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2023年  第23卷  第1期

综述
国家自然科学基金委员会交通与运载工程学科2022年度管理工作综述与展望
王之中, 皮大伟, 刘全民, 张代雨, 胡笳
摘要: 为服务“交通强国”建设,提升交通与运载工程基础研究水平,2022年交通与运载工程学科继续以学科建设为抓手,深化以交通运输方式为主导的代码改革,促进各运输体系研究均衡发展。强化需求牵引、问题导向,破除“四唯”倾向,推动科技成果从“书架”走向“货架”。在《交通与运载工程科学问题百问》的征稿工作基础上组织各类研讨、论证,凝练关键科学问题和“卡脖子”难题,有力提升重大、重点类项目立项质量。本文具体内容包括:2022年度交通与运载工程学科基金项目的申请、受理、评审和资助情况,学科有组织科研的初步设想与举措,2023年度学科重大、重点类项目布局等。更多>
2023, 23(1): 1-7. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.01.001
摘要(1361) HTML (223) PDF (1071KB) (379)
聚合物改性剂和石油沥青相容性评价方法研究进展
汪海年, 郑文华, 尤占平, 季节, 李廉, 陈玉
摘要: 综述了6类聚合物改性剂和石油沥青的相容性评价方法,即定性观察法、流变学方法、热力学方法、化学分析法、形貌图法和数值模拟法,分析并比较了各种方法的优缺点与适用性,在此基础上针对聚合物改性剂和石油沥青的共混反应类型特点,建议了适宜的相容性评价方法,并展望了未来聚合物改性剂和石油沥青相容性评价的研究方向。研究结果表明:聚合物改性沥青属于黏弹性材料,基于流变学方法的相分离系数对于检测聚合物改性剂与石油沥青之间的差异较为敏感,适于评价两者之间的相容性;单一评价指标不宜准确评价聚合物改性剂和石油沥青的相容性,建议采用多种分析方法综合评价;对于物理共混的聚合物改性沥青,可以优先采用基于流变学的相分离系数结合形貌图法评价聚合物改性剂和石油沥青的相容性;对于反应型聚合物改性剂和石油沥青的相容性评价,建议采用相分离系数和红外光谱法;基于热力学的分子动力学模拟方法可以通过设置适宜的聚合物模型、作用温度等参数从微观角度进一步模拟和阐释聚合物改性剂和石油沥青的相互作用机理;未来结合聚合物改性沥青实际储存条件建立Cigar Tube试验储存时间区间范围,在此基础上通过适宜的相容性评价方法,动态连续地评价聚合物改性剂和石油沥青的相容性。更多>
2023, 23(1): 8-26. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.01.002
摘要(1366) HTML (446) PDF (24052KB) (191)
列车运行引起地铁车辆段与上盖建筑环境振动研究综述
邹超, 冯青松, 何卫
摘要: 为深化对地铁车辆段与上盖建筑环境振动影响因素的认识,从振源特点、控制标准、传播规律、预测方法及减振措施这5个方面系统回顾了工程实践和研究成果,并探讨了目前存在的问题与后续研究的方向。研究结果表明:现有地铁车辆段与上盖建筑环境振动评价与控制标准不统一,有必要在现行标准的基础上对车辆段进行合理分区,制定科学、统一、合理的标准;上盖建筑振动来源于与轨道不同距离的承重结构能量的叠加,振动量级取决于振动源强、土与建筑结构的耦合损耗以及上部转换结构的能量衰减;从合成振级上看,振动随楼层的变化并非单调增减;从分频振级上看,低频段振动在不同楼层体现出整体振动的特点,在峰值频率以上的高频段随楼层的增大呈衰减趋势;振源随机性、土与结构接触的不确定性、上盖建筑结构的振动传播特性等因素均对振动在建筑内的传播规律有较大影响,也是决定环境振动预测方法准确性的关键因素;应根据车辆段振源特点对其进行分区,对工程设计不同时期进行分段,进一步研究振动传递路径清晰且便于高效应用的上盖建筑振动预测方法;车辆段减振措施设计主要依赖振源处减振,传播路径隔振和敏感目标自身隔振技术的研究与应用明显不足,有必要研究传播路径永久性隔振措施在近振源场的隔振效果与适用性,推进建筑结构减振措施设计与应用,实现振源、传播路径和敏感目标的综合性减振设计。更多>
2023, 23(1): 27-46. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.01.003
摘要(1235) HTML (483) PDF (31299KB) (274)
