CN110728017B - 桥梁附加变形与行车安全动态映射关系的构建方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种桥梁附加变形与行车安全动态映射关系的构建方法及装置，本发明涉及交通安全技术领域，该方法包括：获取桥梁附加变形引起的车辆响应变化量；根据桥梁附加变形引起的车辆响应变化量，得到桥梁附加变形与车辆响应变化量的定量关系式；获取行车安全性评定指标与车辆响应变化量的定量关系式；将桥梁附加变形与车辆响应变化量的定量关系和行车安全性评定指标与车辆响应变化量的定量关系相结合，得到桥梁附加变形与行车安全的定量映射关系式。缓解了现有技术中不同桥梁附加变形模式以及不同变形量需要重复计算和分析安全性而导致计算成本较大的技术问题。

Description

桥梁附加变形与行车安全动态映射关系的构建方法及装置

技术领域

本发明涉及交通安全技术领域，尤其是涉及一种桥梁附加变形与行车安全动态映射关系的构建方法及装置。

背景技术

现有关于桥梁附加变形对行车安全影响的研究中，通常先计算桥梁附加变形引起的轨道附加变形，然后将之作为车桥或车轨桥耦合模型的系统激励，计算车辆动力响应，从而分析桥梁附加变形对行车性能的影响。然而，现有的这类方法是通过尝试多个桥梁附加变形值经过一次一次的车-桥模型计算，从而得到该桥梁附加变形阈值，可以理解为现有的方式是通过试数的方式得到桥梁附加变形的阈值，从而可以分析对行车安全性的影响，导致计算成本较大。

发明内容

本发明的目的在于提供桥梁附加变形与行车安全动态映射关系的构建方法及装置，缓解了现有技术中不同桥梁附加变形模式以及不同变形量需要重复计算和分析安全性而导致计算成本较大的技术问题。

本发明提供的一种桥梁附加变形与行车安全动态映射关系的构建方法，包括：

获取桥梁附加变形引起的车辆响应变化量；

根据所述桥梁附加变形引起的车辆响应变化量，得到桥梁附加变形与车辆响应变化量的定量关系式；

获取行车安全性评定指标与车辆响应变化量的定量关系式；

将所述桥梁附加变形与车辆响应变化量的定量关系和所述行车安全性评定指标与车辆响应变化量的定量关系相结合，得到桥梁附加变形与行车安全的定量映射关系式。

进一步的，所述建立桥梁附加变形引起的车辆响应变化量的步骤，包括：

获取轨道随机不平顺数组以及桥梁附加变形数组；

将所述轨道随机不平顺数组以及所述桥梁附加变形数组叠加，并输入到车-轨-桥耦合振动模型，得到第一车辆响应；

将所述轨道随机不平顺数组输入到车-轨-桥耦合振动模型，得到第二车辆响应；

将所述第一车辆响应减去所述第二车辆响应，得到桥梁附加变形引起的车辆响应变化量。

进一步的，所述获取桥梁附加变形数组的步骤，包括：

获取桥梁附加变形参数；

将所述桥梁附加变形参数输入到桥梁-轨道变形映射模型，得到桥梁附加变形数组。

进一步的，所述获取轨道随机不平顺数组的步骤，包括：

利用轨道谱生成轨道随机不平顺数组。

进一步的，根据所述桥梁附加变形引起的车辆响应变化量，得到桥梁附加变形与车辆响应变化量的定量关系式的步骤，包括：

将桥梁附加变形引起的钢轨变形表达式对里程进行求导，得到钢轨变形对里程的各阶导数；

将所述钢轨变形对里程的各阶导数与所述桥梁附加变形引起的车辆响应变化量进行对比，得到车辆响应变化量与钢轨变形二阶导的拟合关系式；

获取桥梁附加变形与钢轨变形二阶导的拟合关系式；

结合所述车辆响应变化量与钢轨变形二阶导的拟合关系式和所述桥梁附加变形与钢轨变形二阶导的拟合关系式，得到桥梁附加变形与车辆响应变化量的定量关系式。

本发明提供的一种桥上行车安全性的评定方法，包括：

构建桥梁附加变形与行车安全的定量映射关系式；其中，根据上述实施例任一项所述的桥梁附加变形与行车安全动态映射关系的构建方法构建桥梁附加变形与行车安全的定量映射关系式；

