最新刊期
      2023 年 第 卷 1 期

        专稿

      • 尚敬,刘勇,江帆
        2023(1): 1-12. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2023.01.001
        摘要：当前轨道交通正朝着绿色、智能的方向发展，自动驾驶可进一步降低列车运行能耗，提升列车运行效率、消除不同司机操纵差异、提升列车运行一致性，是未来路网条件下列车有序协同运行的控制基础，也是轨道交通智能化方向技术发展的典型代表。文章分析了机车自动驾驶研究的国内外现状和技术难点，阐述了满足我国干线机车运用需求的机车自动驾驶系统整体架构，设计了有人值守的机车自动驾驶方案，详细介绍了列车运行规划与速度控制、列车纵向动力学仿真、多传感器融合感知、列车系统运行仿真等关键技术，并对机车自动驾驶技术未来的发展方向进行了思考和展望。基于上述技术的机车自动驾驶系统已在多个铁路局和铁路公司装车运用并取得显著的应用效果。该系统可支持不同的编组和载重，可适配不同的车型、控制系统、信号系统，具有良好的通用性和可推广性。  
        关键词：机车;自动驾驶;规划与控制;纵向动力学;系统仿真;重载列车   
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        发布时间：2024-08-02

        铁道机车车辆

      • 李国顺,郭力荣,陈璨,张义超,张红卫
        2023(1): 13-18. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2023.01.002
        摘要：忽略对结构疲劳损伤贡献较小的高频信号和小幅循环的影响，对牵引电机振动载荷进行雨流计数处理，获得三维载荷谱。基于应力均值大于0的Haigh疲劳曲线，构建平均载荷修正方法，将三维载荷谱转换为二维载荷谱。将测试载荷谱扩展至全寿命运行里程，以载荷谱特征参数一致为准则，推断全寿命运行里程下的最大载荷幅值，确定全寿命载荷谱。参考FKM提供的方法，计算变幅循环系数，确定了对应变幅循环的等效恒幅载荷计算方法，构建构架牵引电机振动载荷疲劳试验的恒幅载荷谱。建立有限元分析模型，分别以全寿命里程下的变幅循环和构建的等效恒幅循环载荷谱作为输入，计算了构架电机安装座与横梁上盖板间焊接接头的疲劳强度。计算结果表明，变幅循环和等效恒幅循环载荷谱作用下的结构疲劳强度薄弱区域一致，节点材料利用率最大值分别为0.277 0和0.326 5。构建的等效恒幅循环载荷谱偏于保守，能够有效指导构架疲劳强度试验。  
        关键词：电机振动载荷;线路载荷测试;变幅载荷循环;等效恒幅循环;构架;转向架;疲劳强度   
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      • 岳译新,朱卫,王赵华
        2023(1): 19-23. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2023.01.003
        摘要：为满足欧洲市场的需求，结合铰接式转向架的安装需求，全新研发了一种满足欧盟铁路互联互通技术规范（TSI）要求的铰接式动车组车体结构。通过优化力流传递路径，采用两级缓冲结构等措施降低了底架局部结构的应力集中，提高了底架承载能力。通过优化底架边梁型材断面，抗侧滚装置、抗蛇形装置通过螺栓直接与底架边梁连接，将以往项目由过渡安装座的焊缝承载优化为底架边梁母材承载，提高了连接可靠性。对车体进行了29个工况静强度计算，所有工况的计算应力均小于许用应力，在超载AW3工况下对车体施加1 500 kN纵向压缩载荷，最大应力出现在门洞下门角，计算应力为147.4 MPa，小于铝合金许用应力215 MPa。根据标准DVS 1608，对车体母材和所有焊缝进行了8种疲劳工况的评估，计算结果显示材料利用度均小于1，其中母材材料利用度最大为0.7，发生在侧墙上窗角，焊缝材料利用度最大为0.86，发生在端墙门槛与端墙立柱连接的焊缝处。对车体进行了16个工况静强度试验，所有测点的应力值均小于许用应力，且安全系数不小于1.24，留有较大的安全裕量。计算结果和试验结果说明该车体结构强度和疲劳性能满足设计要求，且有较大的安全裕量。  
        关键词：铰接式动车组;铝合金车体;TSI要求;疲劳;有限元分析   
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        发布时间：2024-08-02
