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    2022年 第50卷 第2期    刊出日期:2022-02-25
    2022, 50(2):  0. 
    摘要 ( 91 )   PDF (393KB) ( 116 )  
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    交通运输工程
    卢凯, 吴蔚, 邓兴栋, 等
    2022, 50(2):  1-14.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.210162
    摘要 ( 1146 )   PDF (4388KB) ( 242 )  
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    为了实现城市交通信号协调控制的精细化,协调对象的选取不应停留在子区层面,而需要进一步细化到有向路径连线上。文中通过定义协调路径、协调路径链与协调路径集,以及构成路径链的父路径与子路径,建立了一套可以反映协调控制方向性需求的概念体系,并分析了路径链的计数方法。针对路网中车辆的轨迹分布,从路径链经过的交叉口数量(路径链长度)和所承载的交通流量的角度出发,分别制定了相应的协调路径集优选法则与流程。算例分析结果表明,文中方法能够根据拟协调的交叉口数量和行驶路径流量,选出控制区域内流量较大的主要路径链,从而进一步丰富控制子区与交叉口群的划分理论。
    吴娇蓉 谢金宏 王宇沁
    2022, 50(2):  15-22.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.210199
    摘要 ( 1242 )   PDF (5063KB) ( 83 )  
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    为探究公交线路运行稳定性的影响因素及评估方法,精准提高公交线路的服务品质及客流吸引力,文中聚焦站点乘客候车时间和全程运行时间波动性,提出公交线路运行不稳定性的分级方法。以上海为例,选取中心城和嘉定新城共135条公交线路,将其划分为4类开展应用研究,发现中心城和嘉定新城两项运行稳定性指标均“好”和两项运行稳定性指标均“差”的线路比例基本相同,不受空间区位影响,运行稳定性指标一“好”一“差”的线路则表现出差异性。对4类线路采用线路长度、站间距、平均每日百公里人次、线路非直线系数、途经公交专用道里程比、途径主干道里程比、沿线人口密度、沿线POI密度等指标进行一次和二次画像,结合多次画像结果,考虑中心城、嘉定新城的空间区位差异性,针对性地提出优化运营调度、增设公交专用道、改善新城主干道等优化策略。文中研究结果可为精准提高公交线路的服务品质提供决策支持。

    龙雪琴, 李景涛, 王建军, 等
    2022, 50(2):  23-32.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.210270
    摘要 ( 1214 )   PDF (4647KB) ( 99 )  
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    为改善实时信息下共线公交线路的运营服务水平,提出了一种实时信息下的共线公交线路发车时刻表优化模型。首先,基于时变的客流需求和路况信息,考虑实时信息下乘客出行行为动态变化导致的共线线路客流分布变化,以乘客出行成本、公交企业运营成本为优化目标建立共线公交线路发车时刻表协同优化模型。然后,选择基于动态拓扑结构的改进粒子群优化算法(PSO-DT)对模型进行求解。最后,以大连市两条共线线路为例进行分析,给出了优化后的发车时刻表、车辆运行轨迹图,分析了有无实时信息下客流分布的差异。结果表明:与现有方案相比,文中方案可使乘客出行成本降低12.6%,公交公司运营成本降低8.3%,总成本降低12.3%,发车次数整体上减少3次,乘客平均承载量增加3人,瞬时最高承载量减少4人,各车次承载量标准差降低2.192人,优化后线路服务水平有所提升,各车次的载客量分布更加均衡,说明文中模型是有效的。
    姚强强, 田颖, 王圣渊, 等
    2022, 50(2):  33-41,57.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.210054
    摘要 ( 2601 )   PDF (2214KB) ( 237 )  
