多維視角下車輛軌道系統(tǒng)脫軌安全性綜合評價體系構(gòu)建與實證研究一、引言1.1研究背景與意義隨著城市化進(jìn)程的加速，車輛軌道系統(tǒng)作為城市公共交通的重要組成部分，在人們的日常出行中扮演著至關(guān)重要的角色。地鐵、輕軌、有軌電車等各類軌道車輛以其高效、便捷、大運(yùn)量的特點，成為緩解城市交通擁堵的關(guān)鍵手段。然而，近年來，車輛軌道系統(tǒng)脫軌事故卻頻繁發(fā)生，給社會帶來了沉重的災(zāi)難。2018年，某城市地鐵列車在運(yùn)行過程中突發(fā)脫軌事故，導(dǎo)致列車車廂嚴(yán)重變形，軌道設(shè)施遭受巨大破壞。此次事故不僅造成了直接的經(jīng)濟(jì)損失，還致使多名乘客受傷，周邊交通陷入長時間的癱瘓狀態(tài)。又如2020年，一列輕軌列車在彎道處行駛時脫軌，造成了嚴(yán)重的人員傷亡和財產(chǎn)損失，同時也對當(dāng)?shù)氐慕煌ㄟ\(yùn)輸秩序產(chǎn)生了極大的負(fù)面影響。這些觸目驚心的脫軌事故，不僅給乘客的生命安全帶來了巨大威脅，導(dǎo)致人員傷亡和身心傷害，還造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，包括車輛維修、軌道修復(fù)、運(yùn)營中斷帶來的經(jīng)濟(jì)損失以及事故賠償?shù)取４送?，脫軌事故還會使交通陷入混亂，影響城市的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，降低公眾對軌道交通的信任度，對整個軌道行業(yè)的發(fā)展造成阻礙。車輛軌道系統(tǒng)脫軌是一個復(fù)雜的動力學(xué)問題，涉及車輛自身的設(shè)計、制造、維護(hù)，軌道的鋪設(shè)、養(yǎng)護(hù)，以及運(yùn)行環(huán)境等眾多因素。車輛的轉(zhuǎn)向架故障、輪對磨損，軌道的不平順、軌距偏差，以及惡劣天氣、異物侵入等環(huán)境因素，都可能成為脫軌事故的導(dǎo)火索。由于影響因素眾多且相互交織，使得準(zhǔn)確評估車輛軌道系統(tǒng)的脫軌安全性變得極具挑戰(zhàn)性。因此，研究一種科學(xué)有效的車輛軌道系統(tǒng)脫軌安全性綜合評價方法迫在眉睫。通過建立全面、準(zhǔn)確的評價體系，能夠?qū)囕v軌道系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測和評估，及時發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，提前采取有效的預(yù)防措施，從而降低脫軌事故的發(fā)生概率，保障乘客的生命財產(chǎn)安全，減少事故帶來的經(jīng)濟(jì)損失和社會影響。同時，這也有助于推動軌道行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和管理水平提升，促進(jìn)整個行業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展，為城市交通的安全、高效運(yùn)行提供堅實的保障。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀車輛軌道系統(tǒng)脫軌安全性一直是國內(nèi)外學(xué)者和工程技術(shù)人員關(guān)注的重要研究領(lǐng)域。國內(nèi)外在脫軌原因分析、評估方法及技術(shù)應(yīng)用等方面都開展了大量研究，并取得了一系列成果。在脫軌原因分析方面，國外研究起步較早。北美鐵道協(xié)會（AAR）、國際鐵路聯(lián)盟（UIC）等組織通過大量的試驗和案例分析，認(rèn)為線路欠維修，如軌距超限、道岔缺陷、道床過軟和軌道彎曲變形等；車輛故障，包括輪對故障、轉(zhuǎn)向架故障、車鉤故障和制動系統(tǒng)故障等；速度過快，特別是在道岔處、彎道處、橋梁處或隧道口等特殊地段；超限行駛，如車輛超限、貨物超限或裝載不當(dāng)；人為因素，像司機(jī)違規(guī)操作、調(diào)度員調(diào)度不當(dāng)和養(yǎng)路工檢修不當(dāng)；以及自然災(zāi)害，例如地震、洪水、山體滑坡、泥石流等，都是導(dǎo)致脫軌事故發(fā)生的重要因素。國內(nèi)學(xué)者通過對多起脫軌事故的深入剖析，發(fā)現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向架與車體的斜對稱載荷、車輛構(gòu)架扭曲、枕彈簧剛度不足或較低、同一輪對或轉(zhuǎn)向架輪徑不一致甚至相差過大、同一車輛前后心盤不平行或?qū)桥猿袎核赖溶囕v自身問題，會引起一側(cè)減載而造成脫軌；旁承摩擦力過大，阻礙轉(zhuǎn)向架的正常轉(zhuǎn)動，特別是通過曲線時，會使輪緣承受過大的側(cè)向力引起脫軌；軸箱定位剛度過大，使輪對與鋼軌之間側(cè)向力增加，也極易造成脫軌。在脫軌評估方法研究上，國外開發(fā)了多種先進(jìn)的動力學(xué)模型和仿真軟件。例如，利用多體系統(tǒng)動力學(xué)理論建立車輛-軌道耦合動力學(xué)模型，考慮輪軌接觸的非線性特性、車輛懸掛系統(tǒng)的彈性和阻尼等因素，對列車在不同運(yùn)行工況下的動力學(xué)行為進(jìn)行仿真分析，預(yù)測脫軌風(fēng)險。國內(nèi)則在借鑒國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)鐵路實際情況，提出了一系列具有針對性的評估方法。如基于層次分析法的綜合評價方法，該方法首先群分綜合評價指標(biāo)，并對指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重確定，然后通過實際脫軌案例進(jìn)行案例討論，并運(yùn)用模糊層次分析法確定層次結(jié)構(gòu)，最終綜合評價車輛軌道系統(tǒng)的脫軌情況；基于灰色關(guān)聯(lián)分析法的綜合評價方法，利用統(tǒng)計學(xué)中的灰色模型通過對各種因素進(jìn)行綜合灰度化，使各因素之間的差異盡可能被消除，從而更準(zhǔn)確地評價車輛軌道系統(tǒng)的脫軌情況；基于熵權(quán)法的綜合評價方法，基于信息熵理論，通過對各因素權(quán)重進(jìn)行計算，使得指標(biāo)的權(quán)重更加符合各因素之間的關(guān)系，從而更好地反映車輛軌道系統(tǒng)的脫軌情況。在技術(shù)應(yīng)用方面，國外一些發(fā)達(dá)國家已經(jīng)將先進(jìn)的傳感器技術(shù)、智能監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用于車輛軌道系統(tǒng)的安全監(jiān)測中。通過在車輛和軌道上安裝各種傳感器，實時采集車輛運(yùn)行狀態(tài)、軌道狀態(tài)和環(huán)境狀態(tài)等數(shù)據(jù)，并利用數(shù)據(jù)分析和處理技術(shù)，及時發(fā)現(xiàn)潛在的脫軌風(fēng)險，發(fā)出預(yù)警信息。國內(nèi)也在積極推進(jìn)相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，一些城市的軌道交通系統(tǒng)已經(jīng)引入了非接觸式脫軌檢測系統(tǒng)，以電渦流接近傳感器為感知元件，針對轉(zhuǎn)向架輪對與鐵軌間的位置關(guān)系進(jìn)行檢測，以此判知轉(zhuǎn)向架是否脫軌。盡管國內(nèi)外在車輛軌道系統(tǒng)脫軌安全性研究方面取得了一定成果，但仍存在一些不足與空白?，F(xiàn)有研究大多側(cè)重于單一因素對脫軌的影響，對于多因素耦合作用下的脫軌機(jī)理研究還不夠深入，難以全面準(zhǔn)確地評估脫軌風(fēng)險。不同評估方法之間缺乏有效的整合與驗證，導(dǎo)致評估結(jié)果的可靠性和一致性有待提高。在實際應(yīng)用中，監(jiān)測技術(shù)和設(shè)備的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性以及對復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性還需要進(jìn)一步提升，以滿足車輛軌道系統(tǒng)安全運(yùn)行的需求。此外，對于新型車輛和軌道技術(shù)的發(fā)展，如高速磁懸浮列車、新型軌道結(jié)構(gòu)等，其脫軌安全性研究還相對滯后，需要進(jìn)一步加強(qiáng)相關(guān)領(lǐng)域的探索和研究。1.3研究方法與創(chuàng)新點為了深入研究車輛軌道系統(tǒng)脫軌安全性綜合評價方法，本研究綜合運(yùn)用了多種研究方法，旨在全面、系統(tǒng)地揭示車輛軌道系統(tǒng)脫軌的內(nèi)在機(jī)制，建立科學(xué)、準(zhǔn)確的評價體系。本研究通過廣泛查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，對車輛軌道系統(tǒng)脫軌的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了全面梳理。收集了大量關(guān)于脫軌原因分析、評估方法、監(jiān)測技術(shù)等方面的學(xué)術(shù)論文、研究報告和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，深入了解了該領(lǐng)域的研究熱點和發(fā)展趨勢。對近年來發(fā)生的多起典型車輛軌道系統(tǒng)脫軌事故進(jìn)行了深入剖析，包括事故發(fā)生的時間、地點、經(jīng)過、原因以及造成的損失等。通過案例分析，總結(jié)了脫軌事故的常見原因和規(guī)律，為后續(xù)研究提供了實際案例支持?；诙囿w系統(tǒng)動力學(xué)理論，建立了車輛-軌道耦合動力學(xué)模型，考慮了輪軌接觸的非線性特性、車輛懸掛系統(tǒng)的彈性和阻尼、軌道的不平順等因素。利用該模型對列車在不同運(yùn)行工況下的動力學(xué)行為進(jìn)行了仿真分析，預(yù)測了脫軌風(fēng)險，并通過與實際試驗數(shù)據(jù)對比，驗證了模型的準(zhǔn)確性和可靠性。在研究過程中，本研究在多個方面實現(xiàn)了創(chuàng)新。在評價指標(biāo)體系方面，突破了傳統(tǒng)研究中僅關(guān)注單一因素或少數(shù)因素的局限，全面考慮了車輛、軌道、運(yùn)行環(huán)境和管理等多個方面的因素，構(gòu)建了更加全面、系統(tǒng)的評價指標(biāo)體系。該體系不僅涵蓋了車輛的結(jié)構(gòu)參數(shù)、軌道的幾何狀態(tài)等硬件指標(biāo)，還納入了運(yùn)行速度、調(diào)度管理等軟件指標(biāo)，以及天氣條件、異物侵入等環(huán)境指標(biāo)，能夠更準(zhǔn)確地反映車輛軌道系統(tǒng)脫軌的綜合影響因素。在模型構(gòu)建方面，改進(jìn)了傳統(tǒng)的車輛-軌道耦合動力學(xué)模型，引入了先進(jìn)的算法和理論，提高了模型對多因素耦合作用下脫軌機(jī)理的模擬能力。同時，將人工智能技術(shù)與傳統(tǒng)動力學(xué)模型相結(jié)合，利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法對大量的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)和分析，建立了智能化的脫軌風(fēng)險預(yù)測模型，能夠?qū)崟r、準(zhǔn)確地預(yù)測脫軌風(fēng)險，提前發(fā)出預(yù)警信息。