      • 肖致明,王大龙,王青元,刘强强,魏咪
        2023(1): 24-32. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2023.01.004
        摘要：重载列车在长大下坡道循环制动时，空气制动的性能差异较大、列车纵向冲动较大，偶发断钩事故，给机车乘务员操作造成极大困难。以LKJ2000机车运行监控装置记录的朔黄铁路数据和相关线路条件为基础，建立重载列车牵引计算模型，对不同制动性能的列车提出相应的优化操作方案。采用理论分析与现场运用需求相结合的研究方法，分析重载列车长大下坡线路操作规程，并基于重载列车空气制动线路的试验数据模型，以50 kPa减压量下的空气制动性能为基准，计算不同制动速度下的空气制动等效效率；以具体案例为对象，分析不同操作方案对列车运行速度曲线变化的影响规律，并在此基础上，以列车安全运行、避免停缓为目标，根据制动时的速度变化判断空气制动效率，对列车操作控制策略进行优化。经过大量仿真计算和数据分析，提出“北大牛—原平南”区间不同空气制动操作方案的判断条件，并制定相应的优化操作示意图，为重载列车安全高效地运行提供理论支撑。  
        关键词：重载列车;长大下坡;空气制动等效效率;优化操作;减压量   
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        发布时间：2024-08-02
      • 曹辉,吴兴文,熊嘉阳,郑雨豪,池茂儒
        2023(1): 33-41. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2023.01.005
        摘要：针对中低速常导磁浮车辆运行过程中可能出现的故障工况，对悬浮架的载荷特性展开研究。首先根据实际参数建立动力学模型并分析其振动特性，研究了悬浮架构架在电磁铁失效、空气弹簧失效等故障工况下的位移特点；然后分析故障工况下悬浮架的载荷特性，并对悬浮架各部件的强度进行评估。研究结果表明：磁浮车辆的车体与悬浮架通过滑台间接相连，使得振动形式比较丰富；在电磁铁失效故障工况下，悬浮架构架质心的位移相对较大，与轨道碰撞后使得悬浮架载荷发生突变；相对于正常运行工况，左侧电磁铁失效时纵梁的应力最大值增长为原来的3.87倍，左后空簧失效和紧急落车时托臂的应力最大值分别增长为原来的2.59倍和8.11倍。对故障工况下悬浮架的载荷特性进行研究，可以为疲劳寿命计算和结构强度设计提供参考依据。  
        关键词：小型中低速常导磁浮车辆;悬浮架;故障工况;载荷特性;应力;轨道不平顺   
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        发布时间：2024-08-02
      • 丁晓锋,张宇华
        2023(1): 42-50. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2023.01.006
        摘要：针对齿轮箱非平稳振动信号特征提取难、特征向量冗余度高和故障识别率低的问题，提出基于改进的自适应噪声完备集成经验模态分解（Improved complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise，ICEEMDAN）、多尺度排列熵（Multi-scale permutation entropy，MPE）、随机森林（Random forest，RF）特征重要性排序和支持向量机（Support vector machine，SVM）的齿轮箱特征提取与故障诊断方法。首先，通过ICEEMDAN将各种故障状态的齿轮振动信号分解为一系列不同频率分布的本征模态分量（Intrinsic mode functions，IMF）；然后，计算各阶IMF的MPE值获得非平稳信号时频分布下的非线性动力学特征；最后，通过RF算法评估特征重要性，选择高重要性敏感特征组成最优特征子集输入SVM进行故障模式识别。试验结果表明，该方法特征提取和表征能力强，在不同工况下的平均识别率可达99.79%，在多工况和小样本数据集上比其他方法更具稳健性。  
        关键词：齿轮箱;改进的自适应噪声完备集成经验模态分解;多尺度排列熵;随机森林;支持向量机;特征提取;故障诊断   
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        发布时间：2024-08-02
      • 许钦华,高晓鹏,刘旭东,余明阳,任鹏飞,郭维年
