稀疏可变形卷积与高分辨率融合的接触网螺栓病害检测

列车长期运行产生的震动易导致接触网螺栓处于松动、脱落等不良状态,接触网取流异常会严重影响行车安全。针对高速铁路接触网螺栓病害检测时,易受复杂背景干扰及螺栓松动病害难以检测等问题,提出一种稀疏可变形卷积与高分辨率融合的接触网螺栓病害检测方法。首先,构建稀疏动态可变形卷积构成的特征提取网络,通过增大感受野范围,来捕捉不同尺度下螺栓的形状特征,加强模型对螺栓小尺寸对象特征的提取能力。然后,设计高分辨率特征金字塔融合模块,将螺栓深层特征和浅层特征的高分辨率特征图进行充分融合,提高多尺度特征图的利用率。其次,提出基于连通域统计的螺栓松动判别方法,通过统计被截断螺栓的连通域个数,完成螺栓松动病害状态检测。最后,由高速铁路接触网螺栓检测试验得出:所提方法可以准确检测螺栓的缺失和松动病害,且具有较高的检测精度,相比改进前Mask R-CNN检测方法准确率增加了41.4个百分点、召回率增加了27.3个百分点、像素精确度提升28.11个百分点、F1-score达83.4%。同时,对接触网螺栓网络模型的检测效率进行试验,较Mask R-CNN的浮点计算效率提升了36.23%。对不同场景下接触网螺栓检测对比试验表明,所提方法具有良好的适应性和精确度,对于螺栓松动和缺失病害检测提供了更为准确的方法,对后期接触网智能化检测具有一定的参考意义。

基于改进Mask-R-CNN网络的轨道交通运行环境感知技术应用研究

为了提升轨道交通列车运行环境感知能力,进一步保障列车运行环境安全,针对列车运行前方各类障碍物侵限问题,提出一种基于改进Mask-R-CNN网络的轨道交通运行环境感知技术方案。通过阐述列车运行环境感知系统设计需求,对其进行结构设计。分析Mask-R-CNN深度视觉模型,论述其功能对列车运行环境感知需求的适用性,使用轻量级MobileNetV2骨干网络及PointRend模块对Mask-R-CNN网络进行改进优化,进一步提升实时性和准确性。在真实列车运行环境中采集列车运行前方展望数据,标注形成自有数据集,结合公共数据集对模型进行训练,经验证改进后模型F-Measure评价值达到95.56%,同时具有准确率高、实时性好、易于部署等优点,可以满足下一步轨道交通发展新需求,是计算机视觉技术在轨道交通领域的一种新探索。

钢轨表面缺陷检测Mask R-CNN算法研究与优化

为有效防止城市轨道交通事故发生,更好地保障运行安全,钢轨表面缺陷检测技术在巡检工作中发挥着重要作用。针对现有钢轨缺陷检测技术中检测精度差、小目标敏感度低等问题,在Mask R-CNN(mask region-based convolutional neural network)算法模型基础上,提出一种融合注意力机制的模型改进方案。该方案在特征提取网络中引入通道-空间复合注意力机制(channel-wise spatial module,CSM)用于实例分割缺陷检测,有效剔除干扰信息,获得多尺度特征表达,得到更多空间信息以及更优的浅层信息,从而提升对钢轨表面缺陷边缘检测能力。在相同的实验环境下,相对于Mask R-CNN算法,加入CSM后,Mask R-CNN模型的平均精度均值(mean average precision,mAP)提高了6.5%。其中,对钢轨“凹陷”“裂纹”以及“疲劳磨损”缺陷识别的平均精度(average precision,AP)分别提高了6.3%、6.9%和6.1%。横向对比发现,加入CSM后的Mask R-CNN模型,相较于Fast R-CNN模型,三种缺陷的分割效果分别提升了11.6%、12.5%和12.9%。同时,相较于Faster R-CNN模型,三种缺陷的分割效果分别提升了8.8%、10.0%和10.3%。加入CSM后的Mask R-CNN模型可以更好地识别三类缺陷,提升检测精度和小目标敏感度,为轨道智能巡检提供更安全有力的技术支持和保障。

