交通运输工程学报

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2024年第24卷第4期封面与目录

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沙爱民

2024, 24(4): .

摘要(207) HTML (107) PDF (840KB) (22)

胡力群, 黄虹鑫, 沙爱民

摘要: 为推进高速公路路域内光伏的应用，以Python程序语言中OpenCV库为工具，提取高速路线图中的路线图像并投影至光辐射量分布图，分析在各辐射区域内的高速公路路线长度及其比例；计算了高速公路各类基础设施的占地面积，并采用JNMM60光伏组件参数计算了高速公路路域内的光伏发电潜力；将高速公路运营期及智慧高速路侧设备的电力需求与光伏发电潜力进行对比，并对光伏建设投资成本进行测算。分析结果表明：高速公路路域内的年平均辐射为1 523.865 kW·h·m^-2，每平米光伏用地年发电量为63.27 kW·h，全国高速公路总体占地面积在2020年底和2025年底分别可达到约4.9×10⁵、6.4×10⁵ hm²，光伏发电潜力巨大；分别仅需在75%的高速服务管理区域及10%的路侧区域内安装光伏设备即可满足高速公路运营期内及智慧高速路侧设备的全部电力需求，且仅需4~6年即可回收建设成本；在高速公路路域内大规模铺设光伏设备仍面临初始建设投资成本巨大、光伏产能技术不足、配套设施需求巨大、光伏设施与道路交通环境相互影响不明、供需空间匹配性较差及大规模光伏规划设计管理系统方法欠缺等困难。更多>

2024, 24(4): 1-13. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.04.001

摘要(586) HTML (119) PDF (6617KB) (72)

考虑光伏不确定性影响的高速公路光储换一体化能源管理策略

王飚, 路捷, 沙爱民, 蒋玮, 刘状壮, 柯吉

摘要: 针对光伏出力不确定因素影响下的高速公路能源管理，分别从确定性光伏出力和不确定性光伏出力2个维度，研究了夏季晴朗日、黄金周和冬季雨雪日3种不同条件的出行场景在并网单一电价和并网分时电价下的光储换一体化的服务区电动汽车换电问题；以光伏自洽率最大和经济效益最高为目标函数，以微电网功率平衡以及供需两端用能特性为约束，建立了考虑光伏不确定因素的高速公路光储换一体化能源管理优化问题模型；考虑到传统遗传算法收敛速率慢、局部搜素能力差与易陷入“早熟”的缺点，提出了一种基于精英保留策略和快速非支配排序策略的改进多目标量子遗传算法。研究结果表明：夏季晴朗日、黄金周和冬季雨雪日的出行场景在考虑不确定性和确定性影响的光伏出力2种情形下皆可保证电动车换电需求，在场景气象条件限制下可再生能源利用率达到10.31%~78.27%，并取得较好的日经济效益，同时在夏季晴朗日、黄金周和冬季雨雪日光储换一体化服务区的CO₂排放量分别下降了62.5%、41.3%和10.3%；从并网用电模式角度考量，分时电价与单一电价相比，其光伏自洽率和碳减排量无显著差异，但日经济效益提升10%，因而分时电价方案比单一单价方案具有更高的性价比。更多>

2024, 24(4): 14-30. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.04.002

摘要(364) HTML (77) PDF (11113KB) (55)

