城市轨道交通轨面短波不平顺谱实测研究

针对城市轨道交通诱发的振动噪声问题,对轨面短波不平顺进行研究.首先,对上海市轨道交通线路轨面短波不平顺实测数据进行零均值化、剔除异常值、消除趋势项等预处理.其次,利用改进的协方差法计算得到轨面短波不平顺功率谱,分析轨道类型、曲线半径及钢轨接头对轨面短波不平顺功率谱分布规律的影响.然后,基于非线性最小二乘法对轨面短波不平顺谱进行拟合.最后,提出我国城市轨道交通轨面短波不平顺统计谱表达式.研究结果表明:直线段接头区轨面短波不平顺功率谱密度曲线在整个分析波长范围内具有较多特征峰值;直线段接头区上、下行短波不平顺功率谱密度值随波长的分布特征和数值相差不大,说明上、下行的轨面不平顺状态基本相同;钢轨的磨耗程度与曲线半径呈负相关,内、外轨面不平顺功率谱密度的差异随曲线半径的增大而减小,曲线半径是影响轨面不平顺状态的主要因素之一;线路类型对轨面短波不平顺功率谱的影响不大,不同曲线半径、焊接接头影响明显,在对轨道进行维护和养护时需关注小曲线半径区段以及焊接接头区段的不平顺状态.

基于轨道板振动加速度的钢轨振动加速度反演估计与现场验证

为研究高速铁路轨道板与钢轨之间的时空关联规律,提出变分模态-转换器(Variational Mode Decomposition-Transformer, VMD-T)反演模型,该模型通过分解轨道板振动加速度来反演估计钢轨振动加速度.首先,对数据进行预处理并利用双门限法检测振动端点,分离振动信号与静默信号、干扰信号,再将提取后的振动信号整合输入到VMD-T模型.其次,利用VMD模型将轨道板振动加速度数据分解成一系列不同的子模态,并网格遍历搜索与钢轨振动加速度相关系数最大的子模态,以降低原始数据的复杂度以及非平稳性,提升Transformer模型的特征抽取能力.然后,通过Transformer模型对搜索出的轨道板振动加速度子模态与钢轨振动加速度数据进行反演估计训练.最后,将该模型应用于某城际高速铁路轨道板与钢轨实测振动加速度数据反演估计试验.现场高铁试验结果表明:与单一Transformer模型相比,VMD-T模型均方根误差(RootMean Squared Error, RMSE)、绝对平均误差(Mean Absolute Error, MAE)及决定系数(R2_score)分别提升近20%、11%及48.1%,特征学习能力更强,反演估计效果更佳,初步实现钢轨垂向振动加速度幅值非接触式监测估计.

带定位榫盾构隧道管片接头剪切力学行为研究

外套于盾构隧道管片螺栓的空心圆锥筒定位抗剪构件定位榫能有效控制盾构管片错台量和错台值,与管片、螺栓共同形成“管片-定位榫-弯螺栓”接头.为探明盾构隧道管片受压工况、“管片-定位榫-弯螺栓”接头在剪切荷载作用下的结构力学特征和破坏机理,以内径7.5 m、外径8.3 m、弯螺栓连接的盾构隧道衬砌环的纵向接头为例,首先,建立三维有限元模型,对轴力分别为196、392、588和784 kN4种工况的接头剪切破坏全过程进行数值模拟;然后,对接头剪切破坏过程、定位榫和螺栓力学及变形特征、管片接缝面变形破坏特征进行分析;最后,采用原型剪切破坏试验对数值模拟结果进行印证和补充研究.研究结果表明:盾构隧道“管片-定位榫-弯螺栓”接头剪切破坏全过程分为接触面静摩擦、定位榫弹性变形、定位榫塑性错动和螺栓剪切破坏4个阶段;定位榫弹性变形阶段,定位榫表现为“压扁”形态,定位榫塑性错动阶段,定位榫拱顶外侧首先出现塑性屈服区,随着剪切荷载的增加,塑性区将扩展到定位榫端部和横断面内大部分区域,塑性破损过程中定位榫将超过其承载能力的外部剪切荷载转移给螺栓;螺栓杆体受力从定位榫塑性错动阶段开始,最终加载侧杆体将发生“拉直”破坏、固定侧杆体将发生弯剪破坏;管片接缝面混凝土从定位榫塑性错动阶段后期出现塑性区,初始位于榫槽内水平两侧,随着剪力增加,塑性区将向周边扩展,最终与管片内弧面手孔塑性区连通,形成“手孔-螺栓孔-手孔”塑性破坏域.

