交通运输工程学报

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2024年第24卷第5期封面与目录

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刘状壮, 黎耀诚, 王峰, 沙爱民

摘要: 为评价公路光伏边坡(HPVS)的风荷载情况，采用刚性测压风洞试验研究了风向角、组件倾角、边坡坡度和阵列位置等参数对公路光伏边坡风荷载的影响规律，提出了边坡坡度影响因子和风向角影响因子，并基于风洞试验结果给出了考虑风向角和边坡坡度的HPVS风荷载标准值修正参数和计算方法。研究结果表明：HPVS的风荷载特性存在显著的边坡效应，且HPVS下游组件受边坡效应的影响更加突出；在正风向角时，HPVS具有风荷载放大效应，表现为小坡度时放大风压力，大坡度时放大风吸力；在负风向角时，HPVS具有风荷载阻滞效应，大坡度时风荷载接近0；在小坡度条件下，风向角为30°时HPVS风压力最大，在风向角为150°时风吸力最大；HPVS组件倾角的变化会显著改变公路边坡效应，相比无边坡时，有边坡时HPVS组件倾角对其整体体型系数影响更加剧烈；在相同边坡坡度下，HPVS组件的体型系数随倾角的增大而增大，边坡坡度为30°时，随着HPVS组件倾角的变化，HPVS所受风荷载甚至由风吸力转变为风压力；边坡坡度小于20°时，组件整体与下表面体型系数在正风向下受边坡坡度影响较小，边坡效应不显著，边坡坡度大于20°后，其对正风向下组件整体和下表面体型系数的影响逐渐增强，边坡效应愈发显著；边坡坡度与组件倾角一致时，HPVS整体风荷载受边坡结构扰动较小。综上所述，研究结果为HPVS设计提供了风荷载计算基础依据。更多>

2024, 24(5): 1-11. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.05.001

摘要(24) HTML (8) PDF (4189KB) (3)

铁路清洁自洽能源宜能空间识别

滕婧, 李龙恺, 杨淇, 师瑞峰

摘要: 为了智能识别铁路沿线的清洁自洽能源宜能空间，构建了一个包含210张分辨率为4 800像素× 2 986像素的铁路遥感图像数据集；针对遥感图像处理领域中多尺度融合单元通道信息不兼容的问题，提出了自注意力机制模块，以增强对多尺度特征的捕捉能力；针对不同尺度高分辨率遥感图像预测结果存在的差异性，提出了多尺度一致性正则化方法(MSCR)，以增强模型对不同尺度图像处理的鲁棒性；综合自注意力机制模块与多尺度一致性正则化方法，对经典的图像分割HRNetV2方法进行了改进，构建了MSCR-HRNetV2方法；在自建的铁路遥感图像数据集和公开的Potsdam遥感图像数据集分别对MSCR-HRNetV2方法进行验证。研究结果表明：在铁路遥感图像数据集上，改进的MSCR-HRNetV2方法取得了81.37%的平均交并比，相较于原HRNetV2方法提高了3.13%，与主流图像分割方法DeepLabV3+相比，提高了3.86%；在Potsdam遥感图像数据集上，MSCR-HRNetV2方法的平均交并比达到了75.96%，相比HRNetV2方法提高了2.01%，与DeepLabV3+相比提高了2.19%。可见，改进的MSCR-HRNetV2方法显著提高了高分辨率遥感图像的语义分割性能，从而智能识别铁路沿线的清洁自洽能源宜能空间，为交通能源融合系统的规划和设计提供了重要的技术支撑。更多>

2024, 24(5): 12-22. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.05.002

摘要(12) HTML (5) PDF (11339KB) (3)

不同运行模式下的交通自洽能源系统架构配置优化

黄虹鑫, 胡力群, 张懿璞, 徐先峰

摘要: 为推进交通空间内的可再生能源利用，针对复杂多变的交通环境及工程建设运营条件，提出了4种运行模式及对应的交通自洽能源系统架构，并建立每种运行模式下的系统架构配置优化模型，使用改进非支配排序遗传算法对配置优化模型进行求解；结合案例对不同运行模式下的系统架构配置方案的影响因素进行分析，给出了不同运行模式下的系统架构配置方案性能特征及适应交通环境。研究结果表明：运行模式A的经济性和环保性最好，建设条件容易达到，但系统可靠性最差，无附加约束情况下模拟运行结果显示缺电概率为6.7%，低重要性负荷断电概率为23.23%；运行模式D的系统可靠性最佳，但对并网条件要求高，并网联络功率可达483.53 kW；模式B和C的特征较为均衡，可应用交通环境最多；不同优化目标的优化方向存在冲突，技术或环保性能指标每提高1%，经济投入都将增加数百万元；弃电率主要影响输出功率具有强烈波动的电源及储能的配置容量，本文案例中利用水电时弃电率超过40%；不同约束指标与优化目标之间联动影响，且根据不同约束要求的严格程度差异，存在约束遮盖现象。更多>

2024, 24(5): 23-39. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.05.003

摘要(16) HTML (7) PDF (4465KB) (2)