面向多用能需求场景的公路交通自洽微网系统规划方法

师瑞峰, 唐可意, 高毓钦, 贾利民

摘要: 面向交通用能绿色化、清洁化转型需求，提出了基于交通基础设施蕴含的风、光可再生资源禀赋构建绿色、弹性、自洽和可持续发展的公路交通自洽微网系统规划方法；基于公路交通基础设施空间范围内的可再生能源发电装置、储能装置、用能负荷设备及微网系统，构建了“源-网-荷-储”协同联动的公路交通自洽微网系统架构；针对中国不同地域特点、不同自然资源禀赋以及不同电网支撑条件确定的应用场景，提出了西藏、吉林、浙江3种典型场景下的公路交通自洽微网基础模型，在此基础上，考虑微网建设经济性与微网内可再生能源消纳率等因素，以最小化微网年均综合成本为目标，在各能源设备、储能装置的出力约束及微网内的功率平衡约束下构建系统规划模型，采用粒子群优化算法对微网内各能源设备的配置容量进行优化求解；为验证粒子群算法的全局搜索能力与收敛特性，减小算法求解过程中的随机因素，对3种典型场景的规划方案分别进行了50次独立求解的仿真试验。研究结果表明：利用构建的模型和求解方法，在无大电网支撑场景下公路交通自洽微网系统依靠蓄电池和氢储能协同工作，可实现可再生能源自洽率99.95%的配置效果，弃风弃光率仅为1.34%，表明合理的储能配置可以有效减少风光出力间歇性和波动性带来的问题，实现良好的可调节性，保证微网系统的供电可靠性，可为中国公路交通自洽微网系统规划设计提供决策支持。更多>

2024, 24(4): 31-42. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.04.003

摘要(380) HTML (59) PDF (8749KB) (55)

轨道交通能源自洽系统方案设计与配置优化

徐春梅, 张逸飞, 刘苏瑶, 马欣宁, 刁利军

摘要: 为了提高轨道交通能源自洽系统建设的合理性，以京张铁路动车组列车作为研究对象，结合运行场景和线路条件，确定了以铁路功率调节器为基础的风-光-储微网能源自洽系统的拓扑方案；通过对动车组列车纵向运行的牵引计算，分析了列车运行时的能量流动关系，设计了实时能量管理策略；在满足功率合理分配的前提下，以风-光-储能源自洽系统的经济性和轻量化作为优化目标，研究了能源自洽系统配置方案的多目标优化技术；在既定线路与电源约束等条件下，采用粒子群优化算法对能源自洽系统的光伏电池串并联数量、储能电池串并联数量以及风力发电机规模等控制变量进行寻优计算，实现在既定线路条件与目标下的风-光-储能源自洽系统最佳配置方案；以京张铁路下行线路中16组CR400BF型列车的实际线路条件为例，通过MATLAB/Simulink软件对风-光-储能源自洽系统配置优化方案进行验证，综合系统全生命周期总成本(包括初始购置成本、更换成本和购电成本)和占地总体积这2个优化目标，采用3组不同的权重系数进行方案配置优化。分析结果表明：随着经济性目标权重的提高，对应优化配置方案的全生命周期总成本分别降低19 164.9万元(约49.1%)、18 825.8万元(约48.2%)、17 991.1万元(约46.0%)；随着轻量化权重的提高，优化后的能源自洽系统沿线总体积分别减少3 377.2(约50.4%)、3 393.7(约50.6%)、3 446.9 m³(约51.4%)。更多>

2024, 24(4): 43-55. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.04.004

摘要(296) HTML (68) PDF (5975KB) (48)

高速公路自洽能源系统规划中的经济性特点

黄仙, 叶笑容, 纪文童, 冯璋洁

摘要: 为促进交通与能源融合发展，构建了以风-光-储为供电侧，高速公路用电设备为需求侧，且具有合理运行规则的高速公路自洽能源系统架构；以风-光-储设备数量为规划变量，系统等年值成本为优化目标，缺电概率和弃风弃光量等为约束条件，建立了自洽能源系统的规划模型；将设定的系统运行规则转化成具体的运行策略，以西部某地区风、光历史数据及负荷需求数据为输入，进行了算例仿真。研究结果表明：微电网联通功率上限的提升可使自洽能源系统的经济成本明显下降, 当微电网联通功率上限由0增加到1 000 kW时，系统等年值成本减少了8.53%；新能源消纳率的提高将造成经济成本抬升，过高的新能源消纳率追求甚至将导致经济成本的急速攀升，弃风弃光量约束力度的加强使新能源消纳率上涨了9.05%，等年值成本随之上涨了73.86%；负荷分级管理的应用可大幅降低系统经济成本，一级负荷的缺电概率上限不变，将二级和三级负荷的缺电概率上限从0分别改设为0.05和0.20时，自洽能源系统的等年值成本甚至减少了90.97%。可见，微电网联通、负荷分级管理的应用以及合理的新能源消纳率要求可使高速公路自洽能源系统规划的成本更具合理性。更多>

