交通运输工程学报

混凝土三维细观随机模型的建立和有限元剖分

胡大琳, 张立兴, 陈定市 — 2018-11-21

胡大琳, 张立兴, 陈定市将混凝土假定为由骨料和砂浆组成的两相复合材料,研究了球形、椭球形和两者混合体的边界和干涉判断数学条件; 设计了球形、椭球形骨料随机投放算法,并利用MATLAB编制相应程序,生成了混凝土细观层次三维随机几何模型; 采用相邻骨料颗粒中心距判断球形骨料的干涉关系,利用一个椭球上任一点与另一个椭球形心连线构成的直线段上的任一点与该椭球的关系判断椭球形骨料的干涉关系,将两椭球之间的干涉关系转化为一点与椭球的关系; 基于MATLAB平台开发了mat2scr 2017程序,将MATLAB中的图形文件数据读入SCR脚本文件中,将mat2scr 2017程序生成的随机骨料模型转化为AutoCAD图形文件,并导入有限元软件COMSOL Multiphysics中剖分混凝土几何模型有限元网格。研究结果表明:建立的随机骨料模型的骨料体积率可达到50%,骨料粒径和投放位置均满足随机性要求; 椭球形随机骨料投放算法简单、高效,且能保证椭球自身倾角的随机性; 模型适用于任意级配混凝土的生成,对连续级配混凝土骨料的逐级随机投放保证了各级配骨料的体积率; 实现了MATLAB图形向AutoCAD图形的转换,极大地提高了混凝土随机骨料模型的通用性; 所建混凝土模型网格剖分满足骨料、砂浆交界处网格一致性要求,满足有限元分析的需要。交通运输工程学报. 2018 18(5): 1-11.

道面摩阻不平衡对飞机着陆滑行参数影响

蔡靖, 张恒, 李岳, 孙瑞强 — 2018-11-21

蔡靖, 张恒, 李岳, 孙瑞强从运动学原理入手建立飞机着陆滑行力学模型,引入道面摩阻不平衡度,基于实测道面摩擦因数及其摩阻不平衡度分析飞机着陆减速和匀速滑行阶段的偏航角与偏航距离的变化趋势,并设计模型试验分析湿滑道面摩阻不平衡下飞机着陆滑行参数变化规律。研究结果表明:当跑道中心线两侧摩阻不平衡时,机体产生绕竖轴扭矩,导致飞机产生偏航角和偏航距离; 摩阻不平衡度的增大导致飞机偏航角与偏航距离增大,摩阻不平衡度由0.03增加到0.38时,偏航角增大4倍,偏航距离增大1倍; 减小中心线两侧的摩阻不平衡度可以有效降低飞机偏出跑道概率; 滑移率对偏航角和偏航距离影响较小; 道面摩擦因数降低,减速滑行距离增大,基本呈线性变化; 随着跑道接地带摩阻不平衡度增大,飞机所产生的偏航角呈直线增长,当摩阻不平衡度达0.165时,偏航角达1.2°; 随着跑道接地带摩阻不平衡度增大,偏航距离也增大,由于减速段所产生的偏航角,加之匀速段滑行距离较长,70%以上的偏航距离是在匀速阶段发生的; 湿滑道面下随着中心线两侧的水膜厚度差增大,偏航角和偏航距离均增大,水膜厚度差从0.05 mm增加到2.50 mm,偏航角增大6倍,偏航距离增大5倍。可见,在接地带保证飞机主起落架两侧摩阻平衡,有利于着陆减速过程飞机偏航角的控制。交通运输工程学报. 2018 18(5): 12-24.

