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2020年  第20卷  第4期

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综述
非常规交叉口设计研究现状与展望
安实, 宋浪, 王健, 王雅晴, 胡晓伟
摘要: 为促进非常规交叉口设计在中国的创新应用, 选取U型回转、菱形互通式立交、借用出口车道左转、串联交叉口、连续流交叉口和平行流交叉口, 系统梳理了各种类型非常规交叉口的几何布局、信号相位相序方案和控制策略, 从理论研究和交通安全效益层面回顾了近10年来非常规交叉口的研究成果, 探讨了各种类型非常规交叉口在中国应用的可行性。分析结果表明: 非常规交叉口信号配时建模和求解没有困难, 且大多文献采用精确求解算法; 非常规交叉口效益评估结果根据文献研究对象和问题的不同存在差异, 但总体来看, U型回转不宜设在左转比例过高的交叉口, 菱形互通式立交适合于高速公路和快速路, 借用出口车道左转在左转比例较高的交叉口表现较好, 串联交叉口在过饱和状态下的效益最优, 连续流交叉口和平行流交叉口在对称需求下的效益更佳; 在交通安全方面, 设置U型回转和菱形互通式立交可以降低事故发生的可能性, 但其他几种类型非常规交叉口由于数据量较少或缺乏数据, 还没有得到统一的结论; 因非常规交叉口运行规则与驾驶人的认知存在差异, 在开放初期驾驶人会存在困惑, 采用驾驶人培训、前车提示和交警现场引导等措施是有效的, 自动驾驶技术与非常规交叉口设计相结合更有望加快非常规交叉口的应用和推广; 整体来看, U型回转、借用出口车道左转和串联交叉口在中国的应用前景良好, 菱形互通式立交在中国的适用性还需结合国内交通现况进一步探讨, 连续流交叉口和平行流交叉口由于运行规则复杂, 需先试点运行再逐步推广。更多>
2020, 20(4): 1-20. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2020.04.001
摘要(2729) HTML (526) PDF (1344KB) (2467)
内燃机活塞-缸套系统减摩抗磨研究进展
吕延军, 康建雄, 张永芳, 罗宏博
摘要: 总结了内燃机活塞-缸套系统摩擦磨损的研究成果, 从润滑油改良、表面改性、动力学特性方面综述了系统的减摩抗磨研究方法与技术的发展现状, 讨论了润滑模型、润滑添加剂、表面织构、缸套珩磨、表面涂层与动力学特性对系统减摩抗磨的影响, 分析了系统的摩擦磨损机理。研究结果表明: 活塞-缸套系统的润滑特性具有非线性特征, 润滑状态与添加剂对系统减摩抗磨有较大的影响, 系统润滑状态的不确定性导致多种润滑模型并存, 需进一步建立系统综合润滑模型, 同时需深入探讨润滑油添加剂最佳减磨剂量及减磨机理; 表面改性技术(表面织构、珩磨与涂层)可以大大减少系统表面的摩擦磨损, 由于织构位置分布、加工参数、加工工艺、表面形貌与涂层材料等对接触表面的影响, 表面改性技术减摩抗磨的综合发展相对缓慢, 需进一步研究表面改性减磨的机理与参数优化方法; 活塞-缸套系统的工作条件苛刻, 系统各部件的相互作用相互耦合, 深入探究动力学特性与摩擦磨损的演化规律关系相对困难, 仍需全面考量服役状态下动力学特性与摩擦磨损之间的关系; 未来内燃机整机性能的提高将迫使活塞-缸套系统需具备更高的减摩抗磨性能, 为实现系统经济性与节能减排的目标, 尚需进一步开展系统高效减摩技术。更多>
2020, 20(4): 21-34. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2020.04.002
摘要(992) HTML (353) PDF (922KB) (858)
面向eVTOL航空器的城市空中运输交通管理综述
李诚龙, 屈文秋, 李彦冬, 黄龙杨, 卫鹏
