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2013年  第13卷  第6期

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道路与铁道工程
基于傅立叶导热定律的沥青混合料热传导试验
延西利, 李绪梅, 孙毅, 徐达
摘要: 以傅立叶导热定律为基本理论, 依据一维稳态导热原理, 自行开发了一套双试件平板式热传导试验装置, 对3种不同类型的沥青混合料进行了热传导试验, 测试了不同试验温度下沥青混合料的导热系数, 分析了热传导性能。试验结果表明: 沥青混合料的导热系数是一个温变值, 随温度的升高而呈线性增加; 在相同温度条件下, 不同类型沥青混合料的导热系数值相差较小; 开发的热传导试验装置稳定可靠, 操作简便。更多>
2013, 13(6): 1-6.
摘要(891) HTML (127) PDF (428KB) (1083)
混凝土表面裂缝检测的多级聚类算法
董安国, 张仙艳, 薛宏智, 宋君
摘要: 为了检测混凝土表面裂缝及其宽度, 对含有裂缝的数字图像进行k-均值聚类, 提取出所有疑似裂缝的像素点, 进行了二值化处理。根据像素点的位置关系, 提取连通分量, 将连通分量作为聚类对象, 构造连通分量间的距离函数。利用谱聚类算法将连通分量聚类, 根据裂缝特征, 去掉伪裂缝部分, 得到完整的裂缝对象, 并通过局部旋转算法对裂缝的宽度进行了2次数值计算。分析结果表明: 与Canny、Sobel算子比较, 多级聚类算法在裂缝提取时能去掉较多的噪声, 抗噪能力强; 通过局部旋转算法计算裂缝宽度时, 计算值与实际值的平均相对误差分别为3.86%、2.40%, 算法精度高, 适用于各种类型裂缝宽度计算。更多>
2013, 13(6): 7-13.
摘要(581) HTML (113) PDF (577KB) (1338)
高速公路上坡路段载重车辆运行速度特性
许金良, 雷斌, 李诺
摘要: 对内蒙古地区高速公路的交通组成、载重车辆功率、载质量、质量功率比进行了统计分析, 确定了高速公路上坡路段的主导车型。依据修正的速度预测模型, 分别绘制了不同坡度(1%~6%)、坡长、载质量(30、40、50、55t)、质量功率比(80、120、160、200kg·kW-1)、初始入坡速度(0、20、40、60km·h-1) 下的主导车型运行速度曲线, 并从汽车动力学角度研究了曲线变化的原因。分析结果表明: 内蒙古地区运煤高速公路主导车型为福田欧曼ETX9系重卡; 载重车辆在一定坡道上行驶, 当达到平衡速度之后, 速度不再随坡长的增加而降低; 坡度越大, 速度降低越快, 最后达到的平衡速度越小; 车辆载质量越大, 速度降低越快; 质量功率比越小, 车辆爬坡性能越好; 初始速度越高, 车辆达到平衡速度所行驶的距离越长。更多>
2013, 13(6): 14-19.
摘要(687) HTML (106) PDF (517KB) (924)
箱梁内钢筋在车辆荷载谱作用下的疲劳分析
尹冠生, 刘晓伟, 侯秀慧
摘要: 通过现场交通调查获得车辆荷载谱, 将车辆行驶时轮胎对桥面的作用看作瞬时的半正弦波冲击荷载。根据轮胎纵向接地压力的分布变化曲线推导了车辆动力放大系数理论公式, 利用瞬态分析计算了不同车轴数车辆通过桥梁时的动力响应, 得到箱梁内钢筋的循环轴向应力变化曲线。使用雨流计数法对钢筋循环轴向应力变化曲线进行分级, 通过试验获得钢筋S-N曲线, 并以线性累积损伤理论计算桥梁使用寿命。数值模拟结果表明: 不考虑路面不平整度的情况下, 动力放大系数在共振点之前, 在零点附近上下波动; 动力放大系数在共振点达到最大, 之后随车速的增加而减小; 正常允许交通载荷不会对桥梁寿命产生不利影响。更多>
2013, 13(6): 20-27.
