一种通过优化轮轨磨耗干预时机实现环境振动控制的方法

摘要

本发明提供了一种通过优化轮轨磨耗干预时机实现环境振动控制的方法。该方法包括：通过监测隧道壁振动获得隧道不同断面的振动发展速率与列车运营净里程关系；基于隧道不同断面的振动发展速率与列车运营净里程关系，利用优化算法获得考虑运维成本的列车镟轮和轮轨打磨的最优干预时机。本发明提出基于实测数据，采用优化算法方式，以短时期内环境振动平均值最低为控制目标，给出列车的最优镟轮时机，钢轨的最优打磨时机的计算方法，以此可以预估干预次数和干预成本。

说明书

技术领域

本发明涉及轨道振动控制技术领域，尤其涉及一种通过优化轮轨磨耗干预时机实现环境振动控制的方法。

背景技术

地铁开通运营以后列车振动对周边环境造成影响，尤其是产生的邻近居住环境扰民问题十分突出，已经成为制约建设绿色轨道交通和地铁通过环评验收的重要障碍。地铁设计阶段，可以有多种振动控制选择方法，最常用的是设计建造减振轨道(如减振扣件、减振道床)；可一旦地铁建成通车后，如果振动不满足要求要更换轨道则十分困难：尤其是要求地铁停运更换，这对于特大城市轨道交通运营是不允许的。

由于地铁振动与轮轨磨耗发展密切相关，当车轮和钢轨磨耗加剧后，振动也会随之增加。而目前已经开通运营的很多地铁线路，都出现了运营初期振动达标、而运营一段时间后振动超标扰民的现象，这即与轮轨磨耗发展变化有关。面对这样的问题，在无法更换轨道形式、也无法实施传播路径隔振和建筑被动隔振改造的前提下，地铁运营单位几乎没有太好的方法来解决。很多城市采用“被动式”打磨钢轨和车轮镟修的模式——这种方式由于没有科学的理论指导，能否凑效往往有随机性；同时，这种方式也是完全被动的，等待有居民投诉时再采取措施，这也会造成负面的社会影响。

在传统的地铁振动预测研究中，都只开展定值预测，即认为环境振动随机性可通过分析多趟列车振动平均值来降低。但近年来研究发现，车轮磨耗状态和轨道磨耗状态对环境振动影响巨大：一方面，同一天内不同车辆通过同一测试断面的振动级可相差几十分贝；另一方面，有严重波磨的钢轨会引发激烈的环境振动。在工程实践中，人们发现对车轮进行镟修可以非常好地控制环境振动，而对钢轨打磨也会使环境振动降低。然而，如果只是被动地进行轮轨干预，干预时机不再最优点，很可能出现钢轨打磨车轮镟修后在极短时间内又恢复恶化状态，同时也可能使得干预的成本非常高。

现有技术中的一种方案通过一次车轮镟修来降低隧道壁的振动，通过一次钢轨打磨来降低环境振动，利用轮轨磨耗与环境振动的正向相关关系，利用一次打磨/镟轮可以降低环境振动的工程实践，来实行短期应对式的技术措施。

上述现有技术中的方案的缺点为：

(1)无法在轮轨磨耗干预之前预测干预后的减振效果；

(2)无法预估养护维修周期内干预的次数；

(3)无法预估全寿命周期内的干预成本。

发明内容

本发明的实施例提供了一种通过优化轮轨磨耗干预时机实现环境振动控制的方法，以获取最佳列车镟轮和轮轨打磨的最优干预时机。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种通过优化轮轨磨耗干预时机实现环境振动控制的方法，包括：

通过监测隧道壁振动获得隧道不同断面的振动发展速率与列车运营净里程关系；

基于隧道不同断面的振动发展速率与列车运营净里程关系，利用优化算法获得考虑运维成本的列车镟轮和轮轨打磨的最优干预时机。

优选地，所述的通过监测隧道壁振动获得隧道不同断面的振动发展速率与列车运营净里程关系，包括：

在地铁区间隧道的隧道壁上设置长期监测点S

通过信号识别算法提取获得第i辆车通过时最大Z振级VL

利用一段运营时间(T

V＝(v

优选地，所述的基于隧道不同断面的振动发展速率与列车运营净里程关系，利用优化算法获得考虑运维成本的最佳列车镟轮和轮轨打磨的最优干预时机，包括：

将地铁线路中的列车集合表示为

布尔变量x

布尔变量y

监测点S

其中，μ

其中，η

v

f

其中w

其中v

其中λ

在满足上述约束条件(1)-(5)的条件下，通过求解混合整数规划问题使式(6)所示的目标函数最小化，即：

Minf

得到车轮和钢轨的最优打磨时机，即x

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例提出基于实测数据，采用优化算法方式，以短时期内环境振动平均值最低为控制目标，给出干预时机的计算方法，以此可以预估干预次数和干预成本。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种依靠监测获取振动发展速率示意图；

图2为本发明实施例提供的一种依靠监测获取振动发展速率的处理流程图；

图3为本发明实施例提供的一种依靠优化方法缺点轮轨干预时机示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本发明实施例旨在提出一种基于地铁全线振动数据的车轮打磨时机优化方法，通过分析列车运行引起的振动与列车走行公里数、钢轨损耗程度的演化规律，基于地铁线路中不同监测点的列车振动监测数据，定义最大允许振动、理想平均振动等指标，选取钢轨和车轮打磨时机作为决策变量，根据滚动优化、混合整数非线性规划等方法来对线路上的钢轨和车轮打磨时机进行协调优化，以保障地铁列车运行引起的振动和噪声在可接受范围内，实现城市轨道交通基础设施的智能运维。

本发明实施例提供的一种通过优化轮轨磨耗干预时机实现环境振动控制的方法包括：

步骤S1、通过监测隧道壁振动获得隧道不同断面的振动发展速率与列车运营净里程关系。

本发明实施例提供的一种依靠监测获取振动发展速率示意图如图1所示，具体处理流程如图2所示，具体处理过程包括：

在地铁区间隧道的隧道壁上设置长期监测点S

由于列车运营净里程变化量与运营时间直接相关，可用一段运营时间(T

V＝(v

步骤S2、基于隧道不同断面的振动发展速率与列车运营净里程关系，利用优化算法获得考虑运维成本的最佳列车镟轮和轮轨打磨的最优干预时机。

图3为本发明实施例提供的一种依靠优化方法缺点轮轨干预时机示意图，具体处理过程包括：地铁线路中的列车集合可表示为

现有的实际应用中车轮和钢轨的打磨计划以天为单位，故本发明采用“天”为时间离散粒度。布尔变量x

布尔变量y

监测点S

其中，μ

其中，η

v

f

其中w

其中v

f

其中λ

通过求解如下混合整数规划问题，满足上述约束条件(1)-(5)时，为使式(6)所示的目标函数最小化，即：

Minf

可得车轮和钢轨的最优打磨时机，即x

综上所述，本发明实施例轮轨干预时机事先优化确定，寻求平均振动量最低与镟修成本最低之间的优化平衡；同时，干预时机能够控制在振动超标之前，实现社会负面影响最低。从而保障地铁列车运行引起的振动和噪声在可接受范围内，实现城市轨道交通基础设施的智能运维。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。