2024, 24(4): 56-70. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.04.005

摘要(299) HTML (82) PDF (10602KB) (45)

基于改进Pareto算法的风/光/氢蓄储公路微电网调度决策优化

郝雪丽, 赵美瑄, 裴莉莉, 李伟, 刘状壮

摘要: 针对公路能源微电网在高峰时段负荷大、突发性负荷波动频繁等问题，提出了一种基于改进Pareto算法的风/光/氢蓄储公路微电网日内调度决策优化模型，以实现微电网在日内运行周期中的电力削峰填谷，完成电力系统最大化消纳风/光机组出力，并达到不同类型能源间的互补和最优化利用；以微电网系统日内运行总成本最低、碳排放量最小、风/光消纳率最大为主要准则构建了目标函数，考虑电功率平衡、风/光能源出力、氢蓄储能以及与外电网交互等多种约束条件，按照优先消纳可再生能源政策制定了出力策略，并输出了区域内微电网最佳调度决策结果；为验证提出模型的有效性、精确度和实用性，以新疆S21公路吉力湖路段的气象数据和电力负荷数据为实例进行了分析。研究结果表明：基于提出的优化模型构建的风/光/氢蓄储公路微电网系统能有效提升风光能源的消纳，与传统Pareto算法和多目标粒子群优化等算法相比，改进后的Pareto算法可使系统在相同微电网结构下的日内运行总成本分别降低8.5%和3.7%，可再生能源消纳率分别提高3.6%和10.1%，碳排放量分别减少14.4%和23.9%。由此可见，基于改进Pareto算法的风/光/氢蓄储日内调度决策优化模型能够在确保公路微电网系统平稳运行的同时，提升风/光/氢蓄储系统的可靠性。更多>

2024, 24(4): 71-82. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.04.006

摘要(310) HTML (89) PDF (4710KB) (43)

港口多能源融合系统综述

袁裕鹏, 许朝远, 李娜, 唐道贵, 袁成清, 钟晓晖, 严新平

摘要: 调研了当前国内外港口风能、太阳能、氢能及其他清洁能源应用现状，评估了多种自然资源禀赋特征，结合港口用能类型与负荷特性，分析了直流并网、交流并网、交直流混联并网3种微电网系统架构和不同储能方式特性；针对风光储氢多能源融合系统整体架构及其“源-网-荷-储”网络架构的特点，提出了多能源融合系统融合模式、匹配方法、能源捕获、安全保障、运行控制等关键技术。研究结果表明：当前清洁能源在港口中存在应用形式单一、利用率较低的特点，港口负荷的能源需求形式多样，采用风光储氢多能源融合系统能够较好地满足港口负荷需求，并克服单一能源的缺点；港口多能源融合模式与架构需要综合考虑港口的实际情况进行个性化设计，一般采用多准则决策的方法来确定最优的能源融合形式，并采用基于多目标优化的方法，综合考虑安全、环境与经济等多种因素确定各个能源的容量；在具体的能源种类选择上，风、光发电结合电解水制氢比较适用于港口的实际应用场景，但需要对氢气的制、注、储、供等关键设备与安保技术进行适配研究；港口负荷和风、光发电都具有随机性，因此，需要研究新的多层次能源管理策略，以优化多能源融合系统的能源调度与负荷匹配，确保多能源融合系统能够安全、稳定、经济地运行。更多>