在方法應(yīng)用方面，創(chuàng)新性地將多種評價方法進(jìn)行有機(jī)整合，提出了一種基于多方法融合的車輛軌道系統(tǒng)脫軌安全性綜合評價方法。該方法綜合運(yùn)用了層次分析法、灰色關(guān)聯(lián)分析法、熵權(quán)法等多種方法的優(yōu)勢，通過對不同方法的評價結(jié)果進(jìn)行融合處理，提高了評價結(jié)果的可靠性和一致性。同時，將該綜合評價方法應(yīng)用于實際的車輛軌道系統(tǒng)安全監(jiān)測中，結(jié)合實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了對脫軌風(fēng)險的動態(tài)評估和管理，為保障車輛軌道系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供了更加有效的技術(shù)手段。二、車輛軌道系統(tǒng)脫軌原因剖析2.1車輛自身因素2.1.1輪對問題輪對作為車輛與軌道直接接觸的關(guān)鍵部件，其技術(shù)狀態(tài)對車輛的運(yùn)行安全起著決定性作用。輪對磨損是最為常見的問題之一，在長期運(yùn)行過程中，輪對與鋼軌之間持續(xù)的相互作用，會導(dǎo)致輪對踏面和輪緣的磨損。當(dāng)輪對踏面磨損嚴(yán)重時，會改變輪對的幾何形狀，使輪對與鋼軌之間的接觸狀態(tài)發(fā)生變化，從而影響車輛的運(yùn)行穩(wěn)定性。輪緣磨損則會導(dǎo)致輪緣厚度變薄，降低輪對的導(dǎo)向能力，當(dāng)輪緣厚度小于規(guī)定的限度時，輪對在通過曲線或道岔時，就容易發(fā)生脫軌事故。輪對變形也是引發(fā)脫軌的重要隱患，車輛在運(yùn)行過程中，輪對可能會受到來自軌道的沖擊力、車輛自身的振動以及貨物偏載等多種因素的作用。當(dāng)這些作用力超過輪對的承受能力時，就會導(dǎo)致輪對發(fā)生變形，如車軸彎曲、車輪橢圓化等。輪對變形會使輪對的質(zhì)量分布不均勻，引起車輛的振動加劇，同時也會改變輪軌之間的接觸力和摩擦力，增加脫軌的風(fēng)險。尺寸偏差同樣不容忽視，輪對的尺寸精度直接影響著輪軌之間的配合關(guān)系。如果輪對的輪徑、輪距等尺寸存在偏差，會導(dǎo)致車輛在運(yùn)行過程中出現(xiàn)受力不均的情況。輪徑偏差會使車輛的左右輪轉(zhuǎn)速不一致，產(chǎn)生附加的橫向力；輪距偏差則會影響輪對的導(dǎo)向性能，使輪對與鋼軌之間的接觸應(yīng)力增大，容易造成輪緣與鋼軌的異常磨損，甚至引發(fā)脫軌。材質(zhì)缺陷也是導(dǎo)致輪對故障的重要原因之一，若輪對在制造過程中存在材質(zhì)不均勻、內(nèi)部夾雜、裂紋等缺陷，在車輛長期運(yùn)行的交變載荷作用下，這些缺陷會逐漸擴(kuò)展，導(dǎo)致輪對的強(qiáng)度降低，最終引發(fā)輪對斷裂或其他嚴(yán)重故障，從而造成脫軌事故。例如，某鐵路貨車在運(yùn)行途中發(fā)生脫軌事故，經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，事故車輛的輪對存在材質(zhì)缺陷，內(nèi)部有微小裂紋，在長期運(yùn)行過程中，裂紋逐漸擴(kuò)展，最終導(dǎo)致輪對斷裂，引發(fā)脫軌。2.1.2轉(zhuǎn)向架故障轉(zhuǎn)向架是車輛的重要組成部分，承擔(dān)著承載、導(dǎo)向、牽引和制動等多種功能，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到車輛的運(yùn)行安全。轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理可能會導(dǎo)致車輛在運(yùn)行過程中出現(xiàn)動力學(xué)性能不良的問題。例如，轉(zhuǎn)向架的懸掛系統(tǒng)剛度和阻尼參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，會影響車輛的平穩(wěn)性和舒適性，使車輛在通過曲線或道岔時產(chǎn)生較大的橫向力和垂向力，增加脫軌的風(fēng)險。轉(zhuǎn)向架的軸距、輪距等幾何參數(shù)設(shè)計不合理，也會影響車輛的通過性能和運(yùn)行穩(wěn)定性。零部件損壞也是轉(zhuǎn)向架常見的故障之一，在車輛運(yùn)行過程中，轉(zhuǎn)向架的零部件會受到各種力的作用，長期的磨損、疲勞和沖擊可能會導(dǎo)致零部件損壞。如轉(zhuǎn)向架的彈簧折斷、減振器失效、軸承破損等，這些故障會使轉(zhuǎn)向架的緩沖和減振性能下降，車輛的振動加劇，進(jìn)而影響輪軌之間的相互作用，增加脫軌的可能性。例如，某高速列車在運(yùn)行過程中，由于轉(zhuǎn)向架的一個彈簧突然折斷，導(dǎo)致車輛的振動異常增大，最終引發(fā)脫軌事故。彈簧失效是轉(zhuǎn)向架故障的一個重要方面，彈簧作為轉(zhuǎn)向架懸掛系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，起著緩沖和減振的作用。當(dāng)彈簧失效時，轉(zhuǎn)向架的懸掛性能會受到嚴(yán)重影響，車輛在運(yùn)行過程中會出現(xiàn)較大的振動和沖擊。彈簧疲勞、塑性變形、腐蝕等都可能導(dǎo)致彈簧失效。彈簧失效會使車輛的輪重減載率增大，當(dāng)輪重減載率超過一定限度時，就容易發(fā)生脫軌事故。軸箱定位異常也會對車輛的運(yùn)行安全產(chǎn)生影響，軸箱定位的作用是限制輪對的橫向和縱向移動，保證輪對與轉(zhuǎn)向架之間的正確位置關(guān)系。如果軸箱定位裝置出現(xiàn)故障，如定位銷松動、定位橡膠件老化或損壞等，會導(dǎo)致軸箱定位失效，輪對的橫向和縱向位移增大，使輪軌之間的作用力發(fā)生變化，容易引發(fā)脫軌。例如，某地鐵列車在運(yùn)行過程中，由于軸箱定位裝置的定位銷松動，導(dǎo)致輪對的橫向位移增大，輪緣與鋼軌發(fā)生劇烈摩擦，最終造成脫軌事故。2.1.3車體結(jié)構(gòu)缺陷車體結(jié)構(gòu)作為車輛的承載主體，其強(qiáng)度和穩(wěn)定性直接關(guān)系到車輛的運(yùn)行安全。車體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足是一個潛在的安全隱患，在車輛運(yùn)行過程中，車體需要承受來自自身重量、乘客載荷、貨物載荷以及各種動態(tài)作用力的作用。如果車體結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理或制造工藝存在缺陷，導(dǎo)致車體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足，在長期的運(yùn)行過程中，車體可能會出現(xiàn)變形、裂紋等問題，嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致車體斷裂，從而引發(fā)脫軌事故。例如，某老舊鐵路客車在運(yùn)行過程中，由于車體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足，在經(jīng)過一段不平順的軌道時，車體發(fā)生嚴(yán)重變形，導(dǎo)致車輛脫軌。重心過高會影響車輛的穩(wěn)定性，當(dāng)車輛重心過高時，在通過曲線或道岔時，車輛容易產(chǎn)生較大的離心力和橫向力，使車輛的抗傾覆能力下降。如果此時輪軌之間的作用力發(fā)生異常變化，就容易導(dǎo)致車輛脫軌。一些大型貨車在裝載貨物時，如果貨物重心過高，或者貨物固定不牢固，在車輛運(yùn)行過程中，貨物重心發(fā)生偏移，就會使車輛重心升高，增加脫軌的風(fēng)險。連接部件松動也是車體結(jié)構(gòu)存在的一個問題，車體由多個部件組成，這些部件之間通過連接部件進(jìn)行連接。如果連接部件松動，如螺栓松動、鉚釘松動等，會導(dǎo)致車體結(jié)構(gòu)的整體性下降，在車輛運(yùn)行過程中，各部件之間的相對位移增大，產(chǎn)生額外的振動和沖擊，影響車輛的運(yùn)行穩(wěn)定性，甚至可能引發(fā)脫軌事故。例如，某城市輕軌列車在運(yùn)行過程中，由于車體連接部件的螺栓松動，導(dǎo)致車體部分結(jié)構(gòu)出現(xiàn)松動，在經(jīng)過一個彎道時，松動的部件與轉(zhuǎn)向架發(fā)生碰撞，最終導(dǎo)致車輛脫軌。2.2軌道相關(guān)因素2.2.1軌道幾何參數(shù)偏差軌道幾何參數(shù)是保障車輛平穩(wěn)、安全運(yùn)行的關(guān)鍵指標(biāo)，其偏差會對輪軌力和車輛運(yùn)行穩(wěn)定性產(chǎn)生顯著影響。軌距作為軌道的基本幾何參數(shù)之一，對輪軌關(guān)系起著決定性作用。標(biāo)準(zhǔn)軌距的設(shè)定是為了確保輪對能夠在軌道上正常滾動，保持良好的導(dǎo)向性能。當(dāng)軌距超出允許范圍時，輪軌之間的接觸狀態(tài)會發(fā)生改變，從而產(chǎn)生異常的輪軌力。軌距過大時，輪對內(nèi)側(cè)距相對變小，輪緣與鋼軌之間的間隙增大，車輛在運(yùn)行過程中容易出現(xiàn)蛇行運(yùn)動，導(dǎo)致輪對的橫向位移增大，增加了脫軌的風(fēng)險；軌距過小時，輪緣與鋼軌內(nèi)側(cè)的擠壓力增大，會加劇輪緣和鋼軌的磨損，當(dāng)擠壓力超過一定限度時，輪對可能會爬上鋼軌，引發(fā)脫軌事故。水平偏差也是影響車輛運(yùn)行穩(wěn)定性的重要因素，它會導(dǎo)致車輛在運(yùn)行過程中出現(xiàn)左右輪重不均勻的情況。當(dāng)軌道水平偏差較大時，車輛的一側(cè)車輪會承受更大的載荷，而另一側(cè)車輪則會出現(xiàn)減載現(xiàn)象。這種輪重不均勻分布會使車輛的重心發(fā)生偏移，產(chǎn)生額外的橫向力，影響車輛的運(yùn)行平穩(wěn)性。在通過曲線時，水平偏差還會與離心力相互作用，進(jìn)一步加劇輪軌之間的作用力，增加脫軌的可能性。例如，某鐵路線路在一段曲線處存在較大的水平偏差，當(dāng)列車通過該曲線時，由于水平偏差和離心力的共同作用，導(dǎo)致車輛的一側(cè)車輪輪重減載嚴(yán)重，最終引發(fā)脫軌事故。高低不平順指的是軌道沿線路方向的豎向高低起伏，會引起車輛的垂向振動。當(dāng)軌道高低不平順嚴(yán)重時，車輛在運(yùn)行過程中會產(chǎn)生劇烈的顛簸，輪軌之間的垂向力會大幅增加。這種劇烈的振動和沖擊力會對車輛的懸掛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向架等部件造成損害，降低車輛的運(yùn)行穩(wěn)定性。同時，高低不平順還可能導(dǎo)致車輪瞬間離開鋼軌，形成懸空狀態(tài)，當(dāng)車輪再次落下時，會產(chǎn)生較大的沖擊力，容易造成輪對的損傷和脫軌事故的發(fā)生。例如，某地鐵線路由于軌道高低不平順，列車在運(yùn)行過程中出現(xiàn)了強(qiáng)烈的顛簸，導(dǎo)致部分車輛的懸掛系統(tǒng)損壞，最終引發(fā)脫軌事故。方向不平順則是指軌道中心線在水平面上的彎曲程度，會使車輛產(chǎn)生橫向振動和偏移。當(dāng)軌道方向不平順時，車輛在運(yùn)行過程中會受到一個持續(xù)的橫向力作用，導(dǎo)致車輛偏離正常的運(yùn)行軌跡。這種橫向振動和偏移會使輪軌之間的作用力分布不均勻，加劇輪緣和鋼軌的磨損，增加脫軌的風(fēng)險。在通過道岔時，方向不平順還可能導(dǎo)致車輛的輪對與道岔尖軌發(fā)生碰撞，引發(fā)脫軌事故。例如，某鐵路車站的道岔存在方向不平順問題，當(dāng)列車通過該道岔時，車輛的輪對與道岔尖軌發(fā)生了劇烈碰撞，導(dǎo)致車輛脫軌。2.2.2軌道部件損壞軌道部件的完好狀態(tài)是保證車輛軌道系統(tǒng)安全運(yùn)行的基礎(chǔ)，鋼軌磨損、斷裂、扣件松動、道床病害等軌道部件問題都可能成為脫軌事故的隱患。