阅读说明：本技术 行车安全评价方法、装置、电子设备及存储介质 (Driving safety evaluation method and device, electronic equipment and storage medium ) 是由 勾红叶 蒲黔辉 和延年 王君明 洪彧 赵虎 于 2019-12-03 设计创作，主要内容包括：本申请提出一种行车安全评价方法、装置、电子设备及存储介质,涉及安全评估技术领域,在根据土体冻胀条件参数计算得到桥梁基础结构的冻胀变形量过后,再由该冻胀变形量计算得到桥梁基础结构的轨面附加变形量,进而根据设定的变形量与车速的对应关系,获得该轨面附加变形量对应的目标车速阈值,以基于该目标车速阈值,确定当前行车速度是否存在安全风险,相比于现有技术,能够评价桥梁基础结构冻胀变形对行车安全是否产生影响,从而指导列车运行,保证行车安全。(The application provides a driving safety evaluation method, a device, electronic equipment and a storage medium, and relates to the technical field of safety evaluation.)

行车安全评价方法、装置、电子设备及存储介质

技术领域

本申请涉及安全评估技术领域，具体而言，涉及一种行车安全评价方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

随着高速铁路的快速发展，高速铁路所面临的运营环境越趋复杂。受地域影响，严寒地区高速铁路在低温冻结期间，不可避免产生的桥梁基础冻胀变形势必将对桥梁上部轨道结构产生影响，从而对高速列车运行的安全性与舒适性产生影响。

轮轨相互作用作为车桥耦合振动的激扰源，随着高速铁路行车速度的不断提高，各种在高速行车过程中可能遇到的不利因素可能会被放大。然而目前针对路基冻胀引起的行车安全问题研究较多，而无法评价桥梁基础结构冻胀变形对行车安全是否存在影响。

发明内容

本申请的目的在于提供一种行车安全评价方法、装置、电子设备及存储介质，能够评价桥梁基础结构冻胀变形对行车安全是否产生影响，从而指导列车运行，保证行车安全。

为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本申请实施例提供一种行车安全评价方法，所述方法包括：

根据土体冻胀条件参数，计算得到桥梁基础结构的冻胀变形量；其中，所述冻胀变形量表征所述桥梁基础结构在冻胀条件下的变形量；

根据所述冻胀变形量，计算得到所述桥梁基础结构的轨面附加变形量；其中，所述轨面附加变形量表征所述桥梁基础结构受冻胀变形处的钢轨平面的变形量；

根据设定的变形量与车速的对应关系，获得所述轨面附加变形量对应的目标车速阈值；

基于所述目标车速阈值，确定当前行车速度是否存在安全风险。

第二方面，本申请实施例提供一种行车安全评价装置，所述装置包括：

处理模块，用于根据土体冻胀条件参数，计算得到桥梁基础结构的冻胀变形量；其中，所述冻胀变形量表征所述桥梁基础结构在冻胀条件下的变形量；

所述处理模块还用于，根据所述冻胀变形量，计算得到所述桥梁基础结构的轨面附加变形量；其中，所述轨面附加变形量表征所述桥梁基础结构受冻胀变形处的钢轨平面的变形量；

所述处理模块还用于，根据设定的变形量与车速的对应关系，获得所述轨面附加变形量对应的目标车速阈值；

评价模块，用于基于所述目标车速阈值，确定当前行车速度是否存在安全风险。

第三方面，本申请实施例提供一种电子设备，所述电子设备包括存储器，用于存储一个或多个程序；处理器；当所述一个或多个程序被所述处理器执行时，实现上述的行车安全评价方法。

第四方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述的行车安全评价方法。

本申请实施例提供的一种行车安全评价方法、装置、电子设备及存储介质，在根据土体冻胀条件参数计算得到桥梁基础结构的冻胀变形量过后，再由该冻胀变形量计算得到桥梁基础结构的轨面附加变形量，进而根据设定的变形量与车速的对应关系，获得该轨面附加变形量对应的目标车速阈值，以基于该目标车速阈值，确定当前行车速度是否存在安全风险，相比于现有技术，能够评价桥梁基础结构冻胀变形对行车安全是否产生影响，从而指导列车运行，保证行车安全。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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它相关的附图。

图1示出一种桥梁基础结构冻胀变形示意图；

图2示出本申请实施例提供的电子设备的一种示意性结构框图；

图3示出本申请实施例提供的行车安全评价方法的一种示意性流程图；

图4示出一种钢轨上抬量与车速的对应关系示意图；

图5示出图3中步骤201的子步骤的一种示意性流程图；

图6示出本申请实施例提供的行车安全评价装置的一种示意性结构框图。

图中：100-电子设备；101-存储器；102-处理器；103-通信接口；300-行车安全评价装置；301-处理模块；302-评价模块。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅图1，图1示出一种桥梁基础结构冻胀变形示意图，桥梁基础冻胀变形分析为典型的热力耦合分析，在实际的情况中，土体冻胀作为内在桥梁基础结构产生冻胀变形的根源所在，其冻胀变形量受冻土冻结深度与冻胀力的双重影响。