监测桥梁附加变形值；

将所述桥梁附加变形值添加到所述桥梁附加变形与行车安全的定量映射关系式中，得到行车安全结果；

根据所述行车安全结果对桥上行车安全性进行评定。

本发明提供的一种桥梁附加变形与行车安全动态映射关系的构建装置，包括：

第一获取建立模块，用于获取桥梁附加变形引起的车辆响应变化量；

第一处理模块，用于根据所述桥梁附加变形引起的车辆响应变化量，得到桥梁附加变形与车辆响应变化量的定量关系式；

第二获取模块，用于获取行车安全性评定指标与车辆响应变化量的定量关系式；

第二处理模块，用于将所述桥梁附加变形与车辆响应变化量的定量关系和所述行车安全性评定指标与车辆响应变化量的定量关系相结合，得到桥梁附加变形与行车安全的定量映射关系式。

本发明提供的一种桥上行车安全性的评定装置，包括：

构建模块，用于构建桥梁附加变形与行车安全的定量映射关系式；其中，根据上述实施例任一项所述的桥梁附加变形与行车安全动态映射关系的构建方法构建桥梁附加变形与行车安全的定量映射关系式；

监测模块，用于监测桥梁附加变形值；

结果模块，用于将所述桥梁附加变形值添加到所述桥梁附加变形与行车安全的定量映射关系式中，得到行车安全结果；

评定模块，用于根据所述行车安全结果对桥上行车安全性进行评定。

本发明提供的一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例任一项所述的桥梁附加变形与行车安全动态映射关系的构建方法的步骤。

本发明提供的一种计算机可读介质，所述计算机可读介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行上述实施例中任一项所述的桥梁附加变形与行车安全动态映射关系的构建装置。

本发明提供的桥梁附加变形与行车安全动态映射关系的构建方法及装置，可以先建立桥梁附加变形引起的车辆响应变化量，然后根据桥梁附加变形引起的车辆响应变化量，得到桥梁附加变形与车辆响应变化量的定量关系式，获取行车安全性评定指标与车辆响应变化量的定量关系式，将桥梁附加变形与车辆响应变化量的定量关系和行车安全性评定指标与车辆响应变化量的定量关系相结合，得到桥梁附加变形与行车安全的定量映射关系式，本发明可以从与桥梁附加变形相关的车辆响应变化量的定量关系与行车安全性评定指标与车辆响应变化量的定量关系式从而得到桥梁附加变形与行车安全的定量映射关系式，从而缓解了现有技术中通过试数的方式得到桥梁附加变形的阈值可以分析对行车安全性的影响而导致计算成本较大的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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桥梁附加变形与行车安全动态映射关系的构建方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的桥墩沉降引起的钢轨变形对里程的二阶导数与轮轨垂向力变化量的对比的示意图；

图3为本发明实施例提供的桥墩沉降引起的轮轨垂向力变化量与钢轨变形二阶导的拟合关系的示意图；

图4为本发明实施例提供的钢轨变形二阶导最小值与桥墩沉降的拟合关系的示意图；

图5为本发明实施例提供的桥上行车安全性的评定方法的流程图；

图6为本发明实施例提供的桥梁附加变形与行车安全动态映射关系的构建装置的结构图；

图7为本发明实施例提供的桥上行车安全性的评定装置的结构图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前这类方法针对不同桥梁附加变形模式需要经过大量车-桥模型计算，来得到桥梁附加变形模型的阈值，从而来分析对行车安全性的影响，导致计算成本较大。基于此，本发明提供的桥梁附加变形与行车安全动态映射关系的构建方法及装置，可以先获取桥梁附加变形引起的车辆响应变化量，然后根据桥梁附加变形引起的车辆响应变化量，得到桥梁附加变形与车辆响应变化量的定量关系式，获取行车安全性评定指标与车辆响应变化量的定量关系式，将桥梁附加变形与车辆响应变化量的定量关系和行车安全性评定指标与车辆响应变化量的定量关系相结合，得到桥梁附加变形与行车安全的定量映射关系式，本发明可以从与桥梁附加变形相关的车辆响应变化量的定量关系与行车安全性评定指标与车辆响应变化量的定量关系式从而得到桥梁附加变形与行车安全的定量映射关系式，从而缓解了现有技术中通过试数的方式得到桥梁附加变形的阈值可以分析对行车安全性的影响而导致计算成本较大的技术问题。