摘要: 回顾了城市空中运输(UAM)的起源与发展演变, 定义了UAM交通管理基本概念, 分析了催生UAM的社会和技术因素, 提出了面向近未来时期国家层面UAM交通管理的基础架构, 将基于电推进垂直起降航空器的UAM交通管理问题划分为3个方面进行讨论(空域规划、地面基础设施、交通规则与运行控制), 并对近年来UAM交通管理相关文献所提出的代表性观点进行了梳理, 总结了UAM近未来时期所需解决的关键问题, 展望了UAM交通管理未来的发展趋势。研究结果表明: 空域规划方面, UAM需要对现有低空非管制空域进行更精细化的规划管理, 结构化的空域划设方式应该在UAM交通管理初期被应用, 高度层空域结构能较好地平衡运行安全和空域容量之间的矛盾; 地面基础设施方面, 需通过城市OD数据预测UAM的交通需求来进行地面垂直起降站点选址, 选址管理工作将直接影响空中航线网络结构和所需的地面通信导航监视台站的布设; 交通规则与运行控制方面, UAM将直接面对更为复杂的有人机、无人机融合运行场景, UAM交通规则需要革新并对现有的运输航空交通规则保持兼容, 高带宽的通信技术会促使UAM运行控制向空地协同决策和自动驾驶方向发生转变, 未来交通管理中如何处理人与系统的关系至关重要。总的来说, UAM交通管理将可能会和现有无人机交通管理体系产生交集并逐渐融合, 面对这一新型运输方式, 国家将更可能采用集中管理、试点运行、有序放开的交通管理发展路线。更多>
2020, 20(4): 35-54. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2020.04.003
摘要(3432) HTML (1263) PDF (1114KB) (1114)
航运管理研究综述
包甜甜, 连峰, 杨忠振
摘要: 为系统分析和总结航运管理的研究现状与发展趋势, 针对WOS数据库和CNKI数据库收录的628篇文献, 用知识图谱分析软件VOSviewer进行航运管理共词聚类分析, 得到航运管理的3个研究热点, 即航运市场分析、航运运营管理和绿色航运; 综述了航运管理研究的范围、对象与方法, 分析了航运管理未来的主要研究方向。研究结果表明: 目前主要采用时间序列模型分析航运市场, 围绕运价研究货运市场与船舶市场的供需关系; 航运运营管理的研究多集中在以成本最小化或利润最大化为目标建立数学优化模型, 并设计启发式算法求解战略、战术和运作3个层面上的决策问题; 绿色航运研究侧重于解决实际的减排问题, 对技术性措施、营运性措施和基于市场的措施进行成本效益、减排效果的比较和分析。未来有关航运管理的研究方向主要包括: 建立多目标、多阶段数学优化模型, 满足多元化的航运管理目标, 实现不同范围和级别航运管理的协同优化; 从海运供应链的角度拓展航运管理研究, 一体化考虑内陆运输和海上运输以及各利益相关者之间的复杂关系; 研究不确定条件下的航运管理问题; 基于人工智能算法和航运大数据, 设计更准确高效的市场分析方法和模型求解算法; 研究智能航运新业态下的航运管理问题。更多>
2020, 20(4): 55-69. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2020.04.004
摘要(2567) HTML (584) PDF (1183KB) (778)
道路与铁道工程
简支梁桥上嵌入式轨道无缝线路可靠性分析
冯青松, 孙魁, 雷晓燕, 陈华鹏
摘要: 为分析关键因素对桥上嵌入式轨道无缝线路力学特性的影响, 并基于可靠性理论对其进行评估, 采用有限元法建立了简支梁桥上嵌入式轨道无缝线路计算模型, 选择高分子材料纵向阻力和梁体温差为随机变量, 并根据实际工况确定了随机变量的分布类型和分布参数; 通过中心组合试验设计方法设计了响应面试验, 采用最小二乘法拟合了随机变量和响应之间的函数关系, 从而建立了轨板相对位移关于高分子材料纵向阻力和梁体温差的二次多项式响应面模型, 通过方差分析验证了所建立模型的正确性, 并采用灵敏度分析方法对随机变量进行了参数敏感性分析; 构建了桥上嵌入式轨道无缝线路长期服役性能的极限状态方程, 综合运用蒙特卡洛法和响应面模型评估了简支梁桥上嵌入式轨道无缝线路的可靠性。分析结果表明: 梁体温差和高分子材料纵向阻力对轨板相位移的灵敏度系数分别为0.99和-0.08, 梁体温差对轨板相对位移的影响远大于高分子材料纵向阻力; 在考虑参数的随机性以后, 温度作用下的轨板相对位移具有一定的离散性, 其主要分布在4.0~6.5 mm范围内, 且近似服从正态分布; 在不采取特殊处理措施的情况下, 不宜在年温差较大的地区建造桥上嵌入式轨道; 提出的桥上嵌入式轨道无缝线路可靠性评估方法可为嵌入式轨道结构的设计提供理论指导。更多>