摘要(533) HTML (86) PDF (708KB) (1127)
高速铁路桥梁上透风式挡风墙高度优化
张洁, 高广军, 李靓娟
摘要: 基于三维定常N-S方程和k-ε双方程湍流模型, 采用有限体积法模拟了高速铁路桥梁上透风式挡风墙高度对列车气动性能的影响, 分析了挡风墙后列车倾覆力矩、接触网处风速与挡风墙高度之间的关系, 结合风洞试验验证了数值方法的正确性。分析结果表明: 安装挡风墙后, 随着挡风墙高度的增加, 当量横向力系数、倾覆力矩系数绝对值迅速减小; 在相同挡风墙高度下, 背风线列车当量升力系数约为迎风线列车的1/2;无挡风墙、无列车通过桥梁时, 两线路接触网处横向风速基本相同, 而当列车通过桥梁迎风线和背风线时, 其接触网处横向风速急剧升高, 分别增加约28.9%和27.2%;安装一定高度挡风墙后, 随挡风墙高度的增加, 接触网处横向风速整体呈现减小趋势, 背风线风速减小较快; 无论单侧还是双侧挡风墙, 桥梁挡风墙合理高度均为2.8m。更多>
2013, 13(6): 28-35.
摘要(740) HTML (89) PDF (807KB) (738)
载运工具运用工程
高速列车抗风的抽吸减载方法
郗艳红, 毛军, 高亮, 杨国伟
摘要: 为了提高列车在大风中运行的安全性, 利用抽吸气法控制列车绕流边界层分离, 以减小横风气动力。以中国CRH型高速列车为原型, 在车体内设计了腔室, 并通过条缝与列车表面相连, 使列车表面的绕流经列车表面条缝流入腔室内, 形成抽吸效应。研究结果表明: 抽吸气腔室和条缝的设置能够在列车高速行驶时产生低于车体外部绕流的压力, 有效地控制边界层的分离和减小列车的横风气动力。条缝倾角对气动减载效果有明显影响, 当条缝倾角为30°时, 总阻力的减载幅度可达7.21%;头车、中间车与尾车的横向力分别减载4.85%、2.71%与90.48%;头车、中间车与尾车的升力分别减载8.21%、12.56%与7.69%;头车、中间车与尾车的倾覆力矩减载幅度分别为5.29%、8.84%与57.56%。条缝倾角对不同车段气动减载率的影响不同, 尾车受条缝倾角影响的程度最大。更多>
2013, 13(6): 36-46.
摘要(666) HTML (109) PDF (1356KB) (869)
轮对磨耗与轮径差对高速列车动力学性能的影响
韩鹏, 张卫华, 李艳, 黄冠华
摘要: 对某高速线路服役动车组轮对型面进行跟踪测试, 分析了磨耗型面与轮径差对滚动半径差函数形状与位置变化的影响规律。根据服役列车参数建立高速列车动力学模型, 计算高速列车在不同磨耗型面与轮径差工况下的非线性临界速度、平稳性和曲线通过性。由高速列车在平直线路与曲线通过工况下与不同轮轨接触的动态平衡点的计算, 得出滚动半径差函数与高速列车动力学性能的关系。分析结果表明: 型面磨耗与轮径差可以改变滚动半径差函数形状与位置, 引起轮轨动态接触点变化, 并最终导致高速列车动力学性能的大幅改变。在直线通过工况下, 当车辆行驶里程为1.98×105 km时, 随着磨耗的增加, 车辆临界速度从530km·h-1降至300km·h-1, 平稳性指数从1.60增至1.87;当轮径差从-0.5mm增至0.5mm时, 临界速度下降约80km·h-1, 平稳性指数增大0.10。在曲线通过工况下, 随磨耗的增加, 轮轨横向力从6.7kN逐渐增加到15.9kN, 车辆脱轨系数从0.12增加到0.23, 磨耗指数从0.005逐渐增加到0.018;当轮径差从-0.5mm增至0.5mm时, 轮轨横向力减小3~6kN, 脱轨系数降低0.03~0.10, 磨耗指数减小0.003~0.010。更多>
2013, 13(6): 47-53.