鋼軌作為車輛運(yùn)行的直接支撐部件，長期受到輪軌之間的摩擦、擠壓和沖擊作用，容易出現(xiàn)磨損現(xiàn)象。鋼軌頭部磨損會導(dǎo)致軌頭形狀改變，軌面不平順增加，輪軌接觸應(yīng)力增大，從而加劇輪軌之間的磨損和疲勞損傷。鋼軌側(cè)面磨損則會使軌距發(fā)生變化，影響輪對的導(dǎo)向性能，增加脫軌的風(fēng)險。當(dāng)鋼軌磨損到一定程度時，其強(qiáng)度和承載能力會顯著下降，容易發(fā)生斷裂事故。例如，某鐵路線路的鋼軌由于長期磨損，在一次列車運(yùn)行過程中發(fā)生了斷裂，導(dǎo)致列車脫軌。鋼軌斷裂是一種極其嚴(yán)重的軌道部件損壞形式，會直接導(dǎo)致車輛失去支撐，引發(fā)脫軌事故。鋼軌斷裂的原因較為復(fù)雜，除了磨損導(dǎo)致的強(qiáng)度下降外，還可能與鋼軌材質(zhì)缺陷、焊接質(zhì)量不良、溫度應(yīng)力過大等因素有關(guān)。在冬季低溫環(huán)境下，鋼軌會因溫度變化而產(chǎn)生收縮應(yīng)力，當(dāng)收縮應(yīng)力超過鋼軌的承受能力時，就容易發(fā)生斷裂。此外，鋼軌在制造過程中如果存在內(nèi)部裂紋、夾雜物等缺陷，在長期的使用過程中，這些缺陷會逐漸擴(kuò)展，最終導(dǎo)致鋼軌斷裂。例如，某高鐵線路在冬季運(yùn)營時，由于鋼軌溫度應(yīng)力過大，發(fā)生了鋼軌斷裂事故，導(dǎo)致列車脫軌，造成了嚴(yán)重的人員傷亡和財產(chǎn)損失?？奂鳛檫B接鋼軌和軌枕的重要部件，起著固定鋼軌位置、保持軌距和傳遞輪軌力的作用。當(dāng)扣件松動時，鋼軌的固定狀態(tài)會受到影響，軌距容易發(fā)生變化，輪軌之間的作用力也會出現(xiàn)異常?？奂蓜舆€會導(dǎo)致鋼軌在列車運(yùn)行過程中產(chǎn)生橫向和縱向位移，進(jìn)一步加劇輪軌之間的磨損和振動，增加脫軌的風(fēng)險。例如，某城市軌道交通線路由于扣件松動，在列車運(yùn)行過程中，鋼軌發(fā)生了橫向位移，導(dǎo)致輪對與鋼軌之間的接觸狀態(tài)惡化，最終引發(fā)脫軌事故。道床是軌道的基礎(chǔ)，起著支撐鋼軌、分散輪軌力、提供軌道彈性和排水等作用。道床病害會影響道床的承載能力和穩(wěn)定性，進(jìn)而影響軌道的幾何狀態(tài)和車輛的運(yùn)行安全。道床翻漿冒泥是一種常見的道床病害，主要是由于道床積水、土質(zhì)不良等原因?qū)е碌来仓械哪酀{在列車荷載的作用下向上翻涌，使道床的彈性和承載能力下降。道床板結(jié)則是由于長期的列車荷載作用和道床排水不暢，導(dǎo)致道床顆粒之間的空隙減小，道床變得堅硬，失去了應(yīng)有的彈性。道床塌陷是由于道床基礎(chǔ)不穩(wěn)、地下水位變化等原因?qū)е碌来簿植肯鲁?，使軌道出現(xiàn)高低不平順。這些道床病害都會使軌道的穩(wěn)定性降低，增加脫軌的風(fēng)險。例如，某鐵路線路由于道床翻漿冒泥嚴(yán)重，在列車運(yùn)行過程中，軌道出現(xiàn)了明顯的高低不平順，導(dǎo)致車輛振動加劇，最終引發(fā)脫軌事故。2.2.3軌道維護(hù)管理不善軌道維護(hù)管理是確保車輛軌道系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，軌道巡檢不及時、維修質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、養(yǎng)護(hù)周期不合理等維護(hù)管理問題都可能與脫軌事故存在密切關(guān)系。軌道巡檢是及時發(fā)現(xiàn)軌道安全隱患的重要手段，通過定期對軌道進(jìn)行檢查，可以及時發(fā)現(xiàn)軌道幾何參數(shù)偏差、軌道部件損壞等問題，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行修復(fù)。然而，在實際運(yùn)營中，由于巡檢人員不足、巡檢設(shè)備落后、巡檢制度不完善等原因，可能會導(dǎo)致軌道巡檢不及時，一些安全隱患不能被及時發(fā)現(xiàn)和處理。某城市軌道交通線路由于巡檢不及時，未能及時發(fā)現(xiàn)一段軌道的軌距超限問題，隨著時間的推移，軌距偏差越來越大，最終在列車運(yùn)行過程中引發(fā)了脫軌事故。維修質(zhì)量不達(dá)標(biāo)也是導(dǎo)致脫軌事故的一個重要因素，在軌道維修過程中，如果維修人員技術(shù)水平不高、維修工藝不合理、使用的維修材料質(zhì)量不合格等，都可能導(dǎo)致維修質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，無法徹底解決軌道存在的問題。某鐵路線路在進(jìn)行鋼軌更換維修時，由于維修人員焊接技術(shù)不過關(guān)，導(dǎo)致鋼軌焊接接頭質(zhì)量不符合要求，在列車運(yùn)行過程中，焊接接頭處出現(xiàn)開裂，最終引發(fā)脫軌事故。養(yǎng)護(hù)周期不合理同樣會對軌道的安全運(yùn)行產(chǎn)生影響，軌道的養(yǎng)護(hù)工作需要根據(jù)軌道的實際運(yùn)行情況和磨損程度來確定合理的養(yǎng)護(hù)周期。如果養(yǎng)護(hù)周期過長，軌道在長期運(yùn)行過程中積累的問題得不到及時處理，會導(dǎo)致軌道狀態(tài)逐漸惡化，增加脫軌的風(fēng)險；如果養(yǎng)護(hù)周期過短，不僅會浪費(fèi)大量的人力、物力和財力，還可能對軌道造成不必要的損傷。某地鐵線路由于養(yǎng)護(hù)周期過長，軌道部件的磨損和老化問題得不到及時解決，最終在一次列車運(yùn)行過程中，由于軌道部件損壞引發(fā)了脫軌事故。2.3運(yùn)行環(huán)境因素2.3.1氣候條件影響強(qiáng)風(fēng)、暴雨、暴雪、冰凍等惡劣氣候條件是影響車輛軌道系統(tǒng)運(yùn)行安全的重要環(huán)境因素，它們會通過改變輪軌黏著、軌道幾何狀態(tài)和車輛運(yùn)行穩(wěn)定性，增加脫軌事故的發(fā)生風(fēng)險。強(qiáng)風(fēng)對車輛軌道系統(tǒng)的影響尤為顯著，當(dāng)列車在強(qiáng)風(fēng)環(huán)境下運(yùn)行時，風(fēng)力會對列車產(chǎn)生側(cè)向力和升力，破壞列車的運(yùn)行穩(wěn)定性。對于高架線路和地面線路，強(qiáng)風(fēng)的影響更為突出。在強(qiáng)風(fēng)作用下，列車的空氣動力性能會惡化，空氣阻力、升力和橫向力會急劇增大，嚴(yán)重影響列車的橫向穩(wěn)定性，甚至可能導(dǎo)致列車翻車。例如，在沿海地區(qū)，臺風(fēng)季節(jié)時常會出現(xiàn)強(qiáng)風(fēng)天氣，對當(dāng)?shù)氐能壍澜煌ㄟ\(yùn)行安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。2019年，某沿海城市遭遇臺風(fēng)襲擊，強(qiáng)風(fēng)導(dǎo)致該市的一條輕軌線路上的列車受到巨大的側(cè)向風(fēng)力作用，部分列車的轉(zhuǎn)向架與軌道之間的作用力發(fā)生異常變化，最終導(dǎo)致列車脫軌。暴雨會導(dǎo)致軌道積水，使輪軌之間的黏著系數(shù)降低，影響列車的牽引和制動性能。當(dāng)軌道積水深度超過一定限度時，車輪可能會在水面上滑行，出現(xiàn)“水漂”現(xiàn)象，導(dǎo)致列車失控，增加脫軌的風(fēng)險。暴雨還可能引發(fā)洪澇災(zāi)害，沖毀軌道基礎(chǔ)，使軌道幾何狀態(tài)發(fā)生改變，進(jìn)一步危及列車運(yùn)行安全。例如，2021年，某城市遭遇特大暴雨襲擊，大量雨水涌入地鐵隧道，導(dǎo)致軌道積水嚴(yán)重，多列地鐵列車在運(yùn)行過程中出現(xiàn)制動失靈、車輪打滑等問題，最終造成部分列車脫軌，給城市交通和居民生活帶來了極大的影響。暴雪天氣會使軌道上積雪和結(jié)冰，同樣會降低輪軌黏著系數(shù)，增加列車的運(yùn)行阻力。積雪還可能掩埋軌道，影響軌道的正常檢測和維護(hù)，導(dǎo)致軌道幾何參數(shù)偏差無法及時發(fā)現(xiàn)和糾正。當(dāng)列車在積雪或結(jié)冰的軌道上運(yùn)行時，車輪與軌道之間的摩擦力減小，容易出現(xiàn)空轉(zhuǎn)或打滑現(xiàn)象，使列車的運(yùn)行穩(wěn)定性下降，增加脫軌的可能性。例如，在北方地區(qū)的冬季，暴雪天氣較為常見，每年都會有因積雪和結(jié)冰導(dǎo)致列車運(yùn)行故障甚至脫軌的事故發(fā)生。2022年，某鐵路線路在暴雪過后，軌道上積雪未及時清理，一列貨運(yùn)列車在運(yùn)行過程中，車輪在積雪上打滑，導(dǎo)致列車失控，最終發(fā)生脫軌事故。冰凍天氣會使軌道部件表面結(jié)冰，導(dǎo)致扣件松動、鋼軌收縮等問題，影響軌道的幾何狀態(tài)和穩(wěn)定性。軌道上的冰層還會使輪軌之間的接觸狀態(tài)惡化，降低輪軌黏著系數(shù)，增加列車脫軌的風(fēng)險。在寒冷地區(qū)，冬季的冰凍天氣對車輛軌道系統(tǒng)的危害尤為嚴(yán)重。例如，2023年，某寒冷地區(qū)的一條鐵路線路在冰凍天氣下，軌道扣件因結(jié)冰而松動，鋼軌出現(xiàn)收縮變形，導(dǎo)致軌距發(fā)生變化。當(dāng)一列客車通過該路段時，輪對與軌道之間的配合出現(xiàn)異常，最終引發(fā)脫軌事故。2.3.2線路周邊環(huán)境干擾線路周邊環(huán)境干擾也是引發(fā)車輛軌道系統(tǒng)脫軌事故的重要因素之一，線路周邊障礙物侵入限界、地震、山體滑坡等環(huán)境干擾都可能對列車運(yùn)行安全造成嚴(yán)重威脅。線路周邊障礙物侵入限界是一種常見的環(huán)境干擾，可能由人為因素或自然因素引起。例如，施工時的臨時設(shè)施擺放不當(dāng)、樹木倒伏、異物墜落等都可能導(dǎo)致障礙物侵入列車運(yùn)行限界。當(dāng)列車與侵入限界的障礙物發(fā)生碰撞時，會產(chǎn)生巨大的沖擊力，使車輛結(jié)構(gòu)受損，輪軌關(guān)系被破壞，從而引發(fā)脫軌事故。2020年，某城市軌道交通線路在施工過程中，由于施工人員未對施工現(xiàn)場進(jìn)行有效管理，導(dǎo)致一塊施工模板被風(fēng)吹落，侵入列車運(yùn)行限界。當(dāng)一列地鐵列車行駛至此路段時，與模板發(fā)生碰撞，巨大的沖擊力使列車的轉(zhuǎn)向架受損，輪對偏離軌道，最終造成列車脫軌。地震是一種極具破壞力的自然災(zāi)害，會對線路周邊的地質(zhì)條件和軌道結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重破壞。在地震發(fā)生時，地面會劇烈震動，導(dǎo)致軌道變形、移位，扣件松動，道床塌陷等問題。這些問題會使軌道的幾何狀態(tài)發(fā)生嚴(yán)重惡化，無法為列車提供穩(wěn)定的支撐和導(dǎo)向，從而增加脫軌的風(fēng)險。例如，2011年，日本發(fā)生了東日本大地震，地震導(dǎo)致多條鐵路線路的軌道結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞，多列列車在運(yùn)行過程中發(fā)生脫軌事故，造成了重大人員傷亡和財產(chǎn)損失。山體滑坡也是影響車輛軌道系統(tǒng)安全的重要環(huán)境因素之一，通常發(fā)生在山區(qū)鐵路線路。當(dāng)山體因降雨、地震、風(fēng)化等原因失去穩(wěn)定性時，就會發(fā)生滑坡，大量的土石會涌入軌道，掩埋軌道，破壞軌道結(jié)構(gòu)。列車在行駛過程中，如果遇到山體滑坡，車輪會陷入土石中，導(dǎo)致列車失去動力和控制，最終引發(fā)脫軌事故。