高速鐵路服役狀態智慧型感知與綜合監測

《高速鐵路服役狀態智慧型感知與綜合監測》是依託北京交通大學，由余祖俊擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：高速鐵路服役狀態智慧型感知與綜合監測
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：余祖俊
• 依託單位：北京交通大學

項目摘要

高速鐵路是一個複雜動態系統，其組成設備在服役期始終處在動態的變化過程中。因此，準確感知和綜合監測高速鐵路設備服役狀態是確保健康平穩運營的基礎。本項目以車路耦合關係這一影響高速鐵路安全的核心問題為切入點，通過研究跨多氣候帶無縫線路在長期服役過程中的狀態演變過程，建立全新的分布參數式服役狀態模型，描述高速列車及無縫線路的動態耦合過程以及累積效應和其它環境因素造成的參數長期演變過程。以此為基礎，重點研究複雜分布參數系統的狀態感知算法，採用車、地自檢和互檢等多種檢測方式，並在不同時間和空間尺度上重構和簡化系統模型，開發線性與非線性混合濾波器算法，實現無縫線路應力分布、平順度、剛度、阻尼以及高速列車舒適度、脫軌係數等重要參數的智慧型感知。同時，開展綜合監測網最佳化方法、設備服役狀態綜合評估方法研究，結合基於環形鐵道試驗基地和京滬高鐵的驗證研究，為發展我國高速鐵路設備服役狀態綜合監測理論奠定基礎。

結題摘要

針對高速鐵路無縫線路中軌道、路基、橋樑等在長期運營過程中會發生服役性能變化的問題，項目對反映線路健康狀態的關鍵參數和性能指標開展了監測和研究。其中重點針對軌道應力的分布演化機制，通過綜合運用機理分析和數據驅動等建模手段，開展了複雜運營條件下無縫線路力學特性演變的基礎理論研究以及多手段融合的軌道設施安全狀態監測方法的研究。 為了描述高速列車及無縫線路的動態耦合過程以及累積效應和其它環境因素造成的參數長期演變過程，首先建立了基於統一數學模型和有限元模型的系統仿真平台，包括車輛-軌道-路基/橋樑的耦合動靜態模型以及針對長大線路跨區域溫度載荷的空間多尺度模型。率先從理論上提出了軌道固有振動特性關於軌道縱向應力的精確解析形式，得到了鋼軌溫度應力對車軌動態回響的影響規律。提出了計算大型結構平均性能參數的漸進均勻化方法，套用於鐵路橋樑空間多尺度混合模型的建立中，解決了長大線路應力分布的仿真問題。基於仿真計算平台，開展了局部設備參數老化與整體線路綜合性能之間影響關係的基礎理論研究。研究了複雜運營條件下長大橋樑無縫線路的力學行為，分析了複雜荷載作用下小阻力扣件失效、基礎沉降等多種基礎設施病害發生、演變規律。分析並確定了服役狀態敏感指標及感知區域，提出了軌道系統的監測內容和測點布置方案，在京滬高速鐵路建立了實時線上監測工點，基於多手段智慧型融合的監測方法實現了結構服役狀態由內至外的綜合評價。 根據溫度應力對不同頻次鋼軌振動的影響特點，提出了基於低頻車輛動態回響的車載鋼軌應力連續監測系統和基於高頻超聲導波的地面鋼軌完整性檢測系統，開發了基於神經網路、遺傳算法等智慧型方法的應力參數估計方法，分別套用於快速車載檢測、地面固定監測、移動式重點巡檢等多種軌道健康狀態檢測方案。並在多條實際線路上推廣套用，其中安裝在大西高速鐵路現場試用的無縫線路鋼軌完整性和應力檢測裝置可實現2.5km區間無縫線路的實時監測，達到國際領先水平。