面向交通与能源融合需求的高速公路设施用能负荷预测

张宇飞, 蒋玮, 张硕, 王腾, 肖晶晶, 袁东东

摘要: 为准确预测用能负荷，通过调研高速公路典型构造物用能负荷历史数据，分析了交通量、天气状况、星期、月份以及节假日/工作日等多重因素对用能负荷的影响，采用主成分分析(PCA)方法对这些影响因素进行降维处理，消除原始序列的冗余性；分析了节假日/工作日属性和天气状况等因素对用能负荷特征的影响，提出了高速公路用能负荷预测模型候选数据集(CD)构建策略，在此基础上，采用长短时记忆(LSTM)网络模型对多变量用能负荷预测进行了动态时间建模，并依托广西桂柳高速公路实测数据对提出的预测模型进行了验证。分析结果表明：交通量、天气状况、星期、月份、节假日/工作日这5个主成分累计贡献率为85.54%，是高速公路用能负荷主要影响因素；隧道、收费站和服务区用能负荷的高峰时段分布各异，隧道用能负荷高峰时间波动较小，收费站用能负荷高峰集中在10:00~21:00，服务区用能负荷高峰时间段最短，仅集中出现在11:00~12:00；在不同季节测试日中，采用候选数据集构建策略及PCA处理后，提升了训练集数据的针对性，预测结果的精度也得到了提高，平均绝对百分比误差不超过12.33%，均方根误差不超过3.86，提出的预测模型在不同典型场景的负荷预测中均具有良好的适用性，可为高速公路自洽能源系统设计提供理论支撑。更多>

2024, 24(5): 40-53. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.05.004

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改性剂与沥青相容性作用中分子动力学模拟综述

梁波, 廖威, 郑健龙

摘要: 全面综述了基于分子动力学(MD)模拟的不同类型改性剂与沥青相容性的研究，介绍了MD的基本原理与方法，总结了沥青和改性剂分子模型的建立与环境参数的选取，分析了不同评价指标对相容性结果的影响和MD模拟结果与试验结果的相关性。研究结果表明：MD模拟在研究不同类别改性剂与沥青相容性时，能提供原子水平的理解，在预测性能、探索多种交互作用、优化配比和可视化等方面具有优势，可节省成本和试验时间；对于聚合物类改性剂，主要通过溶解度、扩散系数、均方位移、结合能等指标来评估其与沥青的相容性，对于非聚合物类改性剂，主要通过扩散系数、径向分布函数、结合能等指标进行评价；溶解度对聚合物类改性沥青具有广泛适用性，但非聚合物类改性剂与沥青的热力学性质差异大，评估结果的离散性较大，扩散系数和结合能在评估聚合物类和非聚合物类改性剂与沥青相容性时具有广泛的适用性；由于沥青的化学组成、物理性质、分子之间的相互作用及其在不同条件下的流变行为等多因素的影响，模型参数的准确性需要足够的试验数据来验证，这些因素会影响模拟结果的准确性和可靠性，导致不同模型的适应性和结果具有一定差异；随着计算能力和算法的进步、MD模拟精度和效率的大幅提高，研究者能够更精准地模拟改性沥青在不同温度下的化学结构和动态行为；如果将MD与试验有效结合，实现多尺度研究，有望全面揭示沥青与改性剂相容性的机理，促进材料性能提升与应用领域拓展。更多>

2024, 24(5): 54-85. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.05.005

摘要(20) HTML (7) PDF (33717KB) (2)

基于改进BP神经网络的斜拉桥静力体系可靠度分析

王春生, 何文龙, 张文婷, 姚书奎

摘要: 为提高斜拉桥静力体系可靠度计算效率，基于改进的反向传播(BP)神经网络构建了体系可靠度计算模型，引入了遗传算法(GA)优化BP神经网络，实现斜拉桥关键构件功能函数的高效重构和验算点的快速捕捉，建立了构件可靠指标的GA-BP-GA-Monte Carlo(GBGMC)算法；应用修正的β约界法识别失效历程中的候选失效单元，采用GBGMC计算随结构拓扑模型改变而更新变化的构件可靠指标，搜寻结构主要失效模式，建立了结构失效树；在确定各失效模式等效线性功能函数和相关系数的基础上，利用微分等价递归算法实现了结构体系可靠度计算；通过3个数值算例的可靠度分析，验证了GBGMC的正确性和有效性；以主跨448 m的斜拉桥为例，采用提出的体系可靠度计算模型分析了失效历程各阶段斜拉桥关键构件可靠指标的演化规律，创建了斜拉桥结构体系失效树，实现了结构体系可靠指标的高效计算和控制体系安全性的重要构件识别。研究结果表明: GBGMC的计算误差在0.3%以内, 优于其他传统方法; 正常使用极限状态下, 斜拉桥主跨跨中挠度可靠指标最小, 为2.7, 承载能力极限状态下, 主跨跨中斜拉索、索塔处主梁和索塔拉索锚固区下部可靠指标相对较小，分别为3.1、3.6和3.9, 为失效历程第一阶段候选单元，失效风险大; 搜寻19个获得承载能力极限状态的主要失效模式, 计算该斜拉桥体系可靠指标为3.8, 可为斜拉桥设计优化和维养决策体系安全性管控提供量化分析依据。更多>

2024, 24(5): 86-100. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.05.006

摘要(21) HTML (6) PDF (8799KB) (2)

