多措施组合轨道交通环境减振效果估计方法、装置和设备与流程

1.本发明涉及一种多措施组合轨道交通环境减振效果估计方法和 装置、电子设备及存储介质。


背景技术：

2.随着我国经济快速发展，铁路运输行业在交通运输中所占比例越 来越大，同时铁路运行过程中产生的环境振动长期存在且反复发生， 会对沿线居民的生活健康、古建筑保护、精密仪器使用等产生不利影 响，因此铁路环境振动问题已成为七大环境公害之一。
3.铁路交通系统引起的周围环境及建筑物振动分成三个子系统，分 别为振源(车辆轨道和支承结构系统)、传播路径(岩土体)和受振 体(建筑物)，铁路环境振动则是在这一体系下，列车沿铁路轨道运 行时车轮对轨道的冲击引发车辆、轨道结构振动，并经由轨道以及路 基和隧道(桥梁)传递到周围的地层，进而通过岩土介质向四周传播， 进一步诱发邻近建筑物的振动。为减轻铁路环境振动对周边的影响， 中外学者主要是分别(或综合)从振源、传播路径、受振体3个子系 统出发进行振动控制研究。在振源减振方面，较常用的措施是钢轨无 缝化、减振道床、减振扣件等，而对于道岔区的有效减振措施则可使 用可动心道岔。在传播路径上多采用屏障隔振，屏障按几何特性可分 为连续屏障和非连续屏障，常见的连续屏障如空沟、填充沟等。在受 振体隔振方面，可在受振体上增加阻尼元件或者改变受振体的动力特 性从而达到隔振目的。
4.为了达到减振量大的需求，各种源强减振措施、传播途径隔振措 施、受体减振措施共同使用的情况经常发生，但是多种措施同时使用 下的综合振动控制效果并不能简单叠加，如何快速估算多种减振措施 作用下对最终目标振动点的综合减振效果是目前工作的一大难点。


技术实现要素：

5.针对解决现有技术中的问题，本发明提供一种多措施组合轨道交 通环境减振效果估计方法和装置、电子设备及存储介质。
6.第一方面，本发明提供一种多措施组合轨道交通环境减振效果估 计方法，包括：
7.确定影响目标点减振效果的多个因素；
8.确定表示每个所述因素下振源在目标点的各个频带产生的振动 效果的分频振级序列；
9.根据逐级效果叠减原则，基于所述分频振级序列，获取表示j个 所述因素下振源分别在目标点的各个频带的综合振动效果的振动加 速度级，其中，j为正整数；以及
10.基于所获取的振动加速度级，计算j个所述因素下振源分别在目 标点的各个频带的减振总效果。
11.进一步地，所述根据逐级效果叠减原则，基于所述分频振级序列， 获取表示j个所述因素下振源分别在目标点的各个频带的综合振动效 果的振动加速度级，包括：
12.判断所述多个因素中的两个因素下同频点分频振级的差值；
13.根据所述差值确定叠减系数；以及
14.将所述两个因素下同频点分频振级中较大的值减去所述叠减系 数，从而获得所述两个因素在所述频带的综合振动效果的振动加速度 级。
15.进一步地，所述根据所述差值确定叠减系数，包括：
16.当所述差值小于或等于3db时，将所述叠减系数确定为
‑
3db；
17.当所述差值大于3db且小于或等于5db时，将所述叠减系数确定 为
‑
2db；
18.当所述差值大于5db且小于或等于9db时，将所述叠减系数确定 为
‑
1db；以及
19.当所述差值大于或等于10db时，将所述叠减系数确定为0db。
20.进一步地，所述基于所获取的振动加速度级，计算j个所述因素 下振源分别在目标点的各个频带的减振总效果，包括：
21.基于所获取的振动加速度级，计算j个因素下目标点的振动计权 加速度级；以及
22.基于所述j个因素下目标点的振动计权加速度级以及减振之前的 所述目标点的振动计权加速度级，计算得到所述减振总效果，
23.其中，通过以下公式计算所述j个因素下目标点的振动计权加速 度级：
24.l
i
′
＝l
i
‑
m
ij
′
25.其中，i为频带的序号，l
i
′
为j个因素下振源在目标点上第i个频带 的振动加速度级；l
i
为未采取任何减振措施之前原有振源在所述目标 点上第i个频带的振动加速度级；m
ij
′
为j个因素下振源在目标点上第i 个频带的综合振动效果的振动加速度级。
26.进一步地，所述基于所述j个因素下目标点的振动计权加速度级 以及减振之前的所述目标点的振动计权加速度级，计算得到所述减振 总效果，包括：
27.通过以下公式计算得到所述减振总效果：
28.减振总效果＝vl
‑
vl
′
29.其中，vl
′
为所述多个因素下目标点的振动计权加速度级；vl为 所述减振之前的所述目标点的振动计权加速度级，
30.其中，vl
′
由以下表示：
[0031][0032]
其中，q为选定频带中心频率点的数量；l
i
′
为未采取任何减振措 施之前原有振源在目标点上第i个频带的振动加速度级；a
i
为序号为i 的频带所对应的计权因子，
[0033]
