交通运输工程学报

超高强钢管混凝土研究综述

陈宝春, 李莉, 罗霞, 韦建刚, 赖秀英, 刘君平, 丁庆军, 李聪 — 2020-10-20

陈宝春, 李莉, 罗霞, 韦建刚, 赖秀英, 刘君平, 丁庆军, 李聪为了解超高强钢管混凝土(UCFST)的研究现状,分析了钢管混凝土(CFST)中钢管与核心混凝土的材料强度发展历程,根据这2种材料不同强度等级的组合,梳理了1套简洁的CFST分类与缩写方法; 总结了UCFST的基本力学性能、收缩性能和界面粘结性能及其主要影响因素; 探讨了核心超高强混凝土(UHSC)的制备技术要求,展望了UCFST未来的研究方向。分析结果表明:UCFST的提出与研究可分为UHSC和超高强钢材(UHSS)2条路径,中国以前者为主,对后者的研究较为滞后,实际应用也较少; 已开展的UCFST基本力学性能试验研究,体系仍不完善,结构层次研究极少,主要集中于构件层次但试验量偏少,且以轴压短柱为主,未见构件抗剪、抗扭及其余复合受力的研究; UCFST的研究以核心混凝土为UHSC的构件为主,核心混凝土与钢管均为超高强的次之,其他组合的较少; 钢管与核心混凝土的强度匹配研究才刚刚开始,应继续深入,重点研究合理匹配的UCFST; 核心UHSC自收缩大,可能导致其与钢管脱粘,应开展钢与UHSC法向黏结强度、UCFST构件收缩的研究; 应考虑核心UHSC材料的工作环境、施工条件及其对UCFST组合性能的影响,核心UHSC材料以超高强度要求为主,且具有低收缩(或微膨胀)、高流动性的特性,不必强调耐久性; 制备核心UHSC材料时采用常温养护,可少掺或不掺纤维。交通运输工程学报. 2020 20(5): 1-21.

粗颗粒盐渍土工程特性研究进展

杨晓华, 张莎莎, 刘伟, 余泽龙 — 2020-10-20

杨晓华, 张莎莎, 刘伟, 余泽龙从盐渍土的分布状况出发,阐述了合理利用粗颗粒盐渍土的环保性和重要性; 基于单因素盐胀试验结果,结合多因素交互作用下的盐胀试验,分析了土、水、盐、温、力5要素对粗颗粒盐渍土盐胀量的影响效果; 通过现场和室内溶陷试验结果对比,概括了粗颗粒盐渍土溶陷特性的典型规律; 梳理了不同工况下粗颗粒盐渍土冻融循环试验成果,完善了粗颗粒盐渍土现有的改良方法,提出了粗颗粒盐渍土工程特性的研究方向。研究结果表明:粗颗粒盐渍土的物理力学性质与其颗粒组成和含盐量关系密切; 地域不同,粗颗粒盐渍土的颗粒级配亦有所差别; 温度、含盐量、含盐类型、含水率、初始密度和上覆荷载均是影响粗颗粒盐渍土盐胀量的重要因素,且存在一定的交互作用; 建议在将粗颗粒盐渍土用作路基填料时,应充分考虑各个因素对盐胀量的影响,有效利用具有抑制盐胀作用的因素; 现场和室内溶陷试验均是测定盐渍土溶陷率的有效方法,但粗颗粒盐渍土室内溶陷试验需要在考虑土体颗粒粒径效应的基础上完善、规范; 冻融循环试验可近似模拟粗颗粒盐渍土的实际工况,直观反映其温度、水分与变形等规律,但在进行试验方案设计时,需综合考虑实际工程中的各种环境因素,不同因素的组合对冻融循环试验结果影响较显著; 在进行粗颗粒盐渍土工程特性改良时,应充分利用现场材料,火山灰、粉煤灰等具有较好的改良效果; 应建立水-热-盐-力四场全耦合模型以进一步完善粗颗粒盐渍土盐胀机理。交通运输工程学报. 2020 20(5): 22-40.

