基于改进的YOLOv5s列车轨道线检测方法

轨道线检测有助于提高列车的行驶安全,但检测效果易受列车行驶环境的影响。针对这种情况,提出了基于图像预处理并使用改进后的YOLOv5s网络进行轨道线检测的方法。首先,对图像预处理,使用HSV分离出图像的多余信息后,基于Otsu阈值处理,提高了图像检测目标的显著度,降低了目标识别的复杂程度;其次,考虑到列车车载系统轻量化的要求,对YOLOv5s目标识别网络进行了改进,通过添加CBAM注意力机制模块改进主干网络,来加强有效的特征信息,可以在确保检测结果的基础上提高检测速度,并使得检测算法模型易于部署到移动端设备中。使用公开的列车行驶图像构建数据集进行实验,实验结果表明提出的检测算法在数据集测试中的mAP达到了94.1%,具备一定的实时性和鲁棒性。

基于5G图像快速传输的列车轨道高速智能巡检系统

目的:由于巡道检查工作纯作业的时间少,检测的项目多,检测的范围大且距离长,现有的以人工巡道检查的检测方式已经不能满足其要求,因此寻求提高检测效率的新手段势在必行。方法:通过在地铁列车上安装轨道高速智能巡检系统,利用5G(第五代移动通信技术)网络快速传输图像;通过深度学习算法实现轨面擦伤或掉块、波磨、光带异常、焊缝、弹条或螺栓缺失、弹条歪斜、弹条断裂以及轨道板裂纹和轨道异物等在线智能识别。结果及结论:在南昌地铁1号线近3个月的试用结果表明:该系统可检测钢轨顶面伤损、扣件缺陷、轨道板缺陷等病害和轨道异物。其识别率不小于95%,误报率不大于5%,识别率高、重复性好;同时,不占用天窗时间,可做到日日检,改变了传统巡道方式;对轨道结构表面状态的检查可做到全天候的检测,从而产生隐含的不可估算的经济效益和社会效益。

关于列车轨道系统振动计算中存在的几个主要问题

在回顾国内外已有列车 轨道系统振动计算方法的基础上 ,指出了其中存在的几个主要问题 ,提出了解决这些问题的途径 ,同时还列出了部分计算结果 。

地震激励下列车-轨道-隧道-土体相互作用系统动力分析

为研究地震激励下列车-轨道-隧道-土体相互作用系统的动力学行为,建立三维列车-轨道-隧道-土体耦合时变动力学模型,以不同强度的地震波和轨道不平顺为系统激励源,通过实际地震动记录进行规格化处理纵向、横向和垂向地震动波,分析不同土质条件、地震强度下列车-轨道-隧道-土体系统动力响应特征。研究结果表明:地震作用可显著增大隧道内列车动力响应,在不同土质条件下,横向轮轨力的波动较无地震激励时显著增大,波动幅度平均增加92.23%,而垂向轮轨力的波动幅度平均增加7.14%,车体垂向、横向加速度分别增大89.50%和25.93%;在不同地震强度下,轮轨横向力与轮轨垂向力在地震强度为0.40g时达到最大,分别为46.760 1 kN与94.8637 kN,相较于地震强度0.35g时分别增大182.68%与5.35%,脱轨系数相较于地震强度0.35g时增幅达到168.28%;地震下土体振动呈放大效应,土体弹性模量较外部激励对放大系数的影响十分显著,其中,放大系数在土体弹性模量最大时为4.080 4;隧道的存在会隔断土体振动传播,隧道顶部土体加速度较隧道底部土体加速度降低约86%。

城市轨道交通列车外观的情感化设计研究

从情感化设计理论概述出发,探讨了情感化设计理念融入城轨列车外观设计的优势。结合情感化设计的三层次理论,在整理、分析国内外主要城市城轨列车外观设计案例的基础上,从造型与感官设计、地域文化与乘客情感关系构建、情感参数的转化三个方面总结了城轨列车外观情感化设计的基本策略。以苏州轨道交通8号线列车外观情感化设计为例,认为由传统聚焦物质转向为聚焦乘客情感需求的列车工业产品设计,将列车外观设计与乘客心理特征及地域文化结合起来,强化列车外观的情感特征,加强列车外观与乘客情感关系的构建,有利于激发乘客情感共鸣,提升城轨列车外观设计的品牌价值。