2020, 20(4): 70-79. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2020.04.005
摘要(988) HTML (271) PDF (464KB) (678)
桥墩温度梯度对桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道纵向力的影响
张鹏飞, 连西妮, 桂昊, 雷晓燕
摘要: 针对桥墩温度梯度引起的桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道纵向附加力与变形, 以梁-板-轨相互作用原理和有限元法为基础, 建立了多跨简支梁桥和大跨连续梁桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路空间耦合模型, 详细考虑了钢轨、轨道板、CA砂浆、底座板及桥梁等主要结构和细部结构的空间尺寸与力学属性; 采用单位荷载法计算了桥墩纵向温差作用引起的墩顶纵向位移, 分析了墩顶位移影响下桥上无砟轨道无缝线路纵向力与位移的分布规律。分析结果表明: 当各墩顶发生均匀位移时, 多跨简支梁桥和大跨连续梁桥上无砟轨道无缝线路纵向力分布规律及其最大值一致, 且随着墩顶均匀位移的增加而线性增大, 轨板相对位移峰值均出现在两侧桥台、台后锚固结构末端以及第2跨和最后一跨固定支座墩顶处; 当墩顶均匀位移为5 mm时, 多跨简支梁桥和大跨连续梁桥上钢轨最大纵向力分别为79.62和79.54 kN, 最大纵向位移分别为4.94和4.91 mm, 轨板最大相对位移均为0.23 mm; 当各墩顶发生不均匀位移时, 钢轨纵向力及轨板相对位移均在邻墩位移存在差异处发生突变, 多跨简支梁桥上固结机构纵向受力大于大跨连续梁桥; 对于高墩桥梁, 需重点关注相邻墩身高差最大处的轨板相对位移、底座板与桥梁相对位移及固结机构的纵向受力。更多>
2020, 20(4): 80-90. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2020.04.006
摘要(912) HTML (196) PDF (1407KB) (3046)
改性沥青疲劳破坏判定指标适用性
王淋, 郭乃胜, 温彦凯, 侯一烈, 俞春晖, 尤占平
摘要: 采用Malvern动态剪切流变仪, 在应力/应变2种荷载控制模式下对90#基质沥青、SBS改性沥青、岩沥青改性沥青、胶粉改性沥青、岩沥青/SBS复合改性沥青和岩沥青/胶粉复合改性沥青(RA/CRCMA)进行了时间扫描疲劳试验; 采用5种疲劳失效定义方式确定了改性沥青疲劳寿命; 使用统计学分析方法评价了改性沥青疲劳破坏判定指标的适用性; 采用推荐指标对比分析了改性沥青的疲劳性能。研究结果表明: 基于归一化动态模量确定的指标独立于荷载控制模式和沥青种类; 基于相位角和累积耗散能比确定的指标显著依赖于改性沥青种类和荷载控制模式, 且不具备普适性; 基于耗散能变化率确定的指标仅适用于应力控制模式的疲劳寿命判断; 基于简化耗散能变化率确定的指标受沥青种类影响较小, 对本研究所有试验沥青均具有较好的疲劳寿命评价效果; 归一化动态模量和简化耗散能变化率确定的指标在应力/应变控制模式下的相关系数高达0.94, 平均绝对误差低于20%, 展现出了较好的相关性及等效的疲劳寿命排序结果, 由于其计算简单, 定义明确, 因此, 推荐其作为时间扫描疲劳试验中检测沥青疲劳失效的判定标准; 采用推荐指标对本研究试验沥青的疲劳寿命排序可知, 添加18%胶粉和5%岩沥青的RA/CRCMA在应力/应变2种控制模式下均展现出较优的抗疲劳性能。更多>
2020, 20(4): 91-106. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2020.04.007
摘要(955) HTML (182) PDF (2665KB) (3178)
