前,该研究正处于起步阶段,有必要对其动力性能进行评估。以长沙至衡阳低真空管道磁悬浮试验线为例,建立低温超导电动悬浮制式的车辆-线路耦合模型,分析磁浮车辆通过该段线路时的动力性能。首先,计算得到以1 000 km/h速度运行时的车体垂向和横向加速度、悬浮力及导向力情况。在此基础上,绘制各动力性能指标的频数直方图,分析其在不同区间的分布情况,研究各动力性能指标随曲线半径的变化规律。研究结果表明,磁浮车辆通过长沙至衡阳线路时,计算得到的车体垂向和横向加速度均低于舒适性限值,动力性能满足要求;从车辆动力性能角度来看,缓和曲线长度设置为1 400 m合理;曲线半径20 000 m、车速1 000 km/h与横坡为16°相匹配,各项动力性能指标较优。研究结果可为超高速磁悬浮线路设计提供参考建议。

关于高速铁路客运专线线路设计问题的探讨

结合参与郑西、武广客运专线设计体会,就高速客运专线线路设计执行《京沪高速铁路设计暂行规定》中的若干问题,提出探讨性建议。包括:线路平面设计的最大曲线半径选用、缓和曲线长度及曲线超高设置;线路纵断面设计的最大坡度、最小坡段长度、坡段连接;平、纵断面组合设计等。