非对称弦测法中基于梯度下降的轨道不平顺复原方法

本研究提出了一种基于梯度下降的轨道不平顺复原方法。基于非对称弦测法理论,轨道不平顺的复原过程可描述为一个欠定线性系统的优化问题。本文提出采用梯度下降法求解该优化问题,采用了考虑正则项的二次型代价函数。为了评估所提出方法的性能,本研究搭建了一个轨道检测小车,并在一个缩尺桥梁模型上进行了现场试验。通过与水准仪测量值的比较,验证了基于梯度下降轨道不平顺复原方法具有良好精度。与传统的需要专门设计逆滤波器的轨道不平顺复原方法相比,本研究所提出的方法物理意义明确,只需基于非对称弦测法原理建立优化模型,这表明本方法在现场实测中具有良好的可操作性。此外,重复性评估表明,在调整不同的弦长以及多次重复测量时,本研究所提出的方法可复现一致的轨道不平顺结果,表明该方法具有良好的测量重复性。本研究所提出的方法可对轨道不平顺进行准确复原,为轨道平顺性状态及时有效评估提供数据支撑,进而保证列车运行的平稳与安全。

大跨度铁路桥梁变形弦测法评价的频域理论

为保障行车舒适性,需严格控制大跨度铁路桥梁的变形。从车辆加速度频响函数与弦测法频响函数相似性出发,提出桥上轨道线形评价的最优弦长选定原则,为大跨桥梁变形控制的弦测法提供理论依据。根据随机振动理论,推导弦测法矢度峰值与车辆加速度峰值之比(峰值比)的理论公式;然后,分析弦测法矢度与车辆加速度时程样本间的波形相似性,以及峰值比对轨道不平顺波长范围和功率谱函数的敏感性;最后,采用一座大跨度斜拉桥上的轨道线形实测数据检验峰值比的理论解。结果表明,最优弦长的弦测法矢度与车辆加速度波形相似性最高;二者峰值比对轨道不平顺的波长范围和功率谱函数都不敏感;以文中车速250 km/h的高速车辆为例,推荐以40 m作为最优弦长,弦测矢度和车辆加速度的峰值比平均值为11 mm·s^(2)/m。

基于中点弦测法的中低速磁浮轨道不平顺研究

中低速磁浮常用10 m弦测值作为评价轨道几何不平顺的标准,但弦测法的幅频特性存在畸变,这种畸变现象在短波范围内更加严重,导致10 m弦测值会丢失很多短波信号,因此,10 m弦测值通常不能作为实际轨道不平顺应用于工程实践中。针对此问题,采用数值模拟方法对中点弦测法进行模拟,通过对比弦测值时频域的误差,验证“以小推大”算法的准确性,同时建立两种“以小推大”的逆推算法,以得到小弦长的弦测值,扩大弦测值对短波不平顺的有效检测范围,并采用“逆滤波”法对弦测值进行轨道不平顺的反演。研究结果表明:两种“以小推大”逆推算法都可以很好地推得小弦长的弦测值,并且可推得的最小弦长为2倍步长,因此,为扩大短波的测量范围,应尽量缩小采样步长;模型A由于边界条件的引入,总体误差较模型B稍大,同时会出现一些离群点,功率谱密度会出现阶跃信号,绝对误差在0.025 mm以内;模型B可以达到较高的精度,具有很好的传递特性,绝对误差可以控制在0.0015 mm以内;实测长沙磁浮快线F轨10 m弦测值用两种模型均可以很好地反演0.5~100 m波长范围的轨距不平顺。

基于中点弦测法的中低速磁浮轨道不平顺误差研究

中低速磁浮轨道10 m弦测值作为评价轨道几何平顺性的标准时,由于弦测值在幅频范围内存在畸变并受基准线选取的影响而产生较大误差。本文推导了弦测法“以小推大”的传递函数,进一步定义了“以小推大”及其逆推算法的误差放大系数;分析了弦长、矩阵维度对误差积累特性的影响,结合传递函数分析不同波长对误差的敏感性差异,并通过数值模拟进行验证。结果表明:“以小推大”算法及其逆推算法在传递函数为0的波长范围内误差积累较严重,轨道不平顺功率谱密度出现阶跃信号;随着矩阵维度的增加,“以小推大”逆推算法的误差快速积累,推得的小弦长越小则误差积累越小。应用“以小推大”算法时应减小大小弦长比值;对于“以小推大”逆推算法,要减小采样步长、可换算最小弦长以及矩阵维度。

