高速铁路基础设施检测监测大数据分析技术研究与实践

随着高速铁路基础设施检测监测体系逐步完备,运用大数据、人工智能等新技术,更加精准、及时研判和科学评估基础设施服役状态的需求愈加迫切。围绕数据归集、传输、存储、治理、挖掘、共享、应用,构建铁路基础设施检测监测大数据总体架构,提出干扰数据修正、动态波形数据精准对齐、海量数据融合及综合展示等关键技术。在较为完善的大值安全报警的基础上,通过大数据分析实践,解决了工务、供电、电务等设备安全风险全面感知、设备状态准确评价、趋势变化精准预测等难题,为实现高铁安全超前防范和基础设施精准维修提供科学支撑。

基于线性拟合的区间轨道电路传输特性

分析不同载频的区间轨道电路检测数据散点图,提出采用线性拟合方法分析区间轨道电路传输特性。对不同载频不同时期的区间轨道电路检测数据进行线性拟合处理,提取衰减系数、波动系数和相关系数3个特性指标。将特性指标转化为随时间变化而变化的趋势图,用以研究区间轨道电路传输特性的变化趋势,并判断补偿电容工作状态。提出基于历史数据库的区间轨道电路动态性能评判方法,该方法与现有的标准曲线对比法相比,减少了数据需要量,增加了趋势分析功能。

信号设备动静态检测数据融合分析方法

铁路信号设备的动静态监测数据融合分析能够准确定位故障位置,发现安全隐患。以机车信号掉码分析为例,介绍轨道电路和应答器动静态融合分析方法。对于CTCS-3级列控系统,列举了现有的自车载端至地面端的动静态检测手段,分析了动静态融合分析的必要性。

绝缘节定位在铁路专业检测车中的应用探讨

通过研究现有铁路专业检测车中所采用的里程校正技术和列控车载设备中的绝缘节定位原理,结合对绝缘节信号响应的定性分析,提出可应用于检测车的绝缘节定位技术。与现有里程校正技术相比,绝缘节定位是一种低成本的、适用于复杂环境条件的里程校正技术,可与卫星定位技术共同组成专业检测车里程校正系统。

基于差分分析的补偿电容工作状态判定

介绍现有信号检测系统对补偿电容工作状态的判定方法,并指出现有方法的不足。提出基于差分分析的补偿电容工作状态判定方法,通过对4种不同载频轨道电路区段的数据分析,验证该方法可以提高补偿电容失效判定的准确性。

鹧鸪山隧道施工围岩变形监测及回归分析

新奥法是目前国内外广泛采用的隧道动态监测设计施工方法,监控量测是新奥法施工的重要组成部分。通过对汶马高速公路鹧鸪山隧道施工过程中隧道水平收敛和拱顶下沉的监测,研究了隧道围岩的变形规律,并运用回归分析进行了拟合,估算出围岩的最终变形量,推断出二次衬砌的合理时机,防止施工中重大事故的发生,确保了隧道施工安全和质量,为类似工程的施工提供了参考。

牵引回流检测系统误差校准及不确定度评定

提出一种基于检测输入和输出进行对比的校准方法,对牵引回流检测系统进行校准。分析校准测量数据,得出牵引回流检测结果存在的误差为系统误差,并进行校准。通过对校准测量结果影响因素的分析,提出测量结果不确定度的计算方法并进行了计算。结果表明,该校准方法可行有效,检测系统通过校准后,检测结果具有准确性并满足技术规范要求。

基于信号动态检测的高速铁路CTCS降级问题分析

我国已经开通运营的300km/h及以上的高速铁路,大多采用CTCS-3级列车控制系统,在日常检测中经常发现降级问题。通过对动态检测发现的降级问题进行分析,总结出无线超时导致降级的原因,积累故障处理方法、经验,不断提高故障处理业务水平、数据分析水平,确保CTCS-3级列控系统的稳定运行和安全性。

轨道电路传输电压测量不确定度评估方法研究

信号动态检测系统对轨道电路传输特性进行检测,可以发现信号设备存在的隐患。随着设备应用水平的提高,精度要求更高。介绍了轨道电路传输电压测量不确定度的评估方法,以此来验证现有设备的测量精度。