铁路工务、电务、供电检测装备发展现状综述
杨飞, 涂文靖, 魏子龙, 柯在田, 刘秀波, 杨爱红, 王石磊
摘要: 从铁路工务、电务、供电检测装备的类型、检测对象等角度,梳理了各国检测装备的发展概况,分析了综合检测车、专业检测车、搭载式检测装置的发展历史、技术特点与应用情况,比较了国内外同类型检测装备在设计理念、功能集成、运用维护等方面的差异,分析了中国检测装备存在的不足;在此基础上,借鉴国外先进经验并结合中国实际情况,凝练了中国检测装备的发展趋势。研究结果表明:中国铁路工务、电务、供电检测技术取得了长足进步,部分领域达到或接近世界先进水平;但与实际运营需求相比还存在一定差距,主要表现在检测项目不充足,检测设备自动化和智能化水平较低,检测数据利用不充分,检测成本较高等;针对上述问题,检测装备的发展应朝着检测功能综合化、检测装备小型化与模块化、检测过程智能化与无人化的方向发展,形成可靠性高、检测项目齐全、检测数据精准的现代化检测装备体系,以期实现对铁路基础设施的状态维修和全生命周期管理。更多>
2023, 23(1): 47-69. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.01.004
摘要(1383) HTML (535) PDF (88370KB) (248)
道路与铁道工程
桥梁缆索钢丝疲劳性能影响因素试验
王春生, 吕兴豪, 李熙, 段兰, 姚博
摘要: 为研究桥梁缆索钢丝的疲劳与腐蚀疲劳性能,采用不同强度等级新钢丝、服役7年的斜拉桥拉索钢丝和人工加速腐蚀钢丝开展了缆索钢丝疲劳与腐蚀疲劳试验;根据典型疲劳断口宏观形貌特征,探究了缆索钢丝的疲劳断裂机制;采用威布尔分布函数拟合了缆索钢丝的应力-疲劳寿命曲线,对比了不同钢丝应力-疲劳寿命曲线的差异,揭示了强度等级、应力比、腐蚀损伤和腐蚀疲劳损伤4个关键因素对缆索钢丝抗疲劳性能的影响规律,并建议了相应的疲劳强度曲线。试验结果表明:钢丝未发生腐蚀时抗疲劳性能良好,随着强度等级的提高,缆索钢丝的疲劳强度显著增大,对应的疲劳极限也逐渐上升;缆索钢丝的疲劳强度随应力比的增大而显著减小;腐蚀和腐蚀疲劳损伤均会大幅降低缆索钢丝的疲劳强度,腐蚀疲劳损伤对缆索钢丝剩余疲劳寿命的影响大于单一腐蚀损伤;新钢丝的疲劳裂纹起源于表面划痕或材料不均匀处,对于带腐蚀和腐蚀疲劳损伤的钢丝,蚀坑处存在显著的应力集中,疲劳裂纹源形成于钢丝表面蚀坑处,多源裂纹萌生与裂纹不规则扩展的几率增大;桥梁缆索抗疲劳设计与安全评估时应综合考虑钢丝强度等级、应力比、腐蚀和腐蚀疲劳损伤的影响,试验采用国内桥梁缆索广泛使用的钢丝,得到的疲劳强度可供桥梁缆索抗疲劳设计与寿命预测时参考。更多>
2023, 23(1): 70-79. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.01.005
摘要(658) HTML (217) PDF (12928KB) (127)
基于图像处理技术的低噪声微表处纹理与噪声评价
郑木莲, 陈旺, 王海阳
摘要: 分析了路面微表处噪声产生机理,设计了5种低噪声微表处,并与普通微表处进行对比,测试了不同微表处的构造深度及其噪声值;基于数字图像处理技术构建微表处纹理三维模型,挖掘相关纹理参数以评价不同微表处的构造和噪声特性;提出凸峰分布概率、凸峰面积占比2种路表纹理参数,并分析了该参数与室内噪声的相关性。分析结果表明:与普通中值级配微表处相比,低噪声级配微表处可降低噪声约3.1 dB;橡胶粉通过提高微表处的弹性和吸声特性降低表面构造和摆值,且掺入中值和低噪声级配微表处可分别降低噪声2.0与6.3 dB;水性环氧树脂通过改善微表处施工和易性,减少路面宏观纹理,且掺入中值级配的微表处能实现与低噪声级配微表处相似的降噪效果;基于表面纹理三维模型计算的像素差平均值与微表处的实际构造深度呈显著的线性关系,相关系数为0.94;中值级配和低噪声微表处的凸峰高度分布分别表现为一次函数和正态函数,级配的调整可显著减小低高度凸峰的分布率,且低高度的凸峰数量增加可丰富细观纹理,进而得出凸峰分布概率能够量化微表处纹理的分布特性;凸峰高度0.25 mm是各种微表处凸峰高度分布曲线的拐点,与所有凸峰高度的面积占比相比,凸峰高度大于0.25 mm的面积占比与微表处的噪声具有显著的线性相关性,相关系数为0.98。更多>
2023, 23(1): 80-92. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.01.006