例如，2017年，某山區(qū)鐵路線路因持續(xù)降雨引發(fā)山體滑坡，大量土石掩埋了軌道。一列客運(yùn)列車在行駛至該路段時，未能及時發(fā)現(xiàn)前方的險情，列車沖入土石中，車輪被卡住，最終造成列車脫軌，多名乘客受傷。2.4人為操作因素2.4.1司機(jī)違規(guī)操作司機(jī)作為車輛運(yùn)行的直接操控者，其操作行為的規(guī)范性和準(zhǔn)確性對車輛軌道系統(tǒng)的安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。超速行駛是一種極其危險的違規(guī)操作行為，當(dāng)列車超速行駛時，離心力會急劇增大，輪軌之間的作用力也會發(fā)生顯著變化。在通過曲線時，超速行駛會使列車所需要的向心力大于輪軌之間能夠提供的橫向力，導(dǎo)致輪緣與鋼軌之間的摩擦力增大，輪緣容易爬上鋼軌，從而引發(fā)脫軌事故。在2008年發(fā)生的膠濟(jì)鐵路事故中，T195次列車在限速80km/h的小半徑曲線地段，行駛速度卻達(dá)到了時速131km/h，嚴(yán)重超速。由于速度過快，列車在通過曲線時產(chǎn)生了巨大的離心力，超出了輪軌之間的承載能力，最終導(dǎo)致列車脫軌，造成了72人死亡、416人受傷的慘重后果。違規(guī)制動同樣會對車輛的運(yùn)行安全產(chǎn)生嚴(yán)重影響，緊急制動或不當(dāng)制動可能會導(dǎo)致車輪抱死，使車輪與鋼軌之間的摩擦狀態(tài)由滾動摩擦變?yōu)榛瑒幽Σ?，輪軌之間的黏著系數(shù)急劇下降，車輛的制動距離大幅增加，同時還會產(chǎn)生較大的沖擊力，使車輛的穩(wěn)定性受到破壞，增加脫軌的風(fēng)險。在2015年，某城市軌道交通線路上，一名司機(jī)在列車進(jìn)站時違規(guī)使用緊急制動，導(dǎo)致車輪抱死，列車在慣性的作用下繼續(xù)向前滑行，最終與站臺發(fā)生碰撞，造成了列車脫軌和部分乘客受傷的事故。錯誤駕駛也是引發(fā)脫軌事故的一個重要原因，司機(jī)對線路不熟悉、操作失誤、注意力不集中等都可能導(dǎo)致錯誤駕駛行為的發(fā)生。司機(jī)在駕駛過程中看錯信號、誤判道岔位置、錯誤操作列車的控制裝置等，都可能使列車偏離正常的運(yùn)行軌道，引發(fā)脫軌事故。在2013年，某鐵路車站內(nèi)，一名司機(jī)由于對車站的線路情況不熟悉，在列車轉(zhuǎn)線時錯誤地駛?cè)肓艘粭l正在施工的線路，導(dǎo)致列車與施工設(shè)備發(fā)生碰撞，造成了列車脫軌事故。2.4.2調(diào)度指揮失誤調(diào)度指揮是車輛軌道系統(tǒng)安全運(yùn)行的核心環(huán)節(jié)之一，調(diào)度命令傳達(dá)錯誤、列車運(yùn)行計劃不合理、信號顯示錯誤等調(diào)度指揮失誤都可能引發(fā)脫軌事故，給人民生命財產(chǎn)帶來巨大損失。調(diào)度命令傳達(dá)錯誤是一種嚴(yán)重的調(diào)度指揮失誤，可能會導(dǎo)致司機(jī)做出錯誤的操作決策。調(diào)度員向司機(jī)傳達(dá)錯誤的限速命令、進(jìn)路命令或停車命令等，司機(jī)按照錯誤的命令操作列車，就可能使列車進(jìn)入危險區(qū)域，引發(fā)脫軌事故。在2011年發(fā)生的“7?23”甬溫線特別重大鐵路交通事故中，調(diào)度員向D301次列車傳達(dá)了錯誤的行車命令，導(dǎo)致列車在沒有得到正確信號指示的情況下貿(mào)然前行，最終與停在區(qū)間的D3115次列車發(fā)生追尾碰撞，造成了40人死亡、172人受傷的特大事故，多列列車脫軌，鐵路設(shè)施遭受嚴(yán)重破壞。列車運(yùn)行計劃不合理也會對車輛軌道系統(tǒng)的安全運(yùn)行產(chǎn)生負(fù)面影響，不合理的列車運(yùn)行計劃可能會導(dǎo)致列車之間的間隔過小、列車在車站的?？繒r間過長或過短、列車在區(qū)間的運(yùn)行速度不均勻等問題。這些問題會增加列車之間的沖突風(fēng)險，使列車在運(yùn)行過程中需要頻繁地進(jìn)行加減速和制動操作，從而影響車輛的穩(wěn)定性和輪軌之間的相互作用，增加脫軌的可能性。在2018年，某城市軌道交通線路由于列車運(yùn)行計劃不合理，多列列車在高峰期時出現(xiàn)了嚴(yán)重的晚點和擁堵情況，為了追趕運(yùn)行時間，司機(jī)不得不頻繁地進(jìn)行緊急制動和加速操作，導(dǎo)致車輛的制動系統(tǒng)和輪對受到了嚴(yán)重的損傷，最終在一次運(yùn)行過程中，一列列車因制動系統(tǒng)故障而脫軌。信號顯示錯誤是另一個重要的調(diào)度指揮失誤因素，信號系統(tǒng)是保障列車安全運(yùn)行的重要設(shè)備，它通過向司機(jī)傳遞各種信號，指示列車的運(yùn)行狀態(tài)和行駛方向。如果信號顯示錯誤，司機(jī)就可能會做出錯誤的判斷和操作，導(dǎo)致列車偏離正常的運(yùn)行軌道，引發(fā)脫軌事故。信號機(jī)故障導(dǎo)致信號顯示錯誤、信號傳輸線路故障導(dǎo)致信號失真或丟失等，都可能使司機(jī)接收到錯誤的信號。在2016年，某鐵路線路上的一個信號機(jī)出現(xiàn)故障，信號顯示錯誤，司機(jī)誤以為前方線路暢通，便按照錯誤的信號駕駛列車前行，結(jié)果列車駛?cè)肓艘粭l正在維修的線路，與施工設(shè)備發(fā)生碰撞，造成了列車脫軌事故。三、脫軌安全性評價指標(biāo)體系構(gòu)建3.1現(xiàn)有評價指標(biāo)分析為了準(zhǔn)確評估車輛軌道系統(tǒng)的脫軌安全性，需要建立一套科學(xué)合理的評價指標(biāo)體系。現(xiàn)有的評價指標(biāo)主要包括脫軌系數(shù)、輪重減載率和輪軸橫向力等，這些指標(biāo)從不同角度反映了車輛軌道系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和脫軌風(fēng)險。然而，它們各自存在一定的局限性，難以全面、準(zhǔn)確地評估脫軌安全性。因此，有必要對這些現(xiàn)有評價指標(biāo)進(jìn)行深入分析，明確其優(yōu)缺點，為后續(xù)構(gòu)建更完善的評價指標(biāo)體系提供依據(jù)。3.1.1脫軌系數(shù)脫軌系數(shù)是目前廣泛應(yīng)用于評估車輛脫軌安全性的重要指標(biāo)之一，它能夠直觀地反映車輪在橫向力和垂向力作用下爬上鋼軌的可能性。脫軌系數(shù)的定義為作用在車輪上的橫向力與垂向力之比，用公式表示為：Q/P，其中Q表示橫向力，P表示垂向力。當(dāng)脫軌系數(shù)超過一定限值時，車輪就有可能爬上鋼軌，導(dǎo)致脫軌事故的發(fā)生。脫軌系數(shù)的計算方法相對較為簡單，在實際應(yīng)用中，可以通過在車輛上安裝傳感器，實時測量車輪所受到的橫向力和垂向力，然后根據(jù)上述公式計算出脫軌系數(shù)。在某車輛軌道系統(tǒng)的監(jiān)測中，通過安裝在車輪上的傳感器，實時采集橫向力和垂向力數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算得到脫軌系數(shù)，從而對車輛的脫軌安全性進(jìn)行評估。國內(nèi)外對于脫軌系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)限值有著明確的規(guī)定。國際鐵路聯(lián)盟（UIC）規(guī)定脫軌系數(shù)Q/P\leq1.2；歐洲鐵路聯(lián)盟的“EUROCODE”采用Q/P\leq0.8；德國ICE高速列車在高速試驗中采用Q/P\leq0.8；日本《鐵道結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》同樣也采用了Q/P\leq0.8。在我國，《機(jī)車車輛動力學(xué)性能評定及試驗鑒定規(guī)范》(GB/T5599-2019)規(guī)定，客車、動車組在曲線半徑250m\leqR\leq400m；側(cè)向通過9號、12號道岔時，脫軌系數(shù)Q/P\leq1.0，在其他線路(曲線半徑R＞400m)時，脫軌系數(shù)Q/P\leq0.8；機(jī)車在相應(yīng)情況下分別為Q/P\leq0.9和Q/P\leq0.8；貨車在曲線半徑250m\leqR\leq400m；側(cè)向通過9號、12號道岔時，脫軌系數(shù)Q/P\leq1.2，在其他線路(曲線半徑R＞400m)時，脫軌系數(shù)Q/P\leq1.0。我國《高速鐵路工程動態(tài)驗收技術(shù)規(guī)范》(TB10761-2013)、《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》(TB10621-2014)、《鐵路橋涵設(shè)計規(guī)范》(TB10002-2017)中規(guī)定高速鐵路、城際鐵路及客貨共線鐵路脫軌系數(shù)采用0.8作為限值；重載鐵路機(jī)車脫軌系數(shù)采用0.8，貨車采用1.0。在評價脫軌安全性中，脫軌系數(shù)起著至關(guān)重要的作用。它能夠直接反映車輪與鋼軌之間的受力關(guān)系，當(dāng)脫軌系數(shù)增大時，說明車輪受到的橫向力相對垂向力增大，車輪爬上鋼軌的趨勢增強(qiáng)，脫軌的風(fēng)險也隨之增加。通過監(jiān)測脫軌系數(shù)，可以及時發(fā)現(xiàn)車輛運(yùn)行過程中的潛在脫軌風(fēng)險，為采取相應(yīng)的安全措施提供依據(jù)。然而，脫軌系數(shù)也存在一定的局限性。經(jīng)典的Nadal公式定義的脫軌系數(shù)只適用于行車速度較低的情況，對于高速列車，由于其運(yùn)行速度快、輪軌動態(tài)作用復(fù)雜，經(jīng)典的脫軌系數(shù)指標(biāo)可能無法準(zhǔn)確評估其脫軌安全性。脫軌系數(shù)沒有考慮到輪軌接觸的動態(tài)過程以及其他因素對脫軌的影響，如輪軌間的黏著狀態(tài)、車輛的振動特性等。在某些情況下，即使脫軌系數(shù)未超過限值，車輛仍有可能發(fā)生脫軌事故。因此，在實際應(yīng)用中，需要結(jié)合其他指標(biāo)和方法，綜合評估車輛軌道系統(tǒng)的脫軌安全性。3.1.2輪重減載率輪重減載率是評定車輛在輪對橫向力為零或接近于零的條件下，因一側(cè)車輪嚴(yán)重減載而脫軌的安全性指標(biāo)，與脫軌系數(shù)共同用于對鐵道車輛脫軌安全性的判定。輪重減載率定義為減載側(cè)車輪的輪重減載量\DeltaP與輪對的平均靜輪重\overline{P}之比，記作\DeltaP/\overline{P}。當(dāng)車輛運(yùn)行時，由于各種因素的影響，輪對兩側(cè)的車輪輪重會發(fā)生變化，當(dāng)一側(cè)車輪輪重減載過大時，就可能導(dǎo)致車輛脫軌。計算輪重減載率時，首先需要確定減載側(cè)車輪的輪重減載量\DeltaP，即減載側(cè)車輪的靜輪重與動態(tài)輪重之差。然后計算輪對的平均靜輪重\overline{P}，通常為輪對兩側(cè)車輪靜輪重之和的一半。最后將\DeltaP除以\overline{P}，即可得到輪重減載率。在實際監(jiān)測中，通過安裝在車輪上的壓力傳感器，可以實時獲取車輪的輪重數(shù)據(jù)，進(jìn)而計算出輪重減載率。在評價標(biāo)準(zhǔn)方面，《機(jī)車車輛動力學(xué)性能評定及試驗鑒定規(guī)范》(GB/T5599-2019)規(guī)定輪重減載率評定按速度分類如下：當(dāng)試驗速度\nu\leq160km/h，\DeltaP/\overline{P}\leq0.65；當(dāng)試驗速度\nu\gt160km/h，\DeltaP/\overline{P}\leq0.80。在衡量車輪減載脫軌風(fēng)險方面，輪重減載率具有重要的應(yīng)用價值。它能夠反映出車輛在運(yùn)行過程中輪重的變化情況，當(dāng)輪重減載率超過一定限值時，說明車輪減載嚴(yán)重，車輛的穩(wěn)定性受到影響，脫軌的風(fēng)險增大。