并且其中，vl由以下表示：
[0034][0035]
其中，q为选定频带中心频率点的数量；l
i
为各个因素下振源在 目标点上第i个频带的振动加速度级；a
i
为序号为i的频带所对应的计 权因子。
[0036]
进一步地，所述多个因素为源强减振、传播途径减振、受体减振 中的一种或多种。
[0037]
进一步地，所述多个因素包括：
[0038]
钢轨重型化、钢轨无缝化、钢轨粗糙度及波磨、减振扣件、减振 轨枕、减振道床，土层弹性、隔振屏障深度及厚度、和/或隔振屏障 密度及波速。
[0039]
第二方面，本发明提供一种多措施组合轨道交通环境减振效果估 计装置，包括：
[0040]
因素确定单元，用于确定影响目标点减振效果的多个因素；
[0041]
分频振级序列确定单元，用于确定表示每个所述因素下振源在目 标点的各个频带产生的振动效果的分频振级序列；
[0042]
振动加速度级获取单元，用于根据逐级效果叠减原则，基于所述 分频振级序列，获取表示j个所述因素下振源分别在目标点的各个频 带的综合振动效果的振动加速度级，其中，j为正整数；以及
[0043]
减振总效果计算单元，用于基于所获取的振动加速度级，计算j 个所述因素下振源分别在目标点的各个频带的减振总效果。
[0044]
第三方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及 存储在所述存储器上并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如第一方面中任一项所述多措施组 合轨道交通环境减振效果估计方法的步骤。
[0045]
第四方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上 存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面 中任一项所述多措施组合轨道交通环境减振效果估计方法的步骤。
[0046]
本发明通过各个因素下在目标点的各个频带产生的振动效果，根 据逐级效果叠减原则获得多个因素的综合振动效果，从而计算得到多 个因素的减振总效果，因此可以实现快速估算多种减振措施作用下对 最终目标振动点的综合减振效果。
附图说明
[0047]
图1为本发明实施例提供的多措施组合轨道交通环境减振效果估 计方法的流程图；
[0048]
图2为本发明实施例提供的多措施组合轨道交通环境减振效果估 计装置的示意图；以及
[0049]
图3为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
[0050]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合本发 明中的附图，对本发明中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作出创造性劳动前提 下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0051]
图1为本发明实施例提供的多措施组合轨道交通环境减振效果估 计方法的流程图。
[0052]
参照图1，本发明实施例提供的多措施组合轨道交通环境减振效 果估计方法包括以下步骤：
[0053]
s101：确定影响目标评价点(下文中，称为目标点)减振效果的 多个因素；
[0054]
s103：确定表示每个因素下振源在目标点的各个频带产生的振动 效果的分频振级序列；
[0055]
s105：根据逐级效果叠减原则，基于分频振级序列，获取表示j 个因素下振源分别
在目标点的各个频带的综合振动效果的振动加速 度级，其中，j为正整数；以及
[0056]
s107：基于所获取的振动加速度级，计算j个因素下振源分别在 目标点的各个频带的减振总效果。
[0057]
具体地，步骤s101(确定影响目标点减振效果的多个因素)如以 下所示：
[0058]
在减振措施中，可以采用源强减振、传播途径隔振、受体减振中 的一种或多种的综合振动控制技术。具体地，各种综合振动控制技术 中对指定评价点或振动敏感点振动影响的因素包括：
[0059]
(1)钢轨重型化—60kg/m轨比50kg/m轨振动降低10％；
[0060]
(2)钢轨无缝化—接头区是非接头区振动的3倍；
[0061]
(3)减振扣件—浮轨式扣件、谐振式浮轨扣件、dtviii型扣件、 zk
‑
1b型扣件均有较好的减振效果；
[0062]
(4)减振轨枕—科隆蛋减振器或轨枕套靴减振器或弹性短枕式 整体道床均有较好的减振效果；
[0063]
(5)减振道床—有砟(碎石)道床比整体道床约6db减振效果， 钢弹簧浮置板整体道床约7
‑