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    为提高高速大曲率工况下智能汽车的路径跟踪控制精度,保证车辆横摆稳定性和侧倾稳定性,提出基于最优前轮侧向力和附加横摆力矩协同的力驱动模型预测控制(MPC)路径跟踪控制策略。充分利用轮胎非线性动力学特性,提高控制器的响应性能,构建基于时变线性轮胎模型的路径跟踪控制系统状态空间方程,预测车辆状态信息。采用零点力矩法建立车辆侧倾稳定性约束条件,设计基于MPC的防侧倾路径跟踪控制器。CarSim与Matlab/Simulink联合仿真结果表明,该控制器在保证车辆横摆稳定性和侧倾稳定性的前提下,高速大曲率工况下的最大横向位置偏差和航向角偏差分别降低14.08%和4.80%,低附着高速变道工况下分别降低22.95%和16.77%,说明所提出的控制器可显著改善车辆路径跟踪效果。
    崔宏环, 朱超杰, 杨尚礼, 等
    2022, 50(2):  42-49.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.210280
    摘要 ( 2188 )   PDF (2596KB) ( 79 )  
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    通过模拟雨水频繁气候地区水汽交换对公路路基的影响,利用室内力学试验研究干湿循环对张家口地区高等级公路路基改良土的影响,得到了各力学参数的变化规律,并提出采用水泥CBR影响因子来评判水泥改良土路用性能的劣化机理。水泥CBR影响因子反映的是相同水泥掺量下试样的承载强度和水泥对工程应用的贡献程度,其值越大说明试样在相同水泥掺量下的承载强度越小,对于工程应用的贡献越小。研究结果表明:水泥CBR影响因子受水泥掺量的影响较大,随着干湿循环次数的增加,水泥CBR影响因子先减小后增大;高剂量的水泥改良土可以有效地提高土样的自修复能力,在早期抵抗干湿损伤中具有积极作用,弹性模量受干湿循环影响较小。试样内部孔隙特征变化规律显示,早期干湿循环过程可增强改良土的水稳定性,经历多次干湿循环后试样内部孔隙逐渐扩大—破坏—稳定,重新达到新的结构平衡。综合考虑CBR值与无侧限抗压强度,建议在水汽交换频繁地区路基改良中以6%水泥掺量作为参考。
    卢雨, 顾朱浩, 刘社文, 等
    2022, 50(2):  50-57.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.200793
    摘要 ( 352 )   PDF (5048KB) ( 66 )  
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    为了加强极地船舶船首强度,对极地航线冰况进行研究,提取真实极地航线的海冰数据,建立船舶航行冰况频谱表。对船舶首部采用构型全参数化设计,可保证在首部光顺的前提下进行自由变形。评估函数引入多目标线性规划思想,通过智能优化算法建立优化模型,最终建立极地船舶航行多冰况抗冰性能总收益最优的船舶型线优化设计方法。文中方法可对极地特定航线下的船首抗冰强度起到较好的优化作用。

    机械工程
    王延忠, 窦德龙, 张震, 等
    2022, 50(2):  58-66,83.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.210119
    摘要 ( 1071 )   PDF (3255KB) ( 234 )  
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    基于润滑力学和微凸体摩擦原理,建立了多锥构型摩擦副同步过程的数学模型并进行数值求解,分析了多锥构型摩擦副同步过程中主从动片初始相对转速、油膜厚度、油膜承载力、微凸峰承载力、黏性剪切转矩、粗糙摩擦转矩等随同步时间的变化规律。利用所建模型研究了锥角、摩擦锥面数量、表面粗糙度、初始相对转速和加载压力等因素对同步过程的影响规律。结果表明:多锥构型摩擦副具有明显的楔形自增力效应,较小的轴向加载力可提供很大的锥面接触力;减小锥角、增加摩擦锥面数量、增大表面粗糙度和轴向加载压力均可提高同步转矩,缩短同步时间;同步时间与初始相对转速大致呈线性关系。
    黄思, 张果冉, 唐梓睿, 等
    2022, 50(2):  67-75.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.210193
    摘要 ( 1420 )   PDF (7072KB) ( 49 )  