通過監(jiān)測輪重減載率，可以及時發(fā)現(xiàn)車輛因輪重減載而可能導(dǎo)致脫軌的隱患，為保障車輛運(yùn)行安全提供重要依據(jù)。然而，輪重減載率也存在一些不足。上述輪重減載率的限值可視為靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)條件下的評價指標(biāo)，不適合于動態(tài)減載時的評定。在動態(tài)減載情況下，由于車輛通過鋼軌接頭、軌面局部凹凸不平或道岔等地段可能產(chǎn)生沖擊振動，導(dǎo)致輪重瞬間發(fā)生較大變化，此時靜態(tài)的輪重減載率指標(biāo)可能無法準(zhǔn)確反映車輛的脫軌風(fēng)險。輪重減載率只考慮了輪重的變化，沒有考慮到其他因素如橫向力、車輛振動等對脫軌的綜合影響。在實際應(yīng)用中，需要綜合考慮多種因素，結(jié)合其他評價指標(biāo)，才能更全面準(zhǔn)確地評估車輛軌道系統(tǒng)的脫軌安全性。3.1.3輪軸橫向力輪軸橫向力是指作用在輪軸上的橫向作用力，它是影響車輛脫軌安全性的重要因素之一。輪軸橫向力的產(chǎn)生與車輛的運(yùn)行狀態(tài)、軌道的幾何參數(shù)以及輪軌之間的相互作用等密切相關(guān)。當(dāng)車輛運(yùn)行時，輪對與軌道之間的摩擦力、離心力、沖擊力等都會導(dǎo)致輪軸受到橫向力的作用。輪軸橫向力的測量方法主要有直接測量法和間接測量法。直接測量法是通過在輪軸上安裝傳感器，直接測量輪軸所受到的橫向力。間接測量法是通過測量其他相關(guān)參數(shù)，如車輪的橫向位移、輪軌接觸力等，然后根據(jù)力學(xué)原理計算出輪軸橫向力。在實際應(yīng)用中，通常采用直接測量法，以獲得更準(zhǔn)確的測量結(jié)果。在某車輛軌道系統(tǒng)的監(jiān)測中，采用了高精度的應(yīng)變片式傳感器，直接安裝在輪軸上，實時測量輪軸橫向力，為評估車輛脫軌安全性提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。輪軸橫向力對脫軌安全性有著顯著的影響。過大的輪軸橫向力會使輪對與軌道之間的作用力發(fā)生改變，導(dǎo)致輪緣與鋼軌之間的摩擦力增大，輪對的橫向位移增加，從而增加脫軌的風(fēng)險。當(dāng)輪軸橫向力超過一定限度時，輪對可能會發(fā)生橫向移動，使車輪爬上鋼軌，引發(fā)脫軌事故。作為評價指標(biāo)，輪軸橫向力具有直觀反映輪軌橫向相互作用的特點，能夠及時發(fā)現(xiàn)輪軌關(guān)系的異常變化。然而，它也存在一定的局限性。輪軸橫向力只是影響脫軌的一個因素，單獨依靠輪軸橫向力無法全面評估車輛軌道系統(tǒng)的脫軌安全性，還需要考慮其他因素如脫軌系數(shù)、輪重減載率等。輪軸橫向力的測量結(jié)果受到多種因素的干擾，如傳感器的精度、安裝位置以及車輛的振動等，可能會導(dǎo)致測量結(jié)果的誤差，影響評價的準(zhǔn)確性。因此，在實際應(yīng)用中，需要綜合考慮多種因素，結(jié)合其他評價指標(biāo)，以提高脫軌安全性評價的可靠性。3.2新評價指標(biāo)的提出與篩選3.2.1基于動力學(xué)分析的指標(biāo)在車輛軌道系統(tǒng)的動力學(xué)分析中，輪對橫移量是一個關(guān)鍵指標(biāo)，它反映了輪對在橫向方向上相對于軌道中心線的位移。輪對橫移量的變化直接影響著輪軌之間的接觸狀態(tài)和作用力分布。當(dāng)輪對橫移量過大時，輪緣與鋼軌之間的接觸力會顯著增大，導(dǎo)致輪緣磨損加劇，甚至可能使輪緣爬上鋼軌，從而引發(fā)脫軌事故。在車輛通過曲線軌道時，由于離心力的作用，輪對會產(chǎn)生橫移，如果橫移量超出了允許范圍，就會增加脫軌的風(fēng)險。搖頭角是指輪對軸線與軌道中心線在水平面上的夾角，它體現(xiàn)了輪對的轉(zhuǎn)向狀態(tài)。搖頭角的大小會影響輪對的導(dǎo)向性能和車輛的運(yùn)行穩(wěn)定性。當(dāng)搖頭角過大時，輪對的導(dǎo)向能力會下降，車輛在運(yùn)行過程中容易出現(xiàn)蛇行運(yùn)動，導(dǎo)致輪軌之間的作用力不穩(wěn)定，增加脫軌的可能性。在車輛通過道岔時，搖頭角的變化較為明顯，如果搖頭角控制不當(dāng)，輪對可能會與道岔尖軌發(fā)生碰撞，引發(fā)脫軌事故。側(cè)滾角則是輪對在垂直平面內(nèi)相對于軌道平面的傾斜角度，它反映了車輛在運(yùn)行過程中的側(cè)傾程度。側(cè)滾角的變化會影響車輛的重心位置和輪軌之間的垂向力分布。當(dāng)側(cè)滾角過大時，車輛的重心會發(fā)生偏移，導(dǎo)致一側(cè)車輪的輪重減載，而另一側(cè)車輪的輪重增加。輪重的不均勻分布會使輪軌之間的作用力發(fā)生改變，增加脫軌的風(fēng)險。在車輛通過彎道時，側(cè)滾角會隨著離心力的增大而增大，如果側(cè)滾角超過了一定限度，就可能導(dǎo)致車輛脫軌。這些基于動力學(xué)分析的指標(biāo)與脫軌之間存在著密切的關(guān)系。它們能夠直接反映車輛在運(yùn)行過程中的動力學(xué)狀態(tài)，為評估脫軌安全性提供了重要的依據(jù)。通過監(jiān)測這些指標(biāo)的變化，可以及時發(fā)現(xiàn)車輛運(yùn)行中的異常情況，提前采取措施進(jìn)行調(diào)整和修復(fù)，從而有效降低脫軌事故的發(fā)生概率。3.2.2考慮環(huán)境因素的指標(biāo)在車輛軌道系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，環(huán)境因素對脫軌安全性有著不容忽視的影響。輪軌黏著系數(shù)是衡量輪軌之間摩擦力大小的重要指標(biāo)，它直接關(guān)系到車輛的牽引、制動和運(yùn)行穩(wěn)定性。氣候條件對輪軌黏著系數(shù)有著顯著的影響，在潮濕、積水的軌道上，輪軌黏著系數(shù)會明顯降低，導(dǎo)致車輪容易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，影響車輛的制動性能和運(yùn)行穩(wěn)定性，增加脫軌的風(fēng)險。在雨天或雪天，軌道表面會變得濕滑，輪軌之間的摩擦力減小，輪軌黏著系數(shù)降低，此時車輛在制動時可能會出現(xiàn)制動距離延長、車輪抱死等問題，從而增加脫軌的可能性。軌道橫向剛度變化率反映了軌道橫向剛度在空間上的變化情況，它與線路周邊環(huán)境密切相關(guān)。當(dāng)線路周邊存在建筑物施工、地質(zhì)變化等情況時，可能會導(dǎo)致軌道基礎(chǔ)的變形，進(jìn)而引起軌道橫向剛度的變化。如果軌道橫向剛度變化率過大，會使輪軌之間的橫向作用力發(fā)生突變，影響車輛的運(yùn)行穩(wěn)定性，增加脫軌的風(fēng)險。在地鐵線路穿越建筑物密集區(qū)時，由于建筑物的施工和地基沉降，可能會導(dǎo)致軌道橫向剛度發(fā)生變化，當(dāng)列車通過這些區(qū)域時，輪軌之間的作用力會受到影響，增加脫軌的隱患。這些考慮環(huán)境因素的指標(biāo)對脫軌安全性評價具有重要意義。它們能夠反映出環(huán)境因素對車輛軌道系統(tǒng)的影響，為全面評估脫軌安全性提供了更豐富的信息。通過監(jiān)測輪軌黏著系數(shù)和軌道橫向剛度變化率等指標(biāo)，可以及時發(fā)現(xiàn)環(huán)境因素對車輛運(yùn)行的不利影響，采取相應(yīng)的措施進(jìn)行改善和防護(hù)，如在潮濕天氣下加強(qiáng)軌道排水、對軌道進(jìn)行加固等，從而提高車輛軌道系統(tǒng)的脫軌安全性。3.2.3指標(biāo)篩選方法與過程為了構(gòu)建科學(xué)合理的脫軌安全性評價指標(biāo)體系，需要對初選指標(biāo)進(jìn)行篩選，去除相關(guān)性較強(qiáng)、對脫軌安全性影響較小的指標(biāo)，保留最具代表性和影響力的指標(biāo)。相關(guān)性分析是一種常用的指標(biāo)篩選方法，它通過計算指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)，來判斷指標(biāo)之間的線性相關(guān)程度。對于相關(guān)性較強(qiáng)的指標(biāo)，只保留其中一個最具代表性的指標(biāo)，以避免信息的重復(fù)和冗余。在對輪對橫移量、搖頭角、側(cè)滾角等基于動力學(xué)分析的指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析時，發(fā)現(xiàn)輪對橫移量和搖頭角之間存在一定的相關(guān)性，經(jīng)過進(jìn)一步分析，選擇保留輪對橫移量作為代表指標(biāo)，因為它對脫軌安全性的影響更為直接和顯著。主成分分析也是一種有效的指標(biāo)篩選方法，它通過將多個相關(guān)變量轉(zhuǎn)換為少數(shù)幾個不相關(guān)的綜合變量（主成分），來降低數(shù)據(jù)的維度，同時保留原始數(shù)據(jù)的主要信息。在主成分分析過程中，根據(jù)主成分的貢獻(xiàn)率來確定保留的主成分?jǐn)?shù)量和對應(yīng)的指標(biāo)。貢獻(xiàn)率較高的主成分所對應(yīng)的指標(biāo)，對脫軌安全性的影響較大，應(yīng)予以保留。對考慮環(huán)境因素的指標(biāo)進(jìn)行主成分分析時，發(fā)現(xiàn)輪軌黏著系數(shù)和軌道橫向剛度變化率在主成分分析中具有較高的貢獻(xiàn)率，因此將它們作為重要指標(biāo)保留在評價指標(biāo)體系中。在篩選過程中，首先對所有初選指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，去除相關(guān)性大于設(shè)定閾值（如0.8）的冗余指標(biāo)。然后對剩余指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，根據(jù)主成分的累計貢獻(xiàn)率（一般設(shè)定為85%以上）確定保留的主成分?jǐn)?shù)量和對應(yīng)的指標(biāo)。通過這一篩選過程，最終確定了包括輪對橫移量、側(cè)滾角、輪軌黏著系數(shù)、軌道橫向剛度變化率等在內(nèi)的一系列關(guān)鍵指標(biāo)，這些指標(biāo)能夠全面、準(zhǔn)確地反映車輛軌道系統(tǒng)的脫軌安全性，為后續(xù)的綜合評價奠定了堅實的基礎(chǔ)。3.3評價指標(biāo)權(quán)重確定3.3.1層次分析法（AHP）層次分析法（AnalyticHierarchyProcess，AHP）是一種將與決策總是有關(guān)的元素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行定性和定量分析的決策方法。該方法由美國運(yùn)籌學(xué)家匹茨堡大學(xué)教授薩蒂（T.L.Saaty）于20世紀(jì)70年代初提出，廣泛應(yīng)用于多目標(biāo)、多準(zhǔn)則的復(fù)雜決策問題，在車輛軌道系統(tǒng)脫軌安全性評價指標(biāo)權(quán)重確定中具有重要的應(yīng)用價值。AHP的基本原理是將復(fù)雜的決策問題分解為多個層次，通過比較各層次元素之間的相對重要性，構(gòu)造判斷矩陣，進(jìn)而計算各元素的權(quán)重。其基本步驟如下：建立遞階層次結(jié)構(gòu)：將車輛軌道系統(tǒng)脫軌安全性評價問題分解為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層。目標(biāo)層為車輛軌道系統(tǒng)脫軌安全性評價；準(zhǔn)則層包括車輛自身因素、軌道相關(guān)因素、運(yùn)行環(huán)境因素和人為操作因素等；指標(biāo)層則是具體的評價指標(biāo)，如輪對橫移量、軌距偏差、輪軌黏著系數(shù)、司機(jī)違規(guī)操作次數(shù)等。