高铁开通促进企业创新的机制探讨与实证研究

本文选用多时点双重差分模型,对2000~2019年沪深两市A股上市公司的数据进行分析,探究了高铁开通对企业创新的效应和有关机制。结果发现:(1)高铁开通对企业创新存在一定程度的正向影响,异质性研究发现在东部地区和民营企业中尤为显著;(2)高铁开通具有动态政策效应,高铁开通对于企业创新的影响具有时间滞后效应,滞后时间约为3年,并且持续3年后政策效应逐步减弱;(3)高铁开通促进企业创新机制是先通过增加研发人员数量占比然后提升全要素生产率来实现的。基于上述研究,政府需要继续完善高铁网络,实现研发人员的跨地区流动并推动企业创新能力发展。

城市轨道交通与市政管网整合案例研究

文章主要分析深圳R+P模式在城市规划、基础设施建设、经济效益及环境影响方面的成效。结果表明,这种整合模式显著提高了城市基础设施的效率,改善了居民生活质量,并促进了可持续发展。深圳市的城市轨道交通与市政管网整合案例为全球其他城市提供了重要的参考价值,特别是在应对城市化过程中面临交通和环境挑战时。

APM300型轨道车辆车体碰撞时能量变化研究

为探究APM300型轨道车辆车体碰撞时能量变化的规律,文章建立碰撞理论模型,利用ANSYS软件,根据EN 15227:2020标准,同时参考国内外相关机车车辆耐碰撞设计规范及准则进行计算。分析AW0和AW2载荷下6辆车编组APM300型轨道车辆在5 km/h、8 km/h、12 km/h、13 km/h、15 km/h碰撞速度下的能量分布。研究发现,在初始动能较低时,碰撞产生的能量主要被车钩吸收,随着初始动能的提高,车辆速度约在12 km/h以上时,头车车钩缓冲装置和中间车车钩缓冲装置吸能逐渐平稳,随着速度越高吸能占比逐渐降低,车体吸能所占的比例越来越高。车辆速度在15 km/h时,碰撞的能量变化仍满足EN 15227:2020标准的要求,但随着速度和载荷的增加,剩余动能所占比例越来越大,剩余动能过大而引起猛烈的冲击,导致乘客室内加速度过大,故APM300型轨道车辆极限碰撞速度建议设置为15 km/h。找到车体吸能与速度和载荷的变化规律,可以为车体结构刚度的设计以及车钩吸能缓冲器的选型提供理论依据,为车体结构工程师提供更多的理论数据。

车轮非圆化磨耗问题研究进展

高速铁路在我国迅速的发展,显著改善了人民的出行方式和质量,大幅度缩短了出行周期,充分提高了工作效率.我国的高速铁路网已成为"国民经济建设高速发展的大动脉",但运营中的高速列车车轮因连续磨耗和定期的镟修,轮径不断缩小且在缩小的不同阶段发生不同程度的非圆化磨损现象,某些阶段还十分严重.列车车轮非圆化磨耗会使轮轨间作用力显著增大,导致铁路车辆和轨道产生强烈的振动和噪声,影响车辆的运行品质、旅客乘坐舒适度和车辆-轨道系统零部件的使用寿命,严重时将会威胁到行车安全.车轮各类非圆化磨耗类型,主要分为局部非圆化磨耗和全周非圆化磨耗,其中局部非圆化磨耗主要包括扁疤、剥离、脱层、塌陷等局部异常磨耗,全周非圆化磨耗主要为车轮多边形磨耗.近几年,在我国各类型高速动车组列车上均发现车轮多边形磨损,在车轮全寿命周期内的不同轮径情况下,多边形磨损的边数(波长)和发展速度不同,已经越来越受到行业内相关研究人员的重视.文章详细地综述了国内外对铁路车辆车轮非圆化磨耗的研究历史和现状,涉及到相关研究文献75篇,对车轮非圆化磨耗的研究主要分为3个方面:(1)车轮非圆化磨耗对车辆/轨道系统动力学行为、车辆噪声的影响研究,大量研究表明车轮非圆化幅值、波长、车速和轴重等因素对车辆/轨道系统动力学行为和车辆噪声均有显著的影响.(2)列车车轮非圆化磨耗发展规律研究和列车车轮多边形磨耗机理研究.车轮多边形磨耗产生的根源在于转向架系统的高频柔性共振,系统的共振频率、列车速度和车轮的周长在满足一定的条件下,车轮多边形磨耗发展速率较高,轮轨滚动接触界面严重的不平顺激励,将促使多边形磨损萌生和发展.到目前为止,对于车轮多边形磨耗发生和发展的机理,国内外仍众说纷纭,未达成共识,尚待开展进一步的研究工作.(3)列车车轮非圆化磨耗检测技术相关研究.最后,对该领域今后的研究方向进行了展望:发展车辆轨道刚柔耦合动力学模型再现车轮多边形演化过程,多边形形成的机理;通过改变运营方式来抑制多边形发展速率;研究车轮智能踏面修形器来消除或抑制车轮多边形的发展.