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    以某石化企业的丙烷球形储罐为研究对象,在ANSYS Workbench平台上充分考虑球罐的几何完整性和风载荷分布不均匀性,进行流固耦合计算分析。具体方法是先对球形储罐的外部空气流场进行三维数值模拟得到绕流流场分布,然后将流场计算结果加载到球形储罐外表面,进行结构静力学分析。结果表明:风在球形储罐附近发生绕流时,流速先增大后减小,并在球壳和支柱背风面形成漩涡,流动分离的位置随风速增大向后推迟;风流在球形储罐迎风面形成正压区,在非迎风面形成负压区,球壳迎风面风压呈同心圆环形对称分布,由中心向边缘风压逐渐减小;球形储罐在风载荷作用下的应力较设计工况下的显著增大,经应力线性化分析和强度校核,该球形储罐满足标准要求。

    马立 徐梦聪 周磊
    2022, 50(2):  76-83.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.210003
    摘要 ( 2404 )   PDF (7603KB) ( 82 )  
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    针对大场景、弱纹理环境下ORB-SLAM算法特征点采集困难和精度低的问题,提出一种基于RGB-D相机的点线特征融合SLAM算法——PAL-SLAM。在ORB-SLAM算法基础上设计点线特征融合新框架,通过研究点特征与线特征的融合原理来推导点线融合的重投影误差模型,进而得到该模型的雅可比矩阵解析形式,以此为基础提出PAL-SLAM算法的框架。利用TUM数据集对PAL-SLAM和ORB-SLAM算法进行对比实验,结果表明PAL-SLAM算法在室内大场景中的定位精度更高,标准误差仅为ORB-SLAM算法的18.9%。PAL-SLAM算法降低了传统视觉SLAM在大场景、弱纹理环境中的定位误差,有效提升了系统的准确性。文中还搭建了基于Kinect V2的实验平台,实验结果表明,PAL-SLAM算法能与硬件平台较好结合。
    申焱华 牛天伟 刘子祥
    2022, 50(2):  84-92.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.210188
    摘要 ( 2159 )   PDF (2738KB) ( 85 )  
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    利用分布式驱动铰接车各轮独立驱动的特点,提出了铰接车的整车刚性化差动转向方式,构建了以液压转向为主、差动转向为辅的复合转向模式。建立了铰接车差动转向的动力学模型,获得了铰接车行驶转向阻力与差动力矩的关系|以铰接车前车体差动转向为例,研究了差动力矩的分配方法,制定了铰接车差动辅助转向的控制策略。根据铰接车辆在单移线道路的仿真,对比分析了有差动、无差动控制下的液压转向系统能耗和电机能耗等。仿真结果表明,在不同载重、不同时速的转向工况下,通过合理地分配铰接车各轮转矩,电液复合转向方式可实现铰接车的有效节能。

    王云飞, 赵继云, 满家祥, 等
    2022, 50(2):  93-101,136.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.210165
    摘要 ( 2124 )   PDF (7839KB) ( 80 )  
    相关文章 | 多维度评价
    针对液压支架群多缸同步拉架过程,提出了基于干扰观测器的状态受限同步控制策略。首先分析了多缸之间的关系,基于等同控制的思想为每个子系统设计了干扰观测器以估计和补偿系统的不确定性和外来干扰|利用障碍李雅普诺夫理论对系统位置和速度的最大误差进行限制|引入动态面理论避免反步设计过程中的微分爆炸现象,简化了控制器的设计过程|以ZY3200/08/18D型电液控制液压支架为模型在Simulink中进行了仿真分析,随后搭建模拟实验台进行了实验验证。仿真和实验结果表明,所设计的位置同步控制策略拥有较高的轨迹跟踪精度和同步精度。
    能源、动力与电气工程
    欧阳森, 陈义森, 杨墨缘, 等
    2022, 50(2):  102-110.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.210198
    摘要 ( 968 )   PDF (1612KB) ( 83 )  
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    为充分挖掘微气象与线路跳闸的关联规律,文中提出一种输电线路微气象跳闸预警及成因量化分析方法。以微气象历史数据为基础,在跳闸前基于轻梯度提升机(LightGBM)构建微气象与输电线路跳闸概率预测模型,从线路层面为LightGBM损失函数中的失稳样本赋予更高的权重以应对数据集不平衡的问题,并添加线路抵御能力差异惩罚项以削减对薄弱线路的学习|在跳闸后基于Sigmoid云模型量化微气象对跳闸事件的置信度,并从区段层面构造微气象耦合系数实现跳闸成因的量化分析。文中方法可在给定微气象条件下对跳闸事件进行实时预警,并进一步量化各个微气象对引发跳闸事件的贡献程度,为检修维护工作提供决策支持。
