航天器v_(∞)转移轨道的模型和解析法

假定A和B是围绕一个引力中心按照开普勒轨道运行的卫星,针对航天器从A出发转移至B的轨道确定问题,文章提出了一个新的模型,称为v∞转移轨道(v∞-transfer-orbit,VTO).VTO选取航天器飞离A的时刻t0和逃逸速度大小v∞作为设计参数,求解抵达B的开普勒轨道.根据A和B运行轨道的空间位置关系,VTO分为A/B异面、A/B共面和A/B重合3种情况,同时存在3类解:General-VTO、Backflip-VTO和Resonant-VTO.文章建立了统一的VTO解析方法,即将航天器抵达B的位置约束分解为轨道约束和时间约束,根据轨道约束推导航天器轨道关于单个变量的解析式,根据时间约束建立该变量的一元方程,从而将原问题转化为一元方程寻根问题.首先,依次针对A/B异面、A/B共面和A/B重合情况构建了General-VTO的一元寻根方程,详细介绍了一元方程的寻根区间,并给出了一种基于三次样条插值的快速寻根算法;然后,构建了Backflip-VTO的一元寻根方程,在分析一元方程函数单调性、极值点和拐点的基础上给出了一元方程寻根区间和寻根方法;之后,构建了Resonant-VTO的直接解析式.最后,给出算例并重点说明VTO多解性.

钢管混凝土双块式轨枕无砟轨道结构疲劳性能试验研究

新型钢管混凝土(CFT)双块式轨枕克服了桁架钢筋双块式轨枕存在的生产制造复杂、存放易锈蚀、运营阶段易开裂等问题,可广泛应用于高速铁路和城市轨道交通无砟轨道结构。为检验CFT双块式轨枕无砟轨道结构的疲劳性能,采用11根预制CFT双块式轨枕现浇制作足尺无砟轨道结构节段模型,开展橡胶隔振垫式减振轨道和现浇整体式轨道节段的疲劳试验,揭示其疲劳损伤特性,分析典型疲劳加载循环次数后静载作用下轨道结构应变和变形分布及其演化规律。研究结果表明:1.5倍静轴重的疲劳荷载累计作用500万次后,减振节段及整浇节段CFT双块式轨枕无砟轨道结构混凝土均未出现肉眼可见的裂缝,轨枕与现浇道床整体工作性能良好,疲劳性能满足规范要求;停机开展静载试验过程中轨道结构各测点混凝土横向应变值随荷载增大而近似线性增大,最大拉压应变值均远小于混凝土的极限应变值,工作状态良好;轨道整浇节段道床板中处于整体受拉的状态,可见设置层间连接钢筋实现了道床与底座的共同工作;疲劳试验过程中轨道结构测点竖向位移值总体随着静载的增大而逐渐增大,位移量级较小,满足规范要求,减振轨道节段竖向位移值及其变化率大于整浇轨道节段。研究结果可供类似研究及钢管混凝土双块式轨枕无砟轨道结构工程应用参考。

新型轨道消防救援车模块化系统设计

为实现对各种复杂的轨道交通事故的有效救援,应对各种复杂的轨道交通事故,首先,通过文献检索,分析国内外现有轨道消防救援系统的现状及其发展趋势;然后,总结和剖析路轨两用车在山地城市轨道交通系统中的适用性及模块化改造的可行性;最后,提出一套适合山地城市轨道特点的新型轨道交通路轨两用消防救援系统。结果表明:路轨两用消防救援车符合轨道消防救援使用要求。系统采用高强度模块化以及装配式设计理念,配备有控制各种火灾工况的灭火及排烟系统、牵引绞盘、应急发电、医护用品等应急救援装备,能够针对性的应对密闭、浓烟环境下轨道事故救援工作,极大减少发生事故后造成的损失。