14db减振效果，弹性支撑块整体道床约 12
‑
18db减振效果；
[0064]
(6)土层弹性如波速、密度、泊松比、剪切模量、阻尼等，隔 振屏障三维几何尺寸如深度宽度长度、填充材料密度和波速及隔振屏 障形式，源强、隔振屏障与受振体之间的相对距离关系(含入射角) 均对减振效果影响显著；
[0065]
(7)如果是地下线其隧道类型是圆形、马蹄形均比矩形小2
‑
4db， 隧道结构厚度增加一倍墙壁振动降低约5db以上，埋深大其地面振动 也相应降低，隧道周围土体软硬也会对地表振动有所衰减；如果是高 架线混凝土桥梁类型抑制振动的能力优于钢桥；
[0066]
影响因素可以归纳为一个影响因素向量v＝(是否重型化钢轨、 是否无缝化钢轨接头、钢轨粗糙度及波磨管理、是否可动心道岔、是 否减振扣件、是否减振轨枕如轨枕套靴、是否减振道床如道床垫或浮 置板道床、土层密度和面波波速、隔振屏障深度及厚度、隔振屏障密 度及波速)。
[0067]
以上示出了多种影响因素，但是本发明不限于此。
[0068]
具体地，步骤s103(确定表示每个因素下振源在目标点的各个频 带产生的振动效果的分频振级序列)如以下所示：
[0069]
由于单一评价量无法反映更多细节，也没有办法较好地反映不同 减振措施在不同频段的振动影响，因此考虑不同措施下分频的减振效 果。
[0070]
为了可量化，下面以示例的方式示出了以多个三分之一倍频程中 心频率点(其中，选定频带中心频率点的数量由q表示)所代表频带 的分频振级来代表每种影响因素的减振效果。同时为了便于描述，以 q＝20作为示例，将源强减振影响因素、传播途径减振影响因素、受 体减振影响因素进行汇总后再组成新的j个影响因素序列1、2、
……
j， 如下所示：
[0071]
m
11
,
…
,m
i1
,
…
,m
20,1
表示第一个影响因素下的20个频点振级，
[0072]
m
1j
,
…
,m
ij
,
…
,m
20,j
表示第j个影响因素下的20个频点振级，
[0073]
也就是说，分频振级序列表示每个因素下振源在目标点的各个频 带产生的振动效果(即，频点振级)。
[0074]
以矩阵表述如下：
[0075][0076]
按照影响因素分别如下：
[0077]
未采用任何减振措施时评价点分频振动： m1＝[m
11
,
…
,m
i1
,
…
,m
20,1
]；
[0078]
钢轨无缝化后的评价点振动效果：m2＝[m
12
,
…
,m
i2
,
…
,m
20,2
]；
[0079]
钢轨重型化后的评价点振动效果：m3＝[m
13
,
…
,m
i3
,
…
,m
20,3
]；
[0080]
钢轨粗糙度管理后的评价点振动效果： m4＝[m
14
,
…
,m
i4
,
…
,m
20,4
]；
[0081]
固定辙岔更换可动心道岔后的评价点振动效果：m5＝ [m
15
,
…
,m
i5
,
…
,m
20,5
]；
[0082]
更换减振扣件后的评价点振动效果：m6＝[m
16
,
…
,m
i6
,
…
,m
20,6
]；
[0083]
更换减振轨枕后的评价点振动效果：m7＝[m
17
,
…
,m
i7
,
…
,m
20,7
]；
[0084]
更换减振道床后的评价点振动效果：m8＝[m
18
,
…
,m
i8
,
…
,m
20,8
]；
[0085]
改变隔振屏障深度后评价点振动效果： m9＝[m
19
,
…
,m
i9
,
…
,m
20,9
]；
[0086]
改变隔振屏障厚度后的评价点振动效果： m
10
＝[m
1,10
,
…
,m
i,10
,
…
,m
20,10
]；
[0087]
改变隔振屏障材料物理参数后的评价点振动效果：m
11
＝ [m
1,11
,
…
,m
i,11
,
…
,m
20,11
]；
[0088]
设置建筑基础减振措施后的评价点振动效果： m
12
＝[m
1,12
,
…
,m
i,12
,
…
,m
20,12
]；
[0089]
改变建筑布局后的评价点振动效果： m
13
＝[m
1,13
,
…
,m
i,13
,
…
,m
20,13
]；
[0090]
……
[0091]
其他第j种减振措施后的评价点振动效果：m
j
＝[m
1j
,
…
,m
ij
,
…
,m
20,j
]。
[0092]
m
ij
是第j个影响因素在第i个频带上施加后的减振效果，单位db。 其中i＝20，是指包括三分之一倍频程的20个频带即1、1.25、1.6、2.0、 2.5、3.15、4.0、5.0、6.3、8.0、10.0、12.5、16.0、20.0、25.0、31.5、 40.0、50.0、63.0、80.0hz的标识点。j代表影响因素数量的标识，这 些因素包括钢轨重型化、钢轨接头无缝化、钢轨粗糙度管理、更换可 动心道岔、更换减振扣件、更换减振轨枕、更换减振道床，改变隔振 屏障深度、厚度、隔振屏障材料物理力学参数，设置建筑自身减振措 施、改变建筑布局等因素。