基于中点弦测法的车载式车轮不圆度测量

列车车轮不圆度是影响列车运行平稳性的重要因素,目前静态检测设备均需抬轮的准备工作,极大降低了检测效率,接触式传感器测量易发生损耗,导致测量发生误差,为提高检测效率以及避免检测误差,采用中点弦测法结合逆滤波器实现对车轮不圆度的车载式测量。检测时列车以低速运行,通过激光位移传感器实现非接触式测量,并同时利用3个激光位移传感器的具体位置关系和测量值得到弦测值作为逆滤波器的输入,构造逆滤波器的频率响应函数使一定波长范围内的不圆度数据得到还原,最后再构造低通滤波器以及进行离散傅里叶变换该车轮各个阶次多边形磨耗的粗糙度等级。通过实验测量数据验证,采用中点弦测法测得的车轮不圆度数据与真实不圆度数值的误差较小,可以实现车轮不圆度数据的车载式测量,各个阶次的粗糙度等级也可反映被测车轮目前的磨损状态。

基于中点弦测法的轨向高低数值算法研究

轨道几何形位直接影响列车行车安全性,而桥梁结构刚度决定了轨道几何形位值的大小。为得到评判桥梁结构刚度的两个轨道几何形位参数(轨向和高低),基于中点弦测法的计算原理,对其数值算法进行了研究。提出了几何法和插值法两种算法,对比了二者的计算精度和效率:几何法的控制弦长为指定弦长,计算精度比插值法高,能准确输出中点弦测值,但需联立求解高阶方程组,计算效率比插值法低。插值法采用的弦长为近似值,计算精度较几何法低,但计算效率高。两种方法均满足计算精度要求,并可以实现计算结果的可视化输出。

基于弦测法的H型中低速磁浮轨检仪应用研究分析

针对现有中低速磁浮轨道敷设后验收困难,后期运维检测效率低、精度差等问题,文章研制了一种采用弦测法、自带动力跟随遥控的H型中低速磁浮轨检仪,通过多组激光测距传感器测距进行换算,用以检测轨道主要特征,包括里程、高低、水平、三角坑、轨距、轨向、轨缝、错牙等几何参数。为验证其可靠性和精确度,采用人工、全站仪以及轨检仪3种不同方式以不同速度下对线路进行了测量,并与设计值进行了对比分析。结果表明,3种测量方式的整体趋势与设计值具有较高的一致性,轨检仪检测精度较高,且不受自身运行速度变化的影响。

轨检仪弦测法“以小推大”检查轨道轨向不平顺的理论研究

弦测法是轨道方向测量的一个基本方法,其主要不足在于它的幅值增益在空间频域内随不平顺波长变化而变化,这使弦测法的应用受到局限。本文讨论了弦测法的基本原理并推导了“以小推大”公式,在此基础上分析了轨检仪利用弦测法检测轨向不平顺时,“以小推大”方法的系统误差与随机误差,并进行了计算机仿真。仿真结果证明:“以小推大”公式对波长为整数倍弦长的线路原始轨向不平顺值能较好地进行拟合。最后,针对波长为非整数倍弦长的轨向不平顺值建议采用牛顿插值解法。

基于中点弦测法的轨道不平顺精确值数学模型研究

弦测法是测量轨道不平顺的一种基本方法,原理简单,使用方便,高效迅捷。传统观点是直接将弦测值作为轨道不平顺的近似描述,这会不可避免地因基准线变动而产生较大误差。针对该问题建立了一个描述中点弦测法本质的数学模型,分析了轨道不平顺与其弦测值之间的关系,构造了一种计算轨道不平顺精确值的迭代算法与快速算法,并采用数值仿真对弦测过程进行模拟。结果显示:迭代算法总体误差较小,传递函数较好,但由于迭代次数等原因会产生端点误差;快速算法以牺牲计算内存为代价能达到较高精度,绝对误差在1μm以内,传递函数效果极好,从而证明了所建立的数学模型的正确性与计算结果的精确性。