        2023(1): 51-59. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2023.01.101
        摘要：为了研究膨胀式防爬器的吸能特性，对不同厚度膨胀管的材料性能进行分析，研究了不同约束方式对静压仿真稳定段均值力的影响。通过仿真与试验对比，得到2种轮廓加压锥与膨胀管配合关系下的摩擦因数；进行不同应变率下的材料试验，研究了不同硬化模型对膨胀管高速冲击稳定段均值力的影响，并基于SHS硬化模型对不同冲击速度下的稳定段均值力进行分析。研究结果表明：不同厚度的膨胀管材料性能差异明显，不同边界约束方式对静压仿真稳定段均值力改变明显；不同轮廓加压锥与膨胀管配合关系下的摩擦因数不同，稳定段均值力均与摩擦因数呈正相关；采用不同硬化模型仿真得到的高速冲击稳定段均值力基本相同；使用SHS硬化模型仿真得到的不同冲击速度下的稳定段均值力基本相同，仅在碰撞初始时表现出应变率效应；采用1/4简化模型能够在保证计算精度的同时显著提高计算效率。  
        关键词：膨胀式防爬器;力值;摩擦因数;应变率;仿真   
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      • 王峰宇,程海涛,赵斌,冯万盛,杨军,曾繁盛
        2023(1): 60-65. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2023.01.008
        摘要：从速度为160 km/h的动力集中电动车组转向架的轴箱拉杆橡胶关节应用失效案例出发，通过优化产品结构来解决该轴箱拉杆橡胶关节的使用寿命问题。通过运行工况的边界条件和既有结构的失效原因进行分析，基于分析结果设定合理的预压量，并结合贴近式橡胶型面和易流式金属弧面设计，以及采用合适的橡胶层厚度等多方面进行结构优化。通过对比两种结构的有限元疲劳仿真分析结果，优化结构的橡胶应变降低了9.64%，疲劳损伤值降低了60%，橡胶关节的使用寿命将显著提升。最后通过疲劳试验验证，进一步佐证了优化结构后的橡胶关节疲劳性能的提升。试验结果显示：疲劳次数提升了3倍。经过初步评估，结构优化后的橡胶关节的疲劳寿命将由2~5年提升至8年，使得机车的运行可靠性得到改善，降低非必要的维修次数。优化设计的橡胶关节目前已在线运行近4年，各项性能表现良好。本优化设计可为其他径向变形较大的橡胶关节优化提供参考：径向预压量应与橡胶关节疲劳变形相当，避免橡胶受拉伸应力；针对径向位移较大的橡胶关节类产品，贴近式橡胶型面可以均衡橡胶表面应变，可有效缓解橡胶受载后出现褶皱现象，提升橡胶关节的疲劳寿命。  
        关键词：轴箱拉杆橡胶关节;结构优化;有限元仿真分析;疲劳试验;寿命提升   
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        发布时间：2024-08-02
      • 孙彦通,江虹,杨达,周正超,何悦海
        2023(1): 66-71. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2023.01.009
        摘要：目前国内地铁屏蔽门由于地下工况环境恶劣而普遍容易发生绝缘失效。针对当前地铁屏蔽门绝缘部件易失效、难排查、难维护的问题，文章提出了一种能有效解决屏蔽门绝缘失效及其引发打火问题的整体绝缘的复合材料结构设计方案，完成了各结构部件的绝缘设计，通过试验验证了该设计方案的可行性和有效性，为后续屏蔽门绝缘防护和安全升级提供了指导。  
        关键词：城市轨道交通;地铁屏蔽门;绝缘问题;打火现象;复合材料;结构设计   
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      • 苏瑞,付茂海,李子昂,车赟航
        2023(1): 72-77. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2023.01.010
        摘要：内轴箱转向架由于轴箱悬挂内置大幅度降低了车体的抗侧滚刚度，影响其运行性能。为提高其抗倾覆性能，内轴箱转向架通常采取安装抗侧滚扭杆和提高一系悬挂垂向刚度的措施。文章提出了一种抗倾覆装置，以提高内轴箱悬挂高速动车组转向架抗倾覆稳定性。该装置由2条互不连通的回路组成，安装在轮对轴箱和构架之间。在分析抗倾覆装置的基本原理、刚度特性和车辆动力学模型之后，利用MATLAB/Simulink软件，联合AMESim和SIMPACK软件进行联合仿真，得到车辆在不同速度条件下通过大半径曲线时的动力学性能和动态包络线。结果表明，采用抗倾覆装置可以在保证车辆运行稳定性的条件下大幅提高车体的抗侧滚能力，在车辆脱轨系数和轮轴横向力等安全性指标方面有着更优异的表现，同时有着较小的动态包络线。  