降雨入渗下裂土边坡水分运移时空特征与失稳机理
周峙, 张家铭, 宁伏龙, 罗易, 王建立
摘要: 为探究降雨入渗下裂土边坡水分运移时空特征与失稳机理, 自主研制了足尺模型试验系统和光纤布拉格光栅(FBG)深部柔性位移系统, 对边坡渐进破坏进行了全过程、多物理量联合监测, 揭示了降雨入渗作用下裂土边坡的渐进变形和破坏演化模式; 基于裂土边坡的渐进破坏模式, 提出了土体饱和比概念, 将裂隙深度范围滑体分为饱和层和非饱和层; 以土体饱和度变化描述了含随机分布裂隙的边坡水分运移规律, 并结合刚体极限平衡法探讨了由裂隙控制的边坡失稳机制。研究结果表明: 对于未形成裂隙的边坡, 连续降小雨时浅层变形受表层基质吸力控制; 裂隙形成后, 雨水沿裂隙快速入渗形成暂态饱和区, 导致基质吸力降幅达82.50%~87.14%, 而由其贡献的抗剪强度迅速损失, 从而形成初期溜滑、片蚀等浅层变形, 降雨停止后坡体仍处于蠕变过程, 坡脚与坡顶位移增幅分别为23.40%和19.39%;蒸发后裂隙规模发展增大了雨水对渗流场的影响范围和边坡破坏规模; 土体经历胀缩、蠕变而变得松散, 裂缝区深部土体体积含水率较初始状态的增幅为205.7%;同一降雨条件下, 初始裂隙深度愈深, 稳定系数愈低, 破坏愈快; 对具有同一裂隙深度的边坡, 其稳定系数随土体饱和比的增加逐渐降低, 土体饱和比增长愈快, 表征边坡内部出现大面积连通型饱和区, 这是裂土边坡出现整体失稳的主要原因。更多>
2020, 20(4): 107-119. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2020.04.008
摘要(1078) HTML (259) PDF (2503KB) (3160)
加筋泡沫轻质土三轴剪切力学特性
许江波, 王元直, 骆永震, 晏长根, 张留俊, 尹利华, 杨晓华, 裘友强, 兰恒星
摘要: 通过三轴剪切试验, 对比在不同加筋率和围压下, 聚丙烯纤维加筋泡沫轻质土的剪切力学特性; 研究了泡沫轻质土各强度参数与加筋率、围压之间的关系, 获取了加筋泡沫轻质土裂纹扩展规律, 建立了应力-应变全曲线方程, 提出了加筋泡沫轻质土各强度参数关于加筋率和围压的本构方程; 将不同加筋率的试验数据归一化处理后进行分析, 得到了加筋泡沫轻质土的应力-应变全曲线方程, 获取了曲线方程中各参数关于加筋率、围压2个变量之间的函数关系。分析结果表明: 加筋泡沫轻质土三轴剪切强度和黏聚力均随加筋率增加呈现先增加后减小的趋势, 在加筋率达到0.75%时达到峰值; 加筋泡沫轻质土的内摩擦角受加筋率影响较小, 说明纤维作用主要是通过改变材料黏聚力来影响加筋泡沫轻质土的强度; 而强度降低率随着加筋率增加呈现明显的下降趋势, 最大从40%左右降低至10%左右时达到稳定; 加筋率一定时, 加筋泡沫轻质土的极限强度和残余强度均随着围压的升高呈增加趋势; 经过分析体积裂纹曲线发现加筋泡沫轻质土破坏时主要经历受压、产生裂缝、纤维承受拉力限制裂缝、裂缝扩展张力过大纤维拔出4个阶段, 而加筋泡沫轻质土达到屈服阶段时往往包括裂纹的稳定扩展阶段和裂纹的不稳定扩展阶段2个裂纹发育过程, 由于缺乏筋材, 泡沫轻质土属于脆性破坏, 因此, 没有裂纹不稳定增长阶段。更多>
2020, 20(4): 120-133. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2020.04.009
摘要(856) HTML (179) PDF (1958KB) (3102)
载运工具运用工程
湿热老化对BFRP粘接接头横向冲击力学性能的影响
那景新, 谭伟, 慕文龙, 栾建泽