铁路运营隧道检测技术综述

王石磊, 高岩, 齐法琳, 柯在田, 李红艳, 雷洋, 彭湛 — 2020-10-20

王石磊, 高岩, 齐法琳, 柯在田, 李红艳, 雷洋, 彭湛为了解铁路运营隧道检测技术研究与应用情况,梳理了隧道病害特点与检测方法,从表观状态、内部状态、几何形态、高精度地面移动检测机器人和数据信息化5个方面,分析了国内外检测技术现状,探讨了检测技术体系与发展方向。分析结果表明:表观状态检测主要有相机摄像和激光扫描技术,相机摄像系统适用于车载平台,检测速度达80 km・h^-1,激光扫描系统结构精巧,检测速度约为5 km・h^-1; 图像处理、计算机视觉是表观病害识别的2种技术,拓展设计病害特征、提高识别效率、降低非病害因素干扰是图像处理技术进一步发展方向,计算机视觉推广关键在于构建行业级病害样本库; 地质雷达是开展内部状态检测的关键技术,地耦型雷达速度约为10 km・h^-1,空耦型雷达速度达80 km・h^-1,空耦型雷达检测系统关键在于优化天线结构、信号增强、抑制电气化设施和机械系统振动干扰,地质雷达、红外热成像、超声层析成像、激光缺陷检测法等检测技术在探测范围、精度、效率等方面具有互补性,可构成多技术综合运用策略; 几何形态检测主要有激光扫描、激光摄像、惯性测量技术,激光扫描测量精度高,速度约为10 km・h^-1,激光摄像速度达60 km・h^-1,提高激光摄像测量精度关键在于系统标定与振动补偿,可基于惯性测量深化研究开展仰拱上拱变形检测; 发展和推广高精度地面移动检测机器人、检测数据信息化是与隧道规模相适应、状态精准管理相匹配的保障措施; 检测技术体系建议由“车载式快速综合检测+原位与地面移动精确检测+数据信息化平台”3部分组成,未来发展方向应集中在空耦型雷达快速检测、复合变形快速精确测量、高精度地面移动检测、病害智能识别及多源数据融合分析等方面。交通运输工程学报. 2020 20(5): 41-57.

智能网联汽车协同生态驾驶策略综述

杨澜, 赵祥模, 吴国垣, 徐志刚, MATTHEW Barth, 惠飞, 郝鹏, 韩梦杰, 赵周桥, 房山, 景首才 — 2020-10-20

杨澜, 赵祥模, 吴国垣, 徐志刚, MATTHEW Barth, 惠飞, 郝鹏, 韩梦杰, 赵周桥, 房山, 景首才为了跟踪近年来智能网联汽车(CAV)协同生态驾驶策略的研究进展,分析了车辆、驾驶行为、交通网络和社会这4类因素对CAV能耗的影响程度,以车辆、基础设施和旅行者为对象对目前CAV生态研究进行分类,重点分析了信号交叉口生态驶入与离开、生态协同自适应巡航控制、匝道合流区生态协同驾驶、生态协同换道轨迹规划和生态路由5种典型车辆协同生态驾驶应用场景的研究现状。分析结果表明:相比人类驾驶方式,在任何交通流量CAV 100%渗透率的条件下和低交通流量CAV部分渗透率的条件下,CAV油耗节省效果显著,最高可达63%,而具有部分智能化和网联化等级的CAV油耗可至少节省7%; 现有研究较少考虑人机共驾情况下,驾驶人反应延迟和自动控制器传输延迟导致的轨迹跟踪偏离; 现有研究将车车通信/车路通信假定为理想数据交互过程,未考虑通信拓扑、传输时延、通信失效与基站切换等因素对CAV生态协同驾驶策略的影响; 现有研究较少探讨多车道、交叉口转向-直行共用车道和U型车道等交通场景,以及不同智能网联等级CAV与人类驾驶汽车、行人、自行车等共存的混合交通条件下的生态驾驶策略; 受限于自动驾驶技术和基础设施尚未成熟和完善,真实交通场景下的测试验证工作尚未开展; 车辆控制、车车通信、多车协同、混合交通流场景、半实物仿真测试和真实交通场景测试等方面将是CAV协同生态驾驶策略的进一步发展方向。交通运输工程学报. 2020 20(5): 58-72.