增压式高压共轨系统性能试验控制系统软硬件设计

为研究增压式高压共轨系统的增压性能、喷油率的可调性等性能的影响,在系统仿真研究的基础上,设计了Peak&Hold控制式驱动电路和单片机硬件系统,并在Keil-C环境下编写了单片机程序和LabVIEW上位机程序。实现了双电磁阀可调时序控制,制订了匹配柴油机不同工况的增压与喷射策略,并搭建了试验台架。试验结果表明:所设计的Peak&Hold控制式驱动电路不但能够实现电磁阀运动所需的理想电流波形,且电流波形的实现不需要软件参与,极大节省了控制器资源和降低了编程难度;控制电路与程序能够实现信号的独立调节与匹配,进而使得增压式高压共轨系统实现二级喷射压力及可调喷油率。

GSM-R光纤直放站中射频光收发模块设计

对铁路GSM-R标准的光纤直放站中的射频光收发模块进行了设计、制造和测试.光发射部分的设计采用自动功率控制(APC)技术实现激光器功率的稳定输出,光接收部分采用冗余备份设计实现模块的高可靠性.测试结果表明,该模块光反射损耗小于-45 dB,接收时延低于60 ns.带外抑制和带内波动分别大于30 dB和小于0.5 dB,输入输出驻波比小于1.3.射频输出增益调节精度为1 dB,调节范围高达25 dB以上.同时,模块底噪声小于132 dBm/Hz,三阶互调达到-60 dBc以下.此外,模块提供了很好的告警和检测等功能.因此,该模块具有优异的射频光收发特性.模块最终在铁路GSM-R直放站中进行了实测,结果表明完全达到铁路设计要求.

大跨度轨道交通桥梁抗震性能分析

为了解轨道约束作用和摩擦摆支座对轨道交通桥梁抗震性能的影响,以某大跨轨道交通桥梁[(85+135+85)m预应力混凝土连续梁]为背景,采用MIDAS Civil软件建立考虑轨道约束作用的线桥一体化有限元模型,选取承受惯性力最大的固定墩作为研究对象,研究轨道约束作用对桥梁抗震性能的影响和摩擦摆支座的减隔震效果,分析墩高对摩擦摆支座减隔震效果的影响。结果表明:考虑轨道约束作用后,桥梁的纵向自振频率有所提高,横向自振频率变化很小;考虑轨道约束作用时,固定墩的墩顶位移、墩底弯矩和墩底剪力比不考虑轨道约束作用时均明显增大;采用摩擦摆支座能显著降低固定墩的地震响应,摩擦摆支座具有良好的减隔震性能;摩擦摆支座的隔震效果随墩身高度的增加逐渐减小,摩擦摆支座适合在桥梁固定墩墩身刚度较大时采用。

基于知识图谱的城市轨道交通突发事件演化结果预测

准确预测突发事件的演化结果,对城市轨道交通系统制定应急方案、保障安全运营,具有重要的参考意义。目前突发事件演化结果预测方法智能化程度不高,过分依赖决策者主观设定的特征权重、检索模板,复杂、准确性低且应用性较弱。该文基于知识图谱(KG)和关系图卷积神经网络(R-GCN)模型提出一种城市轨道交通突发事件演化结果预测方法。首先,构建城市轨道交通突发事件知识图谱,将与事件相关的场景信息进行结构化处理;其次,基于关系图卷积神经网络模型构建城市轨道交通突发事件结果的预测模型;最后,利用城市轨道交通突发事件案例库进行验证。实验结果表明,所提预测方法具有较好的准确率、较强的普适性,可为轨道交通应急管理提供方法和技术支持。