        关键词：高速动车组;内轴箱悬挂;抗倾覆;曲线;动态包络线;联合仿真;轨道不平顺   
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        电力牵引与控制

      • 邹智荣,陈超群,陈勃,唐品
        2023(1): 78-85. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2023.01.011
        摘要：随着以太网技术在列车网络控制系统中的深入应用，列车通信网络面临的安全挑战日益增加。文章结合列车网络控制系统的业务特点及网络架构，对列车通信网络中存在的各种网络安全隐患和风险进行了分析，同时参考GB/T 22239《信息安全技术 网络安全等级保护基本要求》和IEC 62443《工业过程测量、控制和自动化网络与系统信息安全》系列标准中的安全要求，研究了适合列车网络控制系统的网络安全防护方案，为后续列车通信网络安全体系建设提供指导。  
        关键词：列车通信网络;网络安全;安全风险;安全防护   
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      • 李祥飞,刘捃锓,王坚,赵凯辉,印阳,邹莉华
        2023(1): 86-96. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2023.01.012
        摘要：针对永磁同步牵引电机因参数摄动不确定因素造成控制性能下降以及速度传感器存在成本高、环境要求严格、估计精度不足等问题，提出了一种基于自适应广义高阶平方根容积卡尔曼滤波算法（ASRGHCKF）无速度传感器的永磁同步电机（PMSM）自适应非奇异快速终端滑模控制算法。首先，建立参数摄动下PMSM数学模型；其次，基于扩展滑模扰动观测器（ESMDO）设计自适应非奇异快速终端滑模转速控制算法（ANFTSMC），选择新型指数趋近律可随系统距离滑模面的远近自适应调整趋近速度，同时ESMDO实时精准观测系统的未知扰动部分；最后，结合ASRGHCKF实时精准估计电机的转速和转子位置。通过与PI和传统SMC算法进行仿真和半实物试验对比，验证了该算法在电机参数摄动下暂稳态性能更佳，有利于改善PMSM的无速度传感器控制效果。  
        关键词：永磁同步电机;自适应广义高阶平方根容积卡尔曼算法;非奇异快速终端滑模;扩展滑模扰动观测器   
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      • 曹瑞钧,郭其一
        2023(1): 97-103. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2023.01.013
        摘要：为了提高三电平逆变器复杂开路故障诊断的准确率，提出了一种应用“改进自适应噪声完备集合经验模态分解‒模糊熵（ICEEMDAN‒FE）”和“支持向量机（SVM）”结合的三电平逆变器故障诊断方法。首先，检测信号选取三相负载电压，为降低特征向量的维数，对三相负载电压进行Concordia变换，转换为α-β相电压；然后，通过ICEEMDAN算法提取α-β相电压的特征，得到不同尺度的内禀模态函数（IMF），再利用主成分分析（PCA）降维剔除IMF虚假分量；最后，计算优选的 IMF的模糊熵均值作为特征向量，输入到多分类SVM中进行训练分类，进而实现对二极管中点箝位型（NPC）三电平逆变器的故障诊断。仿真试验结果表明，该方法能够有效识别多种开路故障模式，具有抗噪性能强，诊断速度快，诊断精度高等优点。  
        关键词：三电平逆变器;ICEEMDAN-FE;主成分分析;支持向量机;特征提取;故障诊断;仿真   
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      • 程翔,唐润忠,黄刚,黄宜山
        2023(1): 104-112. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2023.01.014