    夏少军 金晴龙 吴志祥
    2022, 50(2):  111-120.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.210504
    摘要 ( 1796 )   PDF (1855KB) ( 80 )  
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    回热型超临界二氧化碳布雷顿循环在燃气轮机余热回收利用领域具有较大的发展和应用潜力,对其开展性能分析与优化具有重要意义。文中应用有限时间热力学理论,建立了变温热源条件下存在有限温差传热、不可逆压缩、不可逆膨胀等不可逆因素的回热型超临界二氧化碳布雷顿循环模型,分析了工质质量流率、压缩机与透平效率、总热导率对循环效率与循环压比特性关系的影响,然后在总热导率一定的条件下以效率最大为目标,对加热器、冷却器和回热器的热导率分配比以及循环压比、工质质量流率进行优化。结果表明:在文中取值范围内,经优化后的效率可比初始设计点提高37.96%。文中还给出了不同工质质量流率下效率达到最大时所对应的设计参数。
    安周建, 赵亚兵, 敏政, 等
    2022, 50(2):  121-128.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.210213
    摘要 ( 1089 )   PDF (9655KB) ( 94 )  
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    锂离子电池因其优异的性能而广泛应用于储能系统以及新能源汽车的动力源。基于锂离子电池热物性特征以及运行条件选择合理的热管理模式,是确保锂离子电池安全性的重要手段。文中分别构建了基于风冷散热的圆柱形单体锂离子电池以及相应的电池模组模型,从最高温度、最大温差以及温度分布均匀性等方面探讨了热导率各向异性对电池冷却性能的影响。结果表明,锂离子电池内部的热量传递过程以径向导热热阻为主导,直接决定单体电池内部温差以及电池模组中不同单体电池之间的温度分布均匀性。从电池结构设计的角度而言,为了提高温度均匀性,在确保能量密度的前提下应尽量减小电池层状方向的尺寸。
    邱志斌, 卢祖文, 王海祥, 等
    2022, 50(2):  129-136.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.210531
    摘要 ( 1159 )   PDF (1935KB) ( 58 )  
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    为了提高电网渉鸟故障防治的针对性,提出了一种基于Mel频谱图和卷积神经网络(CNN)的鸟声识别方法。建立常见渉鸟故障对应的40类代表性鸟种的鸣声样本集,对鸟鸣信号进行分帧、加窗与降噪等预处理,计算每帧信号在各个Mel滤波器中的能量,根据能量大小与颜色深浅的映射关系提取鸟鸣信号的Mel频谱图。以电网涉鸟故障相关鸟种的Mel频谱图作为输入,通过CNN反复执行卷积-池化过程提取Mel频谱图特征,并进行多次迭代训练调整网络内部参数,得到最优模型用于鸟种识别。算例结果表明,40类鸟种的识别准确率达96.1%,识别效果优于其他迁移学习模型。文中研究结果可为输电线路运维人员正确识别相关鸟种、开展渉鸟故障差异化防治提供参考。
    杨晨, 王风磊, 吴嘉懿, 等
    2022, 50(2):  137-144.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.210107
    摘要 ( 729 )   PDF (7200KB) ( 86 )  
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    为研究1.0×104≤Re≤3.5×104范围内不同结构参数的螺旋复合型槽纹管的管外流动和换热情况,为结构优化设计提供参考,文中采用Realizable k-ε湍流模型模拟了恒壁温条件下壳程流体的对流换热过程,考察了结构参数(螺距和槽深)对流场、温度场和其他湍流特征的影响。结果表明:壳程的流动情况不如管程剧烈,但由于螺旋槽纹部分的长度选取得当,整个流域内都存在二次流,流体的换热能力得到了增强,同时也导致了压力损失的增加;当螺旋复合型槽纹管的螺距比为3.50时,综合换热能力评价指标最高;当槽深比为0.22时,换热能力提升得最多,但引起的压力损失也最大。
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