交通运输工程学报

列车引起环境振动预测方法与不确定性研究进展

马蒙, 刘维宁, 刘卫丰 — 2020-07-08

马蒙, 刘维宁, 刘卫丰系统总结了列车运行引起环境振动的各类预测方法及其不确定性问题,梳理了初步预测、确认预测和精准预测3个预测等级内各种方法和模型近10年来的发展状况; 讨论了模型输入参数的随机不确定性,包括车辆之间差异、轮轨磨耗以及预测模型中输入地层参数等带来的不确定性; 根据新的测试结果分析了车轮和钢轨磨耗状态对地铁振动源强不确定性的影响。研究结果表明:机器学习方法和地层传递函数解析法可用于初步预测阶段; 用于确认预测的各类数值和解析模型日益完善,预测效率日益提高,但考虑车轮和钢轨磨耗发展的轮轨激励输入方法仍有待进一步完善,仍需进一步发展振动传递路径清晰且可用于工程预测的建筑结构动力学模型; 精准预测需要发展混合预测方法并研究其在地下线振动预测中的应用; 目前对预测结果精准性和预测方法可靠性的研究十分欠缺,绝大多数预测只能给出定值结果,无法考虑轮轨磨耗、养护管理水平和振动在地层中传播的不确定性; 建议进一步开发具有远程智能离线采样功能,并可在建筑结构上长期便捷安装的小型振动采集装置,以便与机器学习预测方法相结合,从而适应未来智能化预测的发展要求; 建议发展能够描述钢轨短波磨耗状态等级和车轮不圆顺等级的粗糙度谱,构建完整养护维修周期内环境振动动态预测模型; 应发展具有可靠性及精准度要求的智能化预测方法,并在未来实现由定值预测向概率预测发展的根本性转变。交通运输工程学报. 2020 20(3): 1-16.

民机机身结构适坠性研究

牟浩蕾, 解江, 冯振宇 — 2020-07-08

牟浩蕾, 解江, 冯振宇以民机机身结构为研究对象,按照积木式研究方案的不同层级,即材料级、元件级、细节件级、子部件级、部件级、整机,阐述了民机机身结构适坠性试验及数值模拟方法; 总结了世界范围内在子部件级(货舱地板下部机身框段)和部件级(机身框段)开展的适坠性研究,对比分析了机身框段结构坠撞破坏模式,阐述了机身框段适坠性设计方法; 阐述了民机机身结构适坠性符合性验证及评估方法,展望了民机机身结构适坠性设计、验证及审定的未来发展方向。研究结果表明:材料失效和连接结构失效是民机机身坠撞过程中的主要失效模式,材料本构模型和连接结构失效模型对适坠性仿真分析有重要影响,需发展更为准确的材料本构模型及连接结构建模技术,提高其动态仿真成熟度; 在机身结构中布置吸能结构可有效改善其适坠性能,需发展更加高效稳定的吸能结构设计及布置方案,以最大化提升机身结构适坠性能; 细节件级和子部件级试验及仿真分析提供了评估失效模式、破坏机理和吸能能力的解决方案,需进一步发展高精度测试技术及有限元仿真分析技术,以有效支持部件级和整机适坠性设计、验证及适航审定; 发展含不确定参数的适坠性优化设计方法及评估方法,以避免额外试验和后期结构更改; 系统开展适坠性积木式试验,有效支持有限元模型验证及评估工作,发展经积木式方法验证的有限元仿真分析来表明适坠性符合性,以减少适坠性验证时间及成本,并指导适坠性试验设计及结构设计。交通运输工程学报. 2020 20(3): 17-39.