摘要(664) HTML (124) PDF (576KB) (1215)
重型卡车风阻优化
杨帆, 胡阳洋, 王建华
摘要: 为了优化重型卡车的风阻系数, 研究了卡车尾部扰流翼和驾驶室与货箱连接间隙调整对阻力系数降低的作用, 并考虑了无风条件下实际行驶过程中地面与车体相对运动和车轮受压形状改变对阻力的影响。运用低速风洞试验与商业软件FLUENT, 在不同减阻附件安装情况下, 分析了美国标准Class 8卡车的车身绕流特性与阻力系数的变化。研究结果表明: 车身连接处与尾部扰流翼减阻附件的安装可以减弱货箱前部气流分离和尾部涡量, 从而降低卡车阻力系数。在90km·h-1经济速度下, 安装2组减阻附件后的卡车阻力系数最高可降低16.2%, 最小值可达到0.485 4。更多>
2013, 13(6): 54-60.
摘要(715) HTML (127) PDF (585KB) (1084)
车辆横摆角速度的智能手机提取方法
陈志军, 吴超仲, 黄珍, 马杰, 高岩
摘要: 使用智能手机和高精度惯导设备测量了车辆横摆角速度, 分析了手机放置位置对测量精度的影响。针对智能手机的测量误差, 采用自适应加权融合算法对智能手机中陀螺仪和方向传感器的测量数据进行融合修正。根据多元函数极值理论求出2个传感器的最优加权因子, 加权求和得到最优的横摆角速度。分析结果表明: 智能手机的放置位置对车辆横摆角速度测量精度影响很小, 重心位置与非重心位置上的手机陀螺仪和方向传感器测量结果最大相对误差分别为0.739 7%和0.923 8%。融合修正后的数据与高精度惯导设备数据相比, 平均绝对误差为0.607 7 (°) ·s-1, 相比陀螺仪和方向传感器平均绝对误差分别降低了34.3%和50.0%。融合后的数据均方差随测量次数增加呈下降趋势, 并快速收敛, 收敛时间约为6s。更多>
2013, 13(6): 61-68.
摘要(612) HTML (134) PDF (670KB) (2472)
交通运输规划与管理
国际班轮运输航线配船优化模型与蚁群算法
焦新龙, 刘雪莲, 王任祥, 赵亚鹏
摘要: 针对国际班轮运输的航线配船问题, 分析了传统的动态航线配船模型。基于固定航线、船舶船型和数量, 分析了货运量、港口使用费、燃油成本与过河费的影响。以最小经营成本作为目标函数, 以船舶数量与运量作为约束条件, 建立了一种新的航线配船优化模型。基于邻域搜索技术, 利用蚁群算法求解模型, 并选取3条具有代表性的航线进行实例验证。计算结果表明: 在满足货运需求的前提下, 3条航线优化后的成本分别为13 372.3、9 333.9、13 946.4万元, 总成本为36 652.6万元, 减少了110.6万元; 采用遗传算法, 3条航线的成本分别为13 405.1、9 341.6、14 012.7万元, 总成本为36 759.4万元; 采用模拟退火算法, 3条航线的成本分别为13 398.5、9 339.7、13 985.9万元, 总成本为36 724.1万元。国际班轮运输航线配船优化模型可行, 蚁群算法针对航线配船模型具有较好的优势。更多>
2013, 13(6): 69-75.