摘要(833) HTML (304) PDF (17548KB) (121)
粗粒硫酸盐渍土区高速铁路水泥固化级配碎石变形特性
张莎莎, 刘亚超, 杨晓华, 李安洪, 陈伟志, 余泽龙, 赵彦虎
摘要: 为了探究粗粒硫酸盐渍土区高速铁路路涵、桥梁等过渡段的水泥固化级配碎石在不同工况下的变形特征及其机理,基于固化路基填料的材料特点,采用0~2.5%含盐量的级配碎石,掺加不同种类及含量的水泥,开展常温下有(无)毛细水上升的变形特性试验;针对固化路基段的基床,开展基础冻融循环模拟试验,同时结合XRD试验分析变形机理;在试验的基础上,选取典型试验材料,开展冻融循环工况下的路基-构筑物模拟试验。试验结果表明:在无毛细水上升工况中,普通水泥配制的含盐级配碎石试样产生的变形可达5%特种水泥掺配试样变形的4.2倍;在有毛细水上升工况中,普通水泥配制试样产生的变形最高可达5%特种水泥掺配试样变形的33.0倍;在不同含盐量条件下,3%~5%特种水泥固化级配碎石对相应普通水泥工况产生变形(毛细水上升导致)的最低抑制率为60%~80%;在6次基础冻融循环条件下,添加普通硅酸盐水泥试样产生的最终变形是添加特种水泥试样最终变形的16.0倍;路基-构筑物冻融循环模拟试验中特种水泥固化级配碎石的最大膨胀变形率仅为0.2%;在粗粒硫酸盐渍土地区,虽然水泥固化路基填料可以减少路基其他变形,但是对于高速铁路等对变形控制要求较严格的工程,周围介质中的盐分因素较难避免,普通水泥无法满足盐渍土地区的路基工程需求,需要采取特种水泥固化等工程措施。更多>
2023, 23(1): 93-104. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.01.007
摘要(499) HTML (184) PDF (8548KB) (80)
采用实测数据实时修正的机场跑道水膜厚度面域分布预估方法
蔡爵威, 赵鸿铎, 钱鑫, 吴鸣涛, 钱劲松
摘要: 为精准预估不同跑道状况与降雨条件下跑道水膜厚度的面域分布,基于二维浅水方程建立了水膜厚度面域分布数值模型,开发了基于格心型有限体积法和HLL(Harten, Lax and van Leer)格式近似Riemann解的数值求解算法;在此基础上,引入水膜厚度的实测数据,通过构造伴随方程,采用梯度下降法获取了实际降雨条件下的最优曼宁系数,从而动态修正了二维浅水方程的计算结果,精准预估了跑道水膜厚度面域分布;采用北京首都国际机场安全预警平台的水膜厚度实测数据和车载式LiDAR系统获取的路面高程数据,计算分析了曼宁系数更新间隔和高程空间采样间隔对模型求解效率和精度的影响,并采用实测数据验证了算法的准确性。研究结果表明:为满足水膜厚度实时监测需求,在综合考虑计算耗时与求解精度的条件下,曼宁系数的最优更新间隔为30~300 s,对于表面平整的道面,高程的最优空间采样间隔为0.1~0.5 m,对于存在车辙等病害的道面,高程的最优空间采样间隔为0.10~0.25 m;在真实降雨条件下,水膜厚度计算值与实测值的平均误差为0.13 mm,最大误差为0.76 mm,满足机场对水膜厚度的监测需求。由此可见,建立的跑道水膜厚度面域分布预估方法能够准确计算出给定高程道面的水膜厚度分布及其时间演化,可为湿滑跑道的抗滑性能评价与风险预警提供可靠的数据支撑。更多>
2023, 23(1): 105-114. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.01.008
摘要(671) HTML (240) PDF (7113KB) (116)
基于实测数据的穿越软塑黄土层大断面隧道围岩与支护动态作用机制
来弘鹏, 赵铭坤, 刘禹阳, 洪秋阳, 黄鹏志, 沈鹏翔
摘要: 选取软塑黄土层分布于隧道拱顶、洞身和隧底3组典型断面开展实测研究,分析了软塑层影响下的围岩变形特征、支护结构力学特征及其差异性,提出了基于实测数据确定支护特性曲线的方法,揭示了软塑黄土层影响下的围岩与支护动态作用机制,给出了相应的防控理念及措施。分析结果表明:隧道围岩变形由大到小依次为软塑黄土层分布于拱顶段、洞身段和隧底段;软塑黄土层分布于拱顶段支护结构拱肩和边墙脚、洞身段拱腰及其以下位置、隧底段拱部和仰拱承受较大围岩压力作用;支护结构承受主要荷载来压方向不同、围岩应力随开挖步序释放率不同及地下水渗流路径不同是3组断面支护结构应力存在差异的直接原因;软塑黄土层分布于拱顶和洞身段时,围岩超前应力释放率约为35%,上台阶开挖支护结构力学性能迅速恶化,软塑黄土层分布于隧底段时,下台阶开挖软塑黄土层对支护结构将产生显著影响;针对上述3类工况,提出的强支护、控侧压和防突沉的防控理念及超前帷幕注浆、大锁脚和基底袖阀管注浆等施工控制措施可有效避免施工灾害的发生。更多>