基于云平台的铁路无线电信号DOA跟踪算法

在高速铁路场景下,准确估计和跟踪无线电信号的波达方向(Direction of Arrival, DOA)能够有效提升无线通信服务质量.然而,高速移动的无线信道具有快速时变特性,对信号处理的速度和准确性提出了更高的挑战.针对传统的基于信号子空间的DOA估计算法,由于巨大的计算量而无法应用于高速铁路快速时变系统中进行DOA跟踪的问题,提出了基于卡尔曼滤波和正交压缩近似投影子空间跟踪(Kalman Filter-Orthonormal Projection Approximation and Subspace Tracking of deflation, K-OPASTd)的DOA算法.首先,搭建基于云平台的铁路信号动态测向系统;然后,建立列车接收信号模型,提出K-OPASTd算法对DOA进行动态跟踪;最后,将本文提出的算法与OPASTd算法所得到的估计角度的均方根误差进行仿真对比实验.研究结果表明:信噪比均为10dB时,本文所提算法的均方根误差比OPASTd算法低约60%;阵元均为20时,K-OPASTd算法的均方根误差比OPASTd算法低约80%.

基于编解码多尺度特征优化的图像去雾算法

真实雾气不均匀分布的特点会导致基于合成数据集训练的网络对真实雾气下拍摄的图像的复原质量不佳.此外,现有去雾模型较大的网络参数量会影响去雾的实时性.针对这两个问题,提出一种参数量较低的基于编解码多尺度特征优化的图像去雾算法以去除真实场景下图像的雾气.首先,在编码部分利用跨通道上下文注意力隐式地建模像素间的关系,以恢复去雾后图像中物体的结构.然后,设计信息调节子网弥补编码器遗漏的浅层信息,解决细节恢复粗糙的问题.最后,在解码部分设计特征矫正子网,采用相减式残差结构减少噪声,保证输出结果的正确性.在多种真实雾数据集上,对所提方法的普适性进行实验.实验结果表明:在REVIDE真实雾数据集中,与MSBDN方法相比,所提方法在参数量降低46%的基础上获得了PSNR 1.25dB的提升;在OHaze、I-Haze以及RTTS多种室内外真实雾测试集中,与其他去雾方法相比,所提方法都取得了更好的PSNR结果和视觉效果.

基于多源数据的高速公路差异化收费路段识别

在全面推广高速公路差异化收费背景下,针对如何选取差异化收费路段的问题,建立一种基于多源数据的差异化收费路段识别方法.首先,基于高速公路门架数据、收费站出入口流量、普通国省道交通流量自动观测站数据等多源数据,从路段沿线社会经济发展水平、网络化水平、交通运行特征、交通可转移性、交通负荷均衡性5个维度,构建高速公路差异化收费路段识别指标体系.然后,基于k-means聚类和分类回归树算法(Classification and Regression Trees,CART)建立高速公路差异化收费路段识别模型.最后,以云南省130条高速公路路段为例,提取高速公路差异化收费路段细分规则及关键特征指标.研究结果表明:影响高速公路差异化收费路段细分的关键特征指标分别为路段成网率、收费站节点度、出行成本偏差率、路段全天小时拥挤度、可替代路径数量;根据决策树细分规则可将差异化收费路段划分为差异化上浮型、不适合差异化、差异化下浮型3种,符合高速公路实际收费运营情况.