以下结合附图进行详细说明。

结合图1所示，本发明提供了一种桥梁附加变形与行车安全动态映射关系的构建方法，包括：

S1101：获取桥梁附加变形引起的车辆响应变化量；

详细来讲，获取轨道随机变形数组以及桥梁附加变形数组；其中，轨道随机变形数组为轨道随机性的变形，桥梁附加变形可以理解为轨道附加变形，即钢轨普遍存在的变形。其中，获取轨道随机变形数组的过程为：利用轨道谱生成轨道随机变形数组。获取桥梁附加变形数组的过称为：获取桥梁附加变形参数，将桥梁附加变形参数输入到桥梁-轨道变形映射模型，得到桥梁附加变形数组。

将轨道随机变形数组以及桥梁附加变形数组叠加，并输入到车-轨-桥耦合振动模型，得到第一车辆响应；第一车辆响应为考虑桥梁附加变形的车辆响应。其中，车辆响应可以为车体竖向振动加速度、车体横向振动加速度、轮轨垂向力、轮轨横向力、轮重减载率及脱轨系数等等多种类型；

将所述轨道随机变形数组输入到车-轨-桥耦合振动模型，得到第二车辆响应；第二车辆响应为不考虑桥梁附加变形的车辆响应。

将第一车辆响应减去第二车辆响应，得到桥梁附加变形引起的车辆响应变化量。

S1102：根据桥梁附加变形引起的车辆响应变化量，得到桥梁附加变形与车辆响应变化量的定量关系式。

详细来讲：将桥梁附加变形引起的钢轨变形表达式对里程进行求导，得到钢轨变形对里程的各阶导数；

将钢轨变形对里程的各阶导数与桥梁附加变形引起的车辆响应变化量进行对比，得到车辆响应变化量与钢轨变形二阶导的拟合关系式；

获取桥梁附加变形与钢轨变形二阶导的拟合关系式；

结合车辆响应变化量与钢轨变形二阶导的拟合关系式和桥梁附加变形与钢轨变形二阶导的拟合关系式，得到桥梁附加变形与车辆响应变化量的定量关系式。

S1103：获取行车安全性评定指标与车辆响应变化量的定量关系式；其中，这边由于行车安全性评定指标可以具有多种类型，所以，可以逐一按照每一个类型获取行车安全性评定指标与车辆响应变化量的定量关系式。

S1104：将桥梁附加变形与车辆响应变化量的定量关系和行车安全性评定指标与车辆响应变化量的定量关系相结合，得到桥梁附加变形与行车安全的定量映射关系式。这样可以直接输入桥梁附加变形数值到桥梁附加变形与行车安全的定量映射关系式，得到行车安全结果，通过这个行车安全结果直接进行判断分析，无需进行试数一样找到桥梁附加变形阈值，在通过桥梁附加变形再进行分析，减小计算过程。

以下举一个示例进行说明：

以车辆响应为轮轨垂向力为例，行车安全性评定指标以轮重减载率为例，将轨道附加变形和轨道随机变形叠加作为系统激励，输入车-轨-桥耦合振动模型，计算特定车速下的列车动力特性指标如轮轨垂向力。轨道随机变形叠加作为系统激励，输入车-轨-桥耦合振动模型，计算特定车速下的列车动力特性指标如轮轨垂向力。并将两个轮轨垂向力相减得到仅由桥梁附加变形引起的列车轮轨垂向力变化量。

将桥梁附加变形引起的钢轨变形对里程进行求导，得到钢轨变形表达式对里程的各阶导数，并将之与桥梁附加变形引起的列车动力特性指标变化量如轮轨垂向力变化量进行对比，如图2所示。可见，轮轨垂向力变化量(车辆响应变化量)与钢轨变形二阶导的线形吻合较好。

将图2中轮轨垂向力变化量(车辆响应变化量)和钢轨变形二阶导进行线性拟合，可以得到图3的结果。图3中，ΔQ代表轮轨垂向力变化量(单位为kN)，Yr″代表钢轨变形二阶导，R²为拟合相关系数。从图3可以看出，轮轨垂向力变化量(车辆响应变化量)与钢轨变形二阶导呈正比关系，ΔQ＝31353Yr″，结合图3所示，可以计算出拟合相关系数为0.9766，相关性较强。