2024, 24(4): 83-103. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.04.007

摘要(269) HTML (109) PDF (14234KB) (38)

“双碳”目标下交通运输业碳排放脱钩效应与峰值预测

陈涛, 李晓阳, 陈斌

摘要: 为助力交通运输业实现碳达峰、碳中和的战略发展目标，从历史验证和未来预测2个角度分析了中国交通运输业的碳排放变动趋势和影响因素，利用对数平均迪氏分解(LMDI)模型分解了2000至2020年中国交通运输业CO₂排放量变化的影响因素，结合Tapio脱钩模型分析了行业碳排放与经济发展的脱钩状态及脱钩的驱动因素；以影响因素分解结果作为情景分析法指标选择的依据，设定不同情景下的预测指标变动量，利用岭回归构建了STIRPAT预测模型。分析结果表明：研究期内CO₂排放总量呈现逐年增长的趋势，2000至2020年间累计增加了约6.94亿吨，运输强度的降低是碳排放增加的主要抑制因素，累计效应约为-6.26亿吨；人均GDP的增长是碳排放增加的最主要促进因素，累计效应约为12.94亿吨；能源消耗仍然以化石燃料为主，能源结构并未得到显著优化；行业碳排放的脱钩指数处于稳定的下降阶段，脱钩状态有所改善，主要表现为扩张负脱钩、增长连接和弱脱钩3种状态，能源结构的优化是助力脱钩最有潜力的因素；未来中国交通运输业碳排放变化趋势呈现先快速增长，在峰值附近增速减缓，达到峰值后有短期的平台，最后转入下降阶段；基准情景、悲观情景和乐观情景下中国交通运输业CO₂排放量峰值分别出现在2040、2045和2035年，峰值分别约为12.10亿吨、12.63亿吨和11.30亿吨。更多>

2024, 24(4): 104-116. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.04.008

摘要(291) HTML (82) PDF (2667KB) (44)

基于IMPSO-BPNN的天然气掺氢发动机性能预测

段浩, 张猛, 王金华, 张风奇, 曾科

摘要: 为进一步提高传统粒子群算法优化反向传播神经网络(PSO-BPNN)模型的性能，基于惯性权重和加速因子对粒子群优化的影响机制，提出一种采用非线性递减惯性权重和非线性加速因子调整策略的改进粒子群算法优化反向传播神经网络(IMPSO-BPNN)方法；将IMPSO-BPNN方法应用于天然气掺氢(HCNG)发动机扭矩、等效燃料比消耗和NO_x比排放等性能参数的回归分析与预测，并从预测精度、泛化能力和收敛速度3个方面与其他神经网络方法进行了比较，包括PSO-BPNN、遗传算法优化反向传播神经网络(GA-BPNN)和反向传播神经网络(BPNN)方法。研究结果表明：燃空比和点火提前角均可显著影响HCNG发动机的扭矩、等效燃料比消耗和NO_x比排放；以扭矩为预测变量，最优IMPSO-BPNN模型的平均绝对百分比误差分别比PSO-BPNN、GA-BPNN和BPNN方法所建立的最优模型小5.85%、12.62%和17.96%，且最优IMPSO-BPNN模型的相关系数也最大，达到了0.999 86，说明IMPSO-BPNN方法所建立模型的预测性能和泛化能力总体上优于其他方法；以NO_x比排放为预测变量，最优PSO-BPNN和最优IMPSO-BPNN模型的CPU运行时间比最优GA-BPNN模型均减少约95%，说明与GA-BPNN方法相比，PSO-BPNN和IMPSO-BPNN方法在时间维度上优越性明显。可见，本文提出的IMPSO-BPNN方法相比PSO-BPNN和GA-BPNN方法在预测性能和泛化能力方面均有显著的优势，同时能够保证较高的计算效率。更多>

2024, 24(4): 117-128. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.04.009

摘要(147) HTML (50) PDF (3733KB) (32)