基于直接概率积分法的列车-轨道-桥梁系统随机分析

由于施工和制造误差使得铁路工程结构参数不可避免地具有不确定性,同时作为系统主要自激励的轨道不平顺亦具有明显的随机性和时变性,因此,探明不确定因子对列车和轨道-桥梁结构动态性能的影响非常重要。为了高效地完成列车-轨道-桥梁系统随机性能分析,建立列车-轨道-桥梁空间振动分析模型,采用轨道不平顺概率模型和谱表达-随机函数的方式在有限随机变量空间中实现轨道不平顺随机过程的高效模拟。引入概率密度积分方程和直接概率积分法发展了列车-轨道-桥梁系统随机动力方程和相应的计算求解策略。基于MATLAB实现了列车-轨道-桥梁随机振动的直接概率积分法分析程序,计算了全概率不平顺激励和参数随机条件下车-轨-桥系统振动响应的均值、标准差和时变的概率密度信息。研究结果表明:与概率密度演化分析方法相比,直接概率积分法可较好地反映行车过程中系统响应的概率密度特征,然而其在系统响应随机后处理时更为高效,其效率可提高1~2个数量级。此外,考虑轨道不平顺全概率激励更能准确地反映行车过程系统响应的概率特征,平均概率谱可能使得计算结果偏于保守;行车速度对于列车和桥梁动态行为的影响是显著的,随着行车速度的增加系统响应的范围逐渐变大。研究结果进一步拓展了列车-轨道-桥梁随机系统的分析方法,可以高效地用于系统状态评估和设计优化。

侧向多开口轨道列车火灾烟气输运特性

为探究侧向多开口轨道列车火灾烟气输运特性,优化火灾救援应急处置对策,根据工程实体结构利用PyroSim软件搭建轨道列车模型并进行火灾数值模拟。聚焦作为列车内外联通通道的侧向开口,探讨分析侧向开口模式对轨道列车内部烟气蔓延特性的影响。结果表明:侧向开口模式对列车内部烟气蔓延有着显著的影响,包括烟气蔓延速度及稳定阶段的烟气分布情况。相比于侧开口未开启区间范围内烟气紊乱且高度方向全覆盖状态,侧开口开启的区间范围内烟气可维持稳定分层,有利于人员安全疏散救援。轨道列车顶棚下方烟气温度分布更符合双指数衰减特征,且受到开口模式和火源功率的耦合影响,非对称开启时开启开口的区间温度衰减速率受火源功率的影响更显著。此外,虽然开口的开启有利于列车内部安全环境的形成,但也需考虑通过开口溢出至列车外部空间的火灾烟气的影响以进行应急处置的综合判定。

虚拟轨道列车全轮主动转向控制研究

针对多铰接式虚拟轨道列车的转向问题,基于后车跟随首车行驶轨迹运行的思路,提出了一种全轮主动转向控制方法.首先,利用移位寄存器储存首车的行驶轨迹作为目标路径;其次,根据车体后轴实际路径和目标路径间的横向偏差量,基于PID控制器和Stanley算法确定车体后轮转角,进一步利用阿克曼转向几何原理计算后车前轮的转角;最后,搭建TruckSim与Matlab/Simulink联合仿真平台,结合典型工况进行仿真分析.仿真结果表明,本文设计的控制方法有效提高了拖车模块对牵引车模块的跟随性能,减小了车间铰接处的作用力、车体的质心侧偏角和轮胎侧向力,从而提高了列车在转弯时的稳定性.

基于轴距预瞄的虚拟轨道列车主动悬架控制策略

针对虚拟轨道列车垂向振动问题,基于轴距预瞄原理设计了一种列车主动悬架控制策略.首先,考虑线性滤波白噪声路面不平度激励,建立了列车—路面耦合振动模型;其次,结合列车轴距预瞄信息,利用线性二次型高斯(Linear Quadratic Gaussian, LQG)控制理论设计了列车主动悬架LQG控制器,并基于自适应粒子群算法(Adaptive Particle Swarm Optimization, APSO)对控制器的权重系数进行优化;最后,研究了列车在随机路面和脉冲路面激励作用下的垂向振动特性.仿真结果表明,本文所设计的列车主动悬架控制策略能明显降低列车在随机路面和脉冲路面激励作用下各节车体的垂向振动,且针对不同等级路面和车速工况,均有良好的鲁棒性,有效提高了虚拟轨道列车的乘坐舒适性.