摘要(769) HTML (143) PDF (444KB) (1896)
高铁乘客换乘常规公交平均等候时间模型
裴玉龙, 申翔浩, 周侃
摘要: 分析了高铁乘客换乘常规公交等候时间的特性, 实测了高铁枢纽内公交站台乘客的到达时间, 对乘客到达时间进行了分布拟合与K-S检验。基于概率论方法, 建立了考虑公交车辆运载能力限制的乘客平均等候时间模型, 验证了模型的有效性, 并仿真分析了高铁列车与公交车辆到达时间间隔、换乘人数、公交车辆运载能力及公交车辆准点率对乘客平均等候时间的影响。仿真结果表明: 当高铁列车到达时间间隔为10min, 公交车辆到达时间间隔从200s增加至600s时, 换乘乘客的平均等候时间由120s增加至1 000s;当公交车辆的运载能力为50人·veh-1, 换乘人数从50增加至200时, 换乘乘客的平均等候时间由100s增加至900s;当公交车辆平均到达时间间隔为200s, 公交车辆到达时间间隔标准差从0增加至400s时, 换乘乘客的平均等候时间由110s增加至800s。换乘乘客的平均等候时间与公交车辆到达时间间隔呈正相关关系, 与高铁列车到达时间间隔呈负相关关系, 与换乘人数呈正相关关系, 与公交车辆的准点率呈负相关关系。更多>
2013, 13(6): 76-82.
摘要(689) HTML (119) PDF (496KB) (1101)
公路网均衡规模确定方法
梁国华, 张景峰, 雷剑, 马荣国, 张长生
摘要: 基于公路网均衡规模的概念, 以二级公路作为标准等级公路, 提出了等效里程和等效系数的计算方法, 建立了公路网地形起伏修正系数的回归模型。分析了传统方法如国土系数法和连通度法的特点和不足, 对传统的公路网均衡规模计算方法加以修正, 以最小公路网发展基尼系数作为判定条件, 对均衡规模区间的范围进行修正, 建立了均衡规模配比的计算流程, 提出了系统的公路网均衡规模确定方法, 并以云南省公路网为例进行实例验证。分析结果表明: 曲靖市高速公路的地形起伏修正系数最小, 为1.12, 迪庆州四级与等外公路的地形起伏修正系数最大, 为1.92;怒江市的均衡规模里程最小, 为549km, 曲靖市的均衡规模里程最大, 为4 753km; 利用提出的方法计算的云南省公路网的人口、经济与面积的基尼系数分别为0.02、0.19、0.15, 分别下降0.15、0.29、0.18, 均达到绝对均衡标准。更多>
2013, 13(6): 83-89.
摘要(763) HTML (101) PDF (412KB) (1141)
基于多Agent技术的飞机协同飞行建模与仿真
叶博嘉, 胡明华, 田勇
摘要: 应用多Agent建模与仿真技术, 研究了飞机Agent在空中走廊中的飞行风险。根据空中走廊内飞机Agent的飞行目标、主要功能和内部结构, 分析了飞机Agent的推理规则和协同状态, 提出了协同飞行的交互结构, 利用混合式仿真方法进行仿真试验。仿真结果表明: 当大型飞机的最大、最小巡航速度分别为880、620km·h-1, 中型飞机的最大、最小巡航速度分别为790、525km·h-1, 且2种机型加速度的最大值、最小值均分别为0.608、-0.780m·s-2时, 空中走廊中飞机的飞行状态可以划分为4种典型工况; 第1种工况下, 飞机的速度始终为745.17km·h-1, 总飞行时间为708s;第2种工况下, 飞机根据前方飞机调整自身飞行速度, 飞机初始速度为658km·h-1, 最大速度为778km·h-1, 总飞行时间为648s;第3种工况下, 飞机为避免飞行冲突变更空中走廊中的飞行线路, 总飞行时间为744s;第4种工况下, 飞机因安全问题脱离空中走廊, 总飞行时间为66s。提出的模型可满足实际要求。更多>
2013, 13(6): 90-98.