正交异性钢桥面板横隔板弧形切口疲劳评价的热点应力法

祝志文, 黄炎, 李健朋, 阮诗鹏 — 2018-11-21

祝志文, 黄炎, 李健朋, 阮诗鹏借助有限元分析和随机车流下构造细节应力现场监测数据获取了某正交异性钢桥面板横隔板弧形切口疲劳细节一定宽度范围内的应力时程,分析了应力峰值分布; 基于国际焊接学会和挪威船级社推荐的热点应力外插公式评价了横隔板弧形切口疲劳寿命,研究了适用于横隔板弧形切口热点应力的外插公式。研究结果表明:在桥面车辆通行下,横隔板弧形切口响应为压应力,且应力峰值大; 横隔板弧形切口不仅产生了显著的应力集中,且应力沿构造细节最小净截面一定范围呈显著的非线性分布; 因应力插值点位于横隔板弧形切口应力分布的非线性区,采用国际焊接学会和挪威船级社提出的热点应力插值公式得到的热点应力偏大,评价的疲劳寿命均偏保守; 提出的两点线性外插公式和三点二次外插公式的应力插值点均位于构造细节应力的线性分布区,且第1个插值点均距横隔板弧形切口自由边1倍横隔板厚度,依此方法评价的横隔板弧形切口疲劳寿命与实桥该构造细节的开裂寿命较为一致。正交异性钢桥面板横隔板弧形切口的疲劳性能评价若基于热点应力法开展,可采用疲劳等级FAT90和建议的三点二次外插公式。交通运输工程学报. 2018 18(5): 25-34.

考虑SSI的整体式钢桥抗震性能参数分析

赵秋红, 齐朝阳, 安泽宇, 陈宝春 — 2018-11-21

赵秋红, 齐朝阳, 安泽宇, 陈宝春利用SAP2000建立了某整体式钢桥的三维有限元模型,采用非线性弹簧单元和阻尼单元模拟地震作用下桥台-土和桩-土之间的相互作用,分析了桥梁的模态、非线性时程与相应的参数,研究了考虑土-结构非线性相互作用的整体式钢桥动力特性和抗震性能,以及整体式桥台系统的主要设计参数对此类桥梁动力特性和抗震性能的影响。研究结果表明:压实台后填土、增加桥台高厚比、增加桩周土刚度将使桥梁结构纵向主频增加约6.5%～16.0%,而H型钢桩的朝向影响仅为1.6%左右; 结构地震响应随着桥台高厚比增加而明显降低,桥台高厚比为1.44时,桩顶截面处于塑性阶段,而高厚比增大到3.15和3.85后,桩保持弹性状态; 随着台后土密实度的减小,结构的地震响应明显增大,增幅大都在40%以上; 桩的朝向由绕强轴弯曲调整为绕弱轴弯曲时,桩的最大弯矩减小,但弯曲应力增大,材料由弹性进入塑性阶段; 随着桩周土刚度增大,桥梁位移响应明显减小,桩顶、台顶最大位移及墩底弯矩减小50%左右,但是桩顶弯矩增大40%以上,桩的朝向对此几乎无影响; 在满足设计要求及合理范围内,建议采用高厚比较大与柔性较高的桥台,并压实台后填土以减小整体桥结构的地震响应,桥台基础采用H型钢桩时,建议将其朝向调整为绕强轴弯曲以减小桩、桥台和墩柱的最大弯曲应力与位移。交通运输工程学报. 2018 18(5): 35-46.

实测车流作用下大跨桥梁荷载效应极值外推法

鲁乃唯, 刘扬, 肖新辉 — 2018-11-21

鲁乃唯, 刘扬, 肖新辉提出多种密度随机车流作用效应极值的概率叠加方法,外推了公路实测车流作用下大跨桥梁的车载效应极值; 阐述了基于Rice公式的界限跨阈率叠加原理,并验证了其正确性; 基于中国某高速公路长期监测车流数据模拟了稀疏、一般和密集3种状态的随机车流,应用界限跨阈率叠加模型估算了某混凝土斜拉桥主梁的最大弯矩。研究结果表明:根据某高速公路实测车流数据,稀疏、一般、密集车流密度分别约为1.7、5.0、8.3 veh・min^-1; 在数值算例中,车辆质量为45 t车型占有率由0增加至80%导致最大车辆质量仅下降1.2%,而车辆质量为50 t的车型占有率由0增加到20%导致最大车辆质量增加14.4%,说明多个平稳随机过程组合而成的非平稳随机过程的极值主要是由数值较大的随机过程决定; 采用跨阈率叠加方法对某混合车流车辆最大质量的外推误差为2.55%,验证了将实际混合车流数据进行“车流离散”和“极值概率叠加”后得到的车载效应极值的方法的可行性; 密集车流占有率从0逐渐增加至5%导致斜拉桥主梁弯矩极值增幅为33.45%; 某斜拉桥设计年限内的年均交通量增长率为2.8%,对应的主梁跨中正弯矩极值超越设计标准值的概率为0.83,高于设计要求,需对桥梁车流量采取管控措施。交通运输工程学报. 2018 18(5): 47-55.