2023, 23(1): 115-131. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.01.009
摘要(344) HTML (202) PDF (35845KB) (55)
高速铁路钢轨擦伤形成影响因素
侯博文, 秦家栋, 高亮, 马超智, 刘秀波, 王璞
摘要: 基于ANSYS显式动力分析建立了三维瞬态轮轨接触力-热耦合有限元模型,考虑了温度对热-弹塑性材料参数的影响;以初始温度30 ℃、轴重16 t、初始速度300 km·h-1、滑滚比30%工况为例,研究了车轮在经过钢轨典型断面前、中、后3个时刻下钢轨踏面的接触压力、有效塑性应变、温度分布及其变化特征;在此基础上,进一步分析了列车轴重、钢轨踏面状态、列车牵引和制动状态对钢轨踏面最大温升与最大接触压力的影响,并基于钢轨马氏体白蚀层的形成机制讨论了钢轨擦伤的形成机理。研究结果表明:在本文计算工况下,钢轨踏面最大接触压力为1 186.43 MPa,出现在接触区中心位置,车轮通过后钢轨内部存在部分残余热应力和机械应力,钢轨最大有效塑性应变为0.028 2,最大温升为554.55 ℃;随着列车轴重从12 t增大至16 t,钢轨最大温升由339.89 ℃增大至402.79 ℃;钢轨踏面摩擦因数由0.2增大至0.6时,钢轨最大温升由230.93 ℃增大至519.25 ℃;滑滚比由10%增大至40%时,车轮制动和牵引引起的钢轨最大温升分别由264.52 ℃和362.10 ℃增大至700.46 ℃和819.61 ℃,相同滑滚比条件下,牵引工况引起的钢轨最大温升大于制动工况引起的钢轨最大温升,其中在滑滚比增大至40%时,制动和牵引状态下钢轨踏面最高温度分别为700.46 ℃和819.61 ℃,钢轨最大温升均超过相变温度,可导致钢轨踏面产生马氏体白蚀层,从而形成钢轨踏面擦伤。更多>
2023, 23(1): 132-142. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.01.010
摘要(488) HTML (137) PDF (10359KB) (89)
载运工具运用工程
小半径曲线钢轨波磨激扰下列车车内振动噪声特性
牛道安, 魏子龙, 孙宪夫, 杨飞, 柯在田
摘要: 为探究小半径曲线钢轨波磨与车内振动噪声的关系,以高铁站区线路中出现的钢轨波磨为对象,开展了实车试验与轨面平直度现场测试;采用同步压缩小波变换提取了车厢内部振动与噪声信号的时频特征,并引入全局小波功率谱和小波能量比对信号进行量化分析;建立了波磨严重程度与车厢内振动噪声水平的关联关系,对比了车体与走行部构件之间动力响应的差异,探讨了波磨所在曲线半径对车内振动噪声的影响。研究结果表明:在小半径曲线地段,车厢内振动与噪声信号的优势频率为500~550 Hz,与钢轨波磨引起的轮轨冲击频率一致,且该频段的能量在波磨严重区段愈加显著;轴箱与转向架构架振动信号在500~550 Hz频带也存在能量峰值,而轴箱振动信号中出现的330、1 046 Hz等峰值频率被一系悬挂有效过滤,使得构架振动响应中未见此频率成分;在车厢内采集的各项信号中,车体垂向振动响应与钢轨波磨沿线路里程的分布特征最为相关,而车内噪声、纵/横向振动、侧滚运动的相关性次之,摇头运动的相关性最低;与直线和大半径曲线相比,小半径曲线区段的车体振动与噪声水平受钢轨波磨的影响更为显著。更多>
2023, 23(1): 143-155. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.01.011
摘要(313) HTML (116) PDF (24063KB) (72)
牵引电机悬挂参数对高速列车牵引传动部件振动特性的影响
朱海燕, 黎洁, 尹必超, 曾京, 肖乾, 周生通, 谢锋云