基于信令数据的城市群空铁联程客流识别及预测框架

针对城市群空铁联程客流需求获取困难、客流规律难以把握的问题,提出一套集成空铁联程客流识别及预测模块的综合分析框架.首先,考虑交通枢纽的空间范围及旅客出行的时空特征,提出一种基于信令数据的空铁联程客流识别方法,并挖掘其时空分布规律.然后,在双向门控循环神经网络模型(Bidirectional Gated Recurrent Unit,BiGRU)的基础上,引入时间周期编码,构建具有时间周期性的双向门控循环神经网络模型(Temporal-Bidirectional Gated Recurrent Unit,T-BiGRU)对空铁联程客流进行预测.最后,以京津冀城市群为实例,对研究框架进行验证.研究结果表明:京津冀城市群空铁联程客流呈现出明显的聚集分布特征,其中北京南站—天津站—天津滨海机场和北京西站—正定机场站—石家庄正定机场两个场景的联程客流占比最高,超过联程客流总量的65%;T-BiGRU模型可以对联程客流的需求进行精准预测,对两个主要场景的双向联程客流的预测精度均超过了89%,优于多个基线模型.研究结果可为城市群空铁协同发展及空铁联程服务优化提供参考.

城市轨道交通乘务交路方案编制的禁忌搜索优化方法

针对城市轨道交通普遍采用轮乘制、日班和两头班混合等特点,对城市轨道交通乘务交路方案编制问题进行研究,旨在降低乘务成本并提高乘务效率.首先,通过分析城市轨道交通乘务交路方案的构成要素,考虑值乘时长、值乘片段接续时间和接续地点等要求,构建值乘片段、值乘任务构成和乘务规则约束,由此建立以乘务组数量和总接续时间等综合指标最小化为目标函数的多目标0-1整数规划模型.然后,针对该模型设计禁忌搜索(Tabu Search,TS)算法进行求解,以先到先走(First-In-First-Out,FIFO)的就近指派原则得到初始解,并设计4种邻域变换策略,以提高邻域解的多样性,并构建基于多邻域结构的禁忌搜索求解算法,实现对乘务交路方案的优化.最后,以广州地铁7号线的乘务交路方案为例进行实例验证.研究结果表明:优化方案较实际运营方案的乘务作业段数和总接续时间分别降低了20%和4.94%,每个乘务作业段值乘列车数量从8.2列增加到10.3列,有效驾驶时间从5.4 h增加到5.8 h,优化方案的各项指标均得到显著提升.研究成果可以为城市轨道交通乘务计划编制提供理论和方法支持.

考虑出行偏好的城市群交通方式选择行为影响因素研究

针对城市群旅客出行方式选择行为影响机理不够明晰的问题,开展旅客城市群交通方式选择行为影响因素研究.设计问卷对关中城市群内出行行为进显性偏好(Revealed Preference,RP)调查,并对调查数据的效度、信度进行检验,基于调查所得出行数据,采用梯度提升决策树(Gradient Boosting Decision Tree,GBDT)模型构建了考虑出行偏好的出行方式选择预测模型,并采用可解释机器学习框架SHapley Additive exPlanations(SHAP)模型对预测结果进行解析,所构建模型结合旅客实际决策逻辑将出行方式多元选择行为解构为多次二元选择行为,以增强模型的可解释性.研究结果表明:所构建考虑出行偏好的GBDT预测模型能有效预测旅客城市群出行方式选择行为;私家车与公共交通之间的二元选择行为,会受到小汽车拥有状况,旅客对方便性、安全性、快捷性、舒适性的偏好程度、家庭居住区位、出行距离的显著影响;高速巴士与铁路系统、普通铁路与高铁动车之间的二元选择行为,均会受到出行距离、旅客对舒适性、安全性、快捷性、准时性的偏好程度的显著影响;小汽车拥有状况、家庭居住区位会显著影响高速巴士与铁路系统的选择行为,收入状况会显著影响普通铁路与高铁动车的选择行为.研究成果可为决策者从旅客出行偏好的角度进行更加切实有效的决策提供参考.

微观地块服务设施可达性评价及路网优化影响分析

针对现有的服务设施可达性评价方法分析尺度大、数据精度低且无法依赖网络地图应用程序编程接口(Application Programming Interface,API)评价路网规划方案等问题,提出一种可用于规划方案评价的微观地块综合服务设施可达性评价方法.依据土地利用性质将研究区域划分为565个微观地块,利用实际居住建筑物空间分布测算各地块的人口分布;基于实际路网构建地铁-公交加权复合网络模型和小汽车网络模型,并设计通行时间的计算方法;利用改进潜力模型精确地计算各地块的医疗、教育、就业、商业和文化休闲5类设施的可达性,加权得到综合可达性.此外,考虑路网规划方案对交通网络的更新,以评价规划方案对可达性的具体影响.研究结果表明:可达性与服务设施及交通网络的空间分布呈现强相关性,公共交通网络的合理布局可有效缓解由服务设施和路网差异引起可达性分布差异;优化路网能有效提高可达性水平,但这种改善效果在不同区域间存在差异,设施密度较高的区域提高幅度较大.此评价方法可以为城市各类公共服务设施的合理配置、交通网络的规划与优化,以及社会公平性的增强提供新的视角和工具.

