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基于CBAS_Unet的无人机多视角影像钢轨线自动提取方法

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中国铁道科学 2024年第3期45卷 26-37页

作者：王广帅中国铁路设计集团有限公司测绘地理信息研究院天津300251 天津市轨道交通导航定位及时空大数据技术重点实验室天津300251

针对无人机影像场景复杂、视角差异大、异物遮挡多,因而难以实现影像钢轨线高精度自动提取的问题,提出基于CBAS_Unet的无人机多视角影像钢轨线自动提取方法。在传统U-net网络基础上增加并行的空洞空间金字塔模块(Atrous Spatial Pyramid... 详细信息

针对无人机影像场景复杂、视角差异大、异物遮挡多,因而难以实现影像钢轨线高精度自动提取的问题,提出基于CBAS_Unet的无人机多视角影像钢轨线自动提取方法。在传统U-net网络基础上增加并行的空洞空间金字塔模块(Atrous Spatial Pyramid Pooling,ASPP)及卷积注意力模块(Convolutional Block Attention Module,CBAM),以增强网络对不同尺度的邻域信息的获取能力,有效提升对钢轨的分割性能;再通过基于RANSAC最小二乘拟合的像素编组及邻域钢轨线串联,实现完整钢轨矢量线的高精度提取。结果表明:与Unet及Deeplab v3+2种经典模型相比,所提方法针对多视角无人机影像钢轨分割的交并比分别提升2.09%和1.98%,综合能力评价指标分别提升1.50和1.42;钢轨线提取完整度达到了90.7%,优于U-net模型的83.3%;钢轨线提取的误差平均值约0.58像素,中误差约0.77像素,实现了亚像素级的钢轨线提取。该方法能够满足无人机多视角影像中钢轨线提取的自动化、完整性以及高精度应用的需求。

关键词：无人机影像钢轨线提取空洞空间金字塔注意力机制 U-net

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运营期公铁两用悬索桥温度效应研究

铁道学报 2024年第6期46卷 156-166页

作者：朱颖郭辉孙大奇双妙中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所北京100081 高速铁路轨道系统全国重点实验室北京100081 国核电力规划设计研究院有限公司北京100095

针对公铁两用悬索桥运营期温度效应引起桥梁线形和轨道长波不平顺问题,根据桥梁健康监测系统实测环境、结构温度和主梁挠度,采用经验小波分解方法和FastICA盲源分离算法,将实测主梁挠度分解为温度长周期和短周期效应,建立不同周期温度... 详细信息

针对公铁两用悬索桥运营期温度效应引起桥梁线形和轨道长波不平顺问题,根据桥梁健康监测系统实测环境、结构温度和主梁挠度,采用经验小波分解方法和FastICA盲源分离算法,将实测主梁挠度分解为温度长周期和短周期效应,建立不同周期温度效应与环境温度的线性关系。结果表明,温度长周期效应引起结构的整体升降温,是主梁线形变化的主要影响因素,每摄氏度环境温度变化主梁跨中挠度变化30 mm以上;温度短周期效应引起结构的非均匀温度场,对主梁线形的影响较小,每摄氏度环境温度变化主梁跨中挠度仅变化5 mm左右;夏季和冬季温度短周期效应对主梁跨中的影响较大,春季和秋季次之。基于夏季和冬季现场试验,采用全站仪对主梁线形进行短期监测,并利用铁路天窗点通过静力水准仪实测同一时刻主梁和轨道线路绝对高程,研究环境温度对桥梁、轨道线形及线路不平顺的影响。现场实测结果表明,轨道绝对高程相对于桥梁绝对高程具有良好的跟随性,可采用主梁线形代替轨道线形。温度作用对轨道线路不平顺有影响,环境温度短期升降温对千米级公铁两用悬索桥的运营性能有一定影响,这主要是由于桥梁线形变化带动桥上轨道线路。通过数值算例,模拟夏季和冬季极端环境条件对轨道长波不平顺弦测值的影响,冬季、夏季大幅降温、升温均对桥上轨道线路平顺性有较大影响,工务作业中需要重点关注冬季大幅降温对轨道运营性能的影响。