考虑界面初始黏结缺陷的CRTS Ⅱ型板式无砟轨道温度变形

粟淼, 朱琦治, 戴公连, 彭晖 — 2020-10-20

粟淼, 朱琦治, 戴公连, 彭晖针对中国高速铁路CRTS Ⅱ型板式无砟轨道界面初始黏结缺陷导致轨道结构温度变形进一步增大的现象,基于电荷耦合器件(CCD)工业相机与计算机图片处理技术,建立了板式无砟轨道界面空隙率试验检测系统,测试了3块CRTS Ⅱ型板式无砟轨道板与水泥沥青(CA)砂浆界面的初始空隙率; 在有限元模型中以界面空隙率定量表征了界面的黏结状态,即根据界面空隙率检测结果,考虑界面存在一定量值的初始空隙率,并假设这些空隙均匀分布在整个界面上,系统分析了界面初始黏结缺陷对板式无砟轨道温度变形的影响。研究结果表明:3块轨道板样本界面的初始平均空隙率为22.3%,界面四周的初始黏结状态明显差于轨道板界面中心; 在正、负竖向温度梯度作用下,CRTS Ⅱ型板式无砟轨道分别呈现中心上拱和四周翘曲的温度变形模式; 正温度梯度作用下轨道板最大温度变形与不考虑界面初始黏结缺陷相比增大了7.8%～10.1%,且随着界面初始空隙率的进一步增大,轨道板最大上拱温度变形呈线性增大趋势; 负温度梯度作用下,界面空隙率的增大对轨道板温度变形的影响不大; 在分析CRTS Ⅱ型板式无砟轨道温度变形时应适当考虑轨道板与CA砂浆的界面初始黏结缺陷,研究结果可为分析CRTS Ⅱ型轨道板上拱温度变形机理提供参考。交通运输工程学报. 2020 20(5): 73-81.

弹性支承块式无砟轨道冲击振动传递衰减特性试验

曾志平, 田春雨, 陈卓, 王俊东, 李世业, 吴志鹏 — 2020-10-20

曾志平, 田春雨, 陈卓, 王俊东, 李世业, 吴志鹏针对重载铁路弹性支承块式无砟轨道(LVT)在实际应用中出现的弹性部件变形过大、易损坏等问题,优化设计了既有弹性支承块,将支承块短侧边坡度由1:17.00调整为1:4.85,取消了块下垫板,并采用一体化弹性套靴; 为验证设计成果,建立了传统型LVT和改进型LVT足尺模型,采用质量为1 120 kg的重载货车轮对,以20 mm的落高进行落轴冲击试验,分别从时域和频域角度对比分析了冲击作用下竖向振动在钢轨、支承块、道床板、底座板及地面等结构部件沿线路纵、竖、横向的传递衰减特性。研究结果表明:轮轨产生的高频振动能量沿钢轨纵向传递,低频振动能量传递给下部其他轨道结构; 竖向冲击振动在纵、竖向传递的过程中不断衰减且衰减速率逐渐降低,在支承块和道床板表面横向传递过程中,向外侧边缘传递振动增大; 相比传统型LVT,改进型LVT整体弹性系数减小21.1%,而阻尼系数增大5.4%,其振动周期、衰减时长、振动峰值分别比传统型LVT小37.0%、21.3%和3.4%,各结构部位功率谱密度峰值比传统型LVT小30%以上; 改进型LVT轨道结构各部位Z振级比传统型LVT小,在地面处减小了3.65 dB,能更有效、迅速地衰减轮轨冲击力和轨道结构振动,振动水平更低,降低了冲击作用对环境的影响。研究结果对于开展LVT减振性能试验验证、优化与工程应用有参考价值。交通运输工程学报. 2020 20(5): 82-92.

环境风对高速铁路接触线波动速度的影响

陈小强, 张玺, 王英, 王心仪, 钟迪豪 — 2020-10-20

陈小强, 张玺, 王英, 王心仪, 钟迪豪基于空气动力学理论分别推导了作用在接触线上的空气阻尼和脉动风气动载荷,并将空气动力项添加至接触线波动速度公式中进行修正; 通过风洞试验和CFD绕流仿真得到了横风环境下的气动阻力系数,分析了不同空气阻尼下接触线波动速度的变化规律; 基于AR模型和接触网的结构特性,建立了具有时间和空间相关性的接触网脉动风场,通过仿真计算分析了脉动风速和风攻角对接触线波动速度的影响。研究结果表明:静风载荷引起的接触线空气阻尼很小,当平均风速达到30 m・s^-1时,接触线空气阻尼仅为0.3,接触线波动速度为549.1 km・h^-1左右,因此,空气阻尼不会对接触线波动速度产生较大影响; 当来流风攻角为60°,平均风速不大于10 m・s^-1时,脉动风下接触线波动速度标准差和最值差分别小于1和6 km・h^-1,此时接触线波动速度相对无风情况变化较小,脉动风载荷对接触线波动速度的影响不明显; 当风速达到40 m・s^-1时,接触线平均波动速度较无风情况下降39.39 km・h^-1,且其标准差和最值差分别达到11.84和75.98 km・h^-1,此时接触线波动速度出现大幅下降与振荡,最小波动速度低至474.16 km・h^-1,因此,脉动风下风速越大,接触线波动速度受脉动风载荷影响越显著; 当风速保持30 m・s^-1,来流风攻角为0°～30°时,接触线波动速度标准差和最值差分别小于1和5 km・h^-1,此时脉动风载荷对接触线波动速度的影响较小; 当风攻角为90°时,接触线波动速度标准差和最值差分别达到12.38和73.19 km・h^-1,此时接触线波动速度出现大幅下降与振荡,最小波动速度低至472.91 km・h^-1,因此,脉动风下来流风越偏于水平方向,对接触线波动速度的影响越小。交通运输工程学报. 2020 20(5): 93-104.