四足机器人腾空跳跃的轨迹优化与控制方法

针对四足机器人难以跨越大尺寸障碍物的问题,提出了一种仿生腾空跳跃的轨迹优化控制方法 .首先,对马里努阿犬的越障运动进行测试和仿生学分析,得到腾空跳跃的参考轨迹.其次,根据摩擦锥、轨迹平滑、运动学和动力学等约束条件,基于轨迹优化的方法对仿生参考轨迹进行离线优化,生成四足机器人的期望跳跃轨迹,得到跳跃所需的足端位置、关节力矩和关节角度序列.再次,设计分阶段的跳跃控制器,采用关节和质心PD(Proportional Derivative)的组合控制策略,实现对期望跳跃轨迹的跟踪,采用变刚度虚拟模型控制实现对落地姿态的调整和足底力的缓冲.最后,在Webots仿真环境中完成了1 m高度的自由落地和跳跃0.75 m高度桌子的仿真实验.研究结果表明:仿生轨迹优化与控制算法能够使四足机器人跳跃大尺寸障碍物并且具有平稳落地的效果,对于提高四足机器人的高性能运动能力以及拓展其应用环境具有参考价值.

考虑智能网联车队要素的交通震荡特性研究

针对智能网联汽车(Connected and Automated Vehicle,CAV)的加入所引发的交通震荡问题,以不同CAV市场渗透率的异质交通流为研究对象,引入CAV车队规模和强度,对异质车队组成进行划分并仿真复现交通震荡现象,采用时空轨迹图和加减速波传播速度可视化交通震荡的演变情况,同时选用加速、减速持续时间衡量交通震荡周期,速度标准差衡量交通震荡振幅.通过设计考虑CAV车队规模、强度和渗透率因素以及头车不同变速模式的交互实验,探究CAV车队要素和头车不同变速模式对交通震荡的影响.研究结果表明:CAV车队规模、强度和渗透率的提高均对震荡周期的减小具有积极影响;车队规模的扩大会增加震荡振幅,而车队强度的增强会减小震荡振幅;随着CAV渗透率的提高,震荡振幅先上升再下降,当渗透率为0.5~0.6时,震荡振幅达到峰值;头车急减速-急加速模式下的交通震荡周期和振幅最小,头车缓慢减速-缓慢加速模式下的交通震荡周期和振幅最大.

时空相关的道路网络短时交通流预测模型

为有效解决复杂路网短时交通流预测问题中涉及的时空特征挖掘问题,提出一种基于改进长短时记忆神经网络(Improved Long Short-Term Memory, ILSTM)的交通流预测模型.首先,通过改进的遗传算法对长短时记忆神经网络(Long Short-Term Memory, LSTM)模型初始参数进行优化获得最优参数组合,解决LSTM初始参数设置对输出结果影响较大的问题.其次,针对复杂路网多路段交通流预测中遇到的空间特征提取问题,通过挖掘相关路段对目标路段交通流预测的影响程度,重新构建LSTM模型的损失函数,采用路网中相关路段对目标路段的影响系数,以损失函数输出值最小为终止条件,构建ILSTM模型.最后,选择加州公路局交通数据进行模型验证实验,采用遗传算法优化LSTM模型(Genetic Algorithm-LSTM, GA-LSTM)和单纯LSTM模型,以及皮尔森相关系数与LSTM组合模型(Pearson Correlation Coefficient-LSTM,PCC-LSTM),对工作日和周末数据的多次实验结果进行对比分析.实验结果表明:ILSTM模型能够充分考虑复杂路网交通流的时间和空间特征,预测平均误差约为1.16%,在收敛效率和预测精度方面均优于其他模型.