异质性交通网络密度、劳动力流动与全要素生产率

当前研究主要关注单一类型交通基础设施对全要素生产率的影响,却普遍忽视不同类型和等级交通网络密度对全要素生产率的差异性作用以及劳动力流动在影响全要素生产率过程中扮演的角色。基于2000-2018年中国30个省市区面板数据,检验不同性质交通网络密度对全要素生产率的作用以及劳动力流动的影响,结果发现,不同类型和等级交通网络密度的提高对全要素生产率均表现出显著正向作用,其中高速铁路和高速公路的作用尤为突出,且同一性质交通网络体系的作用强度随等级降低呈下降趋势;异质性交通网络之间存在互补性,随着交通网络密度的增加,互补性逐渐减弱;异质性交通网络密度通过劳动力流动特别是研发人员流动提升全要素生产率,在不同类型和等级交通网络中的作用差异明显,作用强度随交通网络等级的降低呈下降趋势。鉴于此,地方政府未来应大力发展高速铁路和高速公路建设,在已经开通高速铁路和高速公路的城市进一步提高其网络密度。与此同时,重点关注研发人员流动在提升全要素生产率过程中所发挥的作用,通过制定相应的人才激励和优惠政策,提高福利待遇和科研经费,吸引研发人员流入,并推进户籍制度改革,取消或放松人才落户限制,全面解决人才户籍问题。

喷油策略耦合EGR对柴油机燃烧过程与CDPF再生性能的影响

以匹配了可变截面几何增压系统(VGT)的D19高压共轨柴油机为研究机型,采用GT-Power和AVL FIRE构建了一维热力学整机模型和催化型微粒捕集器(CDPF)三维仿真模型,针对3 000r/min、50%负荷工况,研究了喷油策略耦合废气再循环(EGR)对燃烧过程和CDPF再生性能的影响。研究表明:随主喷定时提前,有效燃油消耗率(BSFC)先降后升,排气温度降低,排气流量与氧浓度变化则较小,排气中一氧化氮(NO)增加,CDPF再生速率逐渐降低,颗粒物残余量、压降与CDPF出口端二氧化氮(NO_2)同时增加;随EGR率增大,BSFC和排气温度升高,排气流量、排气氧浓度、排气中NO浓度则同时降低。在主喷定时较晚时,随EGR率增大,CDPF再生速率先升后降,颗粒物残余量先降低后略升高;而在主喷定时较早时,随EGR率的增大,CDPF再生速率降低,颗粒物残余量增多。在主喷定时较晚时,提高喷油压力使BSFC和排气温度明显降低;而在主喷定时较早时,提高喷油压力导致BSFC反而快速增加。此外,随喷油压力提高,排气流量与氧浓度变化较小,排气中NO浓度增加,CDPF再生速率逐渐减小,颗粒物残余量、压降和CDPF出口端NO_2排放同时升高。总体上,相比喷油压力,主喷定时对CDPF再生过程影响更大。

基于Anchors设计和模型迁移的钢轨内部伤损检测方法

钢轨内部伤损的准确检测是保障列车安全运行的重要环节,如何提高伤损检测算法的泛化能力和鲁棒性是当前自动检测该类伤损面临的主要问题。为此,提出一种基于Anchors设计和模型迁移的钢轨内部伤损检测方法。首先,采用图像数据增强技术扩充现有图像数据集,获取适量的训练样本。其次,设计以交并比为距离度量的K-means聚类算法获取新的Anchors多维度约束,提高伤损检测精度。最后,在基于改进Faster R-CNN模型的迁移学习方法基础上,训练所提的钢轨伤损检测模型。试验结果表明,本文检测方法所得精确率、召回率和F 1值均达到99%,对不同类型的内部伤损取得了较好的检测效果;与现有方法相比,本文所提方法的识别准确率高、误报率低,可有效检测钢轨内部伤损。

轮径差对机车动力学性能及轮轨接触的影响

机车同轴左右车轮存在直径不一致的情况,改变了轮轨的接触状态。针对机车同轴轮径差的问题,建立了机车动力学仿真模型和轮轨接触三维弹塑性有限元模型。通过动力学仿真计算和动载荷作用下弹塑性接触计算,分析同轴轮径差对机车运行性能的影响。结果表明:由于同轴轮径差的存在,轮轨间的动载荷发生变化。当内侧车轮直径小于外侧车轮直径时,在一定程度上有利于机车曲线通过;反之则会降低曲线通过性能。与无轮径差相比,同轴轮径差存在时,车轮与钢轨接触位置发生改变,等效应力增大,导致磨耗增加,降低车轮和钢轨的使用寿命。