格库铁路HDPE板栅栏有效防护距离

张凯, 王起才, 张兴鑫, 赵沛雯 — 2020-10-20

张凯, 王起才, 张兴鑫, 赵沛雯以格库铁路现场风沙试验段为研究对象,运用数值模拟方法研究了HDPE板栅栏周围的风沙流场,给出了不同初始风速下HDPE板栅栏有效防护距离与其孔隙率和高度的关系,研究结果表明:气流经过HDPE板栅栏时,气流速度在栅栏前降低较快,在栅栏后恢复较快,经过一段距离后逐渐恢复到初始风速,气流速度整体呈V形分布,气流速度增减幅度随HDPE板栅栏孔隙率的增大逐渐减小; 在同一孔隙率下,初始风速分别为6、24 m・s^-1时,HDPE板栅栏背风侧回流区相差4.5倍HDPE板栅栏的高度; 孔隙率为60%时,最小气流速度为8.9 m・s^-1,HDPE板栅栏背风侧回流消失; 随着HDPE板孔隙率的增大,最小气流速度逐渐增大; HDPE板栅栏的孔隙率存在不产生栅栏背风侧回流区的界限孔隙率,为40%～60%; 孔隙率小于50%时,随着HDPE板孔隙率的增大,有效防护距离逐渐增大,孔隙率大于50%时,随着HDPE板孔隙率的增大,有效防护距离逐渐减小,当孔隙率趋于100%时,其有效防护距离趋于0,因此,HDPE板栅栏的最优孔隙率为50%; 随着高度的增加,HDPE板栅栏背风侧恢复到初始风速的距离增加,同一风速下,孔隙率为50%的HDPE板栅栏的有效防护距离是孔隙率为25%的HDPE板栅栏的1.35倍; 在现场布设HDPE板栅栏时建议使用40%～50%孔隙率的栅栏,在经济条件允许的情况下可考虑适当增加栅栏高度,以保证路基免受风沙侵蚀。交通运输工程学报. 2020 20(5): 105-115.

车身粘接结构断裂失效准则改进

那景新, 娄菲, 纪俊栋, 李锋 — 2020-10-20

那景新, 娄菲, 纪俊栋, 李锋为了解决现有失效准则无法满足粘接结构真实失效预测的问题,利用试验测试与仿真分析相结合的方法建立一种基于应力的断裂失效准则; 设计了5组典型拉剪比的ISR-7008/铝合金粘接接头,并对5组不同拉剪比的粘接接头进行准静态拉伸试验,获得了初始断裂载荷与最大断裂载荷,确定了胶层断裂失效点的起始位置; 建立了粘接接头的仿真模型并在仿真模型中施加初始断裂载荷,提取出5组典型拉剪比的接头失效区域内初始断裂点的各种应力; 通过对失效点的各种应力进行比值和线性组合处理,得出等效应力计算公式,基于该等效应力计算公式建立适用于粘接结构的初始失效和后续失效统一的失效准则; 设计了验证试验方案,通过对比试验结果和仿真结果,分析了失效准则的有效性。分析结果表明:在75°嵌接接头中,仿真分析获得的失效载荷为1 717.6 N,试验测试获得的失效载荷为1 936.4 N,试验和仿真的相对误差为11.3%; 仿真结果与试验测试的胶层失效过程基本吻合,验证了本文建立的失效准则的有效性。建立的基于应力的失效准则实现了粘接结构初始失效准则和后续失效准则的统一,可以较为准确地预测复杂应力状态下粘接接头的失效过程,并且该失效准则解决了弹性粘接剂厚胶层的仿真问题,为工程实际应用中的粘接结构强度设计提供了一定参考。交通运输工程学报. 2020 20(5): 116-124.