重载铁路条件下信号动态检测分析系统试验

阐述SIAS-1型信号动态检测分析系统(简称信号动态检测分析系统)功能和结构组成。根据重载铁路现场试验环境和信号动态检测分析系统的实际情况,确定试验内容;提出轨道电路检测子系统、补偿电容检测子系统和机车信号无线传输子系统的试验方案;验证信号动态检测系统的设计原理、功能及性能,以及检测结果的精度、重复性、准确性和一致性。

GSM-R网络异常越区切换分类及判决算法研究

GSM-R网络越区切换性能与高速铁路列车运行安全息息相关。在列车实际运营中,异常越区切换问题相比切换失败问题更为常见,但目前对其尚未有明确定义及有效的判决算法,也导致无法有效划分GSM-R小区,并分析其对行车的影响。基于GSM-R动态检测越区切换数据,结合列车位置与行驶方向,分析不同异常切换的特点,将异常切换问题分为提前切换、滞后切换、反向切换、重复切换、跨基站切换以及其他异常切换6类,并提出基于GSM-R网络基础数据库的异常越区切换判决算法,实现了列车异常越区切换自动识别和类型判定,以及以小区为单位的切换结果统计。结合实际动态检测数据对异常越区切换判决算法进行验证,依据实际案例分析不同类型异常切换的特征。实验结果表明,提出的异常越区切换分类标准具有合理性且判决算法具有准确性,为GSM-R通信小区的准确划分和异常切换的影响评估提供支撑。

基于RBF-DRNN应答器传输系统高速适应性评估方法研究

应答器传输模块(BTM)在不同速度下接收有效报文帧数的准确预测是评估其速度适应性的关键,因此提出一种基于RBF-DRNN的有效接收报文帧数预测方法,用于定量评估传输系统在350 km/h及以上运行条件下的适应性。首先,采用径向基函数(RBF)神经网络建立列车速度与车载设备接收最大、平均、最小比特数之间的非线性回归模型;然后,利用深度递归神经网络(DRNN)建立车载设备接收比特数、误码率、有效率与接收有效报文帧数之间的评估模型;最后,基于RBF模型预测的高速下接收比特数,结合实际误码率、有效率,预测传输系统在更高时速下接收有效报文帧数的变化范围。利用某线路联调联试数据,对模型性能进行测试。结果表明,当列车运行速度达350 km/h及以上时,评估平均误差为0.45帧,最大绝对误差为0.81帧,可有效预测更高速条件下BTM有效接收报文帧数,为应答器传输系统的高速适应性评估提供指导意义。

基于TAX数据的定位技术在电务检测车上的应用

电务检测车信号动态检测时,通过连挂的机车车载设备获取轨道电路信号等信息,机车均安装有TAX装置。TAX数据中包含有速度、里程、信号机编号及类型等信息,且其数据接口是开放的。利用TAX装置定位数据可省略动态检测时地面信号数据库转译过程,降低操作人员工作量,将TAX定位数据通过无线传输的方式应用于电务检测车,将为日常使用提供极大的便利。

车载列控EMC监测系统在信号动态检测中的应用

基于EMC技术的车载列控运行环境电磁干扰监测系统应用于信号动态检测中,实现对列控系统天线附近电磁环境的监测和车载列控设备电磁干扰的实时测试及分析,能够辅助分析车载列控设备出现的问题。

基于可靠性理论的轨道电路补偿电容失效规律分析

针对轨道电路补偿电容设备在实际运用环境下使用寿命存在较大差异性的实际情况,开展基于可靠性理论的补偿电容失效规律分析。评估了不同分布模型对补偿电容失效数据统计特征的适应性,选取拟合程度最好的三参数威布尔分布模型,对外界环境影响下的补偿电容失效率进行分析。结果表明:(1)在相同室外使用条件下,不同批次补偿电容的失效规律存在差别,可能与设备质量或安装工艺有关;(2)采用壁挂式安装方式的补偿电容设备更易受外界影响,补偿电容退化速度更快;(3)寒冷地区气温变化导致的冰雪凝结、融化过程,会对补偿电容设备产生不利影响。现场运维单位应根据补偿电容失效规律,对补偿电容失效较多的时间及区域加大检查力度,有侧重性地开展运维工作,以提升工作质量与效率。

