数据驱动高速铁路轨道动态不平顺管理值合理性研究

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轨道不平顺是轮轨系统的主要激扰源,是造成车体各种振动的主要原因,对列车运营的安全性、乘客乘坐的舒适性、养护维修的经济性等都有着巨大的影响。在我国高速铁路不断发展的大背景下,伴随着车速提升带来的高速度、客货共线带来的高密度等问题对轨道的平顺性提出了更高的要求。为此,对轨道的平顺性状态进行科学合理的评价就显得尤为重要。目前,我国针对线路养护维修工作所采用的主要评价方法仍是均值管理和峰值管理。均值管理针对高低(左、右轨)、轨向(左、右轨)、轨距、水平、三角坑七项五类数据,以200米为单元区段计算各项标准差并求和,即为评价轨道状态的轨道质量指数(Track Quality Index,简称TQI)。峰值管理不仅含有七项不平顺指标,还包括车体垂向加速度、车体横向加速度、轨距变化率等。峰值管理将实测数据半峰值作为管理值,划分四个等级并根据不同等级进行扣分,以此作为养护维修的标准。因此,这两种评价方法的合理性及关联性直接关系到实际现场的工作强度及养护作业成本。本文针对轨道动态不平顺管理值的合理性问题展开研究,对寻找均值管理与峰值管理之间的相关性、合理化并完善既有管理规范具有一定意义。本文主要研究工作为:(1)利用不同时间序列实测数据及统计方法挖掘轨道动态不平顺峰值管理值与均值管理值的联系,基于时间序列的异常检测与修正模型,通过分位数回归探究各项不平顺指标半峰值与标准差关系,并给出相应的均值管理建议值。并结合西南及华东多条不同轨道板、不同运营时速线路的轨检车实测数据,对既有TQI管理值进行合理性分析及评价;(2)为研究现有峰值管理标准的合理性,采用基于极值理论的峰值过阈值法模型,以历史检测数据中的超限数据作为建模对象,利用广义帕累托分布拟合超限数据样本,得到超限样本的分布函数,并结合峰值管理的超限等级划分及所求超限概率给出峰值管理建议值。相较于研究轨道动检数据的整体分布情况,该方法更关注于轨道不平顺超限值的分布规律,因此得到的峰值超限概率侧重反映线路劣化区段,更符合养护维修的实际需求;(3)为研究轨道动态不平顺中线路轨道质量指数管理值不同指标的相对重要性,利用不同轨道板的轨检车实测数据,将五类不平顺指标作为自变量,以此分别建立了横向加速度、垂向加速度与五类不平顺之间的分类及回归模型。采用优势分析方法,计算得出不同轨道板、不同运营时速下,动态不平顺指标的相对重要性。结合工程实例,验证了本文方法的可靠性,可用于指导现场线路的养护维修作业。
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