前继列车晚点条件下换乘客流的接续方案优化

针对列车运行受到干扰下运行图调整问题,对前继列车晚点条件下换乘客流的接续方案进行研究,将换乘客流和在车客流影响最小化作为优化目标对列车运行图进行相应调整.在前继列车晚点条件下,假定换乘客流既可以换乘到原接续列车,也可以选择其他符合换乘条件的列车,建立所有列车上的旅客延误时间最小和换乘失败旅客数量最少的多目标模型,以期在保证换乘成功的前提下最小化列车运行计划调整.以京沪高铁和郑徐高铁上行部分区段为例验证模型的有效性.研究结果表明:当考虑列车总调整时间和换乘客流失败成本相互制约关系时,可以通过增加列车运行调整时间来提高换乘成功客流量;当考虑所有列车上的旅客延误时间和换乘旅客失败成本相互制约关系时,可以通过牺牲部分换乘旅客来减少在车旅客的总延误时间;当其他接续列车空余席位大幅减少时,接续方案倾向于调整原接续列车的到发时刻,避免换乘失败的旅客量大幅增加.

高速公路客货混行交通流元胞传输模型

针对客货混行引发的交通流稳定性下降、交通安全风险增加以及运行效率降低等问题,构建一个多车道客货混行交通流元胞传输模型,从宏观角度研究不同货车渗透率下的高速公路客货混行交通流特性.首先,利用微观车辆跟驰模型,分析均质小汽车和货车交通流的基本图特征,提出不同货车渗透率下的客货混行交通流基本图模型.然后,采用具体参数表征换道、有限加速度造成的道路交通容量下降效应,刻画客货混行交通流中货车对直行和换道流量的影响,采用Logit模型计算多因素影响下的换道交通流量,构建多车道客货混行交通流元胞传输模型.最后,通过高速公路多场景仿真实验验证模型的有效性.研究结果表明:所提出的模型可准确模拟高速公路上的客货混行交通流演变过程;货车渗透率是影响混行交通运行的关键因素,在交通事件导致车道数减少时,货车渗透率超过0.6会导致交通拥堵难以消散.研究成果可为高速公路客货混行交通流特性研究提供分析工具,为客货混行下的交通管理和疏导策略制定提供理论方法.

顾及环境敏感特征的铁路线路方案优选方法研究

为合理地解决环境敏感区铁路线路方案综合优选问题,研究顾及环境敏感特征的铁路线路方案优选方法 .首先,基于文献调研和环境敏感区特征探析,分析总结影响线路方案的因素,构建涵盖4大方面18项指标的顾及环境敏感特征的铁路线路方案优选指标体系.其次,在专家经验主观赋权和工程信息客观赋权的基础上,运用灰色关联分析理论进行组合赋权.然后,结合改进优劣解距离法(Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution, TOPSIS)确定各线路方案的相对贴近度,进而实现线路方案优选.最后,以新建铁路西宁至成都线合作至郎木寺段线路方案选择为例进行优选方法验证.研究结果表明:该区段线路的4个备选方案的相对贴近度依次为0.527 9,0.523 6,0.508 7,0.522 7,方案一的相对贴近度最大为最优方案,基于本方法的优选结果与实际专家论证结果一致;与传统TOPSIS比较,基于改进TOPSIS的运算结果避免了计算结果受单方面优势指标影响的弊端,在运算过程中将线路方案涉及的极端优劣指标进行综合权衡考量,得到的运算结果更贴近实际情况.研究成果可为未来环境敏感区线路方案优选问题提供一种新的优选思路.