数字轨道胶轮列车全轴转向控制策略仿真

[目的]DRT(数字轨道胶轮列车)(以下简称“数轨列车”)具有多车厢、多转向轴的复杂走行结构,与传统胶轮列车具有较大差异,故需结合转向系统架构设计与响应参数,设计一种全轴转向控制策略,以实现数轨列车的平稳、安全、高效运行。[方法]分别对单节、双节、多节车辆建立数轨列车模型;通过建模成功将复杂的三编组车辆模型简化为四自由度刚体运动模型,将数轨列车的转向系统控制问题转化为对四个控制点的运动学控制问题,并提出了一种数轨列车全轴转向控制策略。[结果及结论]MATLAB软件仿真结果表明:提出的全轴转向控制策略方法,能够将数轨列车的运动轨迹偏差控制在10 cm内。

快速轨道交通列车分段制动防滑控制仿真

轨道交通列车的防滑控制性能过差会影响列车的制动性能和稳定性能,为了提高轨道交通列车的安全性,以分段制动的方式控制轨道交通列车的滑动状态,提出快速轨道交通列车分段制动防滑控制仿真方法。通过分析轮轨间粘着力和滑移变化曲线建立轨道交通列车的纵向运行学模型,并以上述模型为基础,将轨道交通列车的整体制动过程分割成多组制动区段,通过将单位制动区段与滑模控制器结合,实现轨道交通列车的分段制动防滑控制。仿真结果表明,无论是在轨道粘着条件始终维持在较低水平的工况条件下,还是在轨道粘着条件发生突变的工况条件下,所提方法控制下的实际行驶速度均与目标行驶速度吻合,验证了上述方法具有较好的控制效果。

储能式轨道列车非接触牵引供电系统设计与效率优化

[目的]非接触供电方式凭借其原副边线圈无直接电气接触的优点,目前在轨道交通行业内有探索性的应用。大功率、高频化的应用场景给非接触供电系统的设计、器件选型及耦合机构的设计带来了一定的难度,需要对其设计方案及效率进行优化。[方法]针对轨道交通应用场景,介绍了基于LCC-S型补偿拓扑的非接触牵引供电系统的系统结构,设计了250 kW非接触供电系统,原边线圈与副边接收线圈均采用双D形线圈。研究了耦合线圈的互感及磁性材料的损耗等因素对系统效率的影响,建立了系统的电路模型及耦合线圈模型。基于模型对系统进行了仿真,对副边线圈不同区域的磁芯厚度进行了参数优化。搭建了非接触牵引供电系统试验平台,并进行了250 kW功率等级的试验,以验证本优化方法的有效性。[结果及结论]仿真与试验结果验证了该优化方法的有效性与可行性,磁芯布局的优化措施可有效保证线圈互感并降低磁芯损耗。系统具备了额定工况250 kW大功率输出的能力。在气隙高度为70 mm、80 mm下,系统的静态工作效率及动态工作效率均大于90%。

基于Seed-PCG法的列车-轨道-地基土三维随机振动GPU并行计算方法

为了解决列车-轨道-地基土三维有限元模型随机多样本计算效率低的问题,本文提出了一种基于Seed-PCG法的高效并行计算方法。基于有限元法和虚拟激励法建立轨道不平顺激励下的三维列车-轨道-地基土耦合随机振动分析模型;针对车致地基土随机振动分析产生的多右端项线性方程组求解问题,采用Seed-PCG方法进行求解。通过PCG方法求解种子系统得到的Krylov子空间进行投影,以改进其余线性方程组的初始解和对应的初始残量,有效提高了PCG法的收敛速度,最后,在MATLABCUDA混合平台上开发了并行计算程序。数值算例表明:相同计算平台下的该方法相比多点同步算法获得了104.2倍的加速;相比PCG法逐个求解方案减少了18%的迭代次数,获得了1.21倍的加速。

一种遗传算法的城市轨道列车节能控制策略研究

[目的]城市轨道交通在运营过程中会产生大量能耗,其中列车运行的牵引能耗具有较大优化空间,因此亟需研究一种面向列车牵引节能的控车策略。[方法]首先,建立列车运行的动力学方程,并定义了列车运行过程的约束条件;其次,对列车牵引能耗优化策略进行分解建立目标函数,并基于遗传算法模型对列车运行能耗在不同区间分配和区间最优巡航速度进行求解;然后,通过遗传算法的交叉变异过程,得出节能效果最优的驾驶速度推荐曲线;最后,通过Matlab软件搭建仿真模型并采用真实的线路列车参数和运营数据,模拟列车的站间运行过程。[结果及结论]试验结果表明:基于遗传算法模型的控车策略相较于传统固定工况序列的控车策略,在牵引节能指标上有了显著提升。