[0093]
具体地，步骤s105(根据逐级效果叠减原则，基于分频振级序列， 获取表示j个因素下振源分别在目标点的各个频带的综合振动效果的 振动加速度级，其中，j为正整数)如以下所示：
[0094]
下面采用逐个因素、逐步分析的流程，每相邻两个影响因素作用 下对目标评价点影响的20个频点分别比较，然后利用叠减系数进行叠 减处理。
[0095]
叠减系数是一个分段函数。叠减法则为：首先判断两个影响因素 下同频点分频振级的差值；然后，根据差值确定叠减系数；最后，将 两个振级中较大的那个减掉上一步确定的叠减系数，具体的叠减系数 及示例如下所示：
[0096]
如果两个振动差值为小于获等于3db，则叠减系数为
‑
3db，如 87db和84db之差为84db；
[0097]
如果两个振动差值为4、5db(大于3db且小于或等于5db)，则叠 减系数为
‑
2db，如85db和80db之差为83db；
[0098]
如果两个振动差值为6、7、8、9db(大于5db且小于或等于9db)， 则叠减系数为
‑
1db，如87db和80db之差为86db；
[0099]
如果两个振动差值为大于等于10db，则叠减系数为0db，如89db 和76db之差为89db。
[0100]
因此，整个流程如下：
[0101]
先判断m11及m12的差值区间，是小于或等于3db、还是4
‑
5db之 间(大于3db且小于或等于5db)、还是6
‑
9db之间(大于5db且小于或 等于9db)、还是大于或等于10db，并比较二者大小，然后做如下运 算：
[0102]
如果|m
11
‑
m
12
|≤3,则m’12
＝max[m
11
,m
12
]
‑3[0103]
如果|m
11
‑
m
12
|＝4,5,则m’12
＝max[m
11
,m
12
]
‑2[0104]
如果|m
11
‑
m
12
|＝6,7,8,9,则m’12
＝max[m
11
,m
12
]
‑1[0105]
如果|m
11
‑
m
12
|≥10,则m’12
＝max[m
11
,m
12
]
[0106]
同样的道理完成从m
i1
及m
i2
的关系得到m
i2’，即第一个影响因素 和第二个影响因素的所有20个频带结果。
[0107]
然后再继续计算m
i3
及m
i2’的关系得到m
i3’，进一步计算m
i4
及 m
i3’的关系得到m
i4’，以此类推，计算m
ij
及m
ij
‑1’
的关系得到m
ij’。
[0108]
总的计算次数是20*j次运算。计算思路都是每次运算先判断大小， 再进行加减。
[0109]
具体地，步骤s107(基于所获取的振动加速度级，计算j个因素 下振源分别在目标点的各个频带的减振总效果)如以下所示：
[0110]
首先，计算经过j种减振措施后在目标点上第i个频带的振动加速 度级，如下：
[0111]
l
i
′
＝l
i
‑
m
ij
′
[0112]
其中，l
i
′
为采取了轨道、屏障及受体等j种减振措施后在目标点 上第i个频带的振动加速度级，单位为db；l
i
为未采取任何减振措施 前原有振源在目标点上第i个频带的振动加速度级，单位为db；m
ij
′
为 采取了轨道、屏障及受体等j种减振措施后在目标点上第i个频带的综 合振动效果的振动加速度级，单位为db。
[0113]
然后，基于上述得到的j种减振措施后在目标点上第i个频带的振 动加速度级，利用振级计算公式计算得到总振级：
[0114][0115]
其中，vl
′
为采取综合减振措施后目标点的振动计权加速度级， 单位为db；l
i
′
为采取了j种轨道、屏障及受体等多种减振措施后在目 标点上第i个频带的振动加速度级，单位为db；a
i
为各个频带的计权 因子，单位为db，各个频带的计权因子如下表1所示。
[0116]
表1频带的计权因子
[0117]
频带序号i中心频率，hz(1/3倍频程的中心频率)加权因子a
i
，db
11.00
‑
621.25
‑
531.60
‑
442.00
‑
352.50
‑
263.15
‑
174.00085.00096.300108.0001110.0
‑
21212.5
‑
41316.0
‑
61420.0
‑
81525.0
‑
101631.5
‑
121740.0
‑
141850.0
‑
161963.0
‑
182080.0
‑
20
[0118]
同样，对减振前的结果也进行计权得到计权最大z振级：
[0119][0120]
其中，vl为振动计权加速度级，单位为db；l
i
