基于改进RandLA-Net的铁路桥梁点云构件级分割方法

随着无人机和激光扫描技术的快速发展,点云数据成为铁路桥梁施工进度管理的重要信息源。桥梁构件级结构的精细分割是施工进度监测和工期评估的关键步骤。为此,提出基于RandLA-Net改进的铁路桥梁点云构件级分割方法。首先,顾及自注意力机制,捕捉离散点之间的全局上下文语义关系,并嵌入位置编码块,增强点的位置特征;其次,根据输入特征动态调整权重或池化操作,改进注意力池化模块,使网络集中关注输入数据的特定区域,自适应地聚合来自相邻点的信息。结果表明,该方法在实际处理铁路桥梁点云数据集时,比RandLA-Net的平均交并比提升了2.4%,具有良好的分割性能。

基于改进Faster R-CNN和正交投影的无砟轨道板裂缝精细化测量

裂缝的检测和宽度识别是无砟轨道板养护维修作业的重要依据。为此,提出一种基于改进Faster R-CNN和正交投影的裂缝宽度测量方法,并基于虚拟模型合成数据,充分训练深度网络,实现对复杂背景下无砟轨道板表面裂缝的精准检测,以提高裂缝几何特征量化的可靠性。首先,基于二维CAD图纸建立参数化的无砟轨道结构三维BIM模型,并通过UE5物理引擎实现真实裂缝特征与虚拟轨道模型的随机融合和真实巡检场景渲染;然后,通过配置虚拟摄像机输出,模拟真实巡检场景下的虚拟裂缝图像,充分训练改进后的Faster R-CNN网络,并在轨道巡检车采集到的原始图像上进行测试;最后,采用正交投影法逐像素地计算检测结果中裂缝的宽度,并与人工取点测量结果进行对比分析。结果表明:改进后的Faster R-CNN网络对于裂缝检测的平均精度提高约10%;网络性能随训练数据的虚实图像比例而变化,于4∶1时达到饱和,平均精度达95.12%;使用融合裂缝数据集训练出的网络模型能够在保持高精准率的同时,达到更高的召回率,有效减少了裂缝的错检、漏检;与人工测量相比,正交投影法测得的裂缝最小宽度与最大宽度分别增大了3.64%和22.40%,测量结果更加稳定且接近真实值,具有更高的可靠性。

铁路工程智能建造体系深化研究

为践行铁路“十四五”科技创新发展规划,在智能高速铁路体系架构的基础上进一步深化研究。加大铁路工程软件核心技术自主化研发,开展基于物联网的智能工地、人机共融的智能机械和基于大数据的智能决策深入研究,提出铁路智能建造的应用场景,在勘察设计、工程施工、建设管理3大应用领域上细分为37个关键业务场景和攻关方向;深化智能建造的数据服务架构,提出智能建造标准体系完善思路,为我国铁路智能建造落地实施提供了参考和指引。

基于贝叶斯BWM-VMEA组合模型的牵引供电设备施工风险源等级划分研究

牵引供电设备施工风险源及其等级划分是设备可靠性评估的关键依据。传统依赖于专家主观判断的等级划分方法具有高特异性、低通用性和不全面性,易导致最不利施工风险源的判断偏离实际。提出基于贝叶斯(Best-Worst Method-Variation Mode and Effect Analysis,BWM-VMEA)组合模型的牵引供电设备施工风险源定量等级划分方法,首先采用贝叶斯BWM模型计算施工风险源权重,然后运用VMEA模型引入施工风险源的变化量,最后划分各个施工风险源的风险等级。案例结果表明,考虑施工风险源的变化量影响,有助于刻画施工风险源危害程度的全部特征,得出不同于仅依据权重排序的最不利施工风险源结果,并缩小了最不利施工风险源范围。使用相同案例数据比较分析得出,该组合模型相较于层次分析法可以有效协调专家主观偏好,权重判断结果具有更好的一致性比率(提升近50%),更优的最低限度违反指标(缩小近3倍)和更小的总偏离度(减小1.751 4),具有决策过程更科学、计算结果更精细的优势。该组合模型科学合理地识别施工风险源危害程度,有助于运维决策者快速追溯设备故障的最不利施工风险源,高效处理设备故障问题。