浅埋隧道局部存水冻胀作用机制与安全性评价

王道远, 袁金秀, 朱永全, 栾永军, 崔海龙, 崔光耀 — 2020-07-08

王道远, 袁金秀, 朱永全, 栾永军, 崔海龙, 崔光耀为揭示寒区隧道局部存水冻胀作用机制并提出有效的衬砌结构安全评价方法,设计了三维地质力学模型试验,通过设置3种积水范围冻胀试验工况,观测冻胀过程中裂缝开展和衬砌结构受力等情况; 改进了局部存水冻胀数值计算方法,建立了基于岩体力学法并耦合冻胀力和围岩荷载的冻胀数值模型,对比了不同存水位置、不同局部存水厚度和不同存水范围下隧道冻胀力和结构内力的变化规律,进一步揭示了局部存水冻胀对隧道受力的影响机制,评判了衬砌结构的安全性。分析结果表明:局部存水冻胀具有显著的区域性特征,衬砌冻胀开裂发生在局部存水与非存水交界处,冻胀力大小取决于交界处冻胀产生的应力集中效应,衬砌裂缝多为纵、斜向裂缝; 衬砌局部存水冻胀最不利位置由优到劣依次为拱脚、边墙、仰拱、拱腰和拱顶,衬砌受力随局部存水厚度的增大而增大,局部存水范围的增大有利于衬砌受力均匀化; 不同部位局部存水冻胀条件下衬砌结构容许压应力比均小于1,满足抗压检算要求; 拱顶、拱腰和仰拱容许拉应力比均大于1,不满足抗拉检算要求,实际工程应针对上述部位采取适当的防冻胀措施予以处治; 揭示的隧道局部存水冻胀作用机制和建立的衬砌结构安全性评价方法为寒区隧道冻害防治提供了一定理论依据。交通运输工程学报. 2020 20(3): 40-50.

下沉式地铁车辆段咽喉区车致振动特性

陈艳明, 冯青松, 刘庆杰, 刘文武, 罗信伟 — 2020-07-08

陈艳明, 冯青松, 刘庆杰, 刘文武, 罗信伟采用触发采集方式现场实测了某下沉式地铁车辆段咽喉区钢轨、道床、地面、楼板及盖板的振动加速度,采用插入损失、1/3倍频谱、Z振级曲线拟合等方法分析了现场实测数据,进而分析了下沉式地铁车辆段咽喉区的振源特性与地铁振动沿盖板和不同层楼板的传播规律。分析结果表明:在频域上,钢轨比道床振动频带更宽,没有明显的主频段,其振动分布在800 Hz以内,道床则有明显的主频段,主要分布在80～200 Hz; 下沉式地铁车辆段地下1、2层钢轨至道床振动衰减幅度分别约为29.9、10.4 dB; 列车引起盖板的振动响应随测点与行车轨道中心线距离的增大呈线性衰减规律,其线性衰减率约为0.2 dB・m^-1; 由于边墙对振动的反射与折射,振动传至盖板端部时出现局部放大现象; 列车无论在地铁车辆段端部还是在中间股道行车,随着测点与行车轨道中心线距离的增大,车辆段盖板振级在2.5、5.0 Hz低频处基本不变,在10 Hz处衰减缓慢,在25、40、80 Hz中高频处衰减明显; 列车在地下1、2层行车时诱发的振动的向上传播呈逐层衰减规律,列车在地下1层行车引起的盖板振动比其在地下2层行车时大约16.1 dB; 下沉式地铁车辆段咽喉区轨道接头多、道岔多的特点导致该区域盖板车致振动响应突出,需重点对该区域进行减振设计。交通运输工程学报. 2020 20(3): 51-60.

边坡开挖支护时序有限元分析

闫强, 廉向东, 凌建明 — 2020-07-08

闫强, 廉向东, 凌建明为研究公路改扩建工程边坡稳定性的影响因素,寻求科学的支护方法,以柳州至南宁高速K1456+800处左侧改扩建边坡为研究对象,利用ANSYS建立了有限元数值模型,选择未及时支护和及时支护2种支护方式,模拟计算了改扩建工程中6级边坡开挖过程中坡体的剪应变增量及水平、竖向位移增量; 为定量分析2种支护条件下边坡开挖过程中位移及应力的变化趋势,选取了6个特殊节点进行监测,主要监测内容包括测点的位移(包括水平位移和竖向位移)以及主应力(包括最大主应力和最小主应力)随开挖时步的变化情况。分析结果表明:无论是否及时支护,每步剪应变增量最大值均位于坡脚,但及时支护时,分布面积及数值较未及时支护时小,边坡发生失稳的可能性较低; 随着开挖推进,水平位移增量先减小后小幅增大,竖向位移增量先急剧增大后缓慢减小,及时支护下各测点最终位移较未及时支护情况要小; 未及时支护时最终开挖安全系数接近1.0,及时支护后每步安全系数均大幅提高,基本大于1.35。综上所述,及时支护能够有效减小边坡剪切应力,限制水平与竖向位移,降低整体应力水平,提高边坡安全系数,显著改善坡体稳定性。交通运输工程学报. 2020 20(3): 61-71.