高速铁路主跨320 m钢-混部分斜拉桥无砟轨道适应性研究

南玉高铁六景郁江特大桥设计将钢-混部分斜拉桥结构引入时速350 km高速铁路领域,而300 m级以上大跨度桥上无砟轨道的竖向变形极易超限,影响列车通过的安全性和舒适性,因此,系统研究在此大跨桥梁结构上铺设无砟轨道的适应性十分必要。通过建立有限元及动力学模型,分析不同组合工况下无砟轨道结构的变形特点及动力特性,运用60 m弦测法探究各工况下无砟轨道的线形变化规律,从而确定大跨度钢-混部分斜拉桥铺设无砟轨道的适应性,并对设计和施工提出合理化建议。主要结论如下:在各种不利组合荷载作用下,桥上无砟轨道结构强度满足规范要求,列车通过大桥的各项安全性与舒适性指标均满足规范要求;混凝土收缩徐变和斜拉索升降温是影响无砟轨道线形标准的两大主因,应在无砟轨道施工前确保足够的沉降观测期和收缩徐变释放期,并充分考虑拉索的保温设计;在温度组合荷载作用下,桥上无砟轨道的60 m弦测不平顺幅值为6.79 mm,满足高速铁路静态验收标准;但在叠加列车荷载和收缩徐变后,变形弦测值均出现Ⅱ级及以上超限,通过合理设置预拱度后可有效改善轨道平顺性标准。

某线震后轨道设计方案研究

2022年1月8日门源发生6.9级地震,造成某线隧道二衬坍塌、桥梁梁体移位、接触网脱落等基础、设备严重损坏,并伴随钢轨折断、扣件脱落、道床倾斜等轨道震害,是我国高速铁路首次遭遇的强震作用下严重受灾事件。结合震后预测余滑变形量水平150~300 mm,垂向100 mm条件下,在设防区段提出一种“三孔连体套管承轨台可调式WJ-8型扣件+长枕埋入式单层道床预留切割孔”新型大调整量无砟轨道结构方案。其中,三孔连体套管承轨台可调式WJ-8型扣件在既有WJ-8型扣件基础上通过增设铁承轨台、调距块和三联套管等部件可满足单股钢轨左右位置调整量达152 mm,长枕埋入式单层道床中预留切割孔,便于在基础变形超出扣件调整范围后切割纠偏;通过对余滑变形后线路拟合获得拨距包络图,确定了大调整量无砟轨道铺设范围。

低地球轨道卫星边缘计算场景中任务卸载与资源分配联合优化算法

针对低地球轨道(LEO)卫星边缘计算场景中地面用户计算任务的卸载需求,提出联合卸载与资源分配优化(JORAO)算法。考虑到LEO卫星的有限覆盖时间,以最小化所有地面用户的平均服务时延为目标,联合优化卸载策略、LEO卫星的通信和计算资源分配。将任务卸载与资源分配的联合优化问题分解为卸载决策和资源分配子问题,使用交替优化方法,获得原始优化问题的次优解。对于任务卸载决策子问题,将其建模为联盟博弈模型,当博弈达到纳什均衡时,获得最小化平均服务时延的地面用户卸载策略;对于资源分配子问题,使用拉格朗日乘子法获得最优的通信和计算资源分配结果。此外,还证明了所提算法的收敛性和稳定性。仿真结果表明,所提算法具有良好的收敛性,能显著降低地面用户的平均服务时延和提高任务卸载成功率。