组合加固足尺预应力混凝土箱梁抗弯性能试验

王世超, 王春生, 段兰, 沈建成, 王茜 — 2018-11-21

王世超, 王春生, 段兰, 沈建成, 王茜为解决危旧混凝土梁桥结构性能显著下降的问题,采用足尺试验研究了应用钢板-混凝土组合加固预应力混凝土小箱梁的抗弯承载性能; 对2片20 m跨径钢板-混凝土组合加固足尺梁进行抗弯承载性能试验,并与1片未加固足尺梁和1片预应力CFRP加固足尺梁的抗弯承载性能试验结果进行对比,分析了足尺预应力混凝土小箱梁组合加固后的抗弯性能,研究了加载全过程跨中截面的加固钢板、原梁主筋、顶板混凝土和钢筋与连接构造的应变变化规律; 基于足尺试验结果,建立了钢板-混凝土组合加固预应力混凝土小箱梁抗弯承载力简化计算公式。研究结果表明:钢板-混凝土组合加固梁在破坏时表现出明显塑性破坏特征; 与未加固梁相比,钢板-混凝土组合加固足尺试验梁的极限承载力实测值提高了76%以上,在正常使用阶段下的刚度提高1倍以上,因此,组合加固能显著提高预应力混凝土箱梁的承载性能; 受力过程中试验梁跨中截面应变分布符合平截面假定; 组合加固部分与混凝土箱梁腹板纵向相对滑移小于0.6 mm,因此,钢板-混凝土组合加固后的试验梁整体工作性能较好; 足尺试验得到的极限承载力与简化公式计算结果的比值分别为1.06和1.01,因此,简化公式可靠,可用于组合加固预应力混凝土箱梁的承载性能计算与分析。交通运输工程学报. 2018 18(5): 56-65.

无缝化改造的空心板桥受力性能

许震, 陈宝春, 黄福云, 庄一舟, 黄卿维 — 2018-11-21

许震, 陈宝春, 黄福云, 庄一舟, 黄卿维对某多跨空心板桥进行了无缝化改造,简支板改为双排支座连续板,桥台改为延伸桥面板桥台,取消了全桥的伸缩装置; 测试了实桥静动载,研究了无缝化改造后的多跨空心板桥受力性能; 应用有限元模型,计算了结构受力、承载力、引板受力及单、双排支座对结构力学性能的影响。测试结果表明:无缝化改造后的桥梁实测基频为8.60 Hz,高于改造前的5.37 Hz,4种车速下实测冲击系数最大值为1.11,小于《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60―2004)的计算值1.36,应变与挠度校验系数均小于0.95,因此,无缝化改造提高了全桥整体性能,改善了行车条件。有限元分析结果表明:无缝化改造后桥梁基频的计算值为8.48 Hz,实测基频与计算基频比值为1.01,因此,改造后桥梁功能状况良好; 跨中截面的正弯矩明显降低,第2跨跨中降幅最大,达15.6%,但内支座处出现了负弯矩,同时剪力增大,最大增幅为18.2%; 跨中挠度明显降低,以第2、3跨降幅最大,达35.5%,桥梁整体刚度明显提高; 最大裂缝宽度计算值为0.15 mm,小于《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62―2004)(简称《桥规》)规定的0.20 mm,承载力、挠度和裂缝宽度验算均满足《桥规》要求; 支座排数对上部结构的受力影响较小,采用双排支座是可行的; 引板与地基的摩擦因数对引板和铺装层轴向力影响较大,对弯矩影响较小; 引板和铺装层最大拉应力分别为0.87、1.25 MPa,满足设计强度要求。交通运输工程学报. 2018 18(5): 66-76.