摘要: 为了给车辆粘接结构的碰撞安全提供参考, 选取玄武岩纤维复合材料(BFRP)制作了单搭接接头; 根据车辆服役环境, 选取温度/湿度为80℃/30%和80℃/95%两种环境(GWCS和GWGS), 对接头分别进行了0、5、10和15 d的老化, 通过准静态拉伸测试了失效载荷和失效形式随时间的变化规律; 利用差示扫描量热法分析了BFRP和粘接剂在老化前、后的玻璃态转变温度; 对未老化和老化15 d后的接头进行了冲击能量为0、20、40和60 J的横向冲击试验, 分析了能量吸收、最大冲击载荷和最大变形随冲击能量的变化规律, 同时测试了接头失效载荷和失效形式的变化规律。分析结果表明: GWCS环境下, 老化后接头失效载荷下降比较小, 粘接剂发生后固化反应, BFRP发生分子链断裂, 接头更容易发生基体开裂或者纤维撕裂; GWGS环境下, 老化能明显加速接头性能的退化, 容易造成粘接剂与BFRP界面发生水解和膨胀, 老化15 d后失效载荷下降了54.99%, 失效断面为界面与内聚为主的混合失效; GWCS环境下, 老化后接头具有较好的承受冲击载荷和抵抗变形的能力, 冲击后失效载荷变化不大; GWGS环境下, 老化后接头受横向冲击影响明显, 承受冲击载荷和抵抗变形的能力较差, 在60 J冲击后接头表面损伤严重, 失效载荷下降明显, 下降幅度为58.71%, 失效断面为界面与内聚为主的混合失效, 损伤裂纹较为明显。可见, 车辆服役过程中, 粘接结构需尽量避免受高温高湿环境的作用, 尤其注意横向冲击对老化后粘接结构的影响。更多>
2020, 20(4): 134-144. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2020.04.010
摘要(822) HTML (175) PDF (3280KB) (3003)
基于改进模糊PID-Smith控制器的高速动车组停车方法
李中奇, 许健
摘要: 为解决动车组制动过程中电制动与空气制动切换时控制模型参数变化和空气制动延时大的问题, 以提高动车组停车的精确性, 提出了一种改进模糊PID-Smith控制器; 通过分析动车组制动过程中单个车厢的力学模型, 考虑列车制动过程的特点, 建立了关于运行速度和制动力的二阶纯延时传递函数; 将离散化的二阶纯延时传递函数与单个车厢的力学模型结合, 建立了动车组多质点控制模型, 并分析了该控制模型的特点; 提出了一种改进的模糊PID-Smith控制器, 通过引入Smith预估控制器解决了动车组制动过程中空气制动系统延时大的问题, 使用递推最小二乘法在线辨识了模型参数, 以解决动车组制动过程中电制动切换到空气制动时的模型参数变化问题; 采用模糊PID控制器代替Smith预估控制器中的PID部分, 解决了PID参数整定难和鲁棒性差的问题; 采用MATLAB软件对CRH380A型高速动车组进行仿真, 在不同进站速度、不同减速度和不同程度干扰下, 使控制器控制动车组跟踪设定速度, 并与模糊PID控制器的结果进行对比。仿真结果表明: 改进模糊PID-Smith控制器得到的动力单元速度与其设定速度的误差在0.4 km·h-1以内, 而模糊PID控制器的误差在1.0 km·h-1以内; 采用提出控制器得到的停车误差在0.3 m以内, 而模糊PID控制器的停车误差在1.5 m以内; 提出的控制器满足高速动车组运行过程中停车误差小于0.3 m的要求。更多>
2020, 20(4): 145-154. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2020.04.011
摘要(887) HTML (180) PDF (1136KB) (595)
高速列车转向架构架载荷识别与分布特性
陈道云, 林凤涛, 孙守光, 牟明慧, 肖乾
摘要: 以某型高速列车转向架构架为对象, 研究了高速列车转向架构架载荷识别与分布特性; 分析了基于动应力响应识别构架载荷的原理并基于截断奇异值法对构架载荷进行了反推识别, 采用核密度估计法对构架载荷极值分布特性进行了分析, 基于3σ准则获得了不同出现概率下的构架载荷极值区间, 利用雨流计数法编制了构架载荷的二维载荷谱并基于Goodman方程将二维载荷谱等效转换为一维载荷谱, 基于一维载荷谱分析了各载荷系载荷的累积频次分布规律。研究结果表明: 对于本文研究对象而言, 当截断数目为1时, 载荷识别结果的相对误差最小; 载荷极小值与载荷极大值的概率密度分布整体相对于坐标系的纵坐标轴对称, 涵盖载荷范围越大的载荷系, 其概率密度的极值越低; 齿轮箱载荷系极大值与极小值涵盖的载荷范围最大, 最大载荷达到25 kN, 制动载荷系、侧滚载荷系与横向载荷系次之, 最大载荷达到了15 kN, 浮沉载荷系的最大载荷约为5 kN, 扭转载荷系极值涵盖的范围最小, 最大极值约为3 kN; 随着出现概率的增大, 各载荷系极值区间也逐渐变大; 各载荷系的二维载荷谱均有明显的载荷频次极值, 各载荷系的载荷频次极值均出现在低幅值区域; 对于二维载荷谱等效后的一维载荷谱累积频次分布, 各载荷系总累积频次相当, 齿轮箱载荷系的最大载荷幅值明显大于其他载荷系, 其他载荷系的最大载荷幅值由大到小依次为侧滚载荷系、制动载荷系、浮沉载荷系、横向载荷系和扭转载荷系。更多>