干湿循环作用下HPC-NC梯度柱氯盐侵蚀试验与寿命预测

孙胜江, 杜睿智, 葛佳辉, 梅葵花, 刘建忠

摘要: 为提高海洋潮汐与浪溅区钢筋混凝土结构受氯盐侵蚀的耐久性，提出了一种高性能混凝土(HPC)-普通混凝土(NC)梯度柱新型结构，设计了一种干湿循环试验方法进行氯盐侵蚀试验，研究其在不同试验参数影响下内部氯离子的传输规律；通过理论推导与拟合计算，建立了混凝土内部氯离子分布的简化计算模型，并验证了模型的合理性；基于所建简化模型，对设计的梯度柱进行了钢筋初锈时间的寿命预测。研究结果表明：采用功能梯度结构能有效适应潮汐与浪溅区结构上部受干湿循环作用、下部受长期浸泡作用的侵蚀特点，不同外掺剂组合作用抑制了氯离子的侵蚀，HPC内自由氯离子含量比NC降低了17.7%；表面氯离子含量随时间而增大，并有趋于稳定的趋势，符合指数分布特征；无论是长期浸泡作用还是干湿循环作用下，氯离子扩散系数均随作用时长增加而减小，其减小速率随时间增加而降低，最终趋于稳定；根据建立的氯离子分布简化计算模型得到的氯离子分布曲线，与试验及相关文献的氯离子分布曲线相对误差在12%以内；得到了60~80 mm保护层厚度下有无外掺剂时钢筋初锈的预警时间分别为41~85和26~47年，因此，掺加阻锈剂与侵蚀抑制剂可显著提高HPC-NC梯度柱的寿命。更多>

2024, 24(5): 101-112. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.05.007

摘要(14) HTML (6) PDF (10866KB) (2)

闽浙编木拱桥燕尾榫节点力学模型

杨艳, 郑裔, 黄聪燕, 韦建刚, 吴庆雄, 陈宝春

摘要: 开展了闽浙编木拱桥燕尾榫节点足尺模型拟静力试验，分析了闽浙编木拱桥与古建筑木结构中燕尾榫节点受力机理的异同，探讨了燕尾榫节点受力模型应用于闽浙编木拱桥燕尾榫节点的适用性；根据力学平衡和变形协调条件，建立了考虑节点拔榫量与榫卯口缝隙的闽浙编木拱桥燕尾榫节点弯矩转角力学模型与计算公式，并通过试验数据和有限元分析验证了闽浙编木拱桥燕尾榫节点力学模型和节点刚度，揭示了转角位移和加载行程对拔榫量的影响和榫卯口缝隙与两端轴力对燕尾榫节点刚度的影响。研究结果表明：弹性阶段闽浙编木拱桥燕尾榫节点滞回耗能能力随两端轴力增加而增大，转角大于0.04 rad时构件进入屈服阶段，挤压变形不能恢复，转角达到0.06 rad时滞回曲线斜率停止增长，加载结束后燕尾榫节点未破坏；由于闽浙编木拱桥与古建筑木结构中燕尾榫节点受力机理不同，古建筑木结构中的燕尾榫节点受力模型不适用于闽浙编木拱桥燕尾榫节点，有限元计算所得闽浙编木拱桥燕尾榫节点弯矩转角与试验结果的误差仅为3.2%，弹性正、负最大弯矩与试验值的误差分别为16.7%与-5.2%，说明建立的弯矩转角力学模型可精准反映出节点在转动过程中的弯矩转角变化规律；拔榫量在弹性阶段主要受转角影响，弹塑性阶段则主要受加载控制位移和加载级数影响；榫卯口缝隙从0.06 mm减小至0.01 mm时，节点刚度从29.46 kN·m·rad^-1增加至52.24 kN·m·rad^-1，反映了燕尾榫节点刚度随榫卯口缝隙的减小而增大的趋势。综上所述，提出的力学模型可为现存闽浙编木拱桥保护、修缮和全桥结构抗震性能研究提供参考。更多>

2024, 24(5): 113-130. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.05.008

摘要(13) HTML (5) PDF (21573KB) (2)

沥青路面强度理论与结构失效特征

杨建军, 黄旺, 吕松涛, 钱国平, 郑健龙

摘要: 为评估和校核沥青路面在复杂应力状态下的失效模式和失效特征，采用经典五大强度理论和统一强度理论分析了等效应力在路面结构内的分布特性，考虑半刚性基层沥青路面、柔性基层沥青路面和倒装式沥青路面这3种典型路面结构方案，通过数值计算解析了各种强度理论所表征的路面结构失效形态。研究结果表明：各种强度理论表征的某种特定路面的结构失效模式和失效层位不同，对于半刚性基层沥青路面，第一、第二和莫尔强度理论主要表征基层底部的弯拉失效，第三、第四强度理论主要表征沥青面层的剪切屈服失效，而统一强度理论主要表征面层和基层的拉、剪组合开裂失效，最大等效应力出现在沥青面层内，可达到0.8 MPa；特定的强度理论在不同路面结构中可能表征为差异性的失效模式，第四强度理论在半刚性基层沥青路面中主要表征沥青面层的剪切屈服失效，而在柔性基层沥青路面中主要表征沥青面层的剪切开裂失效；第四强度理论和统一强度理论所提示的路面结构破坏特征更为合理，反映的路面结构失效信息也更为丰富，这2种强度理论的结合应用可以表征基层、面层开裂和面层车辙等常见病害，从而全面控制路面结构载荷型疲劳破坏；统一强度理论揭示了面层优先发生开裂破坏的力学机理，为实际工程中常见的路面自上而下开裂、纵向开裂等病害提供了新的理论解释机制，并为独立控制面层开裂失效提供了一个可供选择的强度校核指标。更多>