路面发电技术综述

周育名, 邓瑶, 刘玉琴, 彭竹仪, 查旭东, 李平, 魏建国, 刘朝晖

摘要: 为系统地了解路面发电技术的研究进展，促进节能减排的绿色智慧道路快速发展，使用CiteSpace软件对2012至2022年路面发电技术研究相关文献进行了计量学分析，对比了光伏发电、温差发电和压电发电3种主要技术的研究进展及其优缺点和适用性；介绍了收集太阳能、热能和机械能转化成电能的基本理论，总结了光伏发电和温差发电技术的路面设计方法，探讨了压电发电技术的发电材料选择、压电换能器装置设计和一体化发电路面系统结构设计，并展望了路面发电技术未来的研究趋势；基于现有路面发电技术研究基础，从材料、结构、施工和运营管养的角度出发，对绿色智慧道路和交通与能源融合发展的需求提出了建议。研究结果表明：针对光伏发电的研究大多基于宏观层面分析光伏路面的可行性，其可为交通基础设施提供电力供应，且能缓解热岛效应，但光伏路面力学性能和电力转化效率研究还存在较大优化空间；温差发电主要依赖路面结构的温度差，可以全天候发电，且能量收集稳定，但目前存在效率较低的劣势，同时需重点考虑温差热电导热装置与沥青路面的力学性能不匹配的问题；压电发电收集能量密度大，可持续性好，具有较好前景，但一些关键问题尚未得到较好的解决，如压电材料的耐久性、压电换能器元件与路面的相容性及刚度匹配性、压电发电系统一体化路面结构稳定性和耐久性等方面仍需进行大量研究。更多>

2024, 24(4): 129-147. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.04.010

摘要(211) HTML (50) PDF (16637KB) (42)

轮轨激励对机车含裂纹齿轮接触特性及应力强度因子影响

朱海燕, 陶则宇, 王宇豪, 王梦威, 张卫华, 肖乾, 易勇

摘要: 使用数值法求解了齿根裂纹故障齿轮的时变啮合刚度，建立了六自由度齿轮动力学模型；采用Newmark法求解裂纹深度为1、2、3 mm齿轮传动系统动态响应，对时域信号进行了分析，计算了不同统计指标对不同故障程度的敏感度；结合多体动力学，建立了机车多体动力学模型，求解了18、19、24阶数车轮多边形激励以及0.5、1.0、1.5 mm波深钢轨波磨激励工况下含齿根裂纹齿轮传动系统接触特性，模拟了不同激励工况下的齿面接触状态。分析结果表明：时变啮合刚度随着裂纹扩展角度和裂纹深度的增加逐渐下降；随着裂纹深度的加深，传动系统的振动冲击愈加剧烈；脉冲因子对裂纹故障特征较为敏感，适合作为裂纹故障特征评价指标；随着车轮多边形阶数和钢轨波磨波深的增加，含裂纹单齿齿面接触力最大值分别约为无激励工况下的3.0和6.4倍，当车轮多边形阶数为24阶时，齿面接触合力和单齿齿面接触力均达到最大值，分别为4 125、1 178 N；Ⅰ型裂纹应力强度因子数量级远大于Ⅱ型裂纹应力强度因子，Ⅰ型裂纹在裂纹扩展中占主导地位，且应力强度因子随着载荷和扩展程度增加而增大，说明轮轨激励的存在会导致含裂纹齿裂纹扩展速率增加，缩短其使用寿命，影响机车的安全运行。更多>

2024, 24(4): 148-160. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.04.011

摘要(154) HTML (43) PDF (14353KB) (36)