摘要: 基于车辆系统动力学理论建立包括柔性齿轮箱体与柔性轮对在内的刚柔耦合动力学模型,应用直接转矩控制理论建立了牵引电机控制模型,利用Simpack与Simulink联合仿真平台建立了机电耦合模型; 考虑轮轨激励、车辆结构振动与谐波转矩等因素耦合作用,通过机电联合仿真对牵引传动部件振动特性进行了频谱分析,对牵引电机悬挂节点径向刚度、轴向刚度及阻尼在不同量级区间内的取值进行了研究。分析结果表明:在牵引电机谐波转矩和车轮多边形作用下,高速列车牵引传动部件出现较为明显的高频振动,牵引电机悬挂节点径向刚度为20~30 MN·m-1时,牵引电机垂向振动达到极小值,齿轮箱体与牵引电机在6倍基波频率及车轮转频处振动加速度较小,且径向刚度较小时车辆安全性指标较优;牵引电机悬挂节点轴向刚度为4~6 MN·m-1时,齿轮箱体与牵引电机受电机谐波转矩及车轮多边形高频激励的影响较小;牵引电机悬挂节点阻尼为0.1~40.0 kN·s·m-1时,转向架部件振动有效值较小,阻尼的变化对车辆动力学指标的影响甚微,且车辆安全性及平稳性指标较优。更多>
2023, 23(1): 156-169. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.01.012
摘要(367) HTML (111) PDF (14166KB) (74)
车辆传动系统变参小波流形融合故障诊断方法
王俊, 王玉琦, 轩建平, 刘金朝, 黄伟国, 朱忠奎
摘要: 应用流形学习方法非线性融合信号在不同小波参数下中央尺度对应的小波包络,研究了强背景噪声下车辆传动系统振动信号故障瞬态脉冲包络的有效提取问题,并与传统信号时频分解方法进行了对比研究;采用不同小波参数对振动信号进行连续小波变换,提取了每组参数下中央尺度上的小波包络;采用基尼指数选择若干包含故障瞬态脉冲信息的小波包络,构造了高维小波包络矩阵;采用局部切空间排列算法对高维小波包络进行流形融合,获得了反映故障瞬态脉冲包络本质结构的小波包络流形;为了验证所提方法的有效性和优越性,采用不同方法对轨道车辆轮对轴承和汽车变速齿轮箱的故障振动信号进行了对比分析。研究结果表明:在分析轴承外圈故障信号时,所提方法基尼指数比传统信号时频分解方法提高27.32%以上;在分析齿轮磨损故障信号时,所提方法基尼指数比传统信号时频分解方法提高26.74%以上。可见,所提方法通过综合具有不同形态的变参小波包络,可以在无需优化小波参数情况下,对车辆传动系统中的不同关键部件故障振动信号具有较好的自适应性,提取的故障脉冲包络中的带内噪声少,故障脉冲特性明显,容易识别其频谱中的故障特征频率,是检测车辆传动系统故障的一种有效方法。更多>
2023, 23(1): 170-183. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.01.013
摘要(292) HTML (119) PDF (19148KB) (56)
复杂传递路径下轴承滚动体故障特征提取
邓武, 李凌锋, 李伟含, 赵慧敏
摘要: 为消除复杂传递路径对轴承滚动体振动信号的影响并提高故障特征提取的能力,研究了基于变分模态分解(VMD)、优化最大相关峭度解卷积(MCKD)和1.5维谱的轴承滚动体故障特征提取问题;分析了轴承滚动体原始振动信号特点、早期故障信号的特性以及复杂传递路径对振动信号的影响,运用VMD将原始振动信号分解为一系列本征模态函数(IMFs),提出了转频分量剔除方法,通过峭度准则优选2个峭度较大的IMFs分量进行重构;基于网格搜索法研究了MCKD算法参数优化方法,用以增强重构信号的周期性故障特征,消除复杂传递路径对轴承滚动体故障信号的影响;利用1.5维谱分析重构信号,建立了复杂传递路径下轴承滚动体故障特征提取新方法,实现了轴承滚动体故障的准确诊断;为了证明方法的有效性,选取美国凯斯西储大学轴承SKF6205基座滚动体数据进行试验验证与分析。试验结果表明:网格搜索法获得了MCKD算法的最优滤波长度与冲击周期参数(365、85),优化MCKD算法增强了重构信号的故障特征,减少了无关频率分量,明显降低了其他成分的干扰;提出的故障特征提取方法在0、735和1 470 W负载条件下均提取到了轴承滚动体的故障特征频率(140.6 Hz)以及二倍频(281.3 Hz)和三倍频(421.9 Hz)等所有倍频分量,且不受负载条件的影响,消除了复杂传递路径对轴承滚动体故障特征提取的影响。可见,提取方法可以有效解决复杂传递路径下轴承滚动体故障特征提取与诊断问题。更多>
2023, 23(1): 184-194. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.01.014
摘要(506) HTML (98) PDF (8819KB) (54)
交通运输规划与管理
多模式复合交通网脆弱性测度