吊舱推进电机的无模型自适应滑模矢量控制

姚文龙, 王加利, 庞震, 池荣虎, 邵巍 — 2020-07-08

姚文龙, 王加利, 庞震, 池荣虎, 邵巍为解决半潜船吊舱推进电机控制系统中负载扰动造成的转速跟踪性能差的问题,提出一种基于数据驱动的吊舱推进电机转速矢量控制方法; 对包含未知负载扰动的推进电机转速方程进行离散化处理,给出关于输出转速与输入电流离散后的非线性转速系统; 由于非线性转速系统方程中变量较多且负载扰动模型未知,设计了基于数据驱动的无模型自适应控制器,并给出了伪偏导数估计算法; 采用滑模观测器观测螺旋桨负载扰动,同时给出了滑模控制器; 结合无模型自适应控制和滑模控制给出了负载扰动下的无模型自适应滑模(MFASM)控制方案; 构建了吊舱推进电机无模型自适应滑模矢量控制调速系统,并在MATLAB/Simulink环境下给出了仿真结果。研究结果表明:在船舶正常作业恒定转速下,在0.3～0.5 s时间区域内,采用MFASM矢量控制方案和PI矢量控制方案的吊舱推进电机的转速误差分别为2、6 r・min^-1; 在0.8～1.0 s时间区域内,采用无模型自适应滑模矢量控制方案和PI矢量控制方案的吊舱推进电机的转速误差分别1、3 r・min^-1; 对于船舶操车作业的可变转速情形,采用MFASM矢量控制方案的推进电机转速和转矩达到稳态的时间比PI矢量控制方案少0.01～0.03 s。可以看出,采用MFASM矢量控制方案可改善吊舱推进电机转速跟踪性能,是一种有效的抑制负载扰动的数据驱动控制方法。交通运输工程学报. 2020 20(3): 72-79.

横风下高速列车动力学参数的多目标优化

翟建平, 张继业, 李田 — 2020-07-08

翟建平, 张继业, 李田为改善高速列车横风下运行的动力学性能,提高运行平稳性和安全性,以轮轴横向力和轮重减载率为优化目标,对高速列车动力学模型的悬挂参数进行多目标优化设计; 建立高速列车多体动力学参数化模型,依照大风限速标准,加载列车在横风下以不同速度运行的气动力数据,选取了止挡间隙、一系悬挂纵向和垂向刚度、二系悬挂纵向和垂向刚度、一系垂向减振器刚度、二系横向和垂向减振器刚度、抗蛇形减振器刚度及阻尼11个变量; 搭建高速列车动力学模型优化平台,对高速列车多体动力学参数化模型的设计参数与轮轴横向力和轮重减载率的相关性进行分析,得到列车各悬挂参数对轮轴横向力和轮重减载率的影响趋势; 基于相关性结果,采用NCGA、AMGA和NSGA-Ⅱ遗传算法对高速列车的动力学参数进行优化设计。分析结果表明:采用NSGA-Ⅱ算法的优化结果最为理想; 与轮轴横向力和轮重减载率相关性最大的参数为抗蛇形减振器刚度,为反效应; 优化后列车的动力学性能得到明显的改善,轮重减载率从原始的0.78整体优化到0.63以下,且最小可以优化到0.49,最高可降低37.2%; 轮轴横向力从原始的16.8 kN整体优化到9.6 kN以下,且最小可以优化到5.79 kN,最高可降低65.5%; 得到了优化目标的Pareto前沿最优解,确定了列车各动力学参数设计变量的最优解集,并对最优解集在其他列车速度和风速组合下的运行工况进行验证,适用性较好。交通运输工程学报. 2020 20(3): 80-88.

突发公共卫生事件下应急定制公交线路优化

马昌喜, 王超, 郝威, 刘晶, 张兆磊 — 2020-07-08

马昌喜, 王超, 郝威, 刘晶, 张兆磊考虑突发公共卫生事件下的疫情防控要求,构建了一种应急定制公交线路优化方法; 对城市中已经封闭的小区和路段进行筛查,并将这些小区和路段设置为应急定制公交禁行区域; 以所有应急定制公交总运行时长最短为目标,以乘客上座率不超过安全阈值为约束,同时考虑供需匹配,构建了突发公共卫生事件下应急定制公交线路优化模型; 设计了遗传算法来求解该模型,采用三段式混合编码方式进行染色体编码,3段染色体分别由定制公交停车场编号、上车站点编号和下车站点编号组成,运用贪婪策略解码染色体; 采用模拟案例验证了模型与算法的可行性,并将优化结果与正常情况下基于相同客运任务的定制公交线路优化方案进行了对比。研究结果表明:在完成相同客运任务的情况下,应急定制公交线路所需车辆数比正常情况下多2辆,车辆的总运行时长也比正常情况下增加6.997 h; 正常情况下的定制公交线路优化模型不能直接用于突发公共卫生事件场景,针对应急场景构建的定制公交线路优化模型与算法能从众多备选方案中快速计算得到优化方案,不仅能满足防疫要求,还能满足人们的出行需求。交通运输工程学报. 2020 20(3): 89-99.