2024, 24(5): 131-143. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.05.009

摘要(19) HTML (6) PDF (9410KB) (3)

复杂服役条件下长寿命水泥稳定碎石疲劳特性

刘超超, 陈梦洁, 张洪刚, 陈杰, 张良奇

摘要: 在不同荷载环境与服役年限等复杂服役条件下, 研究了不同加载模式和加载频率下不同养生龄期和水泥掺量的水泥稳定碎石的疲劳特性, 建立了基于加载速率相关应力比的复杂服役条件下水泥稳定碎石疲劳方程，分析了内部与外部因素影响下水泥稳定碎石疲劳特性的差异, 提出了外因条件下水泥稳定碎石疲劳特性的统一表征模型和内因条件下疲劳模型的转换关系。研究结果表明: 不同养生龄期、水泥掺量的水泥稳定碎石在不同加载模式下, 其强度皆表现出显著的加载速率相关性, 且强度与加载速率呈幂函数关系; 基于加载速率相关应力比的疲劳曲线皆过固定强度破坏点, 统一表征了单次强度破坏特征与循环加载疲劳破坏特征, 且不同外部因素(加载模式、加载频率、试件尺寸与形状等)下疲劳试验结果可统一表征, 精度在95%以上, 不同内部因素(养生龄期与水泥掺量等)下疲劳曲线互呈一定夹角, 在本试验条件范围内夹角与内部因素相关, 可据此建立不同内部因素下水泥稳定碎石疲劳模型转化关系, 疲劳模型显示, 水泥稳定碎石的疲劳特性随养生龄期与水泥含量的增加逐渐趋于稳定。更多>

2024, 24(5): 144-153. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.05.010

摘要(10) HTML (6) PDF (4741KB) (2)

高速列车车内声品质评价综述

钱堃, 沈政华, 谭璟, 刘珂, 段继英, 杜习康, 赵剑

摘要: 从声品质客观评价、声品质主观评价、声品质客观量化模型三方面介绍了当前高速列车车内声品质评价研究现状和结果，归纳了高速列车车内声品质主、客观评价方法，总结了高速列车声品质客观量化模型，探讨了不同模型的优缺点，展望了高速列车车内声品质评价未来的发展方向。分析结果表明：现阶段高速列车声学标准和声学设计目标大多采用A计权声压级作为车内噪声评价指标，但在大多数情况下高速列车车内噪声以中低频率为主，此时A计权声压级不能很好地表征人耳对高速列车车内噪声的主观感受，应考虑使用声品质对高速列车车内噪声进行主、客观评价；未来应重点关注声品质客观参量对高速列车车内声品质适用性的研究，如何提取关键的声品质客观参量是高速列车车内声品质评价研究的重要方向之一；现有的传统客观心理声学参量不能很好地与机器学习模型结合实现声品质的准确评价，将传统声音信号进行特征提取，并结合机器学习模型进行声品质评价分析是未来高速列车车内声品质评价的发展趋势；传统的高速列车车内声品质主观评价方法评价时间长，可重复性差；建立高精度声品质客观量化模型代替传统主观评价方法，以缩短评价时间，提高评价准确性，是未来高速列车车内声品质评价研究的重点方向；传统的多元线性回归模型不能很好地评价高速列车车内声品质，随着机器学习的迅速发展，未来选择合适的机器学习模型结合智能算法优化，开发更准确、高效的声品质评价预测模型是高速列车车内声品质研究的重要内容。更多>

2024, 24(5): 154-172. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.05.011

摘要(9) HTML (3) PDF (15706KB) (2)

复合材料在湿-热-载荷作用下的加速老化与自然老化研究综述

秦国锋, 秦旺招, 糜沛纹, 李铭, 范秋寒

摘要: 针对复合材料在湿-热-载荷作用下的加速老化与自然老化问题，综述了国内外纤维增强树脂基复合材料在加速老化环境(高温环境、湿热环境、湿-热-载荷耦合)和自然老化条件下的微观老化机制(化学性能、表面裂纹)、宏观力学性能(拉伸、剪切、弯曲)的变化规律，总结了耐久性预测方法的一般流程及其应用进展，提出了复合材料老化失效研究的未来发展趋势。研究结果表明：复合材料受湿-热-载荷影响，在微观性能上主要表现为基体、基体与纤维界面、纤维在物质成分或者组织形态损伤等方面的变化，在宏观上主要表现为拉伸、压缩、剪切、弯曲等力学性能的变化；复合材料老化失效预测方法主要包括选择老化性度量参量、建立耐久性预测模型(线性回归、强度中值老化方程、阿伦尼乌斯模型、人工智能模型)、确定加速老化与自然老化等效关系等环节；未来应深入研究复合材料在老化环境中的微观老化机制和宏观老化性能的内在联系、不同老化环境下老化规律的相关性和定量性分析，进一步揭示复合材料在复杂环境下的老化失效机制；在此基础上，积累各种类型复合材料的加速老化和自然老化失效试验数据，建立更为精准的加速老化与自然老化等效关系，从而实现复合材料的耐久性预测。更多>

