面向铁轨检测的轨道不平顺预测系统的研究与实现

论文摘要

铁轨在承载列车运行的情况下会逐渐产生几何不平顺,对列车的安全产生威胁。因此,铁路工务部门会先对线路进行检测,然后依据检测结果制定线路养护维修计划。随着我国铁路网规模的不断扩大,现有的养护模式,使得工务部门疲于应付各种线路病害,造成资源浪费、维修不及时等问题。如果能够给出轨道不平顺发展趋势的准确预测,将对轨道养护维修及列车安全、舒适运行等方面具有重大的现实意义。因此,本课题就如何提升轨道不平顺预测精度进行了研究。通过对现有轨道不平顺预测方法进行研究,分析现有工作的不足之处,并结合轨道检测数据的特点,提出了一种新的轨道不平顺预测模型;然后基于该模型,结合实际需求,设计并实现了轨道不平顺预测系统。一方面,本文根据现有工作的不足之处并结合轨道质量发展变化的规律,提出一种轨道质量预测方法。第一步,本文利用权重矩阵提升灰色模型预测的准确性,并使用灰色模型对TQI的整体发展趋势进行预测;第二步,针对TQI数据具有时间序列的特性,本文使用循环神经网络对TQI发展趋势中具有的随机性进行预测;第三步,结合两部分的预测结果作为最终预测值。在实际检测数据上进行验证,实验结果表明该方法取得了较好的预测精度。另一方面,本文根据实际需求设计并实现了轨道不平顺预测系统。本系统主要包括检测数据采集、数据展示、数据标注、里程校准、TQI计算和趋势预测等功能,可以为铁路工作人员提供完整的检测数据接收与处理流程,以方便铁路工作人员对检测数据进行合理分析与利用,从而实现保障铁路运输安全及节约铁路养护维修成本的目的。

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摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 轨道状态预测模型研究现状

1.2.1 国外现状

1.2.2 国内现状

1.3 轨道检测数据分析应用现状

1.3.1 国外现状

1.3.2 国内现状

1.4 论文的研究内容

1.5 论文的组织结构

第二章相关概念和技术

2.1 铁轨检测相关概念

2.1.1 轨道不平顺

2.1.2 长短链

2.1.3 里程误差

2.2 轨道不平顺预测技术

2.2.1 灰色系统理论

2.2.2 循环神经网络模型

2.3 系统开发关键技术

2.3.1 套接字通信技术

2.3.2 多线程开发技术

2.3.3 ADO数据库连接技术

2.4 本章小结

第三章轨道质量指数预测模型研究

3.1 轨道质量指数预测模型概述

3.2 趋势成分预测部分

3.2.1 非等时距灰色模型建立过程

3.2.2 非等时距灰色模型优化

3.2.3 非等时距加权灰色模型

3.3 随机成分预测部分

3.3.1 数据归一化

3.3.2 网络结构

3.3.3 循环神经网络训练过程

3.4 模型总体预测流程

3.5 模型验证

3.5.1 实验设置

3.5.2 TQI预测结果对比

3.5.3 灰色模型权重矩阵对比

3.5.4 样本序列长度对预测效果的影响

3.6 本章小结

第四章系统需求分析与总体设计

4.1 系统需求分析

4.1.1 功能性需求

4.1.2 非功能性需求

4.2 系统架构设计

4.3 数据库设计

4.3.1 数据标注记录表

4.3.2 里程校准记录表

4.3.3 TQI记录表

4.3.4 线路TQI表

4.4 系统趋势测流程设计

4.5 本章小结

第五章系统详细设计与实现

5.1 系统关键模块详细设计

5.1.1 数据采集模块详细设计

5.1.2 数据展示模块详细设计

5.1.3 数据标注模块详细设计

5.1.4 里程校准模块详细设计

5.1.5 TQI计算模块详细设计

5.1.6 趋势预测模块详细设计

5.2 系统实现

5.2.1 系统开发环境

5.2.2 系统界面概览

5.2.3 数据采集功能实现

5.2.4 数据展示功能实现

5.2.5 数据标注功能实现

5.2.6 里程校准功能实现

5.2.7 TQI计算功能实现

5.2.8 趋势预测功能实现

5.3 本章小结

第六章总结与展望

6.1 论文工作总结

6.2 未来展望

参考文献

致谢

攻读学位期间取得的研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 姚亚峰

导师: 石川

关键词: 轨道质量指数,灰色模型,循环神经网络,趋势预测

来源: 北京邮电大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 非线性科学与系统科学,铁路运输,自动化技术

单位: 北京邮电大学

分类号: U216.3;TP183;N941.5

总页数: 73

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