交通运输传播新型冠状病毒肺炎的系统动力学仿真

种鹏云, 尹惠 — 2020-07-08

种鹏云, 尹惠为研究交通运输对新型冠状病毒肺炎(COVID-19)传播的影响,建立了基于系统动力学的交通运输传播新型冠状病毒肺炎模型; 在设定模型假设的基础上,将人群分为易感个体、潜伏个体、感染个体和移除个体4种,并根据COVID-19的传播特性建立了交通运输影响下疫区、港站、车船和关联地区的COVID-19修正易感-潜伏-感染-移除(SEIR)和易感-潜伏-感染(SEI)传播动力学方程; 在研究交通运输传播COVID-19过程的基础上,绘制了交通运输传播COVID-19的系统动力学模型因果回路,并进行了因果反馈回路分析; 构建了基于系统动力学的交通运输传播COVID-19模型,并检验了模型的量纲一致性、机械错误、有效性和极端条件; 以A市为研究对象,建立了3种仿真场景以研究交通运输对COVID-19传播的影响。仿真结果表明:A市COVID-19感染个体数量在疫情发生后第32天达到峰值,累计感染77 726人,A市以外地区感染个体数量在疫情发生后第30天达到峰值,累计感染28 084人; 交通运输对COVID-19的传播起正反馈作用,交通运输影响下的COVID-19感染个体和移除个体数量峰值分别是无交通运输参与下的18.62、10.99倍,因此,实施交通管控措施对控制疫情发展、防范疫情扩散具有积极作用; 公共交通出行比例的增加将进一步加快COVID-19的传播,因此,减少人们出行需求,降低公共交通出行比例,加大对公共交通车船、港站的病毒消杀工作能有效减缓COVID-19的传播。交通运输工程学报. 2020 20(3): 100-109.

高速列车疫情风险评估与主动防护策略

谢国, 金永泽, 姬文江, 黑新宏, 马维纲, 王丹, 陈庞, 叶闽英 — 2020-07-08

谢国, 金永泽, 姬文江, 黑新宏, 马维纲, 王丹, 陈庞, 叶闽英考虑到列车密闭车厢内传染病的危害性,研究了车厢内病毒的空间分布特性; 结合乘客间距离相关性分析结果,构建了乘客感染预测模型,对车厢内存在多感染者情况下每个乘客感染病毒的风险进行了评估; 为降低乘客乘车感染风险,制定了列车乘客主动防护策略,提出基于贪婪算法和变邻域局部搜索算法的混合启发式算法,对车厢乘客布座问题进行优化求解; 通过基于距离的贪婪算法,将列车固定坐标的乘客布座问题转换为最多乘客数最少病毒重叠区问题,得到座位可行解,并汇总各可行解得到可行域,再基于变邻域的局部搜索算法改进座位可行解,得到最优乘客布座方案。研究结果表明:本文建立的感染概率评估模型可有效预测乘客感染病毒的风险,结合基于混合启发式算法的主动防护措施可有效降低乘客乘车的感染风险; 针对短途旅客,随着乘车人数和车厢内感染者的增加,高风险感染者由1人增加至7人,中风险感染者由0人增加至3人,低风险感染者由47人增加至83人; 相较于无序就坐,采用本文制定的布座策略可消除乘客感染风险。交通运输工程学报. 2020 20(3): 110-119.