2024, 24(5): 173-194. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.05.012

摘要(13) HTML (4) PDF (1425KB) (2)

重载机车安全性与钩缓装置承载稳定性研究进展

张志超, 储高峰, 王开云, 吕凯凯, 祖宏林, 韩乐

摘要: 针对重载机车与钩缓装置服役安全性问题，在系统梳理相关线路试验和理论仿真基础上，阐明了钩缓装置受压稳定性、重载机车侧向过岔安全性与车钩分离的产生原因、作用机理和影响因素，提出了机车安全性与钩缓稳定性的提升技术，并展望了未来的研究重点和发展方向。研究结果表明：在列车纵向冲击载荷作用下，重载机车主要安全性问题包括直线与大半径曲线上的压钩稳定性、电制侧向通过道岔安全性和组合编组中部机车车钩分离；对于压钩稳定性问题，扁销钩缓装置在一般水平压钩力作用下依靠钩尾圆弧面摩擦作用能够保持车钩对中稳定，当遭遇极端压钩力时容易发生横向偏转失稳，可通过优化机车二系横向刚度、横向止挡间隙和刚度等方式提升系统整体受压稳定能力，圆销钩缓装置依靠具有机械止挡特性的钩尾钩肩结构，能够抵御大压钩力作用，需与机车悬挂参数合理匹配，提高机车二系横向刚度，可使车钩在更大压钩力下保持稳定状态，但当车钩必然会偏转至钩肩发挥作用时，过大二系横向刚度又会使轮轨横向约束作用增强；对于机车电制通过12号道岔侧线与小半径曲线问题，圆销车钩具有更好的随曲线方向变化的跟随性，通过控制电制力、优化操纵等方式能够有效提升机车侧向过岔安全性；组合编组中部机车车钩分离的作用机理为中部机车所受车钩力出现“过零”状态，牵引或电制力垂向分力释放引起车钩钩头向上弹跳，紧随其后的大拉钩力将连挂车钩呈倾斜状态拉开，除了优化列车操纵、控制车钩高度差等缓解性的措施，根本解决方法是增设防脱装置。该研究工作能为中国重载铁路运输安全性提升、3万吨乃至更高吨位重载组合列车的成功开行提供技术支撑，未来应进一步在系统仿真模型修正、结构参数多目标优化、精细化列车操纵优化、机车安全监测与评估方法等方面开展研究。更多>

2024, 24(5): 195-216. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.05.013

摘要(19) HTML (8) PDF (20449KB) (2)

基于数据驱动的地铁车辆等效缩比模型钩缓结构设计

许平, 黄启, 许拓, 王傲, 阳程星, 王世明

摘要: 为了快速获取地铁车辆碰撞中钩缓结构碰撞特性，研究了地铁车辆钩缓结构设计，提出了一种基于数据驱动的地铁车辆等效缩比模型钩缓结构设计方法；以钩缓结构中橡胶缓冲器为研究对象，建立等效缩比橡胶缓冲器有限元模型并进行缩比试验验证，构建了等效缩比橡胶缓冲器几何参数与力学特性响应面代理模型；以钩缓结构中鼓胀管为研究对象，建立了1/8缩比鼓胀管有限元模型并通过准静态压缩试验验证，构建了基于缩比鼓胀管几何参数耐撞性指标预测模型；为了验证方法的有效性，基于某型地铁头车钩缓结构碰撞试验，针对钩头、缓冲器、鼓胀管开展等效缩比模型设计，开展1/8缩比地铁头车碰撞试验，获得等效缩比钩缓结构力学特性曲线后，将其还原与地铁头车全尺寸有限元仿真结果进行比较。研究结果表明：构建的等效缩比橡胶缓冲器冲击峰值力和平均力响应面代理模型的决定系数分别为0.994和0.992；建立的1/8缩比鼓胀管多种几何参数耐撞性指标预测模型中，多层感知机模型冲击平台力和比吸能的预测结果决定系数均达到0.999；开展的地铁车辆等效缩比模型钩缓结构试验与地铁头车全尺寸有限元仿真结果中，缩比试验与仿真力-位移曲线趋势基本一致，缓冲器的平均力、冲击峰值力误差分别为1.11%、5.62%，鼓胀管冲击平台力、比吸能误差分别为0.59%、2.51%。可见，基于数据驱动的地铁车辆等效缩比模型钩缓结构设计方法能较好地设计等效缩比钩缓结构，在确保缩比模型精确度的同时，降低钩缓结构研究和设计成本。更多>

2024, 24(5): 217-233. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.05.014

摘要(10) HTML (3) PDF (25586KB) (2)