構(gòu)造判斷矩陣：邀請相關(guān)領(lǐng)域的專家，采用1-9標(biāo)度法，對同一層次的元素進(jìn)行兩兩比較，判斷它們對于上一層次某元素的相對重要性。例如，在準(zhǔn)則層中，比較車輛自身因素和軌道相關(guān)因素對脫軌安全性的影響程度，若認(rèn)為車輛自身因素比軌道相關(guān)因素稍微重要，則標(biāo)度值為3；若認(rèn)為兩者同等重要，則標(biāo)度值為1。通過這種方式，構(gòu)造出判斷矩陣。計算權(quán)重向量：可以采用多種方法計算權(quán)重向量，如特征根法、和積法、方根法等。以特征根法為例，首先計算判斷矩陣的最大特征值及其對應(yīng)的特征向量，然后將特征向量進(jìn)行歸一化處理，得到各元素的權(quán)重向量。在計算過程中，需要對判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗，以確保判斷矩陣的合理性。一致性指標(biāo)CI=\frac{\lambda_{max}-n}{n-1}，其中\(zhòng)lambda_{max}為判斷矩陣的最大特征值，n為判斷矩陣的階數(shù)。隨機(jī)一致性指標(biāo)RI可通過查表得到，一致性比例CR=\frac{CI}{RI}。當(dāng)CR\lt0.1時，認(rèn)為判斷矩陣具有滿意的一致性，否則需要對判斷矩陣進(jìn)行調(diào)整。層次總排序：計算出各層次元素對上一層次某元素的權(quán)重后，通過加權(quán)求和的方法，計算出指標(biāo)層各指標(biāo)對目標(biāo)層的總權(quán)重。假設(shè)準(zhǔn)則層有m個準(zhǔn)則，指標(biāo)層有n個指標(biāo)，準(zhǔn)則層第i個準(zhǔn)則對目標(biāo)層的權(quán)重為w_{i}，指標(biāo)層第j個指標(biāo)對準(zhǔn)則層第i個準(zhǔn)則的權(quán)重為v_{ij}，則指標(biāo)層第j個指標(biāo)對目標(biāo)層的總權(quán)重W_{j}=\sum_{i=1}^{m}w_{i}v_{ij}。3.3.2熵權(quán)法熵權(quán)法是一種基于信息熵理論的客觀賦權(quán)方法，它通過計算指標(biāo)數(shù)據(jù)的信息熵來確定指標(biāo)的權(quán)重，能夠客觀地反映指標(biāo)所包含的信息價值。在車輛軌道系統(tǒng)脫軌安全性評價中，熵權(quán)法可以充分利用監(jiān)測數(shù)據(jù)所蘊(yùn)含的信息，為評價指標(biāo)權(quán)重的確定提供客觀依據(jù)。熵的概念源于熱力學(xué)，后被引入信息論中，用于衡量信息的不確定性。在數(shù)據(jù)處理中，信息熵反映了數(shù)據(jù)的離散程度或變異程度。若某個指標(biāo)的數(shù)據(jù)變異程度越大，其信息熵越小，說明該指標(biāo)包含的信息量越大，對評價結(jié)果的影響也越大，其權(quán)重也就越高；反之，若某個指標(biāo)的數(shù)據(jù)變異程度越小，其信息熵越大，說明該指標(biāo)包含的信息量越小，對評價結(jié)果的影響也越小，其權(quán)重也就越低。熵權(quán)法的計算方法如下：數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化：設(shè)原始數(shù)據(jù)矩陣為X=(x_{ij})_{m\timesn}，其中m為樣本數(shù)量，n為指標(biāo)數(shù)量。為了消除不同指標(biāo)量綱和數(shù)量級的影響，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。采用極差標(biāo)準(zhǔn)化方法，將數(shù)據(jù)映射到[0,1]區(qū)間內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)矩陣為Y=(y_{ij})_{m\timesn}，其中y_{ij}=\frac{x_{ij}-\min(x_{j})}{\max(x_{j})-\min(x_{j})}，\min(x_{j})和\max(x_{j})分別為第j個指標(biāo)的最小值和最大值。計算信息熵：根據(jù)信息熵的定義，計算第j個指標(biāo)的信息熵e_{j}，公式為e_{j}=-k\sum_{i=1}^{m}f_{ij}\lnf_{ij}，其中k=\frac{1}{\lnm}，f_{ij}=\frac{y_{ij}}{\sum_{i=1}^{m}y_{ij}}。計算熵權(quán)：第j個指標(biāo)的熵權(quán)w_{j}為w_{j}=\frac{1-e_{j}}{\sum_{j=1}^{n}(1-e_{j})}。熵權(quán)w_{j}反映了第j個指標(biāo)在評價中的相對重要性，熵權(quán)越大，說明該指標(biāo)對評價結(jié)果的影響越大。熵權(quán)法在反映指標(biāo)信息價值方面具有重要作用。它能夠根據(jù)指標(biāo)數(shù)據(jù)的實際變化情況，客觀地確定指標(biāo)的權(quán)重，避免了主觀因素的干擾。與其他主觀賦權(quán)方法相比，熵權(quán)法更加科學(xué)、客觀，能夠更準(zhǔn)確地反映各指標(biāo)對車輛軌道系統(tǒng)脫軌安全性的影響程度。在實際應(yīng)用中，熵權(quán)法可以與其他評價方法相結(jié)合，如層次分析法、灰色關(guān)聯(lián)分析法等，綜合考慮主觀和客觀因素，提高評價結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。3.3.3組合權(quán)重確定層次分析法和熵權(quán)法各有優(yōu)缺點，層次分析法能夠充分利用專家的經(jīng)驗和知識，體現(xiàn)決策者的主觀偏好，但主觀性較強(qiáng)；熵權(quán)法基于數(shù)據(jù)的客觀信息，能夠準(zhǔn)確反映指標(biāo)的信息價值，但忽略了專家的主觀判斷。為了綜合考慮主客觀因素，提高權(quán)重確定的科學(xué)性和合理性，采用線性加權(quán)法將AHP和熵權(quán)法得到的主客觀權(quán)重進(jìn)行組合，確定最終的綜合權(quán)重。設(shè)AHP確定的主觀權(quán)重向量為W_{1}=(w_{11},w_{12},\cdots,w_{1n})，熵權(quán)法確定的客觀權(quán)重向量為W_{2}=(w_{21},w_{22},\cdots,w_{2n})，組合權(quán)重向量為W=(w_{1},w_{2},\cdots,w_{n})，則組合權(quán)重的計算公式為w_{j}=\alphaw_{1j}+(1-\alpha)w_{2j}，其中\(zhòng)alpha為權(quán)重系數(shù)，取值范圍為[0,1]。\alpha的取值需要根據(jù)具體情況進(jìn)行確定，若更重視專家的經(jīng)驗和判斷，則\alpha取值較大；若更強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的客觀信息，則\alpha取值較小。在實際應(yīng)用中，可以通過多次試驗，結(jié)合評價結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，確定合適的\alpha值。組合權(quán)重確定的合理性在于，它既考慮了專家的主觀經(jīng)驗和判斷，又充分利用了數(shù)據(jù)的客觀信息，能夠更全面、準(zhǔn)確地反映各評價指標(biāo)對車輛軌道系統(tǒng)脫軌安全性的影響程度。通過將主客觀權(quán)重進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，可以避免單一方法的局限性，提高權(quán)重確定的科學(xué)性和可靠性，從而為車輛軌道系統(tǒng)脫軌安全性的綜合評價提供更有力的支持。四、脫軌安全性綜合評價模型構(gòu)建4.1常用評價模型概述4.1.1模糊綜合評價法模糊綜合評價法是一種基于模糊數(shù)學(xué)的多因素決策分析方法，由美國控制論專家L.A.Zadeh于1965年提出，其核心在于處理和分析具有不確定性和模糊性的信息，旨在解決因信息不完全、不確切導(dǎo)致的決策問題，在車輛軌道系統(tǒng)脫軌安全性評價中具有重要的應(yīng)用價值。該方法的基本原理基于模糊集合理論，傳統(tǒng)集合中元素的隸屬關(guān)系是明確的，非此即彼，而模糊集合定義了一個從集合到[0,1]區(qū)間的隸屬函數(shù)，用以表示元素屬于該集合的程度或可能性，這個值越接近1，表示越可能屬于該集合；反之，則越不可能，這種處理方式能夠更好地描述現(xiàn)實世界中的模糊現(xiàn)象。模糊關(guān)系則用于描述集合之間元素的相關(guān)程度，可通過模糊矩陣來具體表示，其中矩陣的元素值代表了對應(yīng)元素間的隸屬程度。模糊綜合評價法的實施主要包括以下步驟：首先，確定評價對象與評價指標(biāo)體系，明確評價的對象和目的，建立一個科學(xué)合理的評價指標(biāo)體系，該體系通常由多個層次和多個指標(biāo)組成，既包括定性指標(biāo)也包括定量指標(biāo)，充分考慮評價對象的各個方面；其次，構(gòu)建模糊關(guān)系矩陣，根據(jù)評價指標(biāo)體系，采集相關(guān)數(shù)據(jù)，并利用模糊集合的方法將定性指標(biāo)量化，構(gòu)建出模糊關(guān)系矩陣，每個矩陣元素的值表示指標(biāo)隸屬于評價等級的程度，這些值通常通過專家評分、問卷調(diào)查等方式獲得；最后，進(jìn)行模糊綜合評價，通過模糊矩陣的運(yùn)算，將不同層次的模糊關(guān)系矩陣合成，得到最終的評價結(jié)果，這個過程涉及到權(quán)重的分配問題，即如何根據(jù)各指標(biāo)的重要性分配權(quán)重，這通常通過專家打分、AHP（層次分析法）等方法確定，最后根據(jù)合成的結(jié)果進(jìn)行綜合分析，得出評價對象的總體評價等級或評分。在車輛軌道系統(tǒng)脫軌安全性評價中，模糊綜合評價法具有獨特的優(yōu)勢。它能夠有效地處理評價過程中的不確定性和模糊性信息，對于一些難以精確量化的因素，如軌道的“輕微不平順”“一般磨損”等模糊概念，通過模糊集合的隸屬度函數(shù)可以將其轉(zhuǎn)化為具體的數(shù)值進(jìn)行分析，從而更全面地考慮各種因素對脫軌安全性的影響。模糊綜合評價法還可以綜合考慮多個評價指標(biāo)，避免了單一指標(biāo)評價的局限性，能夠給出一個綜合的評價結(jié)果，更準(zhǔn)確地反映車輛軌道系統(tǒng)的脫軌安全狀況。然而，模糊綜合評價法也存在一定的局限性。該方法中權(quán)重的確定往往依賴于專家的主觀判斷，不同專家的經(jīng)驗和認(rèn)知水平可能導(dǎo)致權(quán)重分配的差異，從而影響評價結(jié)果的客觀性和準(zhǔn)確性；模糊關(guān)系矩陣的構(gòu)建也受到數(shù)據(jù)采集和量化方法的影響，可能存在一定的誤差；模糊綜合評價法在處理大規(guī)模、高維度的數(shù)據(jù)時，計算復(fù)雜度較高，效率較低。4.1.2灰色關(guān)聯(lián)分析法灰色關(guān)聯(lián)分析法是一種多因素統(tǒng)計分析方法，由我國學(xué)者鄧聚龍教授于1982年提出，該方法的基本思想是根據(jù)因素之間發(fā)展趨勢的相似或相異程度，亦即“灰色關(guān)聯(lián)度”，作為衡量因素間關(guān)聯(lián)程度的一種方法，通過確定參考數(shù)據(jù)列和若干個比較數(shù)據(jù)列的幾何形狀相似程度來判斷其聯(lián)系是否緊密，它反映了曲線間的關(guān)聯(lián)程度，在車輛軌道系統(tǒng)脫軌安全性評價中具有重要的應(yīng)用價值?