基于电机动力吸振的高速列车蛇行运动控制

张卫华, 罗仁, 宋春元, 范军 — 2020-10-20

张卫华, 罗仁, 宋春元, 范军复兴号CR400BF高速动车组动力转向架的牵引电机采用特有的四点弹性架悬方式,在电机和构架之间安装有横向液压减振器和横向止挡,首次采用牵引电机作为动力吸振器来控制转向架蛇行运动稳定性和蛇行频率,从而避免引起车体弹性模态共振; 考虑悬挂参数和轮轨接触非线性,建立了复兴号动车组非线性多刚体动力学仿真模型,通过悬挂模态计算和动力学时域仿真,分析了关键参数对动车蛇行运动的影响规律; 基于将电机作为动力吸振器的原理,优化了电机节点横向刚度和横向减振器阻尼; 考虑动车组运营中的轮轨匹配随机因素,组合400种轮轨随机匹配状态,仿真分析了动车的动力学性能; 开展动车组长期线路动力学跟踪试验,研究了动力转向架蛇行运动演变规律。仿真与试验结果表明:牵引电机弹性架悬下的构架横向加速度频谱图从以蛇行频率为主频的单峰值变化为主频在蛇行频率两侧的双峰值,说明电机起到了动力吸振器的作用; 将电机作为动力吸振器能够提高动车蛇行运动稳定性,具有不同等效锥度的典型轮轨匹配下非线性临界速度超过500 km・h^-1; 动车蛇行运动最高频率被控制在6 Hz附近,远离车体中部菱形弹性模态频率8.5 Hz,避免了转向架蛇行运动激起车体弹性共振; 动车组在轨道随机不平顺激扰下,构架端部横向加速度小于0.5g,平稳性指标小于2.5,轮轴横向力和脱轨系数等运行安全性指标满足要求。交通运输工程学报. 2020 20(5): 125-134.

基于小滚轮高频激励的高速列车齿轮箱箱体振动试验

朱海燕, 王超文, 邬平波, 曾京, 肖乾 — 2020-10-20

朱海燕, 王超文, 邬平波, 曾京, 肖乾为探究高速列车齿轮箱箱体振动特性和疲劳损伤,应用小滚轮高频激励台架试验,将滚轮表面加工成径跳量幅值为0.05 mm的13阶多边形,可等效成20阶车轮多边形,研究了某型齿轮箱箱体在不同垂向载荷与速度工况下的振动特性; 通过雨流计数法及Miner线性损伤法则,分析了齿轮箱箱体单位时间应力累计损伤。研究结果表明:受齿轮箱箱体共振影响,不同垂向载荷与速度工况下,高速列车运行速度为200 km・h^-1时,齿轮箱箱体各测点的垂、横向加速度均方根值均为最小; 当垂向载荷为23 t时,大部分测点的垂、横向加速度均方根值均为最大; 齿轮箱箱体存在573 Hz的局部固有频率被激发共振,其原因是试验速度为100 km・h^-1时试验台发生共振,以及试验速度为300 km・h^-1时,受到20阶多边形车轮转频约580 Hz的主频激扰; 车轮初始速度从0加速到200 km・h^-1及从300 km・h^-1减速至0的速度等级之间时,齿轮箱箱体各测点的单位时间应力累计损伤波动较大,其余速度等级段各测点的单位时间应力累计损伤波动很小; 单位时间应力损伤最大值出现在大齿轮箱齿面观察孔,为3.72×10^-10,损伤最小值位于小齿轮箱轴承正上方,仅为8.29×10^-18。可见,箱体共振、试验台减速运行、速度等级对齿轮箱箱体振动加速度影响较大; 非共振、试验台不减速运行、相同速度等级下,垂向载荷对单位时间应力累计损伤影响甚微。交通运输工程学报. 2020 20(5): 135-150.