重大疫情下的列车动态编组与调度

曹源, 温佳坤, 马连川 — 2020-07-08

曹源, 温佳坤, 马连川为了降低疫情大爆发背景下旅客在乘坐城市轨道交通出行的过程中感染疾病的风险,以列车编组与调度为研究对象,提出重大疫情下基于虚拟编组的列车动态编组与调度方法; 为了提高城市轨道交通列车编组与调度的灵活性,应用虚拟编组技术对城市轨道交通列车进行编组; 建立了基于客流的列车动态编组非线性规划模型,对城市轨道交通列车的调度进行优化,以提高城市轨道交通的运输效率,降低车站人员密度,进而降低疾病的感染风险; 应用改进的Wells-Riley模型进行感染分析; 应用基于社会力的行人运动模型对改进的Wells-Riley模型中的相关参数进行计算,用于分析虚拟编组动态调度下旅客地铁出行全过程的感染风险; 使用MATLAB对虚拟编组制式下的传染概率进行仿真并与传统制式下的传染概率进行对比。研究结果表明; 虚拟编组技术可以显著提高城市轨道交通列车运输效率,可将列车间追踪时间间隔缩短至34.6 s,基于虚拟编组的列车动态编组与调度方法可以有效降低旅客的感染风险,在相同条件下应用所提方法旅客的感染风险仅为传统方式的85.1%,在车厢和通道中的感染风险分别为传统方式的50.0%和8.7%。如果将提出的方法配合错峰出行和客流控制及进站防疫检测等措施,可以进一步降低旅客的感染风险。交通运输工程学报. 2020 20(3): 120-128.

重大疫情下铁路应急救援能力评估指标体系构建

陈钉均, 孙运豪, 李俊捷, 倪少权 — 2020-07-08

陈钉均, 孙运豪, 李俊捷, 倪少权从铁路应急准备能力、铁路应急响应能力及铁路应急恢复能力3个方面,构建了重大疫情下铁路应急救援能力预选评估指标; 为提高指标的科学性、可行性、独立性和可靠性,应用传递闭包法对指标进行筛选,构建了3个一级指标、15个二级指标、49个三级指标作为重大疫情下铁路应急救援能力评估指标体系,并通过基于三角模糊数的层次分析法计算体系内各指标权重。分析结果表明:一级指标中铁路应急准备能力、铁路应急响应能力、铁路应急恢复能力权重分别为0.26、0.53、0.21,铁路应急响应能力权重最大; 在疫情期间应着重保障医护人员和物资的输送,采取有效措施防止疫情进一步扩散; 铁路应急准备能力下属二级指标中,应急物资指标权重最大,为0.29,在准备阶段应防微杜渐,做好应急物资储备工作,提高应急物资经费占比,明确各应急机构权责,及时完善更新应急预案; 运营恢复权重为0.47,在铁路应急恢复能力下属的二级指标中占比最大,在恢复阶段应着重提高运营列车数,及时公开运营列车信息,开行复工专列。该体系为提升重大疫情下铁路应急救援能力提供科学有效的参考。交通运输工程学报. 2020 20(3): 129-138.

COVID-19在城市轨道交通系统内的传播建模与预测

雷斌, 刘星良, 曹振, 郝亚睿, 张源, 陈新苗 — 2020-07-08

雷斌, 刘星良, 曹振, 郝亚睿, 张源, 陈新苗考虑城市轨道交通出行特征,将新冠疫情下城市轨道交通系统内的乘客分为易感者、感染者、暴露者; 假设病毒自由传播,以疫情发生初期的病例为研究对象,结合相关研究,选择病毒传染概率为0.41; 将感染者乘坐城市轨道交通的过程分为出入站阶段和乘车阶段,考虑病毒有效传播范围、人群分布特征、人群流动特征,建立新冠疫情在城市轨道交通系统内部的传播模型; 以某市地铁为模拟案例,假如有13个感染者乘坐地铁,结合历史客运数据确定模型参数的取值,预测不同载运水平下可能造成的感染人数,同时研究与可能感染人数相关的各类要素。研究结果表明:当载运水平降低至平均水平的10%时,多数案例的可能感染人数降低至1人以下,证明了城市轨道交通客流管控强度的有效性,起终点站内人数折减引起的感染人数变化(小于20%)低于车厢人数折减引起的变化(60%～80%),说明相比起终点站内人数,车厢内的人群密集程度对可能感染人数的影响更加显著; 在经停时,假如上下车人数之比不大于1,则能有效控制可能感染人数的升高; 当经停站数与可能感染人数非线性正相关时,载运水平、经停站数、可能感染人数之间的函数关系具有较高的拟合优度(决定系数为0.700 1)。交通运输工程学报. 2020 20(3): 139-149.