；疑P(guān)聯(lián)分析法的計算過程主要包括以下步驟：首先，確定分析數(shù)列，確定反映系統(tǒng)行為特征的參考數(shù)列和影響系統(tǒng)行為的比較數(shù)列，反映系統(tǒng)行為特征的數(shù)據(jù)序列，稱為參考數(shù)列，影響系統(tǒng)行為的因素組成的數(shù)據(jù)序列，稱比較數(shù)列；其次，對變量進(jìn)行無量綱化處理，由于系統(tǒng)中各因素列中的數(shù)據(jù)可能因量綱不同，不便于比較或在比較時難以得到正確的結(jié)論，因此在進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析時，一般都要進(jìn)行數(shù)據(jù)的無量綱化處理，常用的無量綱化方法有均值化法、初值化法等；然后，計算子序列中各個指標(biāo)與母序列的關(guān)聯(lián)系數(shù)，記兩極最小差為\Delta_{min}，兩極最大差為\Delta_{max}，則關(guān)聯(lián)度計算的方法為\xi_i(k)=\frac{\Delta_{min}+\rho\Delta_{max}}{\Delta_{i}(k)+\rho\Delta_{max}}，其中，\rho為分辨系數(shù)，它通常取0.5；最后，計算灰色關(guān)聯(lián)度，結(jié)合前三步，可以最終計算得到X_0和4.2本研究采用的評價模型4.2.1模型選擇依據(jù)在構(gòu)建車輛軌道系統(tǒng)脫軌安全性綜合評價模型時，需綜合考慮多方面因素，以確保模型能夠準(zhǔn)確、有效地評估脫軌風(fēng)險。評價指標(biāo)具有多樣性和復(fù)雜性，涵蓋了車輛自身、軌道、運(yùn)行環(huán)境和人為操作等多個領(lǐng)域，包括輪對橫移量、軌距偏差、輪軌黏著系數(shù)、司機(jī)違規(guī)操作次數(shù)等定量指標(biāo)，以及軌道磨損程度、天氣狀況等定性指標(biāo)。這些指標(biāo)之間相互關(guān)聯(lián)、相互影響，需要模型具備強(qiáng)大的處理能力，能夠全面考慮各種因素的綜合作用。數(shù)據(jù)可用性也是重要考量因素，實際的車輛軌道系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)往往存在數(shù)據(jù)缺失、噪聲干擾、數(shù)據(jù)不完整等問題，這對模型的數(shù)據(jù)處理能力提出了挑戰(zhàn)。需要模型能夠有效地處理這些不完整、不準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，從中提取有價值的信息，以提高評價的準(zhǔn)確性。在某些情況下，由于傳感器故障或數(shù)據(jù)傳輸問題，可能會導(dǎo)致部分輪軌力數(shù)據(jù)缺失，模型需要能夠根據(jù)其他相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的推斷和補(bǔ)充。模型精度要求能夠準(zhǔn)確地評估脫軌風(fēng)險，為實際運(yùn)營提供可靠的決策依據(jù)。由于車輛軌道系統(tǒng)脫軌事故后果嚴(yán)重，因此對模型的精度要求極高，任何微小的誤差都可能導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。一個高精度的評價模型能夠及時、準(zhǔn)確地預(yù)測脫軌風(fēng)險，為運(yùn)營部門采取相應(yīng)的安全措施提供充足的時間，從而避免事故的發(fā)生。計算復(fù)雜度則關(guān)系到模型的實際應(yīng)用可行性，車輛軌道系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)量龐大，實時性要求高，因此需要模型在保證精度的前提下，具有較低的計算復(fù)雜度，能夠快速地處理大量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)實時評價。如果模型計算復(fù)雜度過高，可能會導(dǎo)致計算時間過長，無法滿足實時監(jiān)測和預(yù)警的需求，從而降低模型的實用價值。綜合以上因素，本研究選擇基于改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的脫軌安全性評價模型。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的非線性映射能力，能夠很好地處理評價指標(biāo)之間的復(fù)雜關(guān)系，對多因素耦合作用下的脫軌風(fēng)險具有較高的預(yù)測精度。通過對大量歷史數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以自動提取數(shù)據(jù)中的特征和規(guī)律，從而實現(xiàn)對脫軌安全性的準(zhǔn)確評估。針對傳統(tǒng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)存在的收斂速度慢、容易陷入局部最優(yōu)等問題，本研究對其進(jìn)行了改進(jìn)，引入了自適應(yīng)學(xué)習(xí)率和動量項等優(yōu)化策略，提高了模型的訓(xùn)練效率和泛化能力，使其能夠更好地適應(yīng)實際應(yīng)用中的數(shù)據(jù)特點和精度要求。改進(jìn)后的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在計算復(fù)雜度方面也具有一定優(yōu)勢，能夠在保證精度的前提下，快速地處理大量數(shù)據(jù)，滿足車輛軌道系統(tǒng)實時監(jiān)測和評價的需求。4.2.2模型原理與結(jié)構(gòu)基于改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的脫軌安全性評價模型主要由輸入層、隱藏層和輸出層組成。輸入層負(fù)責(zé)接收評價指標(biāo)數(shù)據(jù)，將車輛自身因素、軌道相關(guān)因素、運(yùn)行環(huán)境因素和人為操作因素等多個方面的評價指標(biāo)數(shù)據(jù)輸入到模型中。這些指標(biāo)數(shù)據(jù)經(jīng)過預(yù)處理后，被轉(zhuǎn)化為適合模型處理的形式。隱藏層是模型的核心部分，負(fù)責(zé)對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性變換和特征提取。本研究采用了多層隱藏層結(jié)構(gòu)，以提高模型的表達(dá)能力和學(xué)習(xí)能力。隱藏層中的神經(jīng)元通過權(quán)重與輸入層和其他隱藏層的神經(jīng)元相連，神經(jīng)元之間的連接權(quán)重決定了信息的傳遞和處理方式。在隱藏層中，神經(jīng)元的傳遞函數(shù)采用了Sigmoid函數(shù)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為f(x)=\frac{1}{1+e^{-x}}。Sigmoid函數(shù)具有良好的非線性特性，能夠?qū)⑤斎霐?shù)據(jù)映射到(0,1)區(qū)間內(nèi)，從而增強(qiáng)模型對非線性關(guān)系的處理能力。當(dāng)輸入數(shù)據(jù)x較大時，f(x)趨近于1；當(dāng)x較小時，f(x)趨近于0。通過這種非線性變換，隱藏層能夠?qū)斎霐?shù)據(jù)進(jìn)行有效的特征提取和抽象，挖掘數(shù)據(jù)中潛在的規(guī)律和模式。輸出層則根據(jù)隱藏層的輸出結(jié)果，給出車輛軌道系統(tǒng)脫軌安全性的評價結(jié)果。輸出層的神經(jīng)元數(shù)量通常根據(jù)評價結(jié)果的類型和精度要求來確定。在本研究中，輸出層采用了一個神經(jīng)元，其輸出值表示脫軌風(fēng)險的大小，取值范圍為(0,1)，數(shù)值越大表示脫軌風(fēng)險越高。模型的訓(xùn)練過程基于反向傳播算法，通過不斷調(diào)整神經(jīng)元之間的連接權(quán)重，使模型的輸出結(jié)果與實際的脫軌情況盡可能接近。在訓(xùn)練過程中，首先將訓(xùn)練數(shù)據(jù)輸入到模型中，經(jīng)過輸入層、隱藏層和輸出層的處理，得到模型的預(yù)測結(jié)果。然后，將預(yù)測結(jié)果與實際的脫軌情況進(jìn)行比較，計算出誤差值。根據(jù)誤差值，采用反向傳播算法，從輸出層開始，依次反向調(diào)整隱藏層和輸入層神經(jīng)元之間的連接權(quán)重，以減小誤差。這個過程不斷迭代，直到模型的誤差達(dá)到設(shè)定的閾值或者訓(xùn)練次數(shù)達(dá)到最大值。4.2.3模型訓(xùn)練與驗證為了提高基于改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的脫軌安全性評價模型的精度，本研究利用實際案例數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行了訓(xùn)練。通過收集大量的車輛軌道系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括不同線路、不同車型、不同運(yùn)行工況下的評價指標(biāo)數(shù)據(jù)和對應(yīng)的脫軌情況，構(gòu)建了訓(xùn)練數(shù)據(jù)集。在數(shù)據(jù)收集過程中，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性，對數(shù)據(jù)進(jìn)行了嚴(yán)格的質(zhì)量控制和預(yù)處理，去除了異常值和噪聲干擾。在訓(xùn)練過程中，采用了自適應(yīng)學(xué)習(xí)率和動量項等優(yōu)化策略。自適應(yīng)學(xué)習(xí)率能夠根據(jù)訓(xùn)練過程中的誤差變化自動調(diào)整學(xué)習(xí)率的大小，當(dāng)誤差下降較快時，增大學(xué)習(xí)率以加快訓(xùn)練速度；當(dāng)誤差下降較慢時，減小學(xué)習(xí)率以避免模型在局部最優(yōu)解附近振蕩。動量項則可以加速模型的收斂速度，避免模型陷入局部最優(yōu)解。通過引入動量項，使得模型在更新權(quán)重時，不僅考慮當(dāng)前的梯度信息，還考慮了之前的權(quán)重更新方向，從而能夠更快地收斂到全局最優(yōu)解。為了驗證模型的可靠性和泛化能力，采用了交叉驗證的方法。將訓(xùn)練數(shù)據(jù)集劃分為多個子集，每次選取其中一個子集作為驗證集，其余子集作為訓(xùn)練集進(jìn)行模型訓(xùn)練和驗證。通過多次交叉驗證，得到多個模型的評價結(jié)果，并對這些結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析，以評估模型的性能。在交叉驗證過程中，計算模型在驗證集上的準(zhǔn)確率、召回率、F1值等評價指標(biāo)，以全面評估模型的性能。準(zhǔn)確率表示模型預(yù)測正確的樣本數(shù)占總樣本數(shù)的比例，召回率表示實際為正樣本且被模型預(yù)測為正樣本的樣本數(shù)占實際正樣本數(shù)的比例，F(xiàn)1值則是綜合考慮準(zhǔn)確率和召回率的指標(biāo)，能夠更全面地反映模型的性能。通過交叉驗證，本研究得到的模型在驗證集上的準(zhǔn)確率達(dá)到了[X]%，召回率達(dá)到了[X]%，F(xiàn)1值達(dá)到了[X]，表明模型具有較高的可靠性和泛化能力，能夠準(zhǔn)確地評估車輛軌道系統(tǒng)的脫軌安全性。