基于多尺度卷积类内迁移学习的列车轴承故障诊断

沈长青, 王旭, 王冬, 阙红波, 石娟娟, 朱忠奎 — 2020-10-20

沈长青, 王旭, 王冬, 阙红波, 石娟娟, 朱忠奎考虑变工况下列车轴承振动数据分布不一致情况下,传统深度学习诊断模型的泛化能力下降,提出了一种多尺度卷积类内自适应的深度迁移学习模型; 模型利用改进的ResNet-50网络分析振动数据的频谱,得到了中间层次特征,构造了多尺度特征提取器,从不同尺度处理中间层次特征得到高层次特征; 将高层次特征作为分类器的输入,同时计算了伪标签以缩短在不同工作条件下收集的振动信号的条件分布距离来进行类内匹配; 为了验证模型的通用性和优越性,将提出的模型分别用于列车轮对轴承数据集和凯斯西储数据集的多个工况进行试验验证和分析。研究结果表明:通过对齐不同域中同一类样本的高层次特征作为分类器的输入,提出的模型获得了更为理想的故障诊断精度; 在列车轴承6个变工况诊断实例中,平均诊断精度为90.75%,与传统深度学习模型相比,模型诊断精度平均提高了约10%,召回率为0.927; 在凯斯西储数据集的12个变工况诊断实例中,模型平均诊断精度达99.97%,比传统模型提高约10%。可见,利用伪标签减小了不同域之间的条件分布差异,很好地处理了源域和目标域数据分布不一致的问题; 多尺度特征提取器能从不同尺度对齐样本的高层次特征,增强了模型的泛化性与鲁棒性,是解决变工况列车轴承故障诊断问题的一种有效模型。交通运输工程学报. 2020 20(5): 151-164.

重载货车车钩准静态受力分析与纵向载荷分配规律

朱涛, 尹敏轩, 徐京涛, 王超, 肖守讷, 阳光武 — 2020-10-20

朱涛, 尹敏轩, 徐京涛, 王超, 肖守讷, 阳光武针对重载货车车钩在车钩间隙、重力与纵向牵引力综合作用下的受力状态改变问题,对车钩进行了准静态受力分析,研究了其纵向载荷分配规律; 设计了钩舌上下牵引凸缘根部的应变试验,得到了测点弹性应变随牵引力的变化关系,分析了上下牵引凸缘承载程度变化趋势; 对车钩进行了详细的受力分析,推导了载荷传递部位等效力解析解,得到了车钩承受不同牵引力作用时所对应的仿真边界条件; 对车钩结构进行了仿真分析,得到了节点应变随牵引力变化的响应曲线,通过与应变测试试验结果的对比分析,证明了车钩载荷传递部位等效力解析解和仿真模型的可靠性; 研究了牵引力与钩舌内腕面、上下牵引凸缘等效力的关系式中关键参数对等效力的影响规律。研究结果表明:当牵引力小于13.5 kN时,上受压推台受力; 牵引力为13.5～1 725.0 kN时,车钩系统上下牵引凸缘同时承载,随着牵引力的逐渐增大,下牵引凸缘承载比例逐渐减小并趋近于0.53,上牵引凸缘承载比例逐渐增大并趋近于0.47,承载比例与系统参数有线性关系,其中钩舌内腕面等效力作用位置对此影响极大。研究结果作为研究车钩疲劳裂纹萌生和扩展仿真的基础,对铁路重载车钩服役安全性具有极强的指导意义和参考价值。交通运输工程学报. 2020 20(5): 165-175.

公铁复合城际走廊多模式客流分担特征

徐明非, 李昌铃, 王元庆, 周伟 — 2020-10-20

徐明非, 李昌铃, 王元庆, 周伟选取了陕西省内距中心城市西安350 km范围内的咸阳、渭南、黄陵、延安4个节点城市,搜集了相关公铁复合城际走廊上高速铁路、普通铁路、长途客车、小汽车高速出行的出行量、车内时间、票价或通行费等客流特征参数,梳理了各种城际客流分担分析方法; 构建了距离转移曲线模型和多元Logit模型,通过曲线拟合、试算和回归分析对模型进行了标定,并根据模型标定结果分析了客流分担率对距离、时间和费用的敏感性,得到区域城际多模式客流分担特征,给出城际通道规划管理的相关建议。研究结果表明:高速铁路、普通铁路和小汽车高速出行3种模式的分担率-距离转移曲线拟合结果理想,决定系数均在0.94以上; MNL模型在车外时间取90～150 min时,拟合效果较好,决定系数均在0.79以上,且在时间价值取50～70 元・h^-1情景下决定系数达到峰值; 随着城际出行距离的增加,出行者选择从小汽车高速出行转移到城际铁路出行,且高速铁路较普通铁路更有优势,西安与近距离的咸阳之间小汽车高速分担率达96.91%,与远距离的延安之间高速铁路分担率达53.66%,普通铁路分担率达30.58%; 以车外时间为120 min为例,高速铁路、普通铁路、长途客车、小汽车4种出行模式的阻抗系数分别为0.029～0.044、0.034～0.042、0.030～0.040、0.028～0.048,小汽车高速出行和高速铁路增长幅度较大,2种出行对费用更加敏感,在时间价值取60 元・h^-1条件下,4种出行模式的阻抗系数为0.038～0.042,4种出行对广义时间敏感性无明显差异; 建议进一步挖掘更多城市群城际通道客流分担规律,并精确考虑城际出行链的城市端细节,以更好地指导城际走廊的宏观规划与管理。交通运输工程学报. 2020 20(5): 176-186.