关键词：悬索桥温度效应健康监测现场实测桥梁线形轨道不平顺

高速铁路0.01~1 m波段高低轨道不平顺特性分析

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铁道科学与工程学报 2024年第3期21卷 891-900页

作者：陈宪麦彭良坤孙宪夫魏子龙杨飞董春敏中南大学土木工程学院湖南长沙410075 高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南长沙410075 中国铁道科学研究院集团有限公司基础设施检测研究所北京100081

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... 详细信息

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。

关键词：短波不平顺时域分析轨道谱拟合希尔伯特变换

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杭州湾铁路大桥钢轨伸缩调节器设置纵坡研究

铁道工程学报 2024年第8期41卷 57-60,66页

作者：张建李大成张志超中国铁路设计集团有限公司天津300308

研究目的:高速铁路采用大跨度斜拉桥和长联连续梁的工况越来越多,钢轨伸缩调节器对确保行车安全发挥了重要作用。钢轨伸缩调节器对线路纵坡比较敏感,为保证线路安全、提高动车组列车平稳性并降低工程投资,本文对南通至宁波高速铁路杭州... 详细信息

研究目的:高速铁路采用大跨度斜拉桥和长联连续梁的工况越来越多,钢轨伸缩调节器对确保行车安全发挥了重要作用。钢轨伸缩调节器对线路纵坡比较敏感,为保证线路安全、提高动车组列车平稳性并降低工程投资,本文对南通至宁波高速铁路杭州湾跨海大桥钢轨伸缩调节器设置坡度进行研究,为项目技术决策提供支撑。研究结论:(1)静动力学分析表明,线路纵坡对钢轨伸缩调节器的尖轨纵向位移影响较小,12‰坡道条件下轨道、桥梁各项动力指标均满足规范限值,设置钢轨伸缩调节器可行;(2)建议设置实时在线监测系统,为科学维护钢轨伸缩调节器提供依据;(3)本研究结果对优化铁路大跨桥梁伸缩调节器设置方案、降低工程投资具有积极意义。

关键词：跨海大桥钢轨伸缩调节器线路纵坡静力分析动力分析

基于钻进参数多变量特征挖掘的隧道围岩智能分级模型研究

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隧道建设(中英文) 2024年

作者：赵思光王明年童建军霍建勋夏覃永易文豪中国铁路经济规划研究院有限公司技术标准所西南交通大学土木工程学院

隧道智能建造是未来隧道工程发展的重要方向之一，隧围岩智能分级是隧道智能建造的关键和核心。既有研究表明，凿岩台车钻孔施工过程中自动采集的钻进参数和隧道围岩质量有良好的响应关系，可通过大数据训练建立的机器学习模型，实现隧... 详细信息

隧道智能建造是未来隧道工程发展的重要方向之一，隧围岩智能分级是隧道智能建造的关键和核心。既有研究表明，凿岩台车钻孔施工过程中自动采集的钻进参数和隧道围岩质量有良好的响应关系，可通过大数据训练建立的机器学习模型，实现隧道施工阶段围岩智能分级。为进一步提升基于钻进参数的围岩智能分级模型精度，综合考虑钻进参数间耦合影响作用、围岩地质非均一性等因素影响，从进给速度、推进压力、打击压力、回转压力等原始钻进参数特征变量出发，通过特征组合、统计方式，研究构建了多变量的钻进参数特征体系并进行了特征重要性评估。然后利用6种常见的机器学习方法，进行了围岩智能分级应用，并比较分析了特征挖掘前后不同围岩级别样本类间距离及分级模型准确率。结果显示，相比原始特征，多变量特征体系下，不同围岩级别样本类间距离均值提升66.09%～85.41%，各模型分级总体准确率由75.5%～87.5%提高到90.0%～92.5%，表明基于钻进参数多变量特征体系对围岩分级精度有很好地提升作用。