四肢变截面钢管混凝土格构柱恢复力模型计算方法

欧智菁, 陈盛富, 吴庆雄, 袁辉辉 — 2018-11-21

欧智菁, 陈盛富, 吴庆雄, 袁辉辉提出了四肢变截面钢管混凝土格构柱抗震性能有限元分析方法,应用OpenSEES通用程序对试件进行建模,计算了格构柱荷载-位移滞回曲线与水平峰值荷载; 以柱肢坡度、轴压比、长细比、支主管面积比、柱肢钢材强度、混凝土强度、缀管布置形式等为拓展参数,研究了各参数对变截面平缀管式和斜缀管式钢管混凝土格构柱荷载-位移骨架曲线的影响规律; 借鉴等截面钢管混凝土格构柱骨架曲线统一算法的计算框架,采用等效长度法,拟合得到四肢变截面钢管混凝土格构柱骨架曲线各特征值(弹性刚度、水平峰值荷载、峰值荷载位移与下降段刚度)的计算公式; 结合骨架曲线计算模型,推导了恢复力模型的计算公式,并进行了实例验证。研究结果表明:轴压比、长细比、柱肢坡度、支主管面积比和材料参数是影响变截面格构柱抗震性能的关键参数,且与等截面格构柱影响规律具有共性,数值相差不超过20%; 各试件特征值计算结果与有限元分析结果均吻合良好,两者之比为0.990～1.029,均方差为0.105～0.153,误差基本控制在15%内; 四肢变截面钢管混凝土格构柱恢复力模型计算误差小于12%,计算结果可靠。交通运输工程学报. 2018 18(5): 77-89.

轨道综合作业对高速铁路有砟轨道几何不平顺改善效果

木东升, 周宇, 韩延彬, 郑晓峰, 邝迪峰 — 2018-11-21

木东升, 周宇, 韩延彬, 郑晓峰, 邝迪峰根据高速铁路有砟轨道综合作业前后的轨道几何状态检测数据,分析了以大机作业、人工精调和钢轨打磨为主的综合作业对高速铁路有砟轨道几何不平顺的改善情况。分析结果表明:大机作业、人工精调和钢轨打磨的综合作业可联合改善轨道几何不平顺,其中,大机作业对高低、水平、三角坑不平顺的改善率分别为20.95%、12.90%和13.16%,人工精调对高低、水平、三角坑和轨距不平顺的改善率分别为11.97%、5.56%、7.43%和6.12%,钢轨打磨对高低和轨向不平顺的改善率分别为4.85%和3.88%,轨道质量指数在大机作业、人工精调、钢轨打磨后的改善率分别为11.54%、6.91%和1.10%,因此,大机作业和人工精调对各个单项不平顺改善效果明显,大机作业的贡献最大,而人工精调可在一定程度上改善轨距不平顺,钢轨打磨对高低不平顺和轨向不平顺进一步改善,但对水平不平顺、轨距不平顺和三角坑不平顺等改善效果不明显; 经过综合作业,单项不平顺与轨道质量指数均呈下降趋势,其中轨道质量指数、高低不平顺、水平不平顺、右轨向不平顺近似呈幂函数趋势降低,左轨向不平顺近似呈线性函数趋势降低,三角坑不平顺近似呈对数函数趋势降低,反映了大机作业对轨道几何状态改善程度高,人工精调、钢轨打磨进一步改善部分单项不平顺的情况。交通运输工程学报. 2018 18(5): 90-99.

高速列车牵引变压器悬挂参数动态优化设计

贺小龙, 张立民, 张富兵, 罗天洪 — 2018-11-21

贺小龙, 张立民, 张富兵, 罗天洪为了优化牵引变压器悬挂参数,建立了车辆设备21自由度刚柔耦合系统模型,并基于新型快速显式数值积分法求解了车辆和牵引变压器的振动响应; 计算了车辆系统在不同速度等级下的舒适度指标和设备振动烈度,确定了变压器最优悬挂频率; 建立了变压器数学模型与车辆设备刚柔耦合模型,结合最优悬挂频率、振动烈度、舒适度指标、隔振器动态作用力以及变压器悬挂模态与车辆地板局部模态匹配指标对隔振器参数在动态条件下进行多目标优化,计算了牵引变压器隔振器最优参数。研究结果表明:当牵引变压器悬挂频率比为0.82～0.98时,车辆舒适度低于2,设备振动烈度低于4.5 mm・s^-1,满足相关规范要求; 经过优化最终确定第1组隔振器垂向刚度、三组隔振器刚度比、每组隔振器三向刚度比分别为2 142 N・mm^-1、1:1.3:2.5、1.7:0.5:1,与变压器原始悬挂方案相比优化后变压器振动烈度最大降低42%(在速度高于200 km・h^-1条件下),车辆一位端、中部、二位端舒适度指标平均提升3.53%、3.45%、2.01%,第1、4隔振器垂向作用力平均降低13.3%,第2、5隔振器垂向作用力平均降低3.8%,第3、6隔振器垂向作用力平均降低20.9%。可见,优化后车辆舒适度、设备振动烈度和隔振器垂向动态作用力均有较好改善。交通运输工程学报. 2018 18(5): 100-110.