服役条件下车-设备耦合的地铁车辆横向振动特性

文永蓬, 吴俊汉, 钟硕乔, 宗志祥, 周慧

摘要: 为了降低车体的横向振动，提高长期服役过程中的地铁车辆乘坐舒适性，建立了含车下设备的地铁车辆横向动力学模型，调研了车辆行驶速度分布以及反映轮轨接触状态的等效锥度在服役条件下的动态变化规律，获得了车-设备耦合下的横向振动特性，形成了车-设备耦合的车体横向减振参数设计方法。研究结果表明：地铁车辆的服役条件会随着车辆的行驶速度和等效锥度改变而动态改变，逐渐增大的轮轨接触等效锥度会导致车辆临界速度降低，加剧车辆的横向振动，横向振动的特征频率会随行驶速度和等效锥度的提高而线性增大，其数值集中在低频1~3 Hz范围；车体与设备在横向发生振动耦合时，设备的质量与弹性悬挂刚度存在最优匹配关系，选取合适的悬挂刚度能显著降低车体的横向振动，适当增加车下设备宽度和侧滚惯量，有助于降低车体的横向振动，为了抑制车-设备的横向振动，要重视横向悬挂刚度的选取，建议选取6.0×10⁴ N·m^-1；车下设备与车体之间采用合适的弹性悬挂连接，让设备横向振动频率与车体的横向振动频率接近，利用车-设备的同频耦合振动，能够降低车体的横向振动，有利于车辆运行品质的提升。更多>

2024, 24(4): 161-170. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.04.012

摘要(152) HTML (47) PDF (10037KB) (30)

铁路施工多目标均衡优化模型与改进NSGA-Ⅲ算法

张燕, 刘佶祯, 秦佳良, 杨兰, 张洪

摘要: 分析了铁路基础设施建设施工方案的特点、优化模型与优化算法，绘制双代号网络图，以工序所需时间为自变量计算了总工期，提出一种考虑资金时间价值的施工成本计算方法；引入系统可靠性理论对施工质量进行量化评估，探讨施工质量安全水平与时间、成本之间相互关系，计算了施工质量安全水平，提出铁路基础设施施工质量-安全-工期-成本多目标均衡优化模型；引入随机整数基因编码方式与惩罚函数法改进NSGA-Ⅲ算法，以求得模型的帕累托解集，对比了改进NSGA-Ⅲ算法与NSGA-Ⅱ算法的求解性能，并利用轨道工程施工案例对模型进行验证。分析结果表明：设定种群数量为140，迭代次数为900，试验次数为40时，改进NSGA-Ⅲ算法对NSGA-Ⅱ算法的每代平均覆盖率均值比算法NSGA-Ⅱ对改进NSGA-Ⅲ算法的每代平均覆盖率均值提高了将近27倍，改进NSGA-Ⅲ算法的每代平均超体积均值比NSGA-Ⅱ算法的每代平均超体积均值提高了将近54%，表明改进NSGA-Ⅲ算法明显优于传统的NSGA-Ⅱ算法；提出的铁路施工多目标均衡优化模型与改进NSGA-Ⅲ算法能很好地适用于铁路施工管理的多目标均衡优化，在轨道工程施工案例中，当设定种群数量为140，迭代次数为900，每个维度上参考点个数为8时，求解得到140个帕累托解，其中质量水平最大优化0.112 1，安全水平最大优化0.107 3，工期最大优化36 d，成本最大优化将近720万元，可以更好地指导决策者进行施工安排。更多>

2024, 24(4): 171-183. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.04.013

摘要(222) HTML (57) PDF (2673KB) (38)