弦测法检测轨向不平顺的研究

弦测法是轨道方向测量的一种基本方法。文章讨论了弦测法的基本原理并推导了“以小推大”公式,在此基础上分析了轨检仪利用弦测法检测轨向不平顺时,影响检测精度的因素,并提出了相应的改进方案。

基于弦测法的上承式拱桥长波不平顺限值研究

研究目的:温度和收缩徐变引起的拱桥桥面竖向变形导致长波不平顺,对车辆运行走行性产生影响。本文以某上承式铁路拱桥为研究对象,运用MIDAS/Civil软件计算得到桥面温度变形和收缩徐变变形,采用有限元软件MSC.PATRAN和多体动力学软件ADAMS/RAIL联合仿真技术,开展车桥系统耦合振动分析,研究桥面变形(温度和收缩徐变作用)产生的长波不平顺对列车动力响应的影响,并采用40 m弦分别对桥面变形和等效不平顺限值进行分析。研究结论:(1)收缩徐变倍数为1.6时,CRH3以350 km/h速度通过大跨拱桥时,车辆竖向加速度指标接近限值1.30 m/s^2;(2)当收缩徐变倍数为1.6时,CRH2以各计算车速通过桥梁时,动力响应指标均满足要求;(3)基于40 m弦的桥面变形的弦测矢量限值可采用5.5 mm;(4)本研究成果可为同类桥梁的限值要求提供参考。

基于中点弦测法的矢距计算通式及其特性研究

研究目的:关于高铁无砟轨道的轨向、高低,目前存在两类评价方法,即中点矢距法及矢距差法。中点矢距法广泛应用于轨道检测,而矢距差校核由于采用绝对测量方式计算,故限制了其应用。本文从两类方法的数学模型出发,分析两类方法的异同,以便为无砟轨道的平顺性评价提供理论依据。研究结论:(1)本文首先采用渐开线方法,建立了基于短弦中点弦测法的轨道矢距计算通式。计算机仿真验证了计算通式的准确性;(2)通过对两类方法的频域特性及误差特性的分析,认为在相同弦长条件下,相对于矢距差方法,中点矢距法具有相频无畸变、不平顺信息丰富、利于病害定位、利于动态性能评价等特点,且通过扩展算法可有效提取长波信息;(3)本文提出的轨道矢距计算通式,为无砟轨道的矢距差的快速校核提供了可能。

基于四点弦测法的轨面不平顺检测及复原方法

为了实现轨面不平顺的在线连续检测,并进一步提高弦测法的检测精度,提出了一种四点弦测法。通过理论推导其传递函数,并基于快速傅里叶(FFT)变换利用MATLAB建立了其自动复原算法。为更加合理地确定四点弦测法各参数,用20个随机产生的正弦波叠加模拟轨面不平顺并选用复原误差的最大值、平均值和标准差3个指标来进行复原精度比选。在最优参数的基础上,对上海地铁一段长30 m的实测数据进行复原,其结果与对应形式下三点弦测法的复原结果对比,结果表明四点弦测法的复原精度能控制在微米级,且相对于三点弦测法误差平均值和标准差均改善了50%以上,最大值改善了70%以上。

基于多中点弦测法的钢轨波磨测量不确定度分析

钢轨波磨的准确测量一直是铁路工务中的难点,虽然从理论上多中点弦测法已被证实能够对钢轨波磨进行测量,但目前缺乏计量方法。为了准确评估多中点弦测法的误差分布,在无法取得钢轨波磨真值的前提下,以双中点弦建立了误差传递模型并采用蒙特卡罗方法计算测量不确定度。研究结果表明:多中点弦测量结果误差大小与原始波磨幅值呈正相关、与超限波长呈负相关,从整体来看,双中点弦测量相对误差约为7%,能够满足实际铁路工务应用。