王永岗, 王龙健, 刘志岗, 任璐
摘要: 构建了多模式复合交通网络拓扑模型;在传统测度指标的基础上,从各交通方式的差异性、资源公平性和网络可达性相结合的新视角提出了适用于多模式复合交通网的脆弱性测度,分别为子网敏感度、站点分布均衡度和可达指数;选取3种不同攻击策略进行Python仿真,以特点鲜明的东南沿海发达地区和西南边境山区的实际综合交通网为例,对比分析了网络结构脆弱性的差异性和共同点,多重验证了指标的有效性、稳定性和适用性。研究结果表明:浙江省和云南省多模式复合交通网络均符合小世界网络特性,能够使各交通方式间优势互补,降低网络脆弱性;在3组贡献度参数取值下,无论采取何种攻击策略,当失效节点数量相同时,浙江省子网敏感度从大到小总体趋势为公路网、水运网、铁路网,云南省子网敏感度从大到小总体趋势为航空网、公路网、铁路网;浙江省和云南省的公路网站点分布的基尼系数分别为0.196和0.086,均为分布绝对平均,铁路网站点分布的基尼系数分别为0.559和0.702,均为分布差距悬殊,云南省机场分布的基尼系数为0.363,分布相对合理,浙江省水运网港口分布的基尼系数为0.672,分布差距悬殊,说明需要进一步完善铁路网、水运网和航空网的布局;持续攻击会造成多模式复合交通网络分裂出多个连通子图或孤立节点,使得网络可达性发生突变性下降,为避免这种现象的发生应尽早采取恢复措施。可见,提出的脆弱性测度可以有效刻画综合交通网脆弱性,并发现网络间脆弱性的差异性和共同点。更多>
2023, 23(1): 195-207. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.01.015
摘要(873) HTML (226) PDF (14209KB) (142)
重大公共卫生灾害主动限流背景下城市轨道交通网络集成韧性
马飞, 赵成勇, 孙启鹏, 崔睿颖, 马壮林, 朱玉洁, 王作航
摘要: 分析了重大公共卫生灾害对城市轨道交通网络集成韧性的影响机理;基于韧性曲线模型对传统韧性测度方法进行了修正,构建了面向重大公共卫生灾害影响的城市轨道交通网络集成韧性测度方法;评估了城市轨道交通网络节点重要度水平,运用复杂网络构建了城市轨道交通网络拓扑模型,对节点客流进行了模拟分配;应用SEZIR传染病传播模型模拟了灾害传播过程,研究了城市轨道交通在重大公共卫生灾害背景下的集成韧性水平演化规律;以西安市疫情发展过程为研究对象,对主动客流限制下城市轨道交通网络的集成韧性水平进行了模拟和数值分析。研究结果表明:主动客流限制措施能够有效提高城市轨道交通网络对重大公共卫生灾害的阻断能力,当客流限制水平达到30%后,重大公共卫生灾害传播过程趋于平缓;主动客流限制措施会直接导致城市轨道交通网络运行效率降低,但能够提升城市轨道交通网络在重大公共卫生灾害影响下的集成韧性水平;当客流限制水平分别为70%、40%和20%时,城市轨道交通网络集成韧性水平的改善提升效果更加明显,累积改善效果分别可达到10.73%、46.87%和226.81%。更多>
2023, 23(1): 208-221. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.01.016
摘要(512) HTML (85) PDF (8449KB) (115)
扇区空中交通风险态势网络建模与演化特征
张洪海, 吕文颖, 万俊强, 杨磊
摘要: 为了准确感知空域内空中交通运行态势,提升飞行运行效能,研究了扇区空中交通风险态势的网络建模方法和演化特征,基于实测数据验证了方法的可行性与有效性;在扇区内以活跃航空器为网络节点,依据航空器位置偏差下的冲突关系构建连边,建立空中交通风险态势网络,利用连通分量的概念定义并识别网络内的航空器集群;基于航空器集群特征构建状态向量,进一步划分空中交通风险态势模式;以分类后的态势等级时序为基础,针对各模式的样本进行持续时间分析及建模,讨论了单一态势模式的生存特性与多模式间转移行为的偏好水平;为了验证方法的有效性,以广州管制AR05号扇区的实际数据为样本展开分析。研究结果表明:低风险至高风险模式的生存特性差异明显,平均生存周期分别为82.49、118.11、75.77、90.51 s,中等风险模式是估计生命周期最长且生存率最高的模式;在模式迁移的过程中,集群数目与规模相对简单的风险模式主要表现为前向可达性较高,而回迁及跃迁概率低于0.05;复杂程度较高的风险模式则表现出了较为明显的回迁行为,且概率会随着时间步长的增加(30、60、90、120 s)逐渐趋于稳定。可见,建立的空中交通风险态势网络模型能够较好反映空中交通风险态势信息,提出的演化分析方法可以为空中交通运行提供有益参考,从而发掘空中交通演变的科学规律。更多>