2020, 20(4): 155-164. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2020.04.012
摘要(1086) HTML (198) PDF (1871KB) (783)
车轮扁疤激起的轴箱轴承冲击特性
查浩, 任尊松, 徐宁
摘要: 以CRH2型动车组为研究对象, 建立包含轴承的车辆-轨道动力学分析模型, 通过数值积分获得了轮轨冲击力时间历程、轮对和轴箱振动加速度时间历程、滚子与外圈滚道接触载荷时间历程; 结合已有的车轮扁疤分析模型, 研究了扁疤长度、车辆运行速度对轮轨冲击力的影响, 分析了扁疤冲击下轮对、轴箱的振动加速度响应特征以及外圈滚道接触载荷响应特征。研究结果表明: 轮对和轴箱受到的冲击加速度均随扁疤长度呈现增长的趋势, 轴箱受到的冲击加速度大于轮对受到的冲击加速度, 且轴箱受到的冲击加速度增长更快; 车轮扁疤会对外圈滚道接触载荷产生影响, 在滚道承载区域, 车轮进入扁疤区域时产生的冲击载荷作用效果为减小滚子外圈接触载荷, 在车轮离开扁疤区域时产生的冲击载荷作用效果为增大滚子外圈接触载荷, 在滚道非承载区域, 滚子与外圈同样会产生多次冲击; 车速为300 km·h-1, 扁疤长度小于30 mm时, 车轮进入扁疤区域滚子外圈受到的冲击载荷大于车轮离开扁疤区域滚子外圈受到的冲击载荷, 扁疤长度大于30 mm时, 车轮进入扁疤区域滚子外圈受到的冲击载荷小于车轮离开扁疤区域滚子外圈受到的冲击载荷; 在整个滚道区域内, 扁疤激扰激起的滚道冲击载荷呈左右对称分布, 且滚道区域越靠近对称轴, 受到的冲击载荷越大。更多>
2020, 20(4): 165-173. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2020.04.013
摘要(741) HTML (153) PDF (632KB) (564)
高速列车运行时不同转向架区噪声特性
王东镇, 葛剑敏
摘要: 以中国某型高速列车为研究对象, 针对高速列车运行时主要噪声来源之一的转向架区噪声开展试验研究, 掌握其噪声特性和规律, 研究了不同类型和位置的转向架区噪声特性, 预测了不同速度下转向架区噪声水平和频谱特性; 基于一定的假设, 采用测试数据类比法对车头转向架区噪声成分进行分离。研究结果表明: 列车在200~350 km·h-1速度范围内运行时, 车辆主要噪声源集中在转向架区; 转向架区噪声表现为车头转向架区噪声大于车尾转向架噪声, 200 km·h-1运行时车头转向架区噪声大于车尾转向架区噪声约3 dB(A), 主要原因为在车头转向架处气流冲击导致的气动噪声大于车尾转向架处涡流导致的气动噪声; 中间动车转向架区噪声大于中间拖车转向架区噪声, 200 km·h-1运行时中间动车转向架区噪声大于中间拖车转向架区噪声约5 dB(A), 主要原因为相比于中间拖车转向架区噪声, 中间动车转向架区增加了牵引系统噪声; 随着运行速度的提高, 转向架区噪声在全频段内显著提高, 噪声峰值频率也会增大, 主要原因为车轮滚动噪声所致, 速度越大, 其轨枕冲击频率越高; 中间拖车转向架区噪声随速度增长的3次方关系符合轮轨噪声随速度的增长趋势, 对于车头转向架区噪声来说, 气动噪声成分更加显著, 并且随着运行速度的提高, 气动噪声所占比重呈增加的趋势。更多>
2020, 20(4): 174-183. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2020.04.014
摘要(917) HTML (210) PDF (880KB) (628)
交通运输规划与管理
中国高速公路运输态势