为每个频带的振动 加速度级，单位为db；a
i
为各个频带的计权因子，单位为db。
[0121]
最后，综合减振前和减振后的计权最大z振级，可以计算施加了j 种减振措施后的减振总效果为vl
‑
vl
′
，单位为db。
[0122]
图2为本发明实施例提供的多措施组合轨道交通环境减振效果估 计装置的示意图。参照图2，该装置200包括：
[0123]
因素确定单元201，用于确定影响目标点减振效果的多个因素；
[0124]
分频振级序列确定单元203，用于确定表示每个因素下振源在目 标点的各个频带产生的振动效果的分频振级序列；
[0125]
振动加速度级获取单元205，用于根据逐级效果叠减原则，基于 分频振级序列，获取表示j个因素下振源分别在目标点的各个频带的 综合振动效果的振动加速度级，其中，j为正整数；以及
[0126]
减振总效果计算单元207，用于基于所获取的振动加速度级，计 算j个因素下振源分别在目标点的各个频带的减振总效果。
[0127]
由以上可知，装置200的各个单元201至207可以分别执行参照上 述实施例描述的多措施组合轨道交通环境减振效果估计方法中的各 个步骤，此处将不再对其细节进行描述。
[0128]
本发明通过各个因素下在目标点的各个频带产生的振动效果，根 据逐级效果叠减原则获得多个因素的综合振动效果，从而计算得到多 个因素的减振总效果，因此可以实现快速估算多种减振措施作用下对 最终目标振动点的综合减振效果。
[0129]
另一方面，本发明提供了一种电子设备。如图3所示，电子设备 300包括处理器301、存储器302、通信接口303和通信总线304。
[0130]
其中，处理器301、存储器302、通信接口303通过通信总线304 完成相互间的通信；
[0131]
处理器301用于调用存储器302中的计算机程序，处理器301执行 计算机程序时实现如上所述的本发明实施例所提供的多措施组合轨 道交通环境减振效果估计方法的步骤。
[0132]
此外，上述存储器中的计算机程序可以通过软件功能单元的形式 实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取 存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现 有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形 式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干计 算机程序以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器或者网 络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前 述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read
‑
onlymemory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟 或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0133]
另一方面，本发明提供了一种非暂态计算机可读存储介质，该非 暂态计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理 器执行时实现如上所述的本发明实施例所提供的多措施组合轨道交 通环境减振效果估计方法的步骤。
[0134]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部 件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的 部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也 可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或 者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付 出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0135]
最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而 非对其限制；尽管参照前述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 案的精神和范围。