因此，本申请实施例基于上述桥梁基础结构产生冻胀变形的原理，提升的一种用于评价桥梁基础结构冻胀变形对行车安全产生的影响的评价方案为：在根据土体冻胀条件参数计算得到桥梁基础结构的冻胀变形量过后，再由该冻胀变形量计算得到桥梁基础结构的轨面附加变形量，进而根据设定的变形量与车速的对应关系，获得该轨面附加变形量对应的目标车速阈值，以基于该目标车速阈值，确定当前行车速度是否存在安全风险，从而实现桥梁基础结构冻胀变形对行车安全是否产生影响进行评价。

示例性地，请参阅图2，图2示出本申请实施例提供的电子设备100的一种示意性结构框图。电子设备100包括存储器101、处理器102和通信接口103，该存储器101、处理器102和通信接口103相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。

存储器101可用于存储软件程序及模块，如本申请实施例提供的行车安全评价装置300对应的程序指令/模块，处理器102通过执行存储在存储器101内的软件程序及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理。该通信接口103可用于与其他节点设备进行信令或数据的通信。

其中，存储器101可以是但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-OnlyMemory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除可编程只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。

处理器102可以是一种集成电路芯片，具有信号处理能力。该处理器102可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

可以理解，图2所示的结构仅为示意，电子设备100还可以包括比图2中所示更多或者更少的组件，或者具有与图2所示不同的配置。图2中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。

下面以图2所示的电子设备100作为示意性执行主体，对本申请实施例提供的行车安全评价方法进行示例性说明。

请参阅图3，图3示出本申请实施例提供的行车安全评价方法的一种示意性流程图，可以包括以下步骤：

步骤201，根据土体冻胀条件参数，计算得到桥梁基础结构的冻胀变形量；

步骤203，根据冻胀变形量，计算得到桥梁基础结构的轨面附加变形量；

步骤205，根据设定的变形量与车速的对应关系，获得轨面附加变形量对应的目标车速阈值；

步骤207，基于目标车速阈值，确定当前行车速度是否存在安全风险。

在实际的应用中，冻土的土体冻胀条件参数在冻土热分析中对冻结深度与冻胀量具有较为重要的影响，比如冻土导热系数、冻土比热、冻土的热膨胀系数、相变潜热等等。

比如对于冻土导热系数，未冻土导热系数的计算公式可以满足如下：

式中，λ_u表示未冻土导热系数，λ_m表示土体中个矿物成分的平均导热系数，λ_w表示未冻土的导热系数，取值为0.55w/m·℃，φ表示土体含水率。

而对于冻土导热系数，则可以根据以下公式进行计算：

式中，λ_f表示冻土导热系数，λ_m表示土体中个矿物成分的平均导热系数，Δφ表示土体中的冰晶含量占比。

又比如，对于冻土比热，未冻土比热的计算公式可以满足如下：

C_u＝(C_su+wC_w)

式中，C_u表示未冻土比热，C_su表示未冻土骨架比热，w表示土体总含水量，C_w表示水的比热。

而对于冻土比热，则可以根据以下公式进行计算：

C_f＝[C_sf+(w-w_u)C_i+w_uC_w]

式中，C_f表示冻土比热，C_sf表示冻土骨架比热，w表示土体总含水量，w_u表示未冻水含水量，C_i表示冰的比热，C_w表示水的比热。

再比如，对于膨胀系数，可以通过如下方式计算获得：

式中，T_f表示土体的冻结温度，θ₀表示土体的初始含水率，θ_u表示负温度为T时的未冻土含水率，B表示与土质相关的参数。

通过联立公式：ε_vf＝0.09θ₀[1-(-T)^-B]+1.09θ_q，在无外来水补给的条件下，该公式可以简化为：ε_ij＝0.09θ₀[1-(-T)^-B]；根据热膨胀系数的定义，则冻土的热膨胀系数的计算公式为：鉴于冻土热胀冷缩的特性，其取值为负数。

式中，ε_vf表示冰水相变导致土体产生的体应变，B表示设定的土质相关参数，θ₀表示初始含水率，θ_q表示迁移水体积率，T表示温度，α_t表示冻土的热膨胀系数。

再比如，对于相变潜热，可以通过如下公式计算：

式中，L表示相变潜热，θ₀表示初始含水率，θ_u表示未冻土含水率，L_s表示纯水的潜热，取值为333.7kj/kg。

电子设备可以根据接收的实时参数，结合例如上述公式，计算获得土体冻胀条件参数；当然，可以理解的是，电子设备也可以接收输入用户的土体冻胀条件参数，或者接收其他设备发送的土体冻胀条件参数。