基于车车通信列控系统的城市轨道交通列车运行效率分析

[目的]城市轨道交通T2T(车车通信)列控系统是一种新型的信号系统,其通过资源化管理方式对轨旁设备进行管控。为了验证该系统的优越性,需对该系统下的列车运行效率进行分析。[方法]针对T2T列控系统,基于资源管理层面和安全防护原理的特点,在折返工况下,将原本由联锁控制的双动道岔转变为两个单动道岔,并基于列车精确自定位实现ATP(列车自动防护),提高了岔区线路资源的使用能力;在区间和车站追踪工况下,通过前后车对于车速、加速度、所处线路位置等信息的实时互传,利用相对速度安全防护原理进一步缩小了列车的追踪间隔。通过上述两方面的技术革新,结合城市轨道交通线路的实际数据,对站后交叉渡线折返、站前单渡线折返、区间与车站追踪等运营场景进行了模拟仿真计算,确定了T2T列控系统的折返能力和区间追踪能力。[结果及结论]相较传统的CBTC(基于通信的列车控制系统),T2T列控系统在折返能力、追踪能力等方面均有着显著提升,更加适应于超大运量的城市轨道交通线路;T2T列控系统架构简单,轨旁设备少,尤其适合城市轨道交通的大修改造项目。

2023年世界城市轨道交通运营统计与分析综述

参考国际上较为通用的统计标准,将城市轨道交通分为地铁、轻轨和有轨电车三大类,对世界城轨交通运营现状进行统计。分析表明:截至2023年底,全球有79个国家和地区的563座城市开通了城市轨道交通系统,总里程超过43400.40 km,其中地铁、轻轨、有轨电车分别占50.07%、10.69%和39.24%;中国(含港澳台)累计有66座城市开通运营轨道交通,运营里程达11900.29 km,其中中国内地运营里程11232.65 km。2022年,全球59个国家的183座城市地铁累计运送乘客586.52亿人次,平均负荷强度0.81万人次/(km·d),其中中国(含港澳台)地铁年客流量为212.51亿人次。我国城市轨道交通持续稳步发展,线网规模和客流规模继续居全球第一。统计国务院52号文件发布后的中国轨道交通的线网规模数据,预测低运量城市轨道交通系统将在中国内地有较好的发展前景,特别是中西部地区,以促进城市绿色、可持续发展。同时,根据疫情前后全球主要国家(地区)和城市的客流数据,预计中国内地客流量将在2024—2025年恢复至疫情前水平。

基于组合深度学习的轨道交通短时进站客流预测模型

针对轨道交通短时进站客流考虑不充分和特征学习不全面而导致预测精度不高的问题,选取客流特征、天气、空气质量和道路交通拥堵指数等多个因素,提出了一种基于组合深度学习的轨道交通短时进站客流预测模型(CNN-ResNet-BiLSTM)。基于卷积神经网络(CNN)对多因素客流时间序列进行自动提取,在CNN网络中插入多个残差神经网络(ResNet)来加深网络深度,利用双向长短时记忆神经网络(BiLSTM)捕捉前后两个方向的客流时间序列特征并得到预测结果;以杭州市全网80个站点工作日的进站客流为例,验证了该模型的有效性。研究结果表明:与常用的几种模型相比,多因素CNN-ResNet-BiLSTM组合模型的均方根误差(E RMS)至少降低了8.50%,平均绝对误差(E MA)至少降低了6.74%,平均绝对百分比误差(E MPA)至少降低了6.52%。

公铁两用大跨度斜拉桥-无砟轨道体系变形适应性研究

高速铁路大跨度斜拉桥结构变形受其复杂服役环境影响显著,而无砟轨道对工后变形的调整能力有限,因此大跨度斜拉桥的复杂变形条件将直接影响其上无砟轨道结构的适应性。以沪渝蓉高铁长江北支公铁两用大跨度斜拉桥应用无砟轨道为工程背景,建立无砟轨道-大跨度斜拉桥一体化精细空间有限元模型,分析铁路、公路以及温度等多种荷载联合作用下大跨度斜拉桥-无砟轨道体系平顺性、无缝线路稳定性和无砟轨道层间变形协调性,从而对大跨度公铁两用钢桁梁斜拉桥-无砟轨道体系变形适应性开展深入研究。结果表明:在运营荷载及温度荷载最不利组合作用下,大跨度斜拉桥主梁线形平顺,变形平缓,桥梁整体刚度较好,桥上无砟轨道几何形位可以满足静态验收标准;大跨度斜拉桥上无缝线路的强度和稳定性满足要求,扣件工作性能良好,钢轨伸缩调节器的设置可有效释放梁端钢轨的纵向应力;无砟轨道层间设置橡胶隔离层且不跨主梁桁架节间的布置方式可提高大跨度斜拉桥上无砟轨道的变形协调性能,使得桥上无砟轨道层间始终处于受压状态,达到“隔而不离”的桥上轨道层间理想服役状态;大跨度公铁两用钢桁梁斜拉桥-无砟轨道体系变形适应性良好。本文研究成果可为公铁两用大跨度钢桁梁斜拉桥上无砟轨道的应用提供技术参考。