摘要(695) HTML (107) PDF (806KB) (976)
基于驾驶负荷的山区高速公路长大下坡路段安全性评价模型
林声, 刘建蓓, 阎莹, 罗京, 袁振洲
摘要: 分析了已有的驾驶心生理指标与安全性评价方法, 进行了典型山区高速公路连续长大下坡路段实车试验, 采集了22个试验路段27名货车驾驶人的23 549个心率变异性指标。以心率变异性表征驾驶负荷, 建立了关于纵坡坡度、坡长和行车速度的驾驶负荷模型, 确定了长大下坡路段驾驶舒适度的区间范围。基于驾驶负荷的阈值划分范围, 分析了长大下坡路段驾驶负荷与纵坡指标的关系, 并进行了实例验证。验证结果表明: 当车速不大于75km·h-1, 坡度范围在-6%~-3%之间时, 利用建立的模型确定的风险路段包含所有事故多发路段; 确定的高风险路段发生交通事故38起, 确定的较高风险路段发生交通事故11起, 2个路段的死亡人数占总死亡人数的84%。评价结果与实际交通事故分布相吻合, 提出的模型有效。更多>
2013, 13(6): 99-106.
摘要(616) HTML (109) PDF (568KB) (959)
交通信息工程及控制
应答器上行链路信号自适应解调方法
赵会兵, 全宏宇, 梁迪
摘要: 分析了应答器上行链路信号特点, 提出一种自适应解调方法对上行链路信号进行信号解调。采用自适应LMS算法跟踪上行链路信号的频率, 计算跟踪误差, 并根据跟踪误差进行信号解调。按照欧洲应答器测试规范对其解调性能进行仿真验证, 并与过零检测法和非相干解调法进行了比较。仿真结果表明: 自适应解调方法在上行链路信号参数存在极端偏移时同样能够满足解调性能要求; 当信噪比为7dB时, 自适应解调方法的误码率接近0, 而过零检测法和非相干解调法的误码率分别为0.163、0.001。自适应解调方法实现简单且具有较强的抗干扰能力, 为应答器在电磁环境相对恶劣的场所中可靠应用提供基础。更多>
2013, 13(6): 107-112.
摘要(563) HTML (137) PDF (672KB) (790)
基于容积卡尔曼滤波的飞机姿态估计方法
韩萍, 干浩亮, 何炜琨, ALAZARDDaniel
摘要: 为了提高非线性模型下飞机姿态估计的精度, 建立了基于四元数与低精度高噪声传感器的飞机姿态估计模型, 应用基于球面径向积分准则的容积卡尔曼滤波算法进行姿态估计, 通过实测数据进行模型与算法验证, 并与扩展卡尔曼滤波算法和中心差分卡尔曼滤波算法估计结果进行了比较。对比结果表明: 采用容积卡尔曼滤波算法能够有效提高飞机姿态估计的精度和稳定性, 估计误差最小, 估计时间最短, 而且, 在运算过程中无需求导与可调参数。更多>
2013, 13(6): 113-118.
摘要(503) HTML (131) PDF (2296KB) (1437)
过饱和交叉口交通信号控制研究现状与展望
李瑞敏
摘要: 为应对日益严峻的信号交叉口拥堵, 总结了过饱和交叉口交通信号控制研究的发展历程和研究现状, 并分析了未来发展趋势。介绍了过饱和交通流信号控制的多个目标, 包括最小化延误、最大化通行能力、排队长度约束等。分析了过饱和交叉口交通信号控制的多种模型与求解算法, 例如线性规划与优化模型、混合整数规划模型、基于软计算技术和人工智能技术的模型等。总结了典型交通仿真平台和信号控制优化软件对过饱和交通信号控制的支持, 以及现有多个典型信号控制系统中对过饱和交通流状态的控制方法。分析结果表明: 由于过饱和交叉口的交通流特性, 当前过饱和交叉口信号控制方法需要解决变量过多、计算复杂、计算效率低等问题; 过饱和网络的交通流特性、集成优化模型、高效求解算法与技术、仿真平台和示范应用是未来需要关注的研究趋势。更多>
2013, 13(6): 119-126.
摘要(692) HTML (106) PDF (346KB) (1090)

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