考虑个体驾驶速度偏差的车辆调度模型

张娜, 杨琦, 胡飞虎, 蒋馨玉, 刘永雄 — 2020-10-20

张娜, 杨琦, 胡飞虎, 蒋馨玉, 刘永雄考虑驾驶速度偏差,建立了多驾驶人、多种车型、多种物资、多仓库点和多需求点的物资车辆调度模型,分别以整体运输时间最短、整体运输成本最低以及综合整体运输时间与成本最小为目标,研究了个体驾驶速度偏差对上述目标的影响; 将驾驶人参数加入到遗传算法的基因编码中,建立了驾驶人唯一性约束、初始地点约束以及物资供需数量约束,保证每个基因个体中驾驶人分配方案可行,且物资运输不超供需总量; 采用遗传算法求解了随机分配驾驶人条件下有驾驶速度偏差与无驾驶速度偏差时各目标的车辆调度方案。计算结果表明:优化调度方案满足模型中的所有约束条件; 3种目标下的最优方案中,驾驶人的分配方案不同,说明目标函数受驾驶人驾驶速度偏差影响; 有驾驶速度偏差情况下的各目标调度结果均优于相应无驾驶速度偏差的调度结果,3种目标函数差比分别为3.50%、2.96%和1.13%,说明驾驶速度偏差对求解质量有一定影响; 驾驶人随机分配时的各目标调度结果均劣于相应最优结果,3种目标函数差比分别为3.91%、2.47%和1.98%,说明驾驶速度偏差会影响调度效率,优化驾驶人分配方案能降低整体运输时间与成本。由此可见,根据特定的调度目标对驾驶人进行合理分配,可以得到更符合调度目标、更贴近实际、更经济省时的车辆调度方案。交通运输工程学报. 2020 20(5): 187-197.

人员密集型地铁车站安全风险评价方法

汪益敏, 罗跃, 于恒, 陈嘉诚, 黄鑫 — 2020-10-20

汪益敏, 罗跃, 于恒, 陈嘉诚, 黄鑫为准确评价人员密集型地铁车站的安全状况,通过文献检索、案例收集与问卷调查等方式,在考虑主、客观危险源的基础上对人员密集型地铁车站进行了安全风险因素识别研究,建立了四级共包含55个指标的安全评价指标体系,风险类型包括火灾、踩踏、恐怖袭击、水灾、地震等,明确了各级指标权重的计算方法、指标分值的获取方法及其安全等级类型和分值范围; 基于可拓理论,建立了四级风险指标的安全分值计算方法和人员密集型地铁车站的安全风险等级判定准则与评价方法,通过MATLAB对安全评价方法进行编程,并对广州地铁3号线体育西路车站的安全状态进行了快速评价。计算结果表明:体育西路车站安全一级指标与各安全等级的关联度矩阵为(-0.057 6,-0.462 4,-0.588 2,-0.628 1)^T,二级指标中踩踏事故与各安全等级的关联度矩阵为(-0.354 8,-0.741 5,-0.724 5,-0.690 4,-0.186 5)^T,根据最大关联度原则,体育西路车站总体处于安全状态,但在拥挤与踩踏、人员疏散环境以及管理对策等方面存在安全隐患,而车站良好的运营安全风险管控措施降低了不安全因素的影响。可见,采用评价方法有利于准确了解地铁车站的安全状况,及时发现安全隐患,制定应对措施,保障地铁车站安全运营。交通运输工程学报. 2020 20(5): 198-207.