高速列车车体疲劳剩余寿命精准预测与状态修程制定方法

卢耀辉, 艾进鹏, 张雅东

摘要: 为降低高速列车运维成本，提高运行安全性，延长结构的使用寿命，考虑了高速列车服役劣化因素，采用车辆系统动力学方法，计算并编制了车体剩余寿命预测的载荷谱；建立了车体有限元模型和关注点裂纹扩展驱动力的代理模型，实现劣化载荷谱与裂纹动态驱动力的映射；基于先进的CJP模型，建立了考虑裂尖闭合效应和应力比的裂纹扩展模型，并拟合了CJP应力强度因子范围与传统应力强度因子范围的关系；采用Kriging代理模型对裂纹扩展寿命进行了精确积分，进一步提升了寿命预测精度；在车体剩余寿命预测的基础上，使用模态应变能作为指标对高速列车车体的裂纹状态进行监测，构建了状态等级函数，建立了剩余寿命与裂纹状态的对应关系；依据裂纹监测结果评定出状态等级，采用风险评估的方式预测持续运行将造成的后果，根据风险等级制定高速列车车体最经济的维修策略和修程。研究结果表明：空簧左右侧劣化后的载荷幅值最小为107 kN，最大为122 kN，最大劣化程度下载荷谱最大值增大了6.16%；车顶空调安装座(关注点1)和车门角位置(关注点2)的结构应力变化趋势一致，从12.4 MPa增加至15.8 MPa，表明随着部件性能劣化，关注点处应力增大，导致更大的失效概率；根据CJP模型和国际焊接学会(IIW)标准，参数计算的最短剩余寿命里程均位于车体一位端底架横梁与纵向型材连接位置(关注点3)，分别为6.781×10⁶和1.128×10⁷ km，表明使用CJP模型计算的剩余寿命更偏于保守。通过对高速列车的服役性能劣化、结构寿命演化、状态历程恶化等进行系统性研究，建立剩余寿命与疲劳状态的映射关系，提出结合车体剩余寿命与运维策略制定车体状态修程的方法，为推进高速列车维修模式从计划修、故障修到状态修的变革转型提供重要的科学指导价值。更多>

2024, 24(5): 234-247. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.05.015

摘要(8) HTML (8) PDF (10997KB) (2)

风环境下明线运行列车动力包通风和烟气扩散特性

朱奋田, 郑琦耀, 许良中, 昌超, 牛纪强

摘要: 针对内燃机车动力包通风性能以及烟气扩散特性，采用稳态雷诺时均方程和剪切应力运输湍流模型，模拟了横风下内燃动车组流场特性，分析了车速、横风、裙板对动力包通风性能和车顶烟气扩散特性的影响。研究结果表明：列车在明线无横风环境下运行时动力包通风性能最好，随着车速增大，车顶多数空调新风系统进气口烟气浓度上升；强横风可以提升列车动力包中迎风侧风机流量，尤其是同一动力包下游的风机，相比无横风状态，横风下头车风机通风量增幅可达2.35倍，尾车风机通风量增幅可达3.82倍，而背风侧风机流量降低，尤其是位于头车动力包背风侧风机，甚至出现流量丢失，最大风机通风量的反方向增幅可达1.21倍；裙板可有效抑制横风对动力包风机流量的干扰，相比无横风状态，在强横风环境下，有裙板动力包风机通风量的波动幅值最大为28%；无横风环境下，车顶排烟口下游空调新风口中烟气含量最大增幅接近80%，横风可有效改善多数空调新风中的烟气含量，使迎风侧和背风侧新风进气口烟气含量出现明显差异，横风导致烟气偏转使得列车顶部多数新风进气口烟气含量显著降低，甚至可减至0。更多>

2024, 24(5): 248-258. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.05.016

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收费模式重大调整后的高速公路运输量监测方法重构

闫晟煜, 孙可欣, 温福华, 肖润谋

摘要: 阐明了高速公路联网收费数据结构的新变化，改进了运输量监测指标体系；鉴于车货总质量和车型识别数据可靠性严重降低，重构了运输量监测方法；建立了29×29省际客运和货运交流矩阵，分析了京津冀、长三角、珠三角3个经济区的区内运量比；提出了新形势下运输量统计基数调查方法和速度统计中干扰因素的排除方法；通过对比2009~2019年运输量的同比增长率和2019~ 2021年的年均增长率，验证了运输量监测方法的可行性和延续性；分析了旅客行程和货物运距的省内和跨省全路径特征。研究结果表明：2009~2019年货运量、货物周转量的平均同比增长率较2019~2021年的年均增长率分别偏离了2.59%、2.19%；1类客车客运量、旅客周转量分别占总客运量、总旅客周转量的比例在2019~2021年的年均增长率较2009~2019年的平均同比增长率分别提升了0.32%、0.25%，证明重构的运输量监测方法可行，指标延续性良好；限定206 km以内的省内ETC客货车流为约束条件可有效排除速度统计中的干扰因素，客车和货车平均速度分别提升了1.76%、10.38%；根据2021年车辆全路径行驶里程数据，88.86%的旅客行程和81.67%的货物运距分布集中在200 km以内，200 km以内的旅客行程和货物运距集中在50 km以内，集中度为58.09%~67.76%；收费模式调整后，3类货车省内车流的货物运距提升了9.06%，其他车型省内车流的货物运距降低了6.27%~16.81%，6类货车跨省车流的货物运距降低了4.60%，而其他车型跨省车流的货物运距提升了3.21%~8.89%。更多>