        摘要：针对传统的滑模极值搜索控制算法（SMESC）在货运列车最佳黏着工作点追踪过程中存在稳态振荡、收敛速度慢的问题，提出了参数时变的改进滑模极值搜索控制算法。为削弱稳态振荡和加快SMESC收敛速度，分析了SMESC中增益参数与稳态振幅间的数学关系，以及辅助函数斜率与收敛性的联系，并对其进行优化：设计了时变辅助函数斜率以改善SMESC的收敛速度，设计了以观测误差为基准的动态增益参数以削减稳态振荡，并进行了收敛性分析。针对行车阻力无法直接测量的问题，引入了基于粒子群算法（PSO）的阻力参数估计，最后设计了基于SMESC的黏着控制律，通过与传统滑模极值搜索进行对比，证实了所提方法的有效性和实用性。  
        关键词：黏着控制;极值搜索;观测器;稳态振荡   
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      • 苏晗翀,李义国,裘文超,黎少东,沃野,张豪杰
        2023(1): 113-121. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2023.01.015
        摘要：文章采用试验为主、仿真为辅的方法，分析地铁车辆不同工况下的能耗数据，对永磁同步牵引系统与感应异步牵引系统的牵引吸收、再生反馈、惰行能耗、再生率等能耗性能进行了解耦分析，通过解耦的方法，尽可能令边界固定和变量单一，以保证计算精度。根据不同边界条件，对宁波地铁4号线永磁同步牵引系统与感应异步牵引系统的能耗表现进行数据统计。根据相同目标速度、惰行工况、巡航工况下的能耗具体表现，对其规律进行归纳，分析永磁同步牵引系统在能耗方面的优势。通过惰行实测试验数据，对永磁同步牵引系统和感应异步牵引系统数据进行修正与拟合，结合辅助系统的能耗数据分析，经数据统计和规律归纳，验证理论分析的正确性，并将定性推断转化为定量描述。在理论结合数据的基础上，提出了永磁牵引系统冷却风扇运行优化、牵引特性曲线优化、惰行励磁弱磁优化等牵引系统能耗优化的观点。  
        关键词：地铁车辆;钕铁硼;永磁;感应;牵引系统;能耗;城市轨道交通;仿真   
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      • 叶青,赵文彬,郑欣,徐斌
        2023(1): 122-130. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2023.01.104
        摘要：主变压器作为连接主网与城市轨道交通电网的关键电力设备，其安全稳定运行具有重要意义。但由于地铁负荷的冲击特性不同于一般电网的电力负荷，对主变压器的热寿命损失影响更复杂。为分析地铁冲击负荷对主变压器热寿命损失的变化，本文根据地铁冲击负荷时变性，对实测地铁冲击负荷波形分解及特征提取，设置多类模拟场景，验证热传递微分方程法在地铁冲击场景中的适用性，并总结多场景下地铁负荷对变压器的影响，确定地铁主变压器的寿命损失。分析结果表明：热传递微分方程法可作为地铁冲击负荷场景的计算方法，且相比于常规电力负荷，地铁冲击负荷作用下的主变压器寿命损失更严重，对地铁场景下的主变压器需提前开展寿命预测与设备管理。  
        关键词：冲击负荷;主变压器;城市轨道交通;电网;热传递微分方程法;热老化评估   
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        发布时间：2024-08-02
      • 刘健,林大杰,郭英强,张士宇,王文军,王胜辉
        2023(1): 131-137. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2023.01.017
        摘要：为研究动车组避雷器在受潮情况下的故障特征量变化，搭建了避雷器人工受潮试验平台，控制避雷器分别达到轻度受潮、中度受潮和重度受潮3种状态。试验研究了不同受潮情况下避雷器的直流伏安特性、直流参考电压、0.75倍直流参考电压下的泄漏电流、交流电压下的泄漏电流等特征；同时设计水煮试验开展了相关测试，并与人工受潮试验结果进行了对比和验证分析。人工受潮试验结果表明，避雷器在受潮后的伏安特性曲线发生了明显的变化，泄漏电流由阀片本体的泄漏电流和筒壁泄漏电流组成，并且随着电压升高，环氧筒筒壁电流将占主导分量；避雷器直流参考电压U1mA在重度受潮时下降了6.8%，已经低于规程要求的5.0%；其0.75倍U1mA下的泄漏电流在轻度受潮时较正常状态增加了6倍，结合水煮试验可知，在受潮避雷器恢复干燥后，0.75倍U1mA下的泄漏电流也恢复到了正常值，即该故障特征量仅在避雷器受潮时反映灵敏；避雷器阻性电流在正常情况下占全电流的10%~20%，受潮后阻性电流占比达到了正常状态下的4倍，即阻性电流对受潮故障反映更加灵敏。  