动态随机扰动事件下交通网络连边重要度评估

杜永军, 王宁, 张攀, 蔡志强, 乔雄

摘要: 采用动态贝叶斯重要度的新方法评估了交通网络连边的重要性；应用随机过程理论刻画外部扰动事件的发生过程，并构建了交通网络可靠性模型；利用概率技术，导出了每条连边的动态贝叶斯重要度的计算公式，并确定了其最大值和取得最大值的相应连边；基于该计算公式，设计了数值算法以评估每条连边在不同时刻的动态贝叶斯重要度的值；引进了一个交通网络的实际案例，其连边受到的动态随机扰动冲击过程是一个给定尺度参数和形状参数的饱和非时齐泊松计数过程，演示了动态贝叶斯重要度的计算方法，并对连边的重要性排序关于尺度参数和形状参数的变化进行了敏感性分析。研究结果表明：无论外部随机扰动事件如何变化，网络的单边割是最重要的连边，进一步证实了理论分析的正确性；本文提出的动态贝叶斯重要度能及时精确地识别所有连边的重要性程度，其同时考虑外部随机扰动事件的扰动和网络结构，弥补了传统静态连边重要度仅考虑连边“位置”的缺陷；尺度参数或者形状参数越大，则2条连边的重要性排序的变化越快。更多>

2024, 24(4): 184-194. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.04.014

摘要(244) HTML (67) PDF (2878KB) (42)

道路交通系统无线充电车辆的动态抗偏移典型特征识别

周熙炜, 石文帅, 王会峰, 代亮, 武奇生, 白叶红

摘要: 针对无线充电车辆的动态特征识别和车辆分型问题，设计了基于车-路协同的混合电磁感应单元和地磁场感应单元的复合感应装置；在混合电磁感应单元中，为实现动态条件下的感应识别，提出了以谐振电流有效值为无线充电车辆特征的检测方法，并通过在电路拓扑中引入电场耦合与磁场耦合2种形式，同时加入高阶的双边电容电感补偿结构；为实现半开域耦合程度的量化分析，定义了线圈传输与极板传输的功率比参数，进而实现了偏移情况下的感应识别；以地磁传感器捕获不同车辆通过时的地磁场扰动信号为例，为改善非线性非平稳信号的提取效果，提出了地磁信号的集合经验模态分解(EEMD)法；引入曲线的特征向量提取法，以小型三厢轿车、中型两厢轿车、中型厢式货车和大型客车等4种车型作为典型试验样本，将不同车辆的地磁曲线信号转化为特征向量图谱，以实现车辆形状类型的判断。研究结果表明：混合电磁感应单元在测试条件下，沿线圈偏移方向的识别长度约为220 mm，垂直于线圈向外偏移方向的识别长度约为170 mm，其识别范围比单一的磁场耦合增大约62.8%；地磁场感应单元可实现长度为3.7~12.0 m、速度为2.78~16.67 m·s^-1的车辆类型特征检测，通过地磁场感应单元与混合电磁感应单元相互配合，可有效提高无线充电车辆动态分型识别的可靠性，从而促进无线充电技术在道路交通电气化设施中的应用和发展。更多>

2024, 24(4): 195-207. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.04.015

摘要(166) HTML (49) PDF (14017KB) (34)

面向融合运行的飞行员在环建模技术综述

魏麟, 杨济睿, 李秀易, 肖越, 郑远, 李诚龙

摘要: 研究了面向有人机与无人机融合运行环境的飞行员模型，基于有人机舱内驾驶和无人机远程遥控驾驶2种操纵类型，介绍了飞行员建模技术的发展历程和各模型特点，通过仿真软件研究了有人机与无人机飞行员在环的响应特性，讨论了通信延迟环节对于无人机驾驶回路的影响，总结了各类飞行员模型在不同任务场景下的适用性和不足之处。研究结果表明：面向融合运行环境的飞行员建模瓶颈主要体现在有人机与无人机飞行员所处的操纵回路异构、无人机飞行员缺乏临场情景意识和无人机系统指挥与控制链路(C2链路)存在不确定性延迟等方面；有人机飞行员建模总体上是根据控制理论方法描述人体结构和飞行员的操纵特性，且人工智能方法的发展使得基于智能控制理论的飞行员模型设计方法能够更好地描述飞行员的操纵特性；无人机飞行员由于处于不同的操纵回路位置，远程遥控驾驶通过C2链路实现无人机状态感知和操纵指令上行，因此，无人机飞行员模型建模更趋向于人在环路的表达，需根据应用场景设计相匹配的飞行员模型，才可更真实地反映飞行员在特定场景下的控制与决策行为特性；面向未来的融合运行环境，构建人在环路模型应重点考虑如何描述无人机远程飞行员因临场情景意识缺乏导致的决策差异，如何更好地拟合人机系统操纵特性，以及如何构建具有高效、可靠、低延迟C2链路的飞行员模型等问题。更多>