高速综合检测车多源信息融合集成平台设计及关键技术研究

高速综合检测车作为高铁日常检测和联调联试最重要的移动检测设备之一,缺乏高效信息融合集成及现场决策指挥的管理手段。结合日常检测与联调联试特点,提出高速综合检测车多源信息融合集成平台的建设目标,并对平台的总体架构、功能、界面、硬件架构进行设计。分析信息融合与信息集成的联系,阐明多源信息融合技术在高速综合检测车的实现过程。开展BIM信息融合、GIS信息融合、基础设施设备融合、多图协同联动、高体量BIM模型动态加载、跨平台互联互通及信息共享、多维可视化等关键技术研究及创新应用。高速综合检测车多源信息融合集成平台基于“一张屏+M张图”实现多维信息集成共享、多专业数据融合分析、一体化决策及可视化展示,提升多方协同沟通效率,提高基础设施智能化管理水平,为高速铁路运营安全评估和养护维修指导提供技术支撑。

融合北斗技术的铁路工程线铺轨施工安全管理关键技术

针对铁路长大深埋隧道群工程,研究工程线铺轨施工安全预警关键技术。介绍铺轨施工安全管控总体需求、关键技术、技术创新点、试点及应用情况。融合北斗技术研发长大深埋隧道群内外通信组网、车辆及人员实时定位、终端报警装备、调度指挥中心监控系统,实现车车、车人接近预警,运用技防手段有效降低碰撞发生风险。成套技术采用先试点后推广方式应用于成昆铁路峨冕段铺轨工程,与管理手段相结合,保障工程线铺轨施工安全。

顾及灵敏性利用变形速率判识高铁沉降异常数据

面向在建高速铁路沉降观测的海量数据,为了快速、批量、自动甄别不能反映真实沉降状态的异常数据,基于沉降观测历史大数据与数理统计方法,本文制定了路基、桥涵、隧道各主要工况的沉降异常数据判识参考阈值;经剔除无效观测数据后,采用灵敏性优先与计算结果辅助校验稳定性的策略,将平均变形速率的波动情况与参考阈值作对比,实现自动判识沉降异常数据。应用这些方法,设计研发了铁路沉降变形观测信息系统,并在西康、西延高速铁路项目中推广应用,经验算,在单次变形速率与平均变形速率之间,通过设置灵敏性调整系数,可以抑制该方法的误判率,提升稳定性,在项目中能快速甄别出沉降异常数据及所处里程位置。

京张高铁清华园隧道施工管理BIM关键技术

文章针对京张高铁清华园隧道工程位于城市核心区环境保护要求高、穿越复杂地质地层环境风险高、国内首条单洞双线大直径盾构施工技术难度大等一系列影响和制约隧道高效安全建设的重难点因素,创新提出了基于BIM的信息化施工管理总体解决方案。首先提出了盾构法隧道BIM实施应用准则,为BIM信息化应用提供基础;然后重点深入研究了BIM、图像轻量化、大数据、三维激光扫描、自动监测等关键技术在盾构法隧道施工中的融合创新;最后结合工程实际应用,解决了隧道施工过程中存在的各种重大风险源、安全质量隐患、关键进度节点及资源协调难等重难点问题,提高了参建各方信息化、精细化管理水平,并为探索盾构法隧道工程三维可视化数字档案研究提供借鉴。