基于改进Faster R-CNN的钢轨踏面块状伤损检测方法

针对钢轨踏面块状伤损存在的尺度变化大、样本数据集小的问题,提出了基于改进Faster R-CNN的钢轨踏面块状伤损检测方法。首先,基于ResNet-101基础网络结构来构建多尺度特征金字塔(FPN),以实现深、浅层特征信息的融合,从而提高了小尺度伤损的检测精度;然后,采用广义交并比(GIoU)损失解决了Faster R-CNN中回归损失SmoothL1对预测边框位置不敏感问题;最后,提出引导锚定的区域提名网络(GA-RPN)方法,从而解决了区域生成网络(RPN)生成的锚点大量冗余而导致的检测网络训练中正负样本失衡问题。训练过程中,基于翻转、裁剪、噪声扰动等图像预处理方法对RSSDs数据集进行扩充,解决了钢轨踏面块状伤损训练样本不充足问题。实验结果表明,所提改进方法对钢轨踏面块状伤损检测的平均精度均值(mAP)可达到82.466%,相较于Faster R-CNN提高了13.201个百分点,能够更加准确地检测钢轨踏面块状伤损。

等概率条件下的转弯型堆垛机作业效率的计算研究

转弯型堆垛机是自动化立体仓库中实现货物自动存取的关键设备,文中对转弯型堆垛机效率问题进行研究。在假定等概率拣取货物的条件下,分别推求转弯型堆垛机的平均单一作业和复合作业循环周期和作业效率的计算公式,并利用华南理工大学仓储综合实验室的基本数据进行了作业效率的实证计算,从而为自动化立体仓库系统的建设设计和有效管理提供依据。

改进Faster R-CNN的轨面缺陷检测视频分析方法研究

针对钢轨表面灰度差异小,缺陷区域边界难提取,传统图像处理方法耗时长,缺陷识别准确率低等问题,设计一种改进的Faster R-CNN的钢轨表面缺陷检测方法。通过对采集到的钢轨表面图像进行预处理以减小后续运算量,采用基于灰度垂直投影法完成轨面区域的提取;为了提高Faster R-CNN网络对钢轨表面缺陷检测的准确率,对Faster R-CNN网络一些关键部分加以改进,包括卷积核的选择和基于级联的特征融合策略;设计网络训练策略,建立样本图像库和干扰图像库,对改进后模型和两种传统模型进行对比实验。对比结果表明,本文方法缺陷检测精度和检测时间皆优于其他两种方法。改进后模型比传统模型中缺陷检测准确率提高1.85%,平均检测时间快0.51 s。采用该方法对于检测钢轨表面缺陷实际可行。

基于Flexism的转弯型堆垛机作业效率仿真研究

转弯型巷道堆垛机是自动化立体仓库中实现货物自动存取的关键设备,文中对两种不同工况下的转弯型堆垛机效率问题进行研究。在假定堆垛机等概率拣取货物的条件下,分别推求两种不同工况下转弯型堆垛机的平均单一作业和复合作业循环周期和作业效率的计算公式,并利用华南理工大学自动化仓储实验室的基本数据进行了作业效率的计算,同时利用Flexsim软件对以上情况下仓库的作业效率进行了仿真验证,结果表明:利用理论推导公式得出的出入库能力值与仿真结果吻合较好。

高铁接触网紧固件异常检测的深度学习方法

接触网常年受自然环境的影响,导致其部件容易出现异常,威胁高速列车运行安全。目前,接触网的故障检测主要采用人工现场巡检和查看图像的方式,劳动强度大、人工成本高。利用人工智能技术实现高效率的接触网故障检测,具有重要现实意义和经济价值。本文主要基于高铁线路4C装置安全巡检图像,提出一种接触网紧固件异常检测方法,首先利用基于注意力机制改进的Faster R-CNN算法,准确地实现各种紧固件的识别与定位,然后利用全卷积孪生网络实现接触网异常检测。实验表明,该方法对5种紧固件的4C异常检测精度较高。