基于改进SEIR模型的新冠肺炎疫情沿交通线路传播机制

张宇, 田万利, 吴忠广, 陈宗伟, 王冀 — 2020-07-08

张宇, 田万利, 吴忠广, 陈宗伟, 王冀考虑了新冠肺炎通过接触和飞沫传染、在潜伏期具有传染性等特性,结合交通工具空间狭小、环境密闭的特点,基于SEIR模型,建立了考虑交通工具内病毒密度、乘客之间接触率与感染率、乘客乘坐时间等因素的交通工具内部疫情传播模型; 基于交通工具内部疫情传播形式,考虑交通工具在多个停靠站点上下乘客的过程将疫情传播到非疫区,建立了基于人口迁徙的疫情沿交通线路传播的模型; 利用建立的2个模型,分析了疫情沿交通线路传播机制,研究了武汉人口迁徙指数与确诊人数的关系,并模拟了疫情沿高铁线路传播的过程。研究结果表明:各省、市级累计确诊人数与人口迁徙指数有着较强的正相关性,表明交通对疫情传播具有一定的助推作用,在交通运输工具内有可能造成一定数量乘客被感染; 依据潜伏期的推后效应,在一定程度上解释了除武汉之外中国其他各省市区在2020年1月31日至2月5日每日新增确诊人数处于高峰状态; 采取隔离与降低乘客上座率等措施减少乘客相互之间接触机会,可以有效降低乘客被感染风险,且效果显著好于通风和消毒措施。可见,为了合理控制疫情沿交通线路传播,在交通运输工具内应以降低上座率,加大乘客之间的乘坐距离,降低相互接触率等措施为主,辅以增加通风和消毒措施。交通运输工程学报. 2020 20(3): 150-158.

新冠肺炎疫情对中国港航业的影响及其对策

张永锋, 龚建伟, 殷明 — 2020-07-08

张永锋, 龚建伟, 殷明分析了新冠肺炎疫情对于经济、贸易和产业的影响,论述了疫情条件下航运与产业的传导机制和直观影响; 综合运用Granger检验、问卷调查、企业调研、专家访谈等方式评估了疫情对于港航业的总体影响; 聚焦不同市场板块,分析了疫情对港口、集装箱、油轮、干散货、邮轮等细分板块的不同影响程度; 结合港航业当前困难,提出了主要应对举措建议。研究结果表明:新冠肺炎疫情已经给世界经济、贸易和产业产生了较大影响,并通过全球供应链传导于航运产业; 每日新增病例与波罗的海干散货指数具有较强的Granger因果关系; 2020年第一季度,中国主要监测港口货物吞吐量和集装箱吞吐量分别为105 353×10⁴ t、3 766.6×10⁴ TEU,同比下滑3.5%、8.6%; 疫情对于干散货、集装箱、油轮的短期冲击都较大,2020年2月,8大集装箱枢纽港口吞吐量同比下滑19.8%,邮轮客运遭受全面关闭的打击; 后市复苏将是一个缓慢恢复的过程,新冠肺炎疫情已经并将持续对港航业产生较大影响; 建议航运企业强化境外口岸政策与港口挂靠跟踪,防范船舶租约纠纷及法律风险,完善邮轮的疫情防控体系,推动智慧港口与智能航运发展等应对措施。交通运输工程学报. 2020 20(3): 159-167.

重大突发公共卫生事件下城市应急医疗物资配送

赵建有, 韩万里, 郑文捷, 赵阳 — 2020-07-08

赵建有, 韩万里, 郑文捷, 赵阳为了在发生重大突发公共卫生事件时提高城市医疗物资的应急救援效率,减少人员伤亡与经济损失,在分析重大突发公共卫生事件特点与应急物流特征的基础上,将需求紧迫度作为配送影响因素,提出以辖区人口、感染确诊及疑似病例、医疗物资需求点规模、医护人员数量和医疗物资缺口率为评价指标的医疗物资需求点需求紧迫度评价指标体系; 针对医疗物资应急物流的特点,调整医疗物资配送时间窗参数,建立由车辆行驶成本、配送延误惩罚成本和无配送延误补贴费用组成的总配送费用函数,并考虑配送车辆载重、配送时间窗、医疗物资需求紧迫度等约束条件,构建使总配送费用最少与需求紧迫度高的需求点优先配送的双重目标,优化了医疗物资的配送路径; 依托SPSS、Yaahp和MATLAB软件平台,结合算例,利用层次分析法与遗传算法求解考虑与不考虑需求紧迫度的医疗物资应急物流配送路径优化模型。研究结果表明:重大突发公共卫生事件下,相对于不考虑需求紧迫度的配送路径,考虑需求紧迫度的最优配送路径不仅对需求紧迫度较高的医疗物资需求点进行优先配送,同时还使总配送费用减少了5.8%; 需求紧迫度的引入能极大地改善调度的盲目性,基于配送车辆载重、配送时间窗、医疗物资需求紧迫度等约束条件所构建的双目标优化模型能够有效地提高应急救援效率和减少不必要的调度成本。交通运输工程学报. 2020 20(3): 168-177.