基于滑模和径向基函数神经网络的城市轨道交通列车速度跟踪控制算法

[目的]针对城市轨道交通列车运行控制系统中传统ATO(列车自动运行)速度控制算法在速度跟踪控制方面存在的控制精度不高和抗扰动性差的问题,提出了一种新的速度控制算法来提高控制精度。[方法]首先,建立了列车运行的单质点动力学方程,针对牵引和制动系统在执行指令时存在的时滞现象设计了时延补偿模块;其次,在控制器设计部分采集速度和位置误差建立滑模切换函数,并通过微分方程推导建立滑模控制器;最后,为了抑制滑模控制器固有的抖振现象,将其输出的切换控制量采用径向基神经网络进行目标训练从而优化控制器。[结果及结论]基于徐州地铁3号线二期改造列车参数在Matlab软件上进行仿真试验,其仿真结果证明该算法保证了列车在运行过程中,控制器输出的速度可以更高效精确地跟踪给定的推荐速度曲线。

基于大数据分析的城市轨道列车运行速度自动化控制系统设计

为提升城市轨道列车的运行效率,该文设计基于大数据分析的城市轨道列车运行速度自动化控制系统。利用云计算框架搭建自动化控制系统,采集列车的速度、位置信息后传送至控制层,控制层的智能控制部分利用K-means聚类算法对城市轨道列车运行数据聚类处理,构建列车运行速度自动化控制优化模型,识别列车运行状态,计算列车的最佳速度曲线。利用灰色速度控制器,控制列车的执行机构输出理想速度。系统测试结果表明,采用该系统自动化控制列车运行速度,列车的停车时间误差低于10 s,停车距离误差低于15 cm,满足列车高效率运行需求。

虚拟轨道列车走行系统结构强度研究

以某型100%低地板虚拟轨道列车走行系统为研究对象,建立其走行悬架系统有限元整体模型,结合轨道交通与路面交通的特点,基于实际运行典型工况,确定其有限元计算边界条件及载荷,对其静强度和疲劳强度进行校核,计算结果显示,该虚拟轨道列车悬架走行系统结构强度满足设计要求。基于典型工况的载荷提取,静强度及疲劳强度校核,为及时发现走行部设计缺陷,实现轻量化设计提供了一种有效方法。

一种基于双目立体视觉的虚拟轨道列车路径识别方法

为了克服单目视觉的局限性和提高虚拟轨道列车的路径感知能力,文章提出一种基于双目立体视觉的虚拟轨道列车路径识别方法。针对虚拟轨道列车车道块明显、外形完整、形状独特等特点,提出了基于Mask R-CNN的车道检测模型。同时,针对通用的双目匹配算法计算量大和对重复物体匹配较难的缺点,提出了融合多目标跟踪的双目匹配算法。该方法通过左右相机各自检测车道块,进行多目标跟踪来分配ID,对左右图像中的各车道块实现有序、定向的双目匹配,并重建出车辆坐标系下路径的三维坐标,有效提升了车辆系统路径感知能力,为其循迹控制、自主定位、相对位姿估计等提供了更加直接准确的输入信息。试验结果表明,本文方法对路径的三维重建具有较高的准确性,并且在不同路况场景下具有较强的适应性。

轨道列车焊接接头的疲劳性能研究

基于轨道交通行业迅速发展的形势,标准化的焊接接头疲劳性能已成为轨道列车关键性能。本研究结合轨道列车焊接接头的疲劳性能进行深入研究。首先,对焊接接头的材料及其焊接工艺进行剖析,构建了对应疲劳试验模型。其次,结合标准化的疲劳试验方法,对不同焊接接头进行疲劳试验。研究结果表明,焊接工艺和焊接材料均对焊接接头的疲劳性能产生显著影响。在焊接工艺方面,焊接速度、焊接电流及焊缝形状等因素,能够显著性影响焊接接头的疲劳寿命。在焊接材料方面,材料的硬度、抗拉强度和韧性等性能会直接影响焊接接头的疲劳性能。本研究基于对焊接接头疲劳性能的深入探讨,为优化焊接工艺及材料选择提供了有益参考,进而对于提升轨道列车的安全性、稳定性具有积极意义。

虚拟轨道列车网络控制系统的构建研究

虚拟轨道列车是一款胶轮承载、双端驾驶的多编组道路列车,多编组与双端驾驶符合轨道交通电气控制系统的特点,胶轮承载及道路运营符合道路交通车辆的特性。文章通过对比分析轨道交通与道路交通领域的网络标准及总线特点,并基于某典型新能源商用车与某有轨电车的网络拓扑,提出了一种适用于虚拟轨道列车的分网段冗余的控制器局域网(CAN)网络拓扑。该网络拓扑采用分布式输入输出模块(IOU)设计,以及通道复用、车辆控制单元(VCU)冗余控制、IOU点位冗余、故障诊断等可靠性设计。通过对超级虚拟轨道列车(SRT)网络控制系统的性能测试与示范运营,证明该网络控制系统可满足虚拟轨道列车的控制需求。