基于轨道板振动加速度的钢轨振动加速度反演估计与现场验证

文档摘要：为研究高速铁路轨道板与钢轨之间的时空关联规律,提出变分模态-转换器(VariationalModeDecomposition-Transformer,VMD-T)反演模型,该模型通过分解轨道板振动加速度来反演估计钢轨振动加速度.首先,对数据进行预处理并利用双门限法检测振动端点,分离振动信号与静默信号、干扰信号,再将提取后的振动信号整合输入到VMD-T模型.其次,利用VMD模型将轨道板振动加速度数据分解成一系列不同的子模态,并网格遍历搜索与钢轨振动加速度相关系数最大的子模态,以降低原始数据的复杂度以及非平稳性,提升Transformer模型的特征抽取能力.然后,通过Transformer模型对搜索出的轨道板振动加速度子模态与钢轨振动加速度数据进行反演估计训练.最后,将该模型应用于某城际高速铁路轨道板与钢轨实测振动加速度数据反演估计试验.现场高铁试验结果表明:与单一Transformer模型相比,VMD-T模型均方根误差(RootMeanSquaredError,RMSE)、绝对平均误差(MeanAbsoluteError,MAE)及决定系数(R2_score)分别提升近20％、11％及48.1％,特征学习能力更强,反演估计效果更佳,初步实现钢轨垂向振动加速度幅值非接触式监测估计.

Abstract：Toexplorethespatiotemporalcorrelationpatternsbetweenhigh-speedrailwaytrackslabsandrails,thispaperproposesaVariationalModeDecomposition-Transformer(VMD-T)inversionmodel,whichestimatesrailvibrationaccelerationfromdecomposedtrackslabvibrationaccelerationdata.Firstly,thedataundergoespreprocessing,includingvibrationendpointdetectionusingadual-thresholdmethodtoseparatethevibrationsignalsfromsilentandinterferencesignals.TheextractedvibrationsignalsareintegratedandfedintotheVMD-Tmodel.Subsequently,theVMDmodelbreaksdownthetrackslabvibrationaccelerationdataintovarioussub-modes.Agridsearchidentifiesthesub-modeswiththehighestcorrelationcoefficientswithrailvibrationacceleration,aimingtosim-plifytheoriginaldatasetandreduceitsnon-stationarity,therebyenhancingtheTransformermodel'sfeatureextractioncapabilities.Followingthis,theTransformermodelundertakesinversionestimationtrainingontheidentifiedtrackslabvibrationaccelerationsub-modesandrailvibrationaccelerationdata.Finally,themodel'sutilityisdemonstratedthroughinversionestimationtrialsusingactualvibra-tionaccelerationdatafromthetrackslabsandrailsofaspecificintercityhigh-speedrailway.Fieldtestsonhigh-speedrailrevealthat,comparedtoastandaloneTransformermodel,theVMD-Tmodelcon-siderablyimprovesintermsofRootMeanSquaredError(RMSE),MeanAbsoluteError(MAE),andthedeterminationcoefficient(R2_score)byapproximately20％,11％,and48.1％respectively,indi-catingastrongercapabilityinfeaturelearningandinversionestimation.Thisstudypreliminarilyachievesnon-contactestimationmonitoringofrailverticalvibrationaccelerationmagnitudes.

作者：何庆   曾楚琦   王启航   付彬   吴军   王平 Author：HEQing   ZENGChuqi   WANGQihang   FUBin   WUJun   WANGPing
作者单位：西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室成都610031;西南交通大学土木工程学院,成都610031西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室成都610031;西南交通大学土木工程学院,成都610031;中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司城建交通工程院,长沙410014中国铁路成都局集团有限公司涪陵工务段,重庆610000
刊名：北京交通大学学报
Journal：JournalofBeijingJiaotongUniversity
年，卷(期)：2024, 48(1)
分类号：U213.4
关键词：高速铁路  变分模态分解  Transformer模型  轨道板  钢轨  振动加速度  
Keywords：high-speedrailway  variationalmodedecomposition  Transformermodel  trackslab  rail  vibrationacceleration  
机标分类号：TP391P631.4U213.2+44
在线出版日期：2024年4月28日
基金项目：基于轨道板振动加速度的钢轨振动加速度反演估计与现场验证[
期刊论文]  北京交通大学学报--2024, 48(1)何庆  曾楚琦  王启航  付彬  吴军  王平为研究高速铁路轨道板与钢轨之间的时空关联规律,提出变分模态-转换器(VariationalModeDecomposition-Transformer,VMD-T)反演模型,该模型通过分解轨道板振动加速度来反演估计钢轨振动加速度.首先,对数据进行预处理并...参考文献和引证文献
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关键词：高速铁路,变分模态分解,Transformer模型,轨道板,钢轨,振动加速度,

2024-10-4 00:42 上传 基于轨道板振动加速度的钢轨振动加速度反演估计与现场验证.pdf

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