公路隧道二衬钢筋装配化螺栓的接头设计

针对公路隧道二衬钢筋现场焊接、绑扎效率低、质量控制难度大的弊端,基于直线型混凝土软化本构模型及钢筋应力应变关系,推导得到钢筋混凝土衬砌截面的极限承载力计算式.结合螺栓连接面极限承载力,以应力分布系数作为控制因素,将轴心压缩状态、大小偏心分界点以及纯弯状态时的最危险截面作为特征截面,控制钢筋混凝土截面极限承载力以及螺栓连接面极限承载力在特征截面处的大小,得到连接面处螺栓的设计方法 .选取某隧道隧址围岩参数及其断面尺寸、支护参数,运用得到的螺栓设计方法进行螺栓选型并设计连接面处的螺栓分布,给出钢筋预制节段的划分方案,通过数值模拟验证了二衬钢筋装配化螺栓的接头设计的合理性.研究结果表明:钢筋骨架采用螺栓装配化预制连接后,二衬结构的应力进行了重分布,应力与变形的增长速率放缓,并逐渐稳定.最终,左拱肩和左拱脚处的应力分别降低58%和53%,位移量同样有不同程度的降低;在拱底螺栓连接面,应力相较提高,但由于螺栓的高承载性能,隆起量反而有所降低,充分发挥了螺栓的性能,实现了结构优化.

我国高速铁路与民航客运碳排放因子及其影响因素研究

针对高铁与民航碳排放测算可比性较低的问题,首先建立考虑发电与炼油过程的高铁与民航两种客运方式碳排放因子的测算框架与数学模型.其次采用我国目前高速铁路与民航的实际参数,计算两种方式的碳排放因子,并与西方部分发达国家的测算结果进行对比分析.最后基于两种方式碳排放因子值的影响因素分析,提出降低我国高铁与民航碳排放的主要方向.研究结果表明:考虑发电与炼油过程时,民航的碳排放因子约为高铁的3.6~3.9倍.我国高铁碳排放因子由于发电结构原因高于法国、日本与德国;轨道、桥梁、路基、隧道、电气化、车站及动车组等设施设备的更新维护使高速铁路碳排放因子增长约16%;我国民航碳排放因子因客座率高、平均运距大而低于美国、英国与日本;炼油过程与机场碳排放分别约占民航总碳排放的9.4%与4.6%.未来我国高铁的降碳方向为发电结构改善,而民航的降碳方向主要为航空燃料技术的革新.

新能源汽车政策下居民出行意向多群组分析

为研究新能源汽车政策对不同群体居民出行意向影响存在的差异性问题,提出新能源汽车政策下居民出行意向多群组模型.以计划行为理论为基础,整合居民对新能源汽车政策的态度、响应程度以及低碳理念,构建新能源汽车政策下居民出行意向模型,并对模型进行检验及修正,划分多群组,对修正后的模型进行多群组分析,研究新能源汽车政策对不同出行方式偏好群体影响机理的差异性.研究结果表明:居民对新能源汽车政策的态度、响应以及低碳理念对出行态度、主观规范、知觉行为控制以及行为意向的影响在不同出行方式偏好下存在显著差异;居民对新能源汽车政策的态度越积极、低碳理念越强,则选择新能源汽车或公共交通出行的意向越强;居民对新能源汽车政策的响应越积极,则选择新能源汽车出行的意向越强;改善居民对新能源汽车政策的态度、响应,可促进新能源汽车的使用;通过提升居民的低碳理念,可提高居民采用公共交通或新能源汽车出行的意向.研究可为通过交通政策调整居民出行意向以及制定交通政策提供参考.

考虑心理偏好的枢纽抵站旅客接续出行方式选择模型

为掌握枢纽抵站旅客的出行方式选择特征,解决接续运输运力配置协同优化与效率提升问题,基于高铁枢纽接续出行问卷调查数据,引入上次接续属性、接续方式主观重要度、枢纽服务满意度、接续出行选择倾向特征等潜在变量因素,构建考虑心理倾向的结构方程模型(Structural Equation Model,SEM)和抵站旅客接续出行方式选择多项Logit(Multinomial Logit,MNL)模型相融合的SEM-MNL模型,定量计算枢纽抵站旅客接续出行分方式选择效用函数,预测不同时段旅客接续出行方式选择概率,并对比分析SEM-MNL模型与MNL模型命中率.研究结果表明:引入心理倾向潜在变量后,模型的整体命中率提升了4.6%;对枢纽环境服务满意度越高、接续方式服务重视程度越高、上次出行的时间和距离更短且使用公共交通的出行者,更倾向于选择公共交通方式.通过方式选择模型预测分方式的接续出行需求,开展对外客运枢纽接续运输保障和多模式运力的协调调度,对于实现枢纽接续客流与运力资源的供需平衡,继而提升接续服务质量具有重要意义.