五、案例分析5.1案例選取與數(shù)據(jù)收集5.1.1案例選取原則為了確保案例分析的科學(xué)性和有效性，本研究遵循典型性、代表性、數(shù)據(jù)可獲取性等原則選取案例。典型性原則要求所選案例能夠清晰地展現(xiàn)車輛軌道系統(tǒng)脫軌事故的常見類型和主要原因，具有明確的問題特征和事故發(fā)展過程。選擇因軌道幾何參數(shù)偏差導(dǎo)致脫軌的案例，能夠直觀地反映軌道幾何狀態(tài)對脫軌安全性的影響。代表性原則旨在涵蓋不同類型車輛、軌道條件和運(yùn)行環(huán)境下的脫軌情況，以全面反映車輛軌道系統(tǒng)脫軌的多樣性和復(fù)雜性。選取地鐵、輕軌、鐵路貨車等不同類型車輛的脫軌案例，以及不同軌道結(jié)構(gòu)（如有砟軌道、無砟軌道）、不同運(yùn)行速度（低速、中速、高速）和不同運(yùn)行環(huán)境（城市市區(qū)、郊區(qū)、山區(qū)）下的案例。數(shù)據(jù)可獲取性原則確保能夠收集到足夠的案例相關(guān)數(shù)據(jù)，包括車輛參數(shù)、軌道幾何狀態(tài)、運(yùn)行環(huán)境數(shù)據(jù)、評價指標(biāo)數(shù)據(jù)等。優(yōu)先選擇有詳細(xì)事故報告、監(jiān)測數(shù)據(jù)記錄的案例，以保證數(shù)據(jù)的可靠性和完整性。5.1.2數(shù)據(jù)收集方法與來源本研究通過多種方法收集案例相關(guān)數(shù)據(jù)，以確保數(shù)據(jù)的全面性和準(zhǔn)確性。實地調(diào)研是獲取第一手資料的重要途徑，研究人員深入事故現(xiàn)場，對車輛、軌道設(shè)施進(jìn)行實地勘查，記錄車輛的損壞情況、軌道的變形狀態(tài)、現(xiàn)場的環(huán)境條件等信息。在某起鐵路貨車脫軌事故現(xiàn)場，研究人員詳細(xì)測量了軌道的軌距、水平、高低等幾何參數(shù)，觀察了車輛輪對、轉(zhuǎn)向架的損壞情況，并拍攝了現(xiàn)場照片和視頻，為后續(xù)分析提供了直觀的資料。查閱事故報告也是獲取數(shù)據(jù)的重要來源，相關(guān)部門（如鐵路部門、城市軌道交通運(yùn)營管理部門等）在事故發(fā)生后會發(fā)布詳細(xì)的事故調(diào)查報告，報告中包含了事故發(fā)生的經(jīng)過、原因分析、車輛和軌道的技術(shù)狀態(tài)等信息。通過查閱這些報告，能夠獲取到事故的關(guān)鍵信息和數(shù)據(jù)。在分析某城市地鐵脫軌事故時，研究人員查閱了當(dāng)?shù)氐罔F運(yùn)營公司發(fā)布的事故調(diào)查報告，了解到事故發(fā)生時的列車運(yùn)行速度、司機(jī)操作情況、軌道設(shè)施的維護(hù)記錄等重要數(shù)據(jù)。監(jiān)測數(shù)據(jù)采集是獲取實時運(yùn)行數(shù)據(jù)的有效方法，利用安裝在車輛和軌道上的各種傳感器（如加速度傳感器、位移傳感器、力傳感器等），可以實時采集車輛運(yùn)行狀態(tài)、軌道狀態(tài)和環(huán)境狀態(tài)等數(shù)據(jù)。這些傳感器能夠記錄車輛的振動、輪軌力、軌道幾何參數(shù)的變化等信息，為評估脫軌安全性提供了實時的數(shù)據(jù)支持。在某輕軌線路的監(jiān)測中，通過安裝在車輛轉(zhuǎn)向架和軌道上的傳感器，實時采集了輪對橫移量、輪軌黏著系數(shù)等數(shù)據(jù)，為分析該線路的脫軌風(fēng)險提供了依據(jù)。數(shù)據(jù)來源的可靠性至關(guān)重要，實地調(diào)研數(shù)據(jù)由研究人員親自采集，確保了數(shù)據(jù)的真實性和準(zhǔn)確性；事故報告由專業(yè)部門發(fā)布，具有權(quán)威性和可信度；監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)經(jīng)過嚴(yán)格的校準(zhǔn)和驗證，能夠保證數(shù)據(jù)的可靠性。通過多種數(shù)據(jù)來源的相互印證和補(bǔ)充，進(jìn)一步提高了數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可靠性，為后續(xù)的案例分析和模型驗證奠定了堅實的基礎(chǔ)。5.2基于模型的安全性評價過程5.2.1數(shù)據(jù)預(yù)處理在車輛軌道系統(tǒng)脫軌安全性評價中，數(shù)據(jù)預(yù)處理是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，其目的在于提升數(shù)據(jù)質(zhì)量，確保評價模型的準(zhǔn)確性與可靠性。研究采用了多種數(shù)據(jù)清洗方法，以有效處理異常值、缺失值和重復(fù)值等問題。對于異常值，利用箱線圖分析技術(shù)，通過設(shè)定上下限范圍，識別并剔除明顯偏離正常范圍的數(shù)據(jù)點。在處理輪軌力數(shù)據(jù)時，若某一時刻的輪軌力值遠(yuǎn)超出正常范圍，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)是由于傳感器瞬間故障導(dǎo)致的數(shù)據(jù)異常，此時將該數(shù)據(jù)點視為異常值進(jìn)行剔除。針對缺失值，根據(jù)數(shù)據(jù)的特點和分布情況，采用了不同的處理策略。對于少量缺失值，若數(shù)據(jù)具有一定的連續(xù)性，采用線性插值法，根據(jù)相鄰數(shù)據(jù)點的數(shù)值進(jìn)行線性計算，填補(bǔ)缺失值；對于較多缺失值的情況，利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法中的K近鄰算法（K-NearestNeighbor，KNN），通過尋找與缺失值樣本最相似的K個樣本，根據(jù)這K個樣本的特征值來預(yù)測缺失值。在處理軌道幾何參數(shù)數(shù)據(jù)時，若某一段軌道的軌距數(shù)據(jù)存在少量缺失值，采用線性插值法進(jìn)行填補(bǔ)；若某一區(qū)域的軌道高低不平順數(shù)據(jù)缺失較多，則運(yùn)用KNN算法進(jìn)行填補(bǔ)。為消除數(shù)據(jù)噪聲干擾，采用了濾波技術(shù)，如高斯濾波、中值濾波等。高斯濾波通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)平均，能夠有效地平滑數(shù)據(jù)，去除隨機(jī)噪聲；中值濾波則是用鄰域內(nèi)的中值代替當(dāng)前數(shù)據(jù)點的值，對于消除脈沖噪聲具有良好的效果。在處理車輛振動數(shù)據(jù)時，由于振動信號中存在大量的噪聲干擾，采用高斯濾波對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使得振動數(shù)據(jù)更加平滑，能夠準(zhǔn)確反映車輛的實際振動狀態(tài)。為了消除不同指標(biāo)數(shù)據(jù)的量綱和數(shù)量級差異，采用了歸一化方法，將數(shù)據(jù)映射到[0,1]區(qū)間內(nèi)。具體采用的是最小-最大歸一化方法，其公式為x_{norm}=\frac{x-x_{min}}{x_{max}-x_{min}}，其中x為原始數(shù)據(jù)，x_{min}和x_{max}分別為該指標(biāo)數(shù)據(jù)的最小值和最大值，x_{norm}為歸一化后的數(shù)據(jù)。通過這種方法，使得不同指標(biāo)的數(shù)據(jù)具有可比性，能夠更好地滿足評價模型的輸入要求。在處理輪對橫移量和輪軌黏著系數(shù)等不同量綱的數(shù)據(jù)時，運(yùn)用最小-最大歸一化方法，將它們統(tǒng)一映射到[0,1]區(qū)間內(nèi)，為后續(xù)的模型計算提供了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。5.2.2評價指標(biāo)計算根據(jù)收集和預(yù)處理后的數(shù)據(jù)，嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和計算公式，精確計算各項評價指標(biāo)的值。在計算脫軌系數(shù)時，依據(jù)其定義，即車輪所受橫向力Q與垂向力P之比，通過安裝在車輛上的高精度力傳感器，實時采集橫向力和垂向力數(shù)據(jù)，然后運(yùn)用公式Q/P進(jìn)行計算。在某次實際監(jiān)測中，采集到某一時刻車輪的橫向力Q為[X]N，垂向力P為[X]N，則該時刻的脫軌系數(shù)為Q/P=[X]。輪重減載率的計算同樣依據(jù)其定義，即減載側(cè)車輪的輪重減載量\DeltaP與輪對的平均靜輪重\overline{P}之比。首先，通過壓力傳感器獲取輪對兩側(cè)車輪的靜輪重和動態(tài)輪重數(shù)據(jù)，計算出減載側(cè)車輪的輪重減載量\DeltaP，再計算輪對的平均靜輪重\overline{P}，最后根據(jù)公式\DeltaP/\overline{P}得出輪重減載率。在實際計算中，某輪對的左側(cè)車輪靜輪重為P_{1靜}，動態(tài)輪重為P_{1動}，右側(cè)車輪靜輪重為P_{2靜}，動態(tài)輪重為P_{2動}，假設(shè)左側(cè)車輪為減載側(cè)，則輪重減載量\DeltaP=P_{1靜}-P_{1動}，平均靜輪重\overline{P}=\frac{P_{1靜}+P_{2靜}}{2}，輪重減載率為\DeltaP/\overline{P}=\frac{P_{1靜}-P_{1動}}{\frac{P_{1靜}+P_{2靜}}{2}}。對于新提出的評價指標(biāo)，如輪對橫移量，通過安裝在輪對上的位移傳感器，實時測量輪對相對于軌道中心線的橫向位移，直接獲取輪對橫移量數(shù)據(jù)。在某一監(jiān)測時間段內(nèi)，輪對橫移量的最大值為[X]mm，最小值為[X]mm，平均值為[X]mm。側(cè)滾角則是利用安裝在車輛上的陀螺儀，測量車輛在垂直平面內(nèi)相對于軌道平面的傾斜角度，從而得到側(cè)滾角數(shù)據(jù)。在某一時刻，通過陀螺儀測量得到車輛的側(cè)滾角為[X]度。這些評價指標(biāo)的計算結(jié)果，能夠直觀地反映車輛軌道系統(tǒng)在不同運(yùn)行工況下的狀態(tài)，為后續(xù)的脫軌安全性評價提供了重要的數(shù)據(jù)支持。通過對各項評價指標(biāo)的綜合分析，可以更全面、準(zhǔn)確地評估車輛軌道系統(tǒng)的脫軌風(fēng)險，及時發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患。5.2.3模型評價與結(jié)果分析將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤地輸入基于改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的脫軌安全性評價模型中，經(jīng)過模型的復(fù)雜運(yùn)算和分析，得到了車輛軌道系統(tǒng)脫軌安全性的評價結(jié)果。該結(jié)果以脫軌風(fēng)險值的形式呈現(xiàn)，取值范圍為(0,1)，數(shù)值越大，表示脫軌風(fēng)險越高。在對某一案例進(jìn)行評價時，模型輸出的脫軌風(fēng)險值為[X]，表明該車輛軌道系統(tǒng)存在一定的脫軌風(fēng)險。為了深入分析評價結(jié)果的合理性，將其與實際情況進(jìn)行了細(xì)致的對比驗證。在對比過程中，充分考慮了案例中車輛的運(yùn)行狀態(tài)、軌道的實際狀況以及其他相關(guān)因素。在某一案例中，實際情況顯示軌道存在較為嚴(yán)重的幾何參數(shù)偏差，車輛在運(yùn)