根据图2的结果可知，轮轨垂向力(车辆响应的一种类型)在钢轨变形二阶导达到最小值时减小量最大，即轮重减载率(行车安全性指定指标的一种类型)和钢轨变形二阶导最小值相关，故要确定桥墩沉降(桥梁附加变形中的一种类型)与轮重减载率的关系，需要得到钢轨变形二阶导最小值与桥墩沉降的定量关系。各桥墩沉降量条件下钢轨变形二阶导的多个最小值可通过钢轨变形与桥梁变形映射关系获得，采用直线拟合的办法，将多个最小值进行线性拟合，即，将钢轨变形二阶导与沉降量进行线性拟合，其拟合关系见图4，得到线性拟合式：Yrmin″得代表钢轨变形二阶导最小值，d代表沉降量(单位为mm)，Yrmin″＝-(1.4209d+0.9832)×10-5，拟合相关系数为0.9989，相关性较强。

结合式ΔQ＝31353Yr″和Yrmin″＝-(1.4209d+0.9832)×10-5，可以得到轮轨垂向力减小量和桥墩沉降的定量关系式ΔQ＝-0.4455d-0.3083。

可以获取列车的行车安全性评定指标轮重减载率U＝[P-(ΔQ+Pmin)]/P，其中P为静轮重，Pmin为无桥梁附加变形工况下，通过动力计算得到的最小轮轨垂向力。结合式ΔQ＝-0.4455d-0.3083和U＝[P-(ΔQ+Pmin)]/P，可以得到轮重减载率和桥墩沉降的定量映射关系U＝[P-(-0.4455d-0.3083+Pmin)]/P。可以通过输入桥墩沉降的具体数值，得到轮重减载率，再可以通过轮重减载率与预设的阈值进行比较，从而可以判断车辆是否行使安全。

结合图5所示，本发明提供了一种桥上行车安全性的评定方法，包括：

S510：构建桥梁附加变形与行车安全的定量映射关系式。其中，桥梁附加变形与行车安全的定量映射关系式的意思为桥梁附加变形与行车安全的映射关系的算式，映射关系式可以计算出多种类型的桥梁附加变形。桥梁附加变形与行车安全的定量映射关系式的建立过程可以根据上述实施例的方法进行构建。

S520：监测桥梁附加变形值。其中，桥梁附加变形的类型可以为桥墩沉降、梁端转角、梁体错台和徐变上拱，桥梁附加变形值可以为上述任一类型的数值，例如，桥墩沉降为20mm，徐变上拱量为20mm等等。

S530：将桥梁附加变形值添加到桥梁附加变形与行车安全的定量映射关系式中，得到行车安全结果；

S540：根据行车安全结果对桥上行车安全性进行评定。详细来讲，将行车安全结果与行车安全判定阈值进行比较，如果大于阈值，则桥上行车安全性的评定结果为车辆危险行驶，如果小于阈值，则桥上行车安全性的评定结果为车辆安全行驶。

综上可知，由于可以建立多种类型的桥梁附加变形与行车安全对应关系的映射关系式，所以，无论监测到哪一种或者多种类型的桥梁附加变形值，均可以将一种类的桥梁附加变形值添加到对应种类构建的桥梁附加变形与行车安全的定量映射关系式中，得到行车安全结果，分别对多种桥梁附加变形值在桥上行车安全性进行评定，从而缓解了现有技术中通过试数的方式得到桥梁附加变形的阈值可以分析对行车安全性的影响而导致计算成本较大的技术问题。

本发明提供的一种桥梁附加变形与行车安全动态映射关系的构建装置，结合图6所示，包括：

第一获取建立模块610，用于获取桥梁附加变形引起的车辆响应变化量；

第一处理模块620，用于根据所述桥梁附加变形引起的车辆响应变化量，得到桥梁附加变形与车辆响应变化量的定量关系式；

第二获取模块630，用于获取行车安全性评定指标与车辆响应变化量的定量关系式；

第二处理模块640，用于将所述桥梁附加变形与车辆响应变化量的定量关系和所述行车安全性评定指标与车辆响应变化量的定量关系相结合，得到桥梁附加变形与行车安全的定量映射关系式。

本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述桥梁附加变形与行车安全动态映射关系的构建方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。