2024, 24(5): 259-269. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.05.017

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基于社交隐式模型的运输类飞机人员疏散轨迹预测

陈琨, 李放, 冯振宇, 陈向明, 段龙坤

摘要: 为精准预测运输类飞机在狭窄空间内紧急情况下的乘客疏散轨迹，构建了基于深度学习的社交隐式(Social-Implicit)模型，该模型包括社交区域、社交神经元和社交损失3个模块，通过轨迹聚类和卷积神经网络处理乘客在不同状态下的行为变化和动态交互；基于波音737-800模拟舱应急撤离试验，采集了乘客的运动状态与冲突行为数据，结合社会力模型参数标定生成了训练数据集，利用该数据集对Social-Implicit模型进行训练和验证，并从平均位移误差(ADE)、最终位移误差(FDE)、平均马氏距离(AMD)和平均最大特征值(AME)四方面评估了模型的预测效果。分析结果表明：Social-Implicit模型在构建的应急撤离数据集上表现良好，ADE为0.011 m，FDE为0.02 m，相比苏黎世联邦理工学院行人数据集和塞浦路斯大学行人数据集均降低了97%，AMD和AME精度分别提高了72.4%和94.1%，说明模型在狭窄环境中捕捉乘客轨迹变化方面表现优异；该模型的撤离时间、路径、速度和瓶颈位置预测都与社会力模型结果非常接近，疏散效率分别为1.92和1.93，路径预测能准确捕捉人员卡塞位置，速度误差不超过0.02 m·s^-1，瓶颈位置误差在每平方米0.41人以内，表明模型能够模拟乘客疏散中拥堵特征；与社会力模型相比，基于深度学习的Social-Implicit模型的运行时间从65.000 s显著缩短至0.021 s，模型内存减小了78.02%，因此，Social-Implicit模型能够为民航应急疏散系统的优化提供高效、准确的轨迹预测与性能评估方法。更多>

2024, 24(5): 270-284. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.05.018

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站域建成环境对出租车-地铁组合出行的非线性影响

陈启香, 吕斌, 李显林

摘要: 预处理出租车轨迹数据并提取了出租车行程数据；识别了地铁运营时段内出租车-地铁组合出行，分类为接入出行、接出出行，并划定了地铁站点的潜在影响范围；采用极限梯度提升模型分析了站域建成环境对出租车-地铁组合出行的非线性影响，并引入SHAP模型解释了非线性特征的重要性、方向及阈值现象；运用必要条件分析方法探索了站域建成环境要素对出租车-地铁组合出行的必要性。研究结果表明：站域建成环境对不同类别的出租车-地铁组合出行具有不同的贡献度，其中土地利用混合度、公交站点密度、路网密度、居住用地密度对出租车-地铁组合出行具有显著的必要性；早高峰期间，影响接入出行的重要要素依次是公交站点密度、居住用地密度和路网密度，重要度分别为33.38%、30.10%、19.33%，影响接出出行的重要要素依次是公交站点密度、居住用地密度和路网密度，重要度分别为41.48%、15.61%、14.41%；晚高峰期间，影响接入出行的重要要素依次是居住用地密度、路网密度和公交站点密度，重要度分别为34.13%、23.84%、23.13%；影响接出出行的重要要素依次是居住用地密度、公交站点密度和土地利用混合度，重要度分别为40.88%、20.32%、14.72%；公交站点密度的SHAP值呈现3个阶段变化，以每平方公里15和50个站点为阈值点；路网密度在14 km·km^-2处为重要分界点，低于该值对租车-地铁组合出行为负向贡献，高于该值为正向贡献；居住用地密度超过0.45 m²·km^-2时对租车-地铁组合出行为正向贡献且趋于稳定。更多>

2024, 24(5): 285-300. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.05.019

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智能交通场景下的地图匹配技术综述

李颖, 费怡瑄, 安毅生, 刘洋

摘要: 为推动地图匹配技术的发展，从匹配方法角度深入研究地图匹配算法并分类阐述原理、特点及应用场景，全面介绍了现有地图匹配数据集，总结了地图匹配在智能交通领域的应用场景，提出了地图匹配技术未来的研究方向。研究结果表明：GPS数据的准确性和完整性可能会因多种因素而受到影响，导致轨迹数据变得稀疏，稀疏的GPS轨迹会导致车辆的实际行驶路径无法被准确还原，增加地图匹配的不确定性；车道级匹配需求因智能交通系统的发展、自动驾驶技术的兴起和城市交通网络的日益复杂等因素而日益迫切；未来地图匹配技术的研究方向主要集中在2个方面；对于稀疏轨迹的地图匹配技术，需聚焦数据插值技术，提高轨迹的连续性，运用多传感器数据融合技术，增强定位的准确性和可靠性，应用深度学习技术，提高匹配算法的智能水平；对于车道级的地图匹配技术，重点在于整合高精度地图数据和实时交通信息，提供更准确的道路特征和交通状况信息，优化深度学习模型，识别复杂的交通模式和道路特征，开发适应动态交通环境的算法，提高算法的稳定性和适应性；这些研究方向将有助于提高地图匹配技术的准确性、可靠性和实时性，为智能交通系统和自动驾驶技术提供更有力的支持。更多>