2023, 23(1): 222-241. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.01.017
摘要(437) HTML (127) PDF (25024KB) (80)
考虑延误传播的枢纽机场航班时刻优化方法
曾维理, 刘丹丹, 杨磊, 舒翔, 包杰
摘要: 为解决枢纽机场的航班时刻优化问题,提出了一种考虑延误传播的航班时刻优化方法;根据延误传播因果关系强弱来表征延误传播代价,建立了以最小延误传播代价和最大公平性的双目标函数;为了降低航班时刻存在的先天性延误和保证进离港航班的衔接性,引入了进离港点通行能力、常态化航路流量控制以及航班波特征等约束条件,构建了更加符合枢纽机场运行特征的优化模型;基于求解多目标函数的约束法,设计了两阶段求解算法,将多目标函数求解问题转化为单目标函数求解问题;以上海浦东国际机场为案例,从资源利用率和运行效率两方面进行了试验验证。研究结果表明:优化前4%的时刻属于跑道超负荷运行时刻,优化后不存在跑道超负荷运行时刻;优化前PIKAS和LAMEN大约有5%的时刻、NXD大约有2%的时刻处于超负荷运行,优化后没有进离港点超负荷运行;优化前离港航班平均延误为23 min,有超过50%的时刻延误大于10 min,优化后平均延误为3 min,超过60%的时刻延误小于5 min;优化前进港航班延误为28 min,优化后85%的时刻延误小于5 min;优化前后航班正常率分别为82%、99%,优化后航班正常率提升了17%。可见,优化后的航班时刻在时空分布上更加合理,能够显著提高资源利用率和航班正常率,降低航班延误。更多>
2023, 23(1): 242-255. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.01.018
摘要(471) HTML (116) PDF (5626KB) (90)
交通信息工程及控制
前馈多源信息下异构动力学卡车队列协同控制系统
吴超仲, 杨鑫炜, 贺宜, LUXiao-yun
摘要: 针对目前卡车队列动力学异构性所导致的系统弦稳定性、内部稳定性以及队列耦合性降低的问题,提出了一种异构协同自适应巡航系统控制器设计方法,建立了基于前馈多源信息的异构动力学卡车队列闭环耦合系统;考虑由异构车型所构成的卡车队列存在发动机执行器的饱和态异构问题,建立了发动机饱和性和状态约束条件;在上层协同控制器的基础上,建立了一种非线性下层异构发动机扭矩输出控制模型,用于控制车辆动力学仿真软件TruckSim中的真实车辆模型;建立了基于三维燃油特性图的车辆能耗模型,用于计算实时车辆油耗和节能性分析;通过频域分析法,结合已知异构动力学参数量化标定了协同自适应巡航系统控制器的增益,确保系统满足弦稳定条件。分析结果表明:相比同构动力学控制器,异构协同自适应巡航系统控制器可以确保距离误差在-0.01~0.15 m内,优于同构控制器作用下的-0.3~0.5 m,且当领航车进入匀速行驶状态时,跟随车辆能立刻收敛至相同的行驶状态,收敛性能优于同构协同自适应巡航控制系统;卡车队列节油率最大可达8.15%,随着车头时距减小至0.5 s,平均节油率最大可达8.10%。由此可见,多源前馈信息异构控制系统能有效降低车辆的状态误差传递,设计的前馈多源信息下异构动力学卡车队列协同控制系统能提升队列的弦稳定性,也能保证系统的燃油经济性。更多>
2023, 23(1): 256-266. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.01.019
摘要(457) HTML (100) PDF (7470KB) (87)
基于深度学习的公路货车车型识别
张念, 张亮