由此，电子设备根据该土体冻胀条件参数，从而计算在该土体冻胀条件参数下表征桥梁基础结构在冻胀条件下的冻胀变形量。

结合图1所示，桥梁基础结构的冻胀变形量中会引出钢轨发生变形从而影响行车安全的是桥梁基础结构的柜面附加变形量。因此，在本申请实施例中，电子设备在执行步骤201得到桥梁基础结构的冻胀变形量过后，可以执行步骤203，根据该计算得到的冻胀变形量，计算得到该桥梁基础结构的柜面附加变形量，该轨面附加变形量表征桥梁基础结构受冻胀变形处的钢轨平面的变形量，即得到桥梁基础结构在冻胀条件下对行车安全会产生影响的变形量。

接下来，电子设备可以根据设定的变形量与车速的对应关系，比如根据如图4所示的钢轨上抬量与车速的对应关系，获得在该轨面附加变形量对应的目标车速阈值。

然后，基于该目标车速阈值，电子设备即可确定列车的当前行车速度是否存在安全风险。比如，若当前行车速度低于目标车速阈值，则列车的行车速度处于舒适性区域内，行车安全；若当前行车速度高于目标车速阈值，则列车的行车速度处于超限区内，行车危险。

可见，基于上述设计，本申请实施例提供的一种行车安全评价方法，在根据土体冻胀条件参数计算得到桥梁基础结构的冻胀变形量过后，再由该冻胀变形量计算得到桥梁基础结构的轨面附加变形量，进而根据设定的变形量与车速的对应关系，获得该轨面附加变形量对应的目标车速阈值，以基于该目标车速阈值，确定当前行车速度是否存在安全风险，相比于现有技术，能够评价桥梁基础结构冻胀变形对行车安全是否产生影响，从而指导列车运行，保证行车安全。

其中，作为一种可能的实现方式，该设定的变形量与车速的对应关系的可以表示如下：

式中，y表示变形量，v表示车速。

即：根据该设定的变形量与车速的对应关系，结合计算获得的轨面附加变形量，即可反算出对应的目标车速阈值。

另外，为实现步骤201，请参阅图5，图5示出图3中步骤201的子步骤的一种示意性流程图，作为一种可能的实现方式，步骤201可以包括以下子步骤：

步骤201-1，将土体冻胀条件参数输入至设定的本构模型，得到土体变形量；

步骤201-2，根据接收的边界约束条件，获得土体变形量对桥梁基础结构的冻胀变形量。

在本申请实施例中，在执行步骤201时，可以通过设置本构模型，比如选取D-P(Drucker-Prager)模型作为设定的本构模型，将该土体冻胀条件参数输入至该设定的本构模型，从而由该设定的本构模型输出得到土体变形量。

其中，在例如上述的选取D-P模型作为本构模型的示例中，混凝土本构可以按照线弹性本构处理，土体与混凝土采用面面接触方式，并对接触面间的力学与热学特性进行设置，其中在切向可以采用摩擦滑移模型，允许出现基础结构与冻土间的相对滑移。

并且，在实际结构中，桥墩与承台、承台与桩基之间一般通过钢筋连接使之成为一个整体，为了模拟桥梁基础结构彼此间钢筋的连接作用，该D-P模型在装配模块中可以采用绑定约束(tie连接)来实现；桥梁基础结构与地基之间的相互作用则可以通过设置接触面面接触的方式进行模拟，其中在模型基础的切向可以采用摩擦滑移模型，允许桥梁基础结构在竖向出现滑动，即当切向力小于某一极限值时，接触面默认处于粘结状态；切向力大于某一极限值τ_cirt之后，接触面间的粘结状态遭到破坏，两物体间出现相对滑移；极限剪应力可以采用Coulomb定律计算，即τ_cirt＝μ·p，其中μ表示摩擦系数，p表示法向压力；此外，由于土体在热传导过程中会在接触面上发生热传递，因此，在ABAQUS的相互作用属性中，在接触面上可以设置导热系数，取值可以为2.874w/(m·℃)。

然后，电子设备可以根据接收的边界约束条件，从而获得该土体变形量对桥梁基础结构的冻胀变相量，即桥梁基础结构收到土体变相量影响下的冻胀变形量。

其中，在执行步骤201-2时，可以将桥梁基础结构视为一个弹性体，通过设置与该桥梁基础结构相对应的弹性形变模型，将接收的边界约束条件及由步骤201-1计算得到的土体变相量输入至该弹性形变模型，以使该弹性形变模型输出在边界约束条件下桥梁基础结构受土体变形量挤压时产生的冻胀变形量。