高速铁路隧道工程精益化建设管理关键技术

施工技术复杂多样、不可预见风险因素多和所处不良地质复杂多变是制约高速铁路隧道安全高效建设的主要因素,要实现隧道工程的高效建设,就要提高隧道建设管理模式和信息化应用水平。基于此,文章首先研究提出高速铁路隧道精益化建设管理应用模式;然后重点深入研究BIM、超前地质预报、隧道围岩量测、三维断面扫描等关键技术在高速铁路隧道工程精益化建设管理中的深度融合应用,并研发了轻门户移动端和云服务信息管理系统;最后结合工程实际应用进行验证,实现了对隧道工程建设中重难点风险源监控、关键任务红线管控和安全质量问题的有效管理,有效地提高了各参建单位协同作业效率,达到了精益化建设管理目标。

铁路网络与信息安全管理系统研究与设计

针对铁路网络安全技术与安全需求的实际状况,提出并设计了一种铁路网络与信息安全管理系统,系统实现了各种网络安全设备、主机设备的集中管理,网络安全事件的实时监控和安全风险的综合评估。文章对系统总体架构、主要功能、关键技术进行了研究和分析,对网络与信息安全管理的发展趋势和下一阶段的工作给出了建议。

基于BIM和北斗卫星定位的路基连续压实信息系统研究

针对路基数字化施工的应用需求,研发了支持北斗卫星定位与BIM(Building Information Modeling)关联和准确对应的路基连续压实信息系统。主要功能包括压实数据采集、采集端软件动态监测和展示、数据断点续传、压实数据在Web端以BIM形式展示、质量数据统计分析、业务报表生成、过程控制中多台压路机协同作业等。北斗卫星定位坐标与路基BIM检测单元之间的换算方法既能避免涉密坐标在互联网中传输,又能实现在BIM上以分段、分层的方式将压实信息与模型检测单元对应展示。该实现方法对BIM和北斗的结合使用具有参考价值。

面向建设期铁路大数据的分级存储方法研究

我国铁路网包含众多建设期和运营期路段,均会产生大量业务数据,然而传统的单节点大数据存储方式存在访问速度慢和时效性低等局限性,无法有效缓解数据存储压力。文章基于数据分级存储的思想,设计一种分布式大数据分级存储架构;综合考虑建设期铁路大数据的业务属性和存储数据库的固有属性,建立一套数据价值评价体系;基于专家评价法计算各数据表在不同评价维度下的价值,并通过K-means聚类算法判定各数据表相应的存储级别;以某建设期铁路大数据为实验样本进行验证,实验结果表明,文章提出的价值评价体系能够有效地对铁路建设期大数据进行存储级别判定,实现了面向建设期铁路大数据的分级存储。

基于属性相似性度量的BIM构件聚类

近年来,随着建筑信息模型(BIM)构件库资源在互联网上迅猛增长,对大量BIM构件资源的聚类和检索应用变得日益迫切。现有方法还缺乏对BIM构件所承载的领域信息提取,基于BIM构件所承载的领域信息,对BIM构件库资源开展聚类研究:①针对BIM构件,提出了一种基于属性信息量的BIM构件相似性度量算法,以充分利用BIM构件属性信息。通过与传统的Tversky相似性度量算法以及几何形状相似匹配算法相比,其在相似性度量上效果更好。②基于BIM构件间的相似性度量算法,提出了一种BIM构件库聚类方法。并在BIMSeek检索引擎中集成了BIM构件的关键字检索功能以及分类器查看功能,为用户提供更丰富的检索和查看方式。通过与传统的K-medoids和AP聚类算法相比,其聚类方法效果更好。

丽香铁路路基数字化施工应用研究

通过丽香铁路数字化工地建设,详细阐述路基数字化施工中的关键技术应用研究情况,解决了困扰当前高铁路基建设的两大难题,分析数字化工地的应用前景。数字化工地必然成为未来施工的发展方向,具有重要的推广应用价值。