结合图7所示，本发明提供的一种桥上行车安全性的评定装置，包括：

构建模块710，用于构建桥梁附加变形与行车安全的定量映射关系式；其中，根据上述实施例任一项所述的桥梁附加变形与行车安全动态映射关系的构建方法构建桥梁附加变形与行车安全的定量映射关系式；

监测模块720，用于监测桥梁附加变形值；

结果模块730，用于将所述桥梁附加变形值添加到所述桥梁附加变形与行车安全的定量映射关系式中，得到行车安全结果；

评定模块740，用于根据所述行车安全结果对桥上行车安全性进行评定。

本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述桥上行车安全性的评定方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。

本发明提供的一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例任一项所述的桥上行车安全性的评定方法的步骤。

本发明提供的一种计算机可读介质，所述计算机可读介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行上述实施例中任一项所述的桥上行车安全性的评定装置。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种桥梁附加变形与行车安全动态映射关系的构建方法，其特征在于，包括：

利用轨道谱生成轨道随机不平顺数组；

获取桥梁附加变形参数；

将所述桥梁附加变形参数输入到桥梁-轨道变形映射模型，得到桥梁附加变形数组；

将所述轨道随机不平顺数组以及所述桥梁附加变形数组叠加，并输入到车-轨-桥耦合振动模型，得到第一车辆响应；

将所述轨道随机不平顺数组输入到车-轨-桥耦合振动模型，得到第二车辆响应；

将所述第一车辆响应减去所述第二车辆响应，得到桥梁附加变形引起的车辆响应变化量；

将桥梁附加变形引起的钢轨变形表达式对里程进行求导，得到钢轨变形对里程的各阶导数；

将所述钢轨变形对里程的各阶导数与所述桥梁附加变形引起的车辆响应变化量进行对比，得到车辆响应变化量与钢轨变形二阶导的拟合关系式；

获取桥梁附加变形与钢轨变形二阶导的拟合关系式；

结合所述车辆响应变化量与钢轨变形二阶导的拟合关系式和所述桥梁附加变形与钢轨变形二阶导的拟合关系式，得到桥梁附加变形与车辆响应变化量的定量关系式；

获取行车安全性评定指标与车辆响应变化量的定量关系式；

将所述桥梁附加变形与车辆响应变化量的定量关系和所述行车安全性评定指标与车辆响应变化量的定量关系相结合，得到桥梁附加变形与行车安全的定量映射关系式。

2.一种桥上行车安全性的评定方法，其特征在于，包括：

构建桥梁附加变形与行车安全的定量映射关系式；其中，根据权利要求1所述的桥梁附加变形与行车安全动态映射关系的构建方法构建桥梁附加变形与行车安全的定量映射关系式；

监测桥梁附加变形值；

将所述桥梁附加变形值添加到所述桥梁附加变形与行车安全的定量映射关系式中，得到行车安全结果；

根据所述行车安全结果对桥上行车安全性进行评定。

3.一种桥梁附加变形与行车安全动态映射关系的构建装置，其特征在于，包括：

第一获取模块，用于获取桥梁附加变形引起的车辆响应变化量；

第一处理模块，用于根据所述桥梁附加变形引起的车辆响应变化量，得到桥梁附加变形与车辆响应变化量的定量关系式；

第二获取模块，用于获取行车安全性评定指标与车辆响应变化量的定量关系式；

第二处理模块，用于将所述桥梁附加变形与车辆响应变化量的定量关系和所述行车安全性评定指标与车辆响应变化量的定量关系相结合，得到桥梁附加变形与行车安全的定量映射关系式。

4.一种桥上行车安全性的评定装置，其特征在于，包括：

构建模块，用于构建桥梁附加变形与行车安全的定量映射关系式；其中，根据权利要求1所述的桥梁附加变形与行车安全动态映射关系的构建方法构建桥梁附加变形与行车安全的定量映射关系式；

监测模块，用于监测桥梁附加变形值；

结果模块，用于将所述桥梁附加变形值添加到所述桥梁附加变形与行车安全的定量映射关系式中，得到行车安全结果；

评定模块，用于根据所述行车安全结果对桥上行车安全性进行评定。

5.一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1所述的桥梁附加变形与行车安全动态映射关系的构建方法的步骤。

6.一种计算机可读介质，其特征在于，所述计算机可读介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行上述权利要求3中所述的桥梁附加变形与行车安全动态映射关系的构建装置。

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