鐵路軌檢車檢測(cè)數(shù)據(jù)里程偏差修正模型及軌道不平順狀態(tài)預(yù)測(cè)模型研究.pdf

1、為了保證軌道為列車運(yùn)行提供可靠的運(yùn)行基礎(chǔ)，鐵路工務(wù)部門針對(duì)軌道經(jīng)常組織實(shí)施修理作業(yè)。實(shí)施修理作業(yè)有三個(gè)關(guān)鍵問題(3W)需要確定:作業(yè)時(shí)間(When)、作業(yè)內(nèi)容(What)及作業(yè)地點(diǎn)(Where)。在基于狀態(tài)的軌道養(yǎng)護(hù)維修策略指導(dǎo)下，獲取這三個(gè)方面信息的核心基礎(chǔ)是軌道不平順狀態(tài)變化規(guī)律。軌檢車檢測(cè)數(shù)據(jù)（Track Geometry Measurements，TGM）是鐵路工務(wù)部門把握軌道不平順狀態(tài)最重要的狀態(tài)數(shù)據(jù)之一。利用TGM研究軌道不

2、平順狀態(tài)變化規(guī)律提取3W信息有多個(gè)方面的問題需要探討。
　　本文主要針對(duì)其中的兩個(gè)關(guān)鍵問題進(jìn)行了研究:一是TGM里程偏差修正問題;二是軌道不平順狀態(tài)短期預(yù)測(cè)問題。本文的研究將為在中國鐵路上實(shí)現(xiàn)基于狀態(tài)的軌道養(yǎng)護(hù)維修提供理論和技術(shù)基礎(chǔ)。這種維修策略的實(shí)現(xiàn)將能夠提高軌道系統(tǒng)可靠性，提高列車運(yùn)行的安全性，延長軌道設(shè)備使用壽命，從而降低軌道設(shè)備生命周期成本。
　　在綜合分析國內(nèi)外專家學(xué)者圍繞這兩個(gè)問題提出的解決方案的基礎(chǔ)上，本文首先

3、利用均一閾值處理（Uniform Thresholding，UT）、地圖匹配(Map Matching)、相關(guān)分析和動(dòng)態(tài)規(guī)劃等技術(shù)，研究建立了一個(gè)新的修正TGM里程與線路上設(shè)備里程之間偏差（簡稱為第一類里程偏差）的模型，基于關(guān)鍵設(shè)備的里程偏差修正模型(Key Equipment based Mileage Error Correction method, KE-BMEC)。模型KE-BMEC，首先利用TGM、車站平面布置圖和已經(jīng)在鐵路上

4、推廣使用近6年的鐵路工務(wù)管理信息系統(tǒng)（Permanent of Way Management Information System，PWMIS）的數(shù)據(jù)庫（以下簡稱PWMIS數(shù)據(jù)庫）中存儲(chǔ)的工務(wù)設(shè)備臺(tái)帳數(shù)據(jù)，在TGM中確定一些工務(wù)設(shè)備（稱為關(guān)鍵設(shè)備）特征點(diǎn)上的采樣點(diǎn);其次根據(jù)PWMIS數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的這些采樣點(diǎn)的里程，修正軌檢車一次檢測(cè)產(chǎn)生的整個(gè)TGM文件中所有采樣點(diǎn)的里程。模型KE-BMEC的性能分析結(jié)果表明:經(jīng)過該模型修正里程偏差后，第

5、一類里程偏差大幅減小了，遠(yuǎn)小于GPS里程自動(dòng)修正系統(tǒng)修正后的里程偏差;一般情況下，同一采樣點(diǎn)上經(jīng)過KE-BMEC修正里程的多次檢測(cè)數(shù)據(jù)中的里程偏差（簡稱為第二類里程偏差）小于1m。
　　其次，利用相關(guān)分析、Dynamic Time Warping(DTW)和動(dòng)態(tài)規(guī)劃等技術(shù)研究建立了一個(gè)新的修正第二類里程偏差的模型，基于TGM的里程偏差修正模型(TGMbased Mileage Error Correction method，TGM

6、-BMEC)。DTW技術(shù)被首次用來解決TGM里程偏差問題。模型TGM-BEMC對(duì)經(jīng)過KE-BMEC處理的TGM（簡稱為待修正TGM）做進(jìn)一步里程修正，以盡可能減小第二類里程偏差。以最新的并且經(jīng)過TGM-BMEC修正的TGM為參考數(shù)據(jù)，TGM-BMEC首先在參考數(shù)據(jù)中確定距離待修正TGM中每個(gè)采樣點(diǎn)最近的采樣點(diǎn)（簡稱為對(duì)應(yīng)采樣點(diǎn)），其次利用參考數(shù)據(jù)記錄的對(duì)應(yīng)采樣點(diǎn)的里程修正待修正TGM中每個(gè)采樣點(diǎn)的里程。模型TGM-BMEC的性能分析結(jié)果

7、表明:經(jīng)過該模型修正里程偏差以后，第二類里程偏差小于1個(gè)采樣點(diǎn)間距0.25m，小于已有里程修正模型處理后的第二類里程偏差。
　　最后，在以上兩個(gè)模型修正里程的基礎(chǔ)上，根據(jù)軌道不平順狀態(tài)劣化特點(diǎn)研究建立了一個(gè)新的對(duì)軌道不平順狀態(tài)進(jìn)行短期預(yù)測(cè)的模型(Short-Range PredictionModel for Track Irregularities，TI-SRPM)。模型TI-SRPM對(duì)每個(gè)采樣點(diǎn)上所有軌道不平順指標(biāo)在未來一段時(shí)期

8、（長度由軌檢車檢測(cè)的時(shí)間間隔決定）內(nèi)每一天的幅值進(jìn)行預(yù)測(cè)。模型TI-SRPM的性能分析結(jié)果表明:TI-SRPM預(yù)測(cè)的各采樣點(diǎn)的幅值與軌檢車檢測(cè)出的各采樣點(diǎn)的幅值非常接近;根據(jù)TI-SRPM預(yù)測(cè)的幅值，能夠提前一個(gè)軌檢車檢測(cè)周期預(yù)測(cè)出至少80％的軌道不平順超限，并且幅值較大超限的預(yù)測(cè)可靠性比幅值較小超限的預(yù)測(cè)可靠性高;根據(jù)TI-SRPM的預(yù)測(cè)結(jié)果，能夠提前一個(gè)軌檢車檢測(cè)周期較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出各種長度區(qū)段的整體不平順狀態(tài)指數(shù)，為精細(xì)化管理軌道不