        关键词：动车组;避雷器;受潮;伏安特性;水煮试验   
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        发布时间：2024-08-02
      • 闭永雷,吴爱中,翁琳
        2023(1): 138-143. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2023.01.018
        摘要：当地铁到站或在线路上因故临时停车时，接触网仍需为列车提供电流，此时弓网接触部件因处于静止状态而存在局部过热的情况，严重时可能导致滑板热损伤甚至造成接触线断线事故。因此，地铁停车期间弓网电接触的温升研究具有重要意义。地铁列车弓网接触是热、力、电多物理场耦合的复杂行为，而弓网接触力、滑板热导率和接触线截面形状对弓网电接触有重要影响。本文针对受电弓滑板与接触线静态取流的工况，研究了接触电阻和接触热导的变化规律与建模方法，建立了热-力-电耦合的三维有限元分析模型，分析弓网接触力、滑板材料热传导率以及接触线磨耗对接触温升的影响。结果显示，增大弓网接触力、选用高热导率的滑板材料和改良接触线截面轮廓均可降低弓网接触温升。研究结果对接触线结构优化、滑板材料的选取及保障列车安全运行有重要参考价值。  
        关键词：地铁车辆;弓网系统;电接触;多场耦合;温升分析;接触电阻   
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        发布时间：2024-08-02

        通信信号

      • 王志伟,李靖兰,戚媛婧,方凯
        2023(1): 144-149. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2023.01.019
        摘要：针对高速磁浮交通运行控制系统总体协同仿真试验和集成测试的需求，提出了通过数字化仿真和实物接口设备相结合的方式构建综合仿真试验平台的实现方案。按照高速磁浮交通系统特点、构成和基本原理，将磁浮列车动力学和运动学模型通过其目标线路模型所属分区属性与相应分区牵引系统模型进行车-地受力关联建模，以关联计算模型为核心扩展建立了包含车辆系统模型、车载运行控制接口、分区运行控制接口等在内的半实物仿真试验环境，接入被试运行控制系统设备，构成针对运行控制系统的闭环试验系统。同时，采用有线局域网组网形式实现车地无线通信仿真，为磁浮运行控制系统集成仿真试验提供网络互连测试环境。经实际项目的试验应用证明，该试验平台仿真功能完整、合理、有效，能够为高速磁浮运行控制系统提供功能全面、仿真程度高的测试和验证环境。  
        关键词：磁浮交通;运行控制;仿真;试验;磁浮列车   
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        发布时间：2024-08-02
      • 肖利君,梁烨,李娟娟,肖习雨,黎邓根,谭俊桦
        2023(1): 150-157. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2023.01.103
        摘要：随着城市轨道交通的发展，地铁成为市民公共交通出行的首选对象。为提升乘客出行体验，实现运力与运输需求的匹配，同时降低城轨站台候车区拥挤度，文章基于运行图的均衡性指标对站台客流密度的优化进行了研究。首先利用排队论基础方法和理论，建立了以城轨站台候车区客流密度为研究对象的计算模型，分析出列车运行图均衡性与站台候车区客流密度的关系。然后，通过创建峰期、创建过渡期、连接任务线、冲突处理、均衡处理等过程，实现了城轨均衡运行图的自动编制。最后结合长沙轨道交通4号线客流数据，通过仿真验证了方法的有效性。仿真结果表明基于该方法的自动编制的运行图比人工编制的运行图其站台候车区最大客流密度更低，因此算法具有更好的实用价值。  
        关键词：均衡运行图;站台候车区客流密度;潮汐客流;排队论;城市轨道交通   
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        发布时间：2024-08-02
      • 2023(1)
          
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