动静态轨道不平顺评价差异及动态弦测法特性

中点弦测法能够有效控制影响行车安全性和舒适性的指定波段轨道不平顺,主要用于测量轨道静态不平顺,但其较低的测量效率制约着轨道“状态修”的发展.针对上述问题,将轨道动态不平顺按中点弦测输出,分析动静态弦测值差异与弦长和不平顺波长的关联关系,提出能够评价轨道动态平顺性的动态弦测法,研究动态不平顺与静态不平顺间的映射关系.研究结果表明:42 m和70 m动态高通滤波幅值分别与10 m弦和20 m弦测值变化规律相当;当不平顺波长大于70 m时,120 m动态高通滤波幅值与40 m弦测值变化规律基本对应;截止波长为42、70、120 m的轨道动态不平顺,分别与弦长为20、30~40、30~60 m的动态弦测波形相关性最优,对应的动态弦测法最大合理弦长分别为20、30、40 m,通过路基和简支梁区段实测数据验证了动态弦测法的适应性;在路基沉降区段,弦长为60 m时,静态弦测值明显朝负方向偏离动态弦测值的处所为沉降点,相邻两侧朝正方向偏离动态弦测值的处所为沉降区段起终点.

基于中点弦测法的中低速磁浮轨道不平顺检测

针对中低速磁浮F轨轨道不平顺检测问题,提出基于机器视觉测量技术的中点弦测方法。由一组激光摄像式传感器检测轨道轮廓,进行图像处理、特征点提取以及世界坐标系转换后,计算得到轨道不平顺正矢值,通过“以小推大”、差值方法得到不同弦长的不平顺值,并为长沙磁浮快线研制了MTDS-1型车载非接触式中低速磁浮F轨轨道动态检测装置。选取株洲电力机车有限公司的磁浮交通系统中心试验线为试验地点,测试结果表明:在20 km/h和25 km/h的速度下测得的4 m弦和10 m弦轨道不平顺满足精度要求,验证了轨道不平顺检测数据的一致性,该检测方法能实现中低速磁浮轨道不平顺的准确测量,检测结果不受列车运行速度变化的影响。

基于弦测法与密度聚类的三维结构光波磨检测

为解决钢轨波磨人工检测费时费力及惯性法检测精度较低的问题,综合利用三维结构光技术、弦测法和密度聚类算法进行波磨检测。首先获取钢轨点云,通过纵向平面遍历轨头点云得到钢轨的纵向截面簇,其次利用弦测法计算相应纵向截面的谷深和波长。最后利用钢轨发生波磨时产生的接触斑,对遍历计算的谷深和波长分别进行密度聚类,将相同或相似接触斑的波磨信息聚类成簇,对聚类后各簇的结果进行统计分析得到相应钢轨的波磨信息。本方法结合三维结构光数据量大、弦测法计算直接明确的优点,通过密度聚类将不同深度、大小的波磨接触斑进行区别,有效地将钢轨波磨不同谷深及波长成分进行分类计算。实验室样件试验及现场试验表明,本方法能够实现对钢轨波磨的精确检测。

无碴轨道道床竖曲线弦测法施工精度控制

介绍了无碴轨道道床竖曲线弦测法施工精度控制要点,即控制体系的设计,弦线点的设置,矢矩的合格范围以及轨排铺设和弦线量测的控制要点。详细阐述了弦线矢矩处理程序和注意事项。

轨检仪弦测法“以小推大”相对检测数学模型研究

弦测法“以小推大”是测量轨道不平顺的方法,该文运用它的数学原理,对轨道检查仪的相对检测的实际问题进行建模研究,并使用最小二乘法,对弦长大于轨道检查仪纵梁长度时的正矢值进行求解。考虑到实际测量值步距与弦长比值小于以小推大公式中步距与弦长比值,对实际测量值间隔取点,利用弦测法原理,建立了以小推大正矢值误差和起始点位置误差关系的模型,进一步得到优化后的相对检测模型。

铁路轨道检查仪轨向与高低检测单元检定方法的研究

铁路轨道检查仪行业标准与国家计量检定规程中,明确规定轨向与高低检测单元的检定采用超高复现法,但轨向与高低复现值换算及示值误差计算方法不容易被理解。详细分析轨道检查仪轨向与高低检测单元检定采用的中点弦测法和轨迹法。基于轨迹法,给出了优化轨向与高低检定方法的建议:将轨向与高低复现值的定义统一到超高复现值,不与物理弦长进行换算,并采用相同的方法对专用块规量值溯源;统一规划和安排超高、轨向和高低等检定点,优化专用块规名义尺寸;轨向与高低示值最大允许误差要求维持不变。