车下弹性吊挂设备悬挂刚度选取方法

朱涛, 雷成, 肖守讷, 于金朋 — 2018-11-21

朱涛, 雷成, 肖守讷, 于金朋以车体低阶弹性振动、刚体振动和设备有源振动为输入,提出了一种能够快速、简便确定弹性设备悬挂刚度的方法; 在充分考虑吊挂设备各个方向上可能出现耦合振动、设备安装间隙、允许最大振动位移等因素的前提下,推导了任意悬挂方式吊挂设备的刚体振动频率计算公式; 给出了车下弹性吊挂设备悬挂刚度的选取方法与分析流程; 以某动车组为例,建立了车体与动力包的耦合振动分析模型,计算得到了动力包的点头、摇头、浮沉、侧滚等刚体振动频率和三向悬挂刚度的取值范围,并对比了动力包悬挂刚度理论计算结果与有限元结果。研究结果表明:在已知车体或吊挂设备基本参数的前提下,采用提出的方法无需通过复杂的动力学建模分析即可计算出其点头、摇头、浮沉、侧滚等刚体振动频率,与有限元计算结果相比,刚体振动频率的最大相对误差为6.88%; 计算所得动力包刚体振动频率与车体对应振动频率的比值均有效避开了耦合区间[0.750,1.414],因此,采用提出的方法可快速、准确地确定吊挂设备的刚度范围,从而避免设备与车体之间的共振。交通运输工程学报. 2018 18(5): 111-118.

基于线性矩阵不等式的船舶动力定位滑模控制

薛晗, 邵哲平, 潘家财, 方琼林 — 2018-11-21

薛晗, 邵哲平, 潘家财, 方琼林为了解决具有非线性和环境干扰的船舶动力定位系统的控制问题,提出了一种基于线性矩阵不等式的滑模控制算法; 将跟踪误差设计为滑模函数,设计线性矩阵不等式,求解状态反馈增益; 基于二次型Lyapunov函数证明了闭环系统的稳定性; 设计切换函数,使系统对不确定性和外加干扰具有较强的鲁棒性,避免出现抖振现象; 对基于线性矩阵不等式的滑模控制器进行仿真,计算出动力定位船舶在无扰动的匀速运动和有外界环境扰动的变速运动2种不同情况下的前进速度、横荡速度、艏向角速度、前进加速度、横荡加速度、艏向角加速度、前进控制力、横荡控制力和艏向控制力矩等; 分析了状态反馈增益线性矩阵、边界层、切换项增益等参数对控制性能的影响。研究结果表明:采用基本滑模控制使前进速度达到期望值所需的上升时间为29 s,而新算法为15 s,节约了48.28%; 采用基本滑模控制使横荡速度达到期望值所需的上升时间为24 s,而新算法为14 s,节约了41.67%; 采用基本滑模控制使艏向角速度达到期望值所需的上升时间为13 s,而新算法为10 s,节约了23.08%。可见,设计的控制器对有非线性和环境干扰的船舶动力定位系统都具有较强的鲁棒性,具有控制输入连续、控制抖振小、不存在过高增益等特点。交通运输工程学报. 2018 18(5): 119-129.