基于openBIM的铁路工程建设协同模式研究及应用

在高速铁路工程建设中,因大规模的跨专业设计与多工序的交叉施工而带来的协同复杂性不言而喻。如何实现不同阶段、不同软件、不同参与方之间高复杂性的协同工作将是未来高速铁路工程建设的一大挑战。openBIM作为当今世界上最流行的工程协同解决方案之一,通过开放的标准与工作流程为AEC行业带来了新的解决思路。针对国内高速铁路工程建设的协同难点,提出基于openBIM的铁路工程建设协同模式,以通用数据环境为核心,采用IFC,IDM,MVD和COBie等openBIM标准及基于ISO 19650的协同工作流程在项目团队内部创建无缝协作的生态系统,并在京张高速铁路建设过程中进行实践应用。最终实现设计、施工、运维等全生命周期阶段数据的无损化传递与建设阶段各关键工序的信息化管控,并形成满足运维需求的建设期三维数字化资产,从而最大化BIM应用价值。

京张高铁运营安全大数据平台设计及关键技术

为提升北京—张家口高速铁路(简称:京张高铁)运营安全保障能力,实现对铁路沿线设备、人员、外部环境的安全管控,设计了京张高铁运营安全大数据平台的总体架构、数据架构、技术架构和主要业务功能,研究了基于粒子群算法的安全智能分级关键技术,对于建设京张高铁运营安全大数据平台,建立京张高铁运输安全保障体系,具有参考意义。

高铁联调联试车载集成综合显示平台关键技术研究及应用

联调联试是高速铁路建设和运营准备的重要组成部分和必要环节。当前联调联试20余个专业系统独立运行,缺乏联动。为适应高速铁路高标准建设需要,设计研发的车载集成综合显示平台是各专业协同联动和一体化集成动态显示的新手段,是高铁运营前的重要安全保障。分析车载集成综合显示平台的必要性,针对高速综合检测列车,在空间、功耗、传输、视觉等限制条件下,设计了平台的总体框架、功能结构、综合集成效果、安全传输模式、设备评估指标、主题分区等;并对时空同步、多图联动、可视化、融合分析、集成显示、视觉验证仿真、加固防护等关键技术开展研究;研发成果应用在智能京张高铁联调联试中。

铁路工程管理基础平台方案设计研究

铁路工程建设信息化旧有模式为单向配置建设、投入大,数据共享困难,难以适应铁路工程建设信息化快速发展需求等问题,铁路工程管理,存在基础平台针对这些缺点采用主数据的思想理念和技术手段,为铁路工程管理平台实现平台战略提供技术支撑,实现工程建设数据集中化、应用市场化的整体需求,为各厂商提供的多类应用提供安全、平滑、稳定的接入方式,同时提供统一、标准、规范的基础数据和公共运行服务。

BIM技术在高速铁路接触网工程中的应用研究

通过对建筑信息模型(BIM)技术在高速铁路接触网工程中应用的深入探讨和研究,在设计阶段建立接触网零部件三维族库BIM。通过参数化快速腕臂装配建模、线路模型布置,开展碰撞检查、仿真模拟,实现接触网最优设计;通过BIM工程量自动统计、出图功能,提高设计效率。施工安装阶段利用BIM技术,进行工程进度展示,设计交底、施工方案交底,指导施工并提高施工质量。基于BIM的接触网数据集成与传递,实现接触网BIM承载的建设管理过程信息无缝转移到运维阶段,为将来智能运维奠定基础。

铁路工程施工组织形象进度系统研究与实现

从铁路工程施工组织管理业务流程出发,针对传统施工组织进度管理中人工手段分析结果不准确、效率低等缺点,提出了建设铁路工程施工组织形象进度系统,通过形象进度信息化解决现阶段存在的缺点。文章对系统的整体架构和应用功能进行详细设计,逐级分解整个工程项目的任务结构,建立了各专业图标图例,通过采用SVG技术及进度推演计算方法实现施工组织形象进度管理,并对系统中采用的关键技术进行详细论述。系统在多个在建铁路项目中试点应用,实现了施工组织信息化和形象可视化管理,满足工程建设施工组织管理需求。