2024, 24(5): 301-332. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.05.020

摘要(11) HTML (4) PDF (7885KB) (2)

船舶远程驾驶控制系统设计与应用

李晨, 严新平, 刘佳仑, 汤敏, 陈光霖, 林楠

摘要: 为保障“岸基驾控，船端值守”模式下船舶的安全高效航行与稳定作业控制，提出了船舶远程驾驶控制系统的定义和“船-岸-云”协同的跨域融合架构；针对随机通信环境下的时变网络传输时延问题，建立递增冗余重传和时延容忍补偿相结合的视频通信处理机制，使用Luenberger状态观测器改进网络化控制性能，避免由于环境干扰或模型失配引起的控制量偏移；以内河典型64 TEU模型船为研究原型，开发系统的模块化功能和标准接口协议，在690 km外控制站验证了方法的有效性。研究结果表明：与直航和路径跟随相比，回转工况对网络波动表现出更高的敏感程度，在极限转角位置和转速抖动处船载底层硬件设备响应时间由124.53 ms上升至135.76 ms；经优化后的视频通信处理机制能够消除5%丢包和40 ms网络抖动影响，端到端传输时延稳定在150~200 ms，视频卡顿率控制在1.2%以内；路径跟随最大横向偏移误差为1.54 m，平均误差为0.61 m，有效提升了远程驾驶控制系统的稳定性与可靠性，能够满足船舶远程驾驶典型业务场景需求；接管时由于驾驶员需要一定时间熟悉船舶当前的驾驶任务和运动状态，系统立刻退出控制回路的方式会导致偏移的增加并出现短暂的抖动和振荡。更多>

2024, 24(5): 333-347. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.05.021

摘要(9) HTML (4) PDF (10948KB) (2)

基于拓扑图的多船会遇场景辨识与分类方法

刘克中, 孔伟, 俞月蓉, 王伟强, 袁志涛, 吴晓烈

摘要: 针对复杂通航水域多船会遇场景表征模型缺乏、船间干扰关系难以辨析等问题，提出了一种基于拓扑图的多船会遇场景辨识和分类方法；考虑船舶随时空动态变化特性，对船舶自动识别系统数据进行时间切片划分，获得了可供研究的距离数据；基于船间哈文森距离引入“查找-验证-调整”聚类算法组成拓扑图时间序列，并自动生成多船会遇场景代表拓扑图；通过SimGNN模型计算了不同会遇场景代表拓扑图相似性，实现了多船会遇场景相似性度量，使用K近邻分类器完成多船会遇场景分类，分析了不同拓扑图数量和不同船舶类型的会遇过程；使用宁波—舟山水域某一天(24 h)真实数据进行试验分析。研究结果表明：通过提出的多船会遇场景辨识算法，精准识别出水域内794个有效多船会遇场景，其中2船会遇场景占比最高，3船会遇场景次之，4船及其以上会遇场景相对较少，该结果和船舶交通管理人员认知一致；多数场景持续时长维持在1 000 s内，生成拓扑图数量保持在100内，数据分布趋势较为近似；同一会遇场景内船舶数量波动较小，验证了所提出辨识算法的稳定性；使用了分类算法后，处于同分类的不同持续时长的场景间船舶类型和代表拓扑图具有明显相似性，不同分类间的场景在变化过程、持续时长、船舶类型和代表拓扑图上具有显著差别。更多>

2024, 24(5): 348-361. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.05.022

摘要(3) HTML (1) PDF (9922KB) (2)

虚拟编组列车的分布式协同预测控制

李中奇, 衷玲玉, 杨辉

摘要: 为提高虚拟编组列车的协同跟踪效率和编队的稳定性，提出了一种基于分布式模型预测控制(DMPC)的多列车交互协同跟踪控制方法，基于单元列车动力学分析建立了虚拟编组领导者-跟随者列车双向拓扑结构的状态空间模型，以改善单向拓扑结构的局限性，使得通信结构更稳固；在代价指标函数中引入邻接系统状态信息，并与自身状态信息进行加权融合，设计了改进的DMPC算法，在运行速度限制、距离限制和控制量限制等约束条件下，通过求解改进的代价指标函数得到了列车最优控制量和最优状态量，实现了虚拟编组列车的分布式协同控制，并从理论上证明了算法的可行性与闭环稳定性；采用实验室配备的列车追踪运行半实物仿真系统进行仿真，以4列CRH380A单元列车组成的虚拟编组列车为控制对象，使其跟踪设定的期望速度曲线，并与其他传统算法进行了对比。仿真结果表明：在不同初始条件下，虚拟编组列车的距离误差和速度误差均能在300 s后收敛，控制输出能满足乘客舒适性要求，且各单元列车在收到速度调整指令后仍可保持稳定编组队形；采用提出的方法得到的虚拟编组列车的速度和距离均方根误差分别为3.32×10^-8 km·h^-1和6.11×10^-7 m，相比传统方法均降低了99.99%，可见，提出的方法的控制跟踪性能优于传统控制方法，且各单元列车的采样时刻仿真时长均能保证在3 ms内，满足高速列车控制系统的要求。更多>

2024, 24(5): 362-378. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.05.023

摘要(11) HTML (4) PDF (11980KB) (2)

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