基于1D-CNN的无砟轨道CA砂浆脱空识别

为解决水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)脱空位置识别的难题,提出考虑CA砂浆脱空的无砟轨道模型建模与计算方案。首先,基于CRTS I型板式无砟轨道“梁-板-板”建模理论,使用非线性弹簧模拟CA砂浆脱空病害,输入扣件支点反力作为模型的激励,得到监测点位的垂向加速度数据集。其次,通过对数据集缩放、添加噪声的方式进行数据增强,增强数据集的差异,以增强识别模型的泛化性,获得更加准确的识别结果。最后,建立脱空病害的识别方法,搭建一维卷积神经网络(1D-CNN)进行CA砂浆的脱空位置识别,构建准确率、查准率和查全率等评价指标评估识别结果,使用t-SNE降维算法对结果进行可视化。对比其他3种神经网络的表现,探讨1D-CNN应用于CA砂浆脱空位置识别的优势。研究结果表明:“梁-板-板”模型反映了无砟轨道的力学本征,用于CA砂浆脱空问题的仿真模拟是可行的;通过对数据集信号缩放、添加噪声的方式进行数据增强可提高深度学习模型的性能;从深度学习的角度来看,CA砂浆脱空发生在板中造成的危害较小,应重点关注板端CA砂浆脱空的养护与维修问题;1D-CNN相比其他3种模型运算时间短,在CA砂浆脱空位置识别数据集上优势更大,识别准确率可达95%以上。研究结果为进一步提高无砟轨道结构监测的自动化和智能化水平提供参考。

顾及BDS-3星钟约束的GNSS超快速轨道钟差解算方法

BDS-3高稳定星载原子钟作为北斗星座的显著技术优势,在GNSS数据处理中尚未得到充分利用。针对严格时效性限制下GNSS超快速轨道钟差参数精度受限问题,本文提出顾及BDS-3星钟约束的GNSS超快速轨道钟差解算方法。首先,以GNSS轨道钟差参数间相关性为基础,构建顾及BDS-3星钟参数特性的GNSS定轨模型;然后,基于GNSS精密钟差产品,分析星钟约束对GNSS轨道钟差参数精度的影响规律;最后,为克服预报钟差精度与约束筛选对定轨影响,建立BDS-3星钟建模与GNSS超快速轨道钟差估计的同步处理方法。试验结果表明,在BDS-3星钟参数最优约束下,BDS-3与GPS轨道钟差精度可分别提升27.5%、5.1%和20.2%、5.2%;且较传统BDS-3星钟单历元处理策略,基于BDS-3星钟建模与GNSS超快速定轨同步处理方法,GNSS超快速轨道钟差精度可分别提升至4.8%与34.2%,轨道精度实现了毫米级改善。因此,顾及BDS-3星钟约束的GNSS超快速轨道钟差解算方法可有效对BDS-3高稳星钟信息模型化,并实现GNSS超快速轨道钟差精度的优化处理。