考虑船舶封存与压港的电煤船舶调度优化模型

陈康, 赵梓州, 吴明昊, 辛旭, 陈子根 — 2020-07-08

陈康, 赵梓州, 吴明昊, 辛旭, 陈子根针对中国电煤水运系统的实际特点,综合考虑了船舶封存与港口拥堵(压港)因素,建立了混合整数规划优化模型,对电煤船舶调度方案进行优化; 基于运输需求的硬时间窗、卸货港船舶排队等待时间与水路-铁路运输协同三因素之间的互动关系,以运输系统总成本最小为目标,协同优化水、铁电煤运输的货运分担率、水路运输任务指派和相应的船舶调度与封存/启用方案; 基于改进列生成算法,提出了一种可精确求解实际规模电煤船舶调度问题的列生成算法,利用Gurobi求解列生成的主模型,使用动态规划标号法求解列生成的子模型; 利用中国南部某火力发电集团的实际数据,对提出的算法进行了算例分析。计算结果表明:在中等规模的算例中,使用提出的改进算法获得最优解仅需73.61 s,相比于使用基于运输任务运量排序的启发式求解方法(PHA),求解效率提高了18.1%; 在较大规模的算例中,使用提出算法的计算时间仅为222.02 s,同比PHA,计算效率提高了19.1%; 通过求解一个实际的调度问题可以发现,利用提出的优化模型和算法能有效缩短船舶在卸货港的等待时长与船舶处于启用状态的时长,使运输总成本下降17.13%,实现了电煤稳定运输,提升了企业运营效率,降低了运营成本。交通运输工程学报. 2020 20(3): 178-191.

基于水域精细划分的VTS雷达站选址配置优化

黄川, 吕靖, 艾云飞 — 2020-07-08

黄川, 吕靖, 艾云飞为了提高水上安全监管效率和保障水上运输安全生产,以船舶交通管理系统(VTS)雷达站为研究对象,研究了基于水域精细划分的VTS雷达站选址优化问题; 考虑实际环境中遮挡因素和水域风险因素对雷达监测效果的影响,基于软件ArcGIS 10.4.1提出了水域精细划分方法; 以雷达站建站位置和雷达配置类型为决策变量,以水域覆盖率最大和总成本最小为目标函数,构建了混合整数规划模型; 基于模型特点设计了多目标粒子群算法,给出了生成初始粒子群的启发式规则,并在算法中引入有效的变异操作; 为了验证方法的有效性,以ZDT系列测试函数对算法搜寻最优解的性能以及算法的收敛性进行了研究。研究结果表明:水域精细划分方法能够在考虑遮挡因素和风险因素的情况下实现对水域的空间划分,实例中在存在62个雷达站候选点的情况下将雷达站所需监测水域划分为2 812个水域单元; 改进的粒子群算法在ZDT测试函数中能够有效地寻找全局最优解,并且在最优解的分布上具有良好的收敛性和分布性; 针对实例中的VTS雷达站选址项目模型达到了95.92%的覆盖率,成本为33 800元。可见,考虑环境遮挡和水域风险因素的VTS雷达站选址模型是有效的,改进的多目标粒子群算法可以提高VTS雷达站选址的科学性和合理性,是解决VTS雷达站选址优化问题的一种有效方法。交通运输工程学报. 2020 20(3): 192-205.

