System.ArgumentOutOfRangeException: 索引和长度必须引用该字符串内的位置。 参数名: length 在 System.String.Substring(Int32 startIndex, Int32 length) 在 zhuanliShow.Bind() 基于机器学习技术的高速铁路接触网吊弦排布的优化方法技术_技高网

基于机器学习技术的高速铁路接触网吊弦排布的优化方法技术

技术编号:43282926 阅读:18 留言:0更新日期:2024-11-12 16:06
本发明专利技术提供一种基于机器学习技术的高速铁路接触网吊弦排布的优化方法,结合神经网络与优化算法,进而通过快速合理的调整吊弦布局参数来实现。进行接触网结构优化时,以吊弦在一跨内所处的位置为输入量,接触压力标准差作为目标输出,通过调整跨距内吊弦位置尽可能的降低接触压力波动。本发明专利技术的目的是为接触网吊弦布局设计提供一种合理的优化方法,提升吊弦服役期的疲劳寿命。通过接触网吊弦位置信息与接触压力的相关性,结合机器学习手段建立映射模型,搜寻优化结果后仿真验证优化效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及轨道交通,具体涉及一种基于机器学习技术的高速铁路接触网吊弦排布的优化方法


技术介绍

1、接触网系统是高速铁路的重要组成部分,高速列车依靠车顶受电弓与接触网导线的滑动摩擦获取电能。接触网静止时,吊弦只承受由接触线重力带来的拉伸应力。但当列车经过吊弦的瞬间,高速滑行的受电弓对接触线向上的抬升又势必使得吊弦承受瞬时的强冲击作用。列车经过后,由于接触网系统的不断振动又会使得吊弦反复承受交变的应力。金属吊弦长期处于这样的服役状态下会不可避免的产生疲劳损伤。

2、接触网跨距内吊弦的不同布设方案会影响弓网动态交互结果,可以考虑通过调整吊弦布局来改善吊弦服役期间的受力状况,以期延长吊弦的疲劳寿命。然而,接触网跨距较长,一跨内吊弦个数众多,布设方案数量将极其庞大;先前的技术中,多是根据工程经验,或者采用多次试验调整吊弦布设方案,这种方法工程量极大,试出所有方案再选择最合理安装方式的成本是不可接受的。本方法考虑结合机器学习的方式,建立关于吊弦位置参数与接触压力的非线性映射模型,结合工程需求优化接触网内吊弦排布。


技术实现思路

1、本专利技术的目的是为接触网吊弦布局设计提供一种合理的优化方法,提升吊弦服役期的疲劳寿命。通过接触网吊弦位置信息与接触压力的相关性,结合机器学习手段建立映射模型,搜寻优化结果后仿真验证优化效果。

2、为实现上述目的,本专利技术提供如下技术方案:

3、一种基于机器学习技术的高速铁路接触网吊弦排布的优化方法,包括以下步骤:

4、首先,针对当前或设计的弓网模型,按照接触网跨距内吊弦个数;

5、确定神经网络输入层的维度与各输入参数的边界;

6、依据优化目标制定神经网络训练集的样本;依据制定的训练样本获取相应工况下列车运行时弓网接触压力的时间序列,并求出目标序列的标准差,确定神经网络输出参数的值;通过在输入层各参数边界内进行前述步骤,随机收集一定数量的测试集,用于验证建立的接触网吊弦排布与接触力统计值间的非线性映射模型;

7、再利用以上收集的训练与预测样本不断调整模型内超参数以平衡模型的拟合效果与泛化性能,建立神经网络代理模型;

8、最后再结合智能优化算法寻找神经网络模型映射最优解。

9、具体的步骤为:

10、步骤1:针对初始设计的方案或既有的线路接触网结构,获取该参数下列车运行时弓网接触压力的时间序列,计算出接触压力标准差。

11、接触力标准差计算公式具体如下:

12、

13、式(1)中,σ表示时序接触压力标准差,fi表示受电弓运行到接触网采样点处的接触压力值(n),n为接触网采样点的个数。

14、将最小标准差作为优化目标。

15、步骤2:分析初始接触网结构并结合工程中对接触网吊弦设计的限制要求确定代理模型输入层的维度与输入参数的上下边界。

16、步骤3:依据优化目标制定神经网络训练集的样本,依据制定的训练样本获取相应工况下列车运行时弓网接触压力的时间序列,并求出目标序列的标准差,同时,随机收集一定数量的测试集,用于验证建立的接触网吊弦排布与接触力统计值间的非线性映射模型;

17、步骤4:利用以上收集的训练与预测样本不断调整模型内超参数以平衡模型的拟合效果与泛化性能,如:隐藏层数与节点数,训练要求精度,最大训练次数,学习率等,建立神经网络代理模型;以平均绝对百分比误差mape作为评价代理模型准确性的指标;

18、

19、式中,n为测试点个数,yi为实际值,为预测值;mape越接近0,代表预测值与真实值之间误差更小,预测结果更加准确。

20、步骤5:结合粒子群优化算法寻找神经网络模型映射最优解,首先初始化算法中种群个数、惯性权重、学习率、迭代次数,随机每个粒子位置与速度值,根据适应度函数计算适应度值,记录并保留历史最优值与全局最优值,判断是否达到最大迭代次数,若未达到则不断更新粒子群位置与速度,直至达到预设值,得到最优输入参数;

21、步骤6:将求解出的最优输入参数作为仿真模型的输入,计算并比较优化布局后模型的静态特性与动态响应,若模型计算结果不满足如下工程要求则视为优化失败:

22、(1)弓网间不能出现接触损失;

23、(2)弓网间接触力均在标准限制范围内;

24、(3)定位点抬升量大于120mm;

25、(4)受电弓侵入深度大于80mm。

26、本专利技术为高速铁路接触网吊弦布局设计提供一种合理的优化方法,结合神经网络与优化算法,进而通过快速合理的调整吊弦布局参数来实现。进行接触网结构优化时,以吊弦在一跨内所处的位置为输入量,接触压力标准差作为目标输出,通过调整跨距内吊弦位置尽可能的降低接触压力波动。

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【技术保护点】

1.基于机器学习技术的高速铁路接触网吊弦排布的优化方法,其特征在于,包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的基于机器学习技术的高速铁路接触网吊弦排布的优化方法,其特征在于,包括以下步骤:

3.根据权利要求2所述的基于机器学习技术的高速铁路接触网吊弦排布的优化方法,其特征在于,步骤1中,接触力标准差计算公式具体如下:

4.根据权利要求2所述的基于机器学习技术的高速铁路接触网吊弦排布的优化方法,其特征在于,步骤4中,平均绝对百分比误差MAPE为;

5.根据权利要求2所述的基于机器学习技术的高速铁路接触网吊弦排布的优化方法,其特征在于,步骤6中,工程要求包括:

【技术特征摘要】

1.基于机器学习技术的高速铁路接触网吊弦排布的优化方法,其特征在于,包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的基于机器学习技术的高速铁路接触网吊弦排布的优化方法,其特征在于,包括以下步骤:

3.根据权利要求2所述的基于机器学习技术的高速铁路接触网吊弦排布的优化方法,其特征在于,步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员:魏文赋张桓潘利科邢彤陈立明夏琅雨杨泽锋吴广宁
申请(专利权)人:中国国家铁路集团有限公司
类型:发明
国别省市:

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