摘要: 为判断公路货车车型,并提升货车车型识别的速度与精度,提出基于深度学习的方法对公路货车及其轮轴进行精细化目标检测;采用道路监控拍摄和网络爬取的方式获得了16 403张公路货车侧方图像,建立了货车侧方图像数据集,并采用Retinex理论和加入限制对比度的自适应直方图均衡化(CLAHE)等视觉增强方法预处理所采集图像中的光照不均图像和夜视图像;通过理论分析和对比试验选取单阶段检测网络YOLOv3作为公路货车车型识别的目标检测网络,并从调整先验框和模型输入大小以及引入注意力机制3个方面优化了检测模型;针对单帧图像可能同时出现多辆货车的情况,采用基于目标位置信息挖掘的算法分析了货车与轮轴的位置信息,提出一种通过轮轴中心点与货车预测框位置信息判定公路货车与轮轴隶属关系的方法。研究结果表明:图像经过预处理可显著增强车辆的特征信息,优化后检测模型的网络性能得到提高,通过对目标位置信息的挖掘与利用可以很好地解决货车车型判定问题;优化后的检测模型实时检测速度可达47帧·s-1,对公路货车车型的识别综合准确率达到了94.4%。该方法实现了对公路货车车型的无接触、快速和准确识别,为公路货车车型识别提供了新的手段,符合智慧交通系统的建设需要,可进一步提升道路服务水平。更多>
2023, 23(1): 267-279. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.01.020
摘要(635) HTML (213) PDF (27482KB) (163)
基于预测控制的动车组迭代学习控制方法
李中奇, 周靓, 杨辉, 叶美瀚
摘要: 针对动车组运行过程中存在非线性扰动、参数时变等问题,以提高动车组的速度跟踪精度和乘客舒适性要求为目标,提出了一种基于预测控制的高速动车组迭代学习控制方法;通过采集动车组先前运行过程中的输入输出数据,使用带遗忘因子的最小二乘法实时辨识广义预测控制(GPC)中的预测模型参数并计算预测输出,根据以往过程的平均模型误差修正该预测输出,利用修正后预测输出引出迭代学习控制律,在线实时计算得到新的控制量,实现动车组速度跟踪;采用修正后预测输出设计二次型迭代学习控制律,通过充分学习列车系统的重复性特性来解决传统比例积分微分(PID)型迭代学习参数整定难、收敛速度慢和鲁棒性差等问题,并给出算法的收敛性证明;以实验室配备的CRH380A型动车组半实物仿真平台对该方法进行了测试,建立了列车的三动力单元模型,使其跟踪设定速度曲线,并与一些传统算法进行对比。仿真结果表明:在第8次迭代过程,基于预测控制的高速动车组迭代学习控制方法得到的动力单元速度与其设定的速度和加速度误差分别在0.3 km·h-1和0.5 m·s-2以内,且变化平稳,其性能优于PID、GPC和P型迭代学习控制(P-ILC),满足列车跟踪精度与乘客舒适性要求;在模型参数突变的情况下,采用提出的方法可使列车更为及时地校正模型失配、时变和干扰等引起的不确定性。更多>
2023, 23(1): 280-290. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.01.021
摘要(369) HTML (112) PDF (7219KB) (64)
多尺度特征增强的路面裂缝检测方法
翟军治, 孙朝云, 裴莉莉, 呼延菊, 李伟
摘要: 针对路面裂缝检测不完整和分割出现断裂的问题,提出了一种多尺度特征增强的路面裂缝检测网络MFENet,实现端到端的路面裂缝图像检测、分类和分割处理;设计了多尺度注意力特征增强模块,建立了网络模型的上层多尺度特征通道与底层特征通道权重系数之间的映射关系,以提升有效通道的特征输出;基于路面裂缝的坐标信息和像素语义信息在物理位置上的相关性,设计了多语义特征关联模块,实现不同语义信息之间的特征融合增强,并通过特征维度转换实现对路面裂缝图像的前景特征过滤;提出了一种针对深度特征强度进行量化评估的方法,用于提升模型提取特征能力的可解释性。在自采集数据集上的研究结果表明:MFENet对路面裂缝图像检测的平均精准率和平均召回率相比Mask R-CNN分别提升了4.3%和5.4%,相比基线模型RDSNet分别提升了14.6%和14.3%;MFENet对路面裂缝图像分割的平均精准率和平均召回率相比Mask R-CNN分别提升了6.6%和8.8%,相比RDSNet分别提升了8.1%和9.7%;与Mask R-CNN等主流方法相比,MFENet对不同类型路面裂缝图像的检测、分割精度最高。在公开数据集(CFD、CRACK500)上的研究结果表明:在不同场景下的数据集上,MFENet的检测、分割精度均高于Mask R-CNN等主流方法,模型的鲁棒性更强。另外与RDSNet相比,MFENet在不同数据集上的处理速度也均有所提升。更多>
2023, 23(1): 291-308. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.01.022
摘要(779) HTML (321) PDF (34671KB) (176)