李彬, 肖润谋, 闫晟煜, 马健
摘要: 挖掘了中国高速公路13年的客货车运输量、车辆结构、运行速度、运输密度、货车空驶和货车超载等历史数据, 分析了高速公路上客货车运输态势。分析结果表明: 2018年高速公路行驶量为7.32×1011 veh·km, 其中货车行驶量为2.21×1011 veh·km, 客车行驶量为5.11×1011 veh·km, 高速公路行驶量与车道里程相关系数高达0.99; 2018年高速公路旅客周转量达到1.77×1012人次·km, 相当于2006年高速公路旅客周转量的3倍, 相当于同年铁路旅客周转量的1.25倍; 随着私家车保有量的增加, 7座以下客车出行总量和比例均持续大幅增长, 已从2006年占高速公路总旅客周转量的29.75%, 增长至2018年的71.74%;2018年中国高速公路货物周转量为2.99×1012 t·km, 较2017年同比增长约4.25%;2018年高速公路货物周转量占全社会营业性货车货物周转量的42.00%, 且高速公路运输量波动与经济周期基本同步; 中国各省高速公路客货车运输较为合理; 2018年各省旅客和货物运输密度的基尼系数分别为0.36和0.30, 均处于相对合理区间; 2018年高速公路货运车辆结构进一步优化, 与2017年相比超载现象降低了1.63%, 货车空驶现象增加了4.28%。更多>
2020, 20(4): 184-193. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2020.04.015
摘要(1100) HTML (173) PDF (625KB) (763)
基于经验模态分解与长短时记忆神经网络的短时地铁客流预测模型
赵阳阳, 夏亮, 江欣国
摘要: 为降低样本噪声对客流预测模型的干扰, 结合深度学习理论, 提出了一种基于经验模态分解与长短时记忆神经网络的短时地铁客流预测模型; 将预测过程分为3个阶段, 第1阶段预处理原始地铁刷卡数据, 构建进(出)站客流时间序列, 运用经验模态分解法将时间序列转化为一系列本征模函数及残差, 第2阶段利用偏自相关函数确定长短时记忆神经网络的输入变量, 第3阶段基于深度学习库Keras, 完成长短时记忆神经网络的搭建、训练及预测; 以上海地铁2号线人民广场站客流数据验证了模型的有效性。计算结果表明: 与代表性的预测模型(差分自回归移动平均模型、支持向量机、经验模态分解与反向传播神经网络、长短时记忆神经网络)相比, 经验模态分解与长短时记忆神经网络预测模型分别将工作日高峰、平峰、全日的进(出)站客流预测精度分别至少提升了2.1%(2.5%)、2.7%(3.5%)、2.7%(3.4%), 将非工作日全日的进(出)站客流预测精度至少提升了3.3%(3.5%), 说明经验模态分解与长短时记忆神经网络的组合是一种预测短时地铁客流的有效模型; 当预测步长由5 min逐渐增加至30 min时, 工作日高峰、平峰和全日进(出)站客流的平均绝对百分比预测误差分别由14.8%(13.9%)、16.8%(17.4%)和16.6%(17.0%)逐渐降低至7.0%(6.2%)、8.3%(7.5%)和8.1%(7.4%), 说明该方法预测误差与预测步长呈负相关。更多>
2020, 20(4): 194-204. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2020.04.016
摘要(1628) HTML (421) PDF (963KB) (846)
考虑配载计划的铁路集港箱位指派
常祎妹, 朱晓宁
摘要: 为了提高集装箱港口内堆场的装卸作业效率, 建立了以压箱数最小为目标的出口集装箱箱位指派模型; 考虑铁路运输箱成批到达和公路运输箱到达存在随机性的不同特点以及配载计划的影响, 设计了基于预测方法的启发式算法; 根据公路运输箱的到达特点, 利用马尔科夫链预测公路运输箱的到达顺序; 考虑箱位指派模型的特点, 设计了箱位指派求解算法对铁路运输箱和公路运输箱进行箱位指派, 利用MATLAB软件仿真测试了提出的模型与算法; 通过小规模试验验证了模型和算法的可行性和有效性, 并进行了2组大规模对比试验, 一组对比试验为铁路运输箱和公路运输箱混合堆存模式与铁路运输箱和公路运输箱分开堆存模式, 另一组对比试验为提出的算法与传统堆存算法。分析结果表明: 混合堆存模式比分开堆存模式的压箱数少27.9%, 提出的算法比传统堆存算法的压箱数少37.7%;混合堆存模式可有效减少压箱数, 提出的算法不仅可以有效解决小规模集装箱堆存问题, 还可以解决大规模集装箱堆存问题, 有效提高了堆场的装卸效率, 为集装箱的装船作业提供了便利。更多>