关键词：隧道围岩分级钻进参数特征挖掘钻进能量指标机器学习

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复杂地质条件下铁路桥梁桩基通用计算方法

中国铁道科学 2024年第2期45卷 72-80页

作者：廖立坚苏伟杨新安王雨权李黎中国铁路设计集团有限公司天津300308 同济大学交通运输工程学院上海201804 中铁第六勘察设计院集团有限公司天津300308

为保障复杂地质环境中铁路桥梁桩基础的结构安全,进一步提升设计质量,提出一种通用的复杂特殊地质条件下桩基计算方法。选择静水、负摩阻力、膨胀土和地震液化土作为4种基本特殊地质,以桥梁桩基设计规范中的m法和单桩承载力计算式为基础... 详细信息

为保障复杂地质环境中铁路桥梁桩基础的结构安全,进一步提升设计质量,提出一种通用的复杂特殊地质条件下桩基计算方法。选择静水、负摩阻力、膨胀土和地震液化土作为4种基本特殊地质,以桥梁桩基设计规范中的m法和单桩承载力计算式为基础,提出它们各自分别作用时的计算方法和综合作用时的耦合效应算法。结果表明:季节冻结深度线、多年冻土上限深度线、中性点深度线和急剧层深度线可作为冰、液态水、冻土、负摩阻力、膨胀土的分界线;该方法在规范基础上增加的计算步骤、计算参数和外载增量可以移植到桩基通用设计程序中,并适用于任意复杂特殊地质条件计算,可为实现该条件下铁路桥梁桩基安全、高效、精细化的计算提供支持。研究成果应用于铁路桥梁设计中,节省桩长约5%、桩身配筋约4%。

关键词：铁路桥梁复杂地质桩基计算冻土上限耦合效应

高原高铁特长和超长隧道单列车通过时空气阻力变化规律研究

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隧道建设（中英文） 2024年第7期44卷 1491-1501页

作者：邓虹万有财梅元贵兰州交通大学甘肃省轨道交通力学应用工程实验室甘肃兰州730070

为研究列车通过高原高铁隧道时隧道长度、坡型、坡度、海拔和列车速度对列车平均空气阻力、最大空气阻力以及隧道平均空气阻力因子、最大空气阻力因子4个空气阻力指标的影响规律,基于一维可压缩非定常不等熵流动模型特征线模拟隧道压力... 详细信息

为研究列车通过高原高铁隧道时隧道长度、坡型、坡度、海拔和列车速度对列车平均空气阻力、最大空气阻力以及隧道平均空气阻力因子、最大空气阻力因子4个空气阻力指标的影响规律,基于一维可压缩非定常不等熵流动模型特征线模拟隧道压力波,将列车空气阻力分解为头尾车端部的压差阻力、车厢摩擦阻力、全列车压差阻力和列车周围空气重力沿列车运行方向的分量阻力(简称空气重力分量阻力),建立反映坡度的单面坡隧道空气阻力计算模型。研究结果表明:1)单列车通过有坡度隧道时,空气阻力变化规律与车外压力波和空气重力分量阻力有关,受到压缩波和膨胀波的作用增大或减小;单列车通过不同隧道长度的单面上坡/下坡、人字坡和平直隧道时,存在基于平均空气阻力的最不利坡型和临界隧道长度。单列车通过长10 km的单面上坡隧道时平均空气阻力最大,为47.05 kN。2)单列车通过单面上坡隧道时,平均空气阻力和最大空气阻力随着坡度和列车速度的增大而增大,随着海拔的升高而减小。3)通过对平均空气阻力与列车速度拟合得出,列车通过单面上坡、下坡隧道时,平均空气阻力分别与列车速度的1.92次方和2.14次方成正比。

关键词：高原高铁特长隧道超长隧道列车空气阻力坡型海拔坡度一维流动模型

规划设计阶段数字孪生牵引供电系统数据融合方法及应用研究

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铁道标准设计 2024年第10期68卷 176-183页