横向互联空气悬架多智能体减振器系统博弈控制

李仲兴, 唐伟, 黄建宇, 陆颖 — 2018-11-21

李仲兴, 唐伟, 黄建宇, 陆颖为进一步改善横向互联空气悬架车辆的行驶平顺性和操纵稳定性,基于多智能体理论和合作博弈Shapley值原理构建多智能体减振器控制系统; 多智能体减振器控制系统由信息发布智能体、平顺性智能体、操稳性智能体和博弈协调智能体组成,其中信息发布智能体从环境中获取车辆状态信息,根据下层智能体的信息需求传递信息,平顺性智能体接收悬架动行程及其变化率信息,根据平顺性控制要求,输出自身的阻尼系数意图,操稳性智能体接收当前互联状态信息触发对应的推理模块,根据车身侧倾角信息求解需求的阻尼系数,其中推理模块是通过对遗传算法优化出的阻尼系数进行模糊神经网络自学习形成的,博弈协调智能体接收平顺性智能体与操稳性智能体的阻尼意图,根据自身的合作博弈规则,对阻尼意图进行修正,输出全局最优阻尼系数; 在不同互联状态、不同激励条件下进行空气悬架静、动态特性试验研究,并将试验结果与仿真结果进行对比,验证仿真模型的准确性; 在混合工况下,利用整车仿真模型验证多智能体减振器控制系统的可行性和有效性。研究结果表明:和传统减振器阻尼控制系统相比,多智能体减振器控制系统能有效地使簧载质量加速度均方根值降低14.95%,悬架动行程均方根值降低10.64%,车身侧倾角均方根值降低12.33%。提出的多智能体减振器控制系统改善了车辆行驶平顺性和乘坐舒适性,并且能够抑制车身的侧倾,提高整车的操纵稳定性。交通运输工程学报. 2018 18(5): 130-139.

液罐车液体侧向晃动多质量椭圆规摆模型

杨秀建, 邢云祥, 吴相稷, 张昆 — 2018-11-21

杨秀建, 邢云祥, 吴相稷, 张昆为深入研究液罐车整车侧向动力学行为,探讨了椭圆形(圆形)截面罐体等效机械液体侧向晃动模型; 基于计算流体动力学(CFD)软件FLUENT,评价了椭圆规摆(TP)模型的预测精度,分析了充液比、罐体截面椭圆率和激励频率对模型预测精度的影响; 提出了广义多质量TP模型,通过合理分配液摆各部分质量及其间距来适应罐体截面椭圆率和充液比的变化; 基于Lagrange方法推导了广义多质量TP模型动力学方程,给出了双质量TP(DMTP)模型的质量比和质量间距参数的获取方法和拟合表达式,并采用CFD方法评价了DMTP模型的预测精度。分析结果表明:由TP模型得到的晃动力矩总体较CFD方法的小,随着充液比和激励频率的增加,预测误差变大,充液比由30%增加到80%时,峰值晃动力矩预测误差由15%增加到65%左右,这主要是由于TP模型是在液体小初始倾斜角自由晃动条件下拟合所得,当充液比和晃动频率较高时,液摆的摆臂长度和参与晃动的液体质量都小于实际情况; DMTP模型在大部分充液比、罐体截面椭圆率和激励频率条件下都有相对稳定且较高的预测精度,激励频率分别为0.2、0.3 Hz时,DMTP模型的最大晃动力矩预测均方根误差均值和标准差分别比TP模型小54.2%、43.9%和45.1%、31.2%,预测精度较TP模型有明显提高,特别是能够较好地弥补TP模型在高充液比时预测误差较大的不足。交通运输工程学报. 2018 18(5): 140-151.

考虑减载移泊的散货港口船舶调度优化

郑红星, 刘保利, 张润, 王翠萍 — 2018-11-21

郑红星, 刘保利, 张润, 王翠萍为提高散货港口的服务水平,充分利用现有泊位资源,研究了采用减载移泊策略的散货港口船舶调度优化问题; 考虑大型船舶减载移泊对散货港口船舶调度的影响,以船舶进出港次序、移泊次序和移泊位置为决策变量,以进出港船舶总等待时间最小为目标函数,构建了混合整数线性规划模型; 基于模型特点设计了混合算法,给出了生成初始种群的启发式规则,提出了新种群的邻域构造策略,并在模拟退火算法中引入有效的改进措施; 为验证方案及其算法的有效性,对比了基于实际调研资料设计的方案与采用模型和算法优化的方案,并分析了船舶乘潮比和进出港时段长度对方案优化结果的影响。研究结果表明:与采用先到先服务思想和贪婪策略的2种现行船舶调度方案相比,所得方案的平均优化率分别为11.07%和9.84%; 船队规模从20艘增加到50艘时,混合算法的求解耗时均在2 min以内,且所得目标函数值与下界的平均相对偏差为6.92%; 随着船舶乘潮比的增加,方案优化率和目标函数值先呈指数趋势增长,而后趋于平稳,乘潮比为50%左右时出现拐点; 随着进出港时段长度的增加,方案优化率和目标函数值呈“M”形趋势变化,且在进出港时段长度为130 min左右时方案优化效果最为显著,表明船舶调度优化模型与混合算法可行。交通运输工程学报. 2018 18(5): 152-164.