考虑轨面设备的无绝缘轨道电路道砟电阻回归测量方法

针对无绝缘轨道电路中因补偿电容和调谐区单元等轨面设备影响而难以准确测量道砟电阻的问题,提出由轨面电流幅值测量、参数拟合和回归计算3部分组成的道砟电阻回归测量方法。根据传输线理论,构建轨面电流幅值包络模型,分析道砟电阻、补偿电容和调谐区设备对轨面电流幅值的影响规律;对轨面电流幅值进行指数拟合,得到不同道砟电阻所对应的衰减因子,构建衰减因子与道砟电阻的回归计算式;基于人工方式实地测量的轨面电流幅值,回归计算得到道砟电阻;通过轨道电路半实物仿真实验平台,对该测量方法分别进行功能验证和性能验证。结果表明:功能验证中,仅测量指定3个位置点的轨面电流,即可较为准确地估算出道砟电阻,绝对误差为0.08Ω⋅km,相对误差为4.04%;性能验证中,计算得到道砟电阻的最大绝对误差仅为0.157Ω⋅km,对应的相对误差为7.9%,且测量结果受补偿电容和调谐区设备故障的影响较小。

900 MHz频段LTE-FDD系统部署对GSM-R系统影响实验研究

为提高频率使用率,公网运营商开始将铁路沿线900 MHz GSM系统升级为LTE-FDD系统。为研究900 MHz频段LTE-FDD系统部署对铁路GSM-R系统产生的影响,在实验室搭建了仿真环境,并按照检测标准和维护标准对GSM-R系统承载的语音业务、列车控制类数据业务和通用分组无线服务的服务质量指标分别进行测试。测试结果表明:(1)在不发生切换和重选时,900 MHz LTE-FDD系统对GSM-R系统的语音及非列车运行控制类数据业务、分组交换数据业务无明显影响;(2)在935~945 MHz频段布置LTE-FDD系统可能会对GSM-R系统的列车运行控制类数据业务产生负面影响,导致传输干扰时间变长、传输无差错时间变短;(3)当GSM-R系统与LTE-FDD系统保护频带>11 MHz时,不会对GSM-R网络服务质量造成影响。

轨道电路补偿电容失效模式分析

结合我国铁路所采用的轨道电路设计及维护标准,介绍无绝缘轨道电路补偿电容设置原则,分析补偿电容的失效原因及相应的防护措施。根据综合检测列车的信号动态检测数据,按年度和月度分析高速铁路轨道电路补偿电容的失效趋势,验证了维护标准中规定的补偿电容设计寿命,并对日常维修维护提出相关建议。

基于LSTM的轨道电路补偿电容故障数量预测

针对铁路现场的补偿电容故障记录,提出一种基于长短时记忆(LSTM)的轨道电路补偿电容故障数量预测方法。首先基于补偿电容故障记录,按一定的间隔时间统计构建补偿电容故障数量随时间变化的序列;然后基于LSTM构建故障数量预测模型,利用AdaDelta算法训练模型参数;再针对LSTM初始化超参数对预测模型性能有较大影响的问题,利用萤火虫算法对超参数进行优化,从而挖掘补偿电容故障数量随时间的变化规律,并实现对补偿电容未来一段时间内故障数量的预测。实验表明,该方法能够良好地拟合补偿电容故障数量随时间的变化规律,并能够较准确地预测补偿电容的故障数量,从而可以指导铁路部门提前协调设备、资金和维修人员等资源,提高补偿电容运维效率,为补偿电容故障预测的研究提供了新思路。

基于检测车数据的JTC补偿电容容值估计方法

为满足铁路现场对无绝缘轨道电路补偿电容进行“状态修”的需要,基于电磁场理论建立并验证检测车补偿电容检测过程的有限元模型。在此基础上,分析补偿电容、钢轨阻抗和道床电阻对检测车接收天线中反馈信号幅值包络的影响程度,建立补偿电容、钢轨电感与反馈信号幅值包络峰值三者间的回归模型。根据检测车对补偿电容的故障诊断特点,提出基于检测车数据的钢轨电感回归估计方法,并以此给出补偿电容容值估算公式。实验表明,本文方法具有估值准确、鲁棒性强等特点,为进一步实现补偿电容的故障预测和“状态修”提供理论支持。