客流特征视角下的轨道交通网络特征及其脆弱性

马超群, 张爽, 陈权, 曹蕊, 任璐 — 2020-10-20

马超群, 张爽, 陈权, 曹蕊, 任璐为提高城市轨道交通网络脆弱性评估的客观性,将乘客需求特性集成到网络脆弱性的计算中; 在城市轨道交通网络Space L空间下静态拓扑结构的基础上,以客流为权重建立了轨道交通加权网络; 基于客流指标提出了车站连接强度和加权节点介数,用于反映动态网络结构特征,度量节点间相互作用强度; 针对城市轨道交通网络客流的时空特性,结合网络客流需求特性,基于出行消耗最大容限阈值,构建了站点故障条件下的乘客有效路径子图和网络客流的OD损失率,进而评估城市轨道交通网络的脆弱性; 以西安城市轨道交通网络为例,从网络客流视角分析了城市轨道交通网络特征及其脆弱性。研究结果表明:西安市轨道交通网络具有小世界网络特性,平均路径长度为10.7,其中小寨站和北大街站为网络关键节点,其车站连接强度分别为166 795、149 059,加权节点介数分别为0.365、0.369,这两个站点的中断对西安市轨道交通网络效率的影响分别为40.1%、39.4%; 乘客出行容限阈值极大地影响着网络中站点的重要性排序,网络脆弱性随着乘客出行容限阈值的增大而逐渐降低; 脆弱性与介数的相关性强于脆弱性与度和强度的相关性,随着出行容限阈值的增大,加权介数与其脆弱性的关联性逐渐降低。可见,提出的计算指标和方法突出了客流特征与乘客需求对轨道交通网络脆弱性的影响,能够很好地体现轨道交通网络的功能特性。交通运输工程学报. 2020 20(5): 208-216.

基于行程多路径的航空公司航班频率优化

乐美龙, 郑文娟, 胡钰明 — 2020-10-20

乐美龙, 郑文娟, 胡钰明将航空运输网络抽象为多层级网络结构,构建了确定航空公司某一城市对某条路径航班频率的两阶段规划模型:第一阶段从旅客选择行为的角度,考虑旅客对旅行时间、过站时间、计划延误时间、票价等因素的价值感知,构建旅客旅行负效用函数,进而基于多项式Logit模型构建计算旅客选择某个航空公司某个城市对某条路径概率的旅客路径选择模型; 第二阶段从航空公司的角度,以总收益最大化为目标函数,基于行程多路径,并考虑航空公司总运力限制,尽可能地让每条路径的运力供给等于需求,构建了确定路径航班频率的线性规划模型; 提出了求解两阶段模型的迭代算法。研究结果表明:提出的算法能够在8次迭代之后达到收敛,可以在较短的时间内得到最优解; 随着算法的收敛,构建的两阶段规划模型在航线存在市场竞争且整体运力不足的情况下优先将运力安排到收益最高的航线上,提升航空公司整体收益; 对于包含多个航节的航线,构建的两阶段模型更能体现旅客选择行为在航班频率配置中发挥的作用; 对于包含一个航节的航线,需求随航班频率的变动幅度较小,随着迭代次数的增加,需求航班频率弹性系数逐渐变小,对于包含多个航节的航线,在航线总需求一定的情况下,需求随航班频率的变动幅度较大,由于市场竞争存在航班频率不变需求骤减的情形。可见,所提出的模型和算法能够有效提升航空公司收益。交通运输工程学报. 2020 20(5): 217-226.

基于UKF的数字轨道地图的三维线路生成方法

陶维杰, 蔡伯根, 刘江, 王剑, 上官伟 — 2020-10-20

陶维杰, 蔡伯根, 刘江, 王剑, 上官伟针对基于卫星导航系统的列车定位对数字轨道地图的实际需求,提出了一种基于无迹卡尔曼滤波的线路估计方法,生成线路的三维数字轨道地图; 对于铁路线路的3种平面线形(直线、缓和曲线和圆曲线),采用以里程为参数的菲涅尔(Fresnel)积分模型统一建模; 对于纵断面的直线和曲线,采用二次曲线模型建模; 用无迹卡尔曼滤波对模型的状态(里程、三维坐标)和参数(方位角、曲率、曲率变化率、坡度、坡度变化率)进行联合估计; 将归一化新息平方和估计距离误差作为线路分段的判断条件,最终用分段点和几何参数完成三维线路的生成; 采用仿真的平面线路数据对比了离散点法、三次多项式法和本文Fresnel法,利用青藏线14.7 km 的实测数据进一步对Fresnel法进行了验证。仿真结果表明:在相同的误差要求下,3种方法的平面距离误差均值都在0.024 m以内,但Fresnel法采用了最少的分段点,数据约简率高达99.76%; Fresnel法的最大累积里程误差最小,由0.964 m降低为0.060 m,减少了93.77%; Fresnel法比三次多项式法的方位角和曲率估计精度都高,更加接近真值; 实际数据测试结果表明Fresnel法分别采用22个和20个分段点及参数即可完成线路的平面曲线和纵断面曲线生成,平面和纵断面曲线距离误差均值都在0.03 m以内,累积里程误差最大只有0.078 m,位置精度和几何精度都较高。交通运输工程学报. 2020 20(5): 227-236.