车辆多目标自适应巡航显式模型预测控制

赵树恩, 冷姚, 邵毅明 — 2020-07-08

赵树恩, 冷姚, 邵毅明为了兼顾车辆自适应巡航控制(ACC)系统的跟踪控制效果和实时性,提出了基于显式模型预测控制(EMPC)理论的车辆多目标自适应巡航控制方法; 基于车辆间运动学关系建立自适应巡航控制运动学模型,根据预测控制理论推导预测时域内的跟踪误差预测模型,并确定车辆安全性、跟踪性、经济性和舒适性等多性能目标函数和约束条件; 运用显式模型预测控制中的多参数规划理论,将基于反复在线优化计算的闭环模型预测控制系统转化为与之等价的显式多面体分段仿射(PPWA)系统,通过离线计算获得期望加速度与距离误差、速度误差、自车加速度和前车加速度等状态变量之间的最优控制律,并设计在线查表的搜索流程,通过定位当前状态所处分区,并应用该分区的显式控制律实现自适应巡航控制; 进行了纵向跟踪工况仿真验证,并与传统MPC-ACC控制方法进行对比。对比结果表明:在前车正弦加减速工况下,EMPC-ACC控制器单步运算速度比MPC-ACC控制器平均提升了53.51%,EMPC-ACC控制下的平均距离跟踪误差为0.220 3 m,平均速度误差为0.340 1 m・s^-1; 在前车阶跃加减速工况下,EMPC-ACC控制器单步运算速度比MPC-ACC控制器平均提升了72.96%,EMPC-ACC控制下的平均距离跟踪误差为0.331 9 m,平均速度误差为0.399 1 m・s^-1。可见,提出的EMPC-ACC控制算法在保证纵向跟踪性能的前提下,有效地提高了自适应巡航控制的实时性。交通运输工程学报. 2020 20(3): 206-216.

面向智慧高速的合流区协作车辆冲突解脱协调方法

杨敏, 王立超, 张健, 冉斌, 吴静娴 — 2020-07-08

杨敏, 王立超, 张健, 冉斌, 吴静娴根据网联自动驾驶车辆接近合流区的全过程特征,设定智慧高速合流车辆行驶的协调控制流程; 针对高速公路合流区冲突风险问题,考虑车辆时间需求强度、车辆类型和行驶意图等因素,提出了基于合作博弈理论的高速公路合流区网联自动驾驶车辆冲突解脱协调方法; 利用MATLAB软件对不同条件下的车辆通过合流区进行了仿真验证。仿真结果表明:智慧高速合流区车辆行驶协调规则能够实现网联自动驾驶车辆的通过请求协调,在合作博弈作用下能够进一步实现冲突系统虚拟支付成本最低的车辆调整决策; 合流区车辆系统虚拟风险程度随着速度的降低而降低; 当严格执行协调决策时,网联自动驾驶车辆在合流区通过过程中具有更高的稳定性; 当潜在冲突点长度在一定范围内,两网联自动驾驶车辆行驶速度相同时的合作博弈效果优于车辆行驶速度不同时的合作博弈效果; 利用该协调方法将冲突解脱过程的虚拟支付成本降低了9%～14%,大大提高了网联自动驾驶车辆合流区通过过程的安全性。交通运输工程学报. 2020 20(3): 217-224.

结合区域分割和Wishart分类器的机场跑道区域快速检测方法

韩萍, 程争, 万义爽, 韩宾宾, 韩绍程 — 2020-07-08

韩萍, 程争, 万义爽, 韩宾宾, 韩绍程提出了一种结合区域分割和Wishart分类器的极化合成孔径雷达图像机场跑道区域快速检测方法; 利用简单线性迭代聚类算法分割极化合成孔径雷达图像,并将分割得到的超像素作为后续分类处理的基本单元; 采用一种优化后的距离度量方式给超像素分配类别标签,解决了传统Wishart距离度量因子冗余运算量大的问题; 分析了机场跑道区域像素的极化散射特性,利用机场跑道区域的弱散射特性从分类结果中提取感兴趣区域; 利用机场跑道的结构特征筛选辨识感兴趣区域,进而确定机场跑道区域的准确位置; 利用极化合成孔径雷达实测数据测试了算法的有效性,并与传统基于像素的检测结果进行对比。试验结果表明:该算法在复杂大场景下能够快速有效检测出机场跑道区域,检测出的跑道轮廓清晰,结构比较完整; 采用简单线性迭代聚类算法预处理图像极大地降低了后续处理的复杂性; 针对墨西哥湾试验数据,Wishart分类器处理单元个数分别是Freeman+Wishart算法和FCM+Wishart算法的1.0%和2.4%,整个检测过程耗时分别为Freeman+Wishart算法和FCM+Wishart算法的9.9%和27.1%; 针对大岛试验数据,Wishart分类器处理单元个数分别是Freeman+Wishart算法和FCM+Wishart算法的1.0%和2.6%,整个检测过程耗时分别为Freeman+Wishart算法和FCM+Wishart算法的14.0%和31.8%。可见,所提检测方法的实时性能优于基于像素的检测方法。交通运输工程学报. 2020 20(3): 225-236.