高速铁路无砟轨道车辆荷载传递特性研究

为进一步探讨无砟轨道荷载设计参数取值,为我国时速400 km及以上高速铁路建设提供重要理论支撑,通过开展无砟轨道静力分析以及钢轨焊缝、车轮扁疤激励下车辆-轨道动力相互作用,揭示列车静、动力载荷特征及传递规律;同时根据轨道承载特点和无砟轨道设计原理,提出车辆竖向设计荷载取值建议。研究结果表明:(1)高速列车车轮扁疤和钢轨焊缝不平顺将造成显著的轮轨冲击,其轮载动载系数最大可达5.79,远高于现行规范取值;扣件系统对扁疤和焊缝不平顺引起的轮轨力高频成分衰减作用明显,扣件支反力的动载系数最大为2.64;(2)钢轨焊缝不平顺引起的轮轨冲击力随着车速提高以及焊缝不平顺幅值的增大而迅速增大,建议500 km/h及以下高速铁路的钢轨焊缝平直度标准取0.2 mm/m;(3)列车轮载通过扣件支反力作用于轨道板,从传递特性的角度来说,以扣件支反力作为轨道板竖向设计荷载更为合理,其动载系数可取3.0,且能满足400 km/h及以上高速铁路的行车需求。

新工科背景下专业实习体系探索与实践——以轨道交通信号与控制专业为例

为适应新工科对人才培养的新要求,针对轨道交通信号与控制专业的实习体系在实践过程中存在的主要问题,通过深化产教融合、强化虚实结合、细化考评综合,建立纵向“三阶段”逐级递进、横向“双形式”互补的实习新模式,形成“一平台,双引擎,三大素质”的实习教学新理念,构建“一核心,三过程,九指标”的综合能力评价新机制。在实习组织形式、实习资源整合、实习评价方式等方面进行积极探索和大胆实践,对其他工科专业的实习教学体系建立有一定借鉴和参考意义。

西安市城市轨道交通站点功能演变及影响因素

城市轨道交通站点功能是城市土地利用状况和空间活力的综合反映,轨道交通站点与城市用地的协调发展对于缓解交通拥堵压力、提高土地利用效率具有积极的作用。运用信息熵、优势度、均衡度和多元回归模型,分析2011—2020年西安市中心城区轨道交通站点功能演变及影响因素。结果表明:西安市城市轨道交通站点功能呈现波动上升、中稳外变和混合主导的演变特征,商服功能、到城市中心的距离是城市轨道交通站点功能演变的主要因素,其中,商服功能对城市轨道交通站点功能的混合度呈正向影响,到城市中心的距离对城市轨道交通站点功能的混合度呈负向影响。规划期城市空间格局对城市轨道交通站点功能具有重要影响,建设期地区经济水平成为关键因素,运营期商业服务业则成为推动城市轨道交通站点功能演变的主要力量。基于城市轨道交通站点功能演变的时空分异和影响因素探究,有助于优化城市轨道交通站点周边区域土地利用和提升城市轨道交通站点活力。

高速铁路0.01~1 m波段高低轨道不平顺特性分析

随着我国高速铁路发展规模的不断扩大及运营速度的不断提升,轨道短波不平顺引起的振动与噪声问题日益严重。深入研究高速铁路短波不平顺的时域、频域与时频域特征,对精准掌握高速铁路轨道短波平顺状态及其引起的车-轨系统振动、伤损等一系列问题具有重要的参考价值。以某高速铁路实测0.01~1 m波段轨面高低不平顺数据为研究对象,经过数据预处理剔除异常值并消除趋势项后,对实测不平顺数据进行时域分析,得到该高铁线路短波不平顺数据的统计与分布特性。采用平均周期图法计算该高铁线路轨道短波不平顺功率谱密度,应用非线性最小二乘拟合优化算法进行拟合,提出高速铁路轨道短波不平顺谱。从时频域角度对该段数据进行经验模态分解与希尔伯特变换,分析该高铁线路短波不平顺的希尔伯特谱与边际谱。研究结果表明:该高铁线路轨道短波不平顺数据各统计量幅值都较小,且近似服从正态分布;该高铁线路轨道短波不平顺功率谱密度存在与钢轨波磨有关的多个周期性成分,提出的高速铁路短波不平顺谱函数能够很好地对实测功率谱密度进行拟合,且拟合效果优于经典的SATO建议的短波谱与50 kg/m钢轨的短波谱;对该高铁线路轨道可能存在的短波病害进行识别与定位,时频域分析的方法可以较好地应用于高速铁路轨道平顺性的分析与日常的管理维护。