2020, 20(4): 205-216. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2020.04.017
摘要(873) HTML (177) PDF (773KB) (602)
交通信息工程及控制
ADS-B历史飞行轨迹数据清洗方法
王兵
摘要: 为有效解决广播式自动相关监视(ADS-B)历史飞行轨迹数据受地面站分布广度、地形阻挡、电磁干扰等影响而出现的各种字段数据异常情况, 建立了ADS-B数据清洗方法, 并将其分为确定清洗对象、字段去重、异常点清理和时间戳修正这4个步骤; 根据已有样本ADS-B历史数据各字段建立了航迹模型并进行有效性分析, 将时间戳、经度、纬度、气压高度和地速等字段定义为特征字段, 并作为清洗对象; 对ADS-B航迹点序列的时间戳、经度和纬度进行去重, 删除数据重复的相邻航迹点; 为提高清洗效率, 使用有噪声的密度聚类(DBSCAN)方法找出特征字段中的离群点, 并进行异常检测与修正; 为使航迹点状态变化符合质点运动学规律, 使用ADS-B航迹点的经度、纬度、气压高度和地速等字段数据修正时间戳, 并存入已扩展的修正后时间戳字段。研究结果表明: 516个样本航班中有97.58%的异常航迹点被有效识别并清理, 清洗后的航迹点状态更具有渐变性特征; 修正前后的总飞行历时存在10~600 s的差异; 时间戳修正效果主要依赖于地速的准确度, 在实际工程中可根据样本航迹的数据特点有选择地使用时间戳修正值; 建立的ADS-B数据清洗方法可为民用航空工程项目中的飞行轨迹分析、评估与计算等方面提供前期数据处理平台。更多>
2020, 20(4): 217-226. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2020.04.018
摘要(1409) HTML (364) PDF (765KB) (708)
基于在线有向无环图的船舶轨迹压缩算法
张远强, 史国友, 李松
摘要: 为了解决船舶轨迹数据的压缩问题, 提出了一种船舶轨迹在线压缩算法; 使用多次滑动推算船位判断方法清洗船舶轨迹, 使用在线有向无环图在干净轨迹上建立压缩路径树并输出采样点; 为了提高轨迹队列和路径树在内存中的查询速度, 使用哈希表对其进行管理; 为了验证提出算法的效果, 比较了真实船舶自动识别系统数据与方向保留算法、道格拉斯-普克算法的压缩时间和误差, 采用可视化方法分析了原始轨迹、清洗轨迹和压缩轨迹。试验结果表明: 在压缩时间方面, 方向保留算法和道格拉斯-普克算法的压缩时间分别约为提出算法的1.1、1.3倍, 说明提出的算法比其他2种算法的处理时间更短; 提出的算法在压缩过程中保留了时间信息, 平均同步欧氏距离误差在任何压缩率下都能保持在10 m以下, 最大同步欧氏距离误差在压缩率为1%时仅有127 m, 而其他2种算法的平均同步欧氏距离误差和最大同步欧氏距离误差不受控制, 会随机变化; 在垂直距离误差方面, 提出的算法与道格拉斯-普克算法在压缩率不小于5%的条件下, 都能保证垂直距离误差小于20 m, 而方向保留算法的垂直距离误差会随机变化; 在显示效果方面, 提出的算法能有效清除轨迹噪声点, 压缩轨迹能够较好地代表原始轨迹的宏观交通流情况。可见, 提出的算法能更高效地保留原始轨迹的形状和时间信息。更多>
2020, 20(4): 227-236. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2020.04.019
摘要(892) HTML (295) PDF (966KB) (731)

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