作者：赵耀彭涛袁强魏建忠侯东光中国铁路设计集团有限公司电化电信工程设计研究院天津300308 中国铁路设计集团有限公司信息化设计研究院天津300308

随着我国智能高速铁路的快速发展,作为智能装备板块重点领域之一的牵引供电系统已具备智能化、数字化基础,为进一步提升牵引供电系统仿真、验证能力,开展数字孪生牵引供电系统研究。以贯穿牵引供电系统设计到运营全生命周期数据综合应... 详细信息

随着我国智能高速铁路的快速发展,作为智能装备板块重点领域之一的牵引供电系统已具备智能化、数字化基础,为进一步提升牵引供电系统仿真、验证能力,开展数字孪生牵引供电系统研究。以贯穿牵引供电系统设计到运营全生命周期数据综合应用为出发点,提出数字孪生牵引供电系统平台架构及演进路线。基于规划设计阶段数字孪生牵引供电系统的功能特点,分析BIM、供电仿真、变电仿真、接触网仿真系统及平台展示交互的数据融合需求,提出采用星型数据融合拓扑结构,构建融合数据集实现数据交互的数据融合方法。设计了对结构化数据、BIM模型、文件类数据进行统一存储的融合数据集,提出静态、动态属性数据的标准JSON数据格式,构建数据库实现对各类数据的索引及管理。依托京唐城际铁路项目开发数字孪生牵引供电系统平台并进行应用探索,实现了BIM数据驱动仿真、仿真结果三维动态展示等核心功能,验证了数据融合方法的有效性。该方法对牵引供电系统智能化建设、运营维护具有指导意义。

关键词：智能高速铁路数字孪生牵引供电 BIM 仿真数据融合规划设计

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轮轨作用力与垂向载荷位置的轨旁识别法研究

铁道科学与工程学报 2024年第7期21卷 2957-2968页

作者：王祉歆周伟王雅昭孙博闫宏凯方聪聪中南大学交通运输工程学院湖南长沙410075 中南大学轨道交通安全教育部重点实验室湖南长沙410075 轨道交通安全关键技术国际合作联合实验室湖南长沙410075 轨道交通列车安全保障技术国家地方联合工程研究中心湖南长沙410075 中国铁路乌鲁木齐局集团有限公司新疆乌鲁木齐830011

为解决现有轮轨作用力识别方法存在的制作工艺复杂、制作成本高且无法实现轮轨接触位置测量的问题,提出一种测量水平横向和垂向轮轨接触力大小以及垂向载荷偏心位置新的轨旁识别方法。基于轮轨接触多元载荷解耦建立横向和垂向轮轨接触... 详细信息

为解决现有轮轨作用力识别方法存在的制作工艺复杂、制作成本高且无法实现轮轨接触位置测量的问题,提出一种测量水平横向和垂向轮轨接触力大小以及垂向载荷偏心位置新的轨旁识别方法。基于轮轨接触多元载荷解耦建立横向和垂向轮轨接触力大小和垂向接触力作用位置与钢轨腹板两侧垂向应变和、应变差的理论关系模型,依此得到基于腹板两侧应变运算的轮轨力大小与位置识别反算模型。设计了作用在腹板左、右两侧的正交组合式应变阵列电桥用于识别轮轨接触载荷在轨道腹板位置的应变响应,所设计的阵列电桥在实现腹板两侧应变的四则运算的同时兼顾温度自补偿。通过加载标定试验获取了多元载荷与腹板两侧应变输出之间的关系系数。通过随机组合加载试验验证了水平横向和垂向轮轨接触力大小与垂向接触力作用位置的识别精度,并在实车试验中对比分析了新型轮轨接触力测量方法与国标轮轨载荷测量方法对轮轨接触力大小的识别精度。研究结果表明:提出的轮轨接触力识别方法对接触力大小的识别误差在6.2%以内、对垂向载荷偏心位置的识别误差在7.6%以内,实现了使用轨旁识别方法对轮轨接触力大小和垂向载荷偏心位置的准确识别。研究结果为进一步保障钢轨服役可靠性的精准评估提供科学数据支撑。

关键词：轮轨接触力轨旁法接触位置理论公式有限元分析识别电桥