在法治轨道上推进新时代科技创新的功能阐释

中国式现代化关键在科技现代化,在法治轨道上推进新时代科技创新是实现科技现代化和法治现代化的必然要求。在法治轨道上推进科技创新旨在发挥法治轨道在推进科技创新中的重要功能,使法治轨道成为驱动和赋能科技创新的重要动力机制和动能来源。要实现在法治轨道上推进科技创新,必须以习近平法治思想为指导,充分发挥和不断优化法治轨道在保障科技创新的政策实施、激发科技创新的主体活力、维护科技创新的自由空间、塑造科技创新的竞争优势、消解科技创新的伦理风险等方面的调整机制功能,从而为新时代科技创新提供持久法治动力和注入强劲法治动能。

多源车载数据驱动的地铁轨道不平顺智能识别方法

针对轨道不平顺检测成本高与时效性低等不足,从车辆动态响应与轨道不平顺之间的相关性为切入点,提出一种多源车载数据驱动的轨道不平顺智能识别方法。首先,建立地铁车辆系统动力学模型,获取车辆振动与运动姿态响应数据;其次,通过相关性分析算法,选取强相关性数据,制作网络模型数据集;最后,建立卷积神经网络-长短期记忆网络(CNN-LSTM),通过粒子群算法优化(PSO)神经网络模型参数,建立PSO-CNN-LSTM模型,实现对轨道不平顺的识别拟合。研究结果表明:在车辆动态响应信号中,与横向信号与轨道不平顺之间的相关性相比,垂向信号的更强,同时,车体的运动姿态如车体点头角速度与不平顺有明显的相关性。所提出的PSO-CNN-LSTM模型轨道垂向与横向不平顺识别拟合度分别达0.92和0.76。与经典的全连接神经网络FCNN和支持向量机SVR相比,PSO-CNN-LSTM有更好的识别效果与时效性。

智航无人机载LiDAR系统在轨道交通建设中的应用分析

为了减少轨道交通建设外业勘测的工作量,提高制图的效率和精度,本文首先基于实际项目,选用智航SF1650六旋翼无人机载LiDAR系统对济南新东站片区进行航摄,利用获取的LiDAR点云和影像数据制作DEM、DOM,然后再进行大比例尺地形图和片区断面图的制作。通过外业勘测核实,DEM和DOM精度完全满足轨道交通建设工程制作大比例尺地形图的要求,且相较于传统立体航测,精度和数据利用率得到很大的提升,极大减少了外业勘测工作量,验证了智航SF1650无人机载LiDAR系统的可行性,为今后的工程应用提供了参考方案。

小行星探测器轨道计算的动力学研究

针对中国即将开展的小行星探测活动中面临的轨道计算动力学问题进行研究。分析了小行星探测器轨道计算的需求,并对小行星轨道计算中涉及的时空参考系进行了描述,然后对轨道计算所需考虑的动力学模型进行了讨论,并给出了各类摄动加速度的计算公式。最大的是太阳引力加速度,约为10^(-6)km/s^(2);最小的是小行星本体摄动加速度,约为10^(-12)~10^(-13)km/s^(2)。利用欧空局Rosetta探测器的实测数据对动力学模型精度进行了验证,结果表明4天弧段位置互差约15 m,速度互差约0.44 mm/s,动力学模型精度可靠。本研究可以为中国小行星探测活动轨道计算提供参考。