另外，在执行步骤203时，可以通过设置冻胀变形与轨面变形的映射关系，从而根据该设定的冻胀变量与轨面变形的映射关系，获得该桥梁基础结构在冻胀变量下的轨面附加变形量。

其中，该设定的冻胀变量与轨面变形的映射关系可以通过数学模型进行体现。

比如，结合桥梁结构中梁体、轨道板以及钢轨间的层间传力机理，由扣件力与轨道板变形及钢轨变形的关系可知扣件力矩阵可以表示为：

[P]＝k_fy([V_s]-[V_r])

式中，[P]表示轨道板上的扣件竖向力矩阵，k_fy表示扣件竖向弹簧刚度，[V_s]表示第m个轨道板所有扣件位置处的竖向变形值矩阵，[V_r]表示扣件位置处的钢轨竖向变形值矩阵。

通过联立公式[V_s]＝[R]+[D][P]和[V_r]＝[L][P]，可以得到扣件力矩阵表达式为：

[P]＝k_fy([I]+k_fy[L]-k_fy[D])^-1[R]

将该公式代入到[V_r]＝[L][P]中，整理后得到桥墩沉降变形映射至轨面的解析矩阵：

[V_r]＝k_fy([I]+k_fy[L]-k_fy[D])^-1[R]

式中，[V_r]表示扣件位置处的钢轨竖向变形值矩阵，k_fy表示设定的扣件竖向弹簧刚度，[I]表示单位矩阵，[L]表示钢轨竖向变形的扣件力影响矩阵，[D]表示轨道板竖向变形的扣件力影响矩阵，[R]表示所述轨面附加变形量的关联矩阵。

结合上述公式，即可反算得到轨面附加变形量。

基于与上述行车安全评价方法相同的发明构思，请参阅图6，图6示出本申请实施例提供的行车安全评价装置300的一种示意性结构框图，该行车安全评价装置300包括处理模块301及评价模块302。其中：

处理模块301用于，根据土体冻胀条件参数，计算得到桥梁基础结构的冻胀变形量；其中，冻胀变形量表征桥梁基础结构在冻胀条件下的变形量；

处理模块301还用于，根据冻胀变形量，计算得到桥梁基础结构的轨面附加变形量；其中，轨面附加变形量表征桥梁基础结构受冻胀变形处的钢轨平面的变形量；

处理模块301还用于，根据设定的变形量与车速的对应关系，获得轨面附加变形量对应的目标车速阈值；

评价模块302用于，基于目标车速阈值，确定当前行车速度是否存在安全风险。

可选地，作为一种可能的实现方式，处理模块301在根据土体冻胀条件参数，计算得到桥梁基础结构的冻胀变形量时，具体用于：

将土体冻胀条件参数输入至设定的本构模型，得到土体变形量；

根据接收的边界约束条件，获得土体变形量对桥梁基础结构的冻胀变形量。

可选地，作为一种可能的实现方式，处理模块301在根据接收的边界约束条件，获得土体变形量对桥梁基础结构的冻胀变形量时，具体用于：

将接收的边界约束条件及土体变形量输入至弹性形变模型，以使弹性形变模型输出在边界约束条件下桥梁基础结构受土体变形量挤压时的冻胀变形量。

可选地，作为一种可能的实现方式，处理模块301在计算得到桥梁基础结构的轨面附加变形量时，具体用于：

根据设定的冻胀变形与轨面变形的映射关系，获得桥梁基础结构在冻胀变形量下的轨面附加变形量。

可选地，作为一种可能的实现方式，计算获得轨面附加变形量的公式满足如下：

[V_r]＝k_fy([I]+k_fy[L]-k_fy[D])^-1[R]

式中，[V_r]表示扣件位置处的钢轨竖向变形值矩阵，k_fy表示设定的扣件竖向弹簧刚度，[I]表示单位矩阵，[L]表示钢轨竖向变形的扣件力影响矩阵，[D]表示轨道板竖向变形的扣件力影响矩阵，[R]表示轨面附加变形量的关联矩阵。

可选地，作为一种可能的实现方式，设定的变形量与车速的对应关系的表示如下：

式中，y表示变形量，v表示车速。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。

也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。

也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块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，本申请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，包括若干指令用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)执行本申请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、随机存取存储器、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

综上所述，本申请实施例提供的一种行车安全评价方法、装置、电子设备及存储介质，在根据土体冻胀条件参数计算得到桥梁基础结构的冻胀变形量过后，再由该冻胀变形量计算得到桥梁基础结构的轨面附加变形量，进而根据设定的变形量与车速的对应关系，获得该轨面附加变形量对应的目标车速阈值，以基于该目标车速阈值，确定当前行车速度是否存在安全风险，相比于现有技术，能够评价桥梁基础结构冻胀变形对行车安全是否产生影响，从而指导列车运行，保证行车安全。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。