2024, 24(4): 208-227. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.04.016

摘要(156) HTML (42) PDF (6434KB) (34)

基于高频GPS数据的互通立交匝道货车运行速度预测模型

张敏, 刘锴, 张驰, 奚圣宇, 聂渝涵

摘要: 为明确互通立交匝道路段货车运行速度规律，在分析高速公路主线至匝道末端货车高频GPS实测数据的基础上，构建了互通立交匝道货车运行速度模型；通过分析货车实测速度，确定了匝道货车运行速度特征点，对特征点处速度可能相关的设计要素进行相关性分析，采用全子集回归方法建立了货车在特征点的多个运行速度模型；对比不同模型的赤池信息量准则、Mallows's C_p统计量以及模型检验值，确定自变量参数，得到了互通立交小鼻点、匝道圆曲线曲中点以及匝道与连接线合流鼻处的货车运行速度预测模型，并采用4条匝道数据对模型进行验证。研究结果表明：互通立交小鼻点、匝道圆曲线曲中点及匝道与连接线合流鼻可作为匝道货车运行速度特征点；匝道圆曲线半径、出口渐变率以及分流点运行速度对小鼻点运行速度有显著影响；半径、曲中点至匝道合流鼻距离以及小鼻点运行速度对曲中点运行速度有显著影响；曲中点前半段纵坡、圆曲线曲率以及曲中点运行速度对合流鼻运行速度有显著影响；3个特征点处的运行速度预测模型相关系数分别为0.988、0.993、0.990，预测值与实测值的平均绝对百分比误差均小于10%，满足模型精度要求。更多>

2024, 24(4): 228-242. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.04.017

摘要(186) HTML (50) PDF (15722KB) (35)

低秩张量补全的时空交通数据预测

赵永梅, 董云卫

摘要: 为实时动态评估交通态势，结合低秩张量补全理论，提出了一种基于自回归正则项与拉普拉斯正则项的交通速度预测模型；为提高模型在全局空间维度的表达能力，构建基于低秩张量补全框架的拉普拉斯卷积正则项表示路段间的关联关系；为提高模型在局部空间维度的表达能力，利用自回归模型的时间序列趋势捕获能力提高模型在时间维度的短时与长时表达能力，更精确地捕获交通数据的时空信息；为提高算法效率，通过时域与频域信号的转换降低了矩阵运算量，并采用截断核范数作为低秩张量逼近模型；使用交替方向乘子法实现高效的低秩拉普拉斯自回归张量补全(LLATC)预测方法；基于出租车行驶速度数据集和高速公路交通速度数据集，分析了LLATC算法在不同缺失率情况下的补全效果，对比了LLATC算法与其他基线预测算法的预测精度。研究结果表明：在交通数据随机缺失模式下，缺失率为20%~70%时，相对于传统的低秩张量补全模型，LLATC算法补全平均绝对误差降低了2%~6%，相比于传统的预测方法，LLATC算法预测平均绝对误差降低了4%~22%；在交通数据非随机缺失模式下，相对于传统的低秩张量补全模型，LLATC算法的平均绝对误差降低了2%~6%，相比于传统的预测方法，LLATC算法的预测平均绝对误差降低了13%~25%。可见，在2种交通数据缺失模式下，改进低秩张量补全方法降低了交通量数据的补全误差，能有效提高交通数据的预测精度，简化了数据处理流程。更多>

2024, 24(4): 243-258. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.04.018

摘要(225) HTML (53) PDF (16169KB) (47)

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