基于双层规划的危险货物配送路径鲁棒优化

马昌喜, 何瑞春, 熊瑞琦 — 2018-11-21

马昌喜, 何瑞春, 熊瑞琦针对不确定环境下带时间窗的多配送中心危险货物配送路径优化问题,提出一种含鲁棒控制参数的鲁棒优化方法; 综合考虑危险货物运输风险、运输费用和服务时间窗,构建了危险货物配送路径多目标双层鲁棒优化模型,上层模型追求运输风险和运输费用最小化,下层模型采用用户均衡交通分配模型; 根据Bertsimas-Sim鲁棒优化理论,对含有不确定参数的上层模型进行鲁棒对等转化; 联合增强型Pareto遗传算法和Frank-Wolfe算法构建了求解多目标双层鲁棒优化模型的混合算法,采用3段式编码和解码方法、等位匹配交叉操作以及翻转变异等遗传操作方法求解上层模型,采用Frank-Wolfe算法求解下层用户均衡模型; 以经典的Sioux-Falls交通网络为例,对含有3个配送中心、7个需求点的危险货物配送路径优化问题进行案例分析,以验证模型及其算法的合理性。研究结果表明:当鲁棒控制参数分别为0、30和60时,构建的混合算法能分别快速得到3、2和3组鲁棒最优解,且所有解均为包含具体运输路段和发车时刻的配送方案,而非配送顺序; 该混合算法与传统两阶段启发式算法相比,运算时间能节省54.74%。可见,该混合算法无论是在求解效率上,还是在解的表达形式上均优于两阶段启发式算法,能较好地完成不确定环境下危险货物配送路径多目标双层鲁棒优化任务。交通运输工程学报. 2018 18(5): 165-175.

基于换乘链断裂点时空信息的公交换乘行为识别

靳海涛, 金凤君, 陈卓, 王姣娥, 杨宇 — 2018-11-21

靳海涛, 金凤君, 陈卓, 王姣娥, 杨宇分析了公交智能卡数据挖掘中转乘行为、通勤出行、非通勤出行识别的改进方法,将关注点从公交换乘过程信息转移到换乘链间隔期的持续时长和空间位移信息,以换乘链断裂时长和位移2个维度计算公交换乘链断裂点概率,制作工作日和非工作日断裂点时空变量联合概率分布矩阵,对比了这2种分布的差异; 检验了断裂时长序列和断裂位移序列的稳定性,标识了2条曲线的突变点和拐点,用于推断转乘引起的转移距离和转乘时长的阈值参数; 对工作日和非工作日差值时长序列曲线进行移动平均滤波处理,使得曲线的突变与极值之间的关联能够解释转乘、通勤出行和非通勤出行3种行为与通勤和非通勤出行之间的关联; 采用北京市整个一周的地面公交和地铁系统样本数据对方法进行验证,并根据时间序列和位移序列曲线确定样本数据中常见公交换乘行为的阈值参数。分析结果表明:断裂点时空信息对样本数据中的换乘行为能提供更合理的识别分类参数; 持卡人在站点间转移的容忍距离约为1.6 km; 断裂点转乘时长与非通勤出行的断裂时长临界点为22～48 min; 非通勤出行和通勤出行的时长临界点约为478 min,非通勤出行断裂点最大概率时长为140 min; 通勤出行的断裂时长接近期望值为601且标准差为44的正态分布; 基于新方法得出的参数改善了公交出行活动的识别率,转乘行为、通勤出行与非通勤出行的识别率分别提高了16.1%、4.2%、6.2%。可见,换乘链断裂点的时间信息和空间信息不但可作为公交换乘行为识别的依据,还可能带来更好的识别效果。交通运输工程学报. 2018 18(5): 176-184.

降雨天气单点交叉口交通信号控制优化方法

李岩, 南斯睿, 马静, 周文辉, 陈宽民 — 2018-11-21

李岩, 南斯睿, 马静, 周文辉, 陈宽民为优化降雨天气下单点交叉口交通控制的效率,引入了降雨修正系数,建立了单点交叉口交通信号配时方法; 应用行动分析软件分析降雨天气交叉口处的高精度视频,以标定饱和流率、损失时间和到达车速等参数的变化特征,提出了饱和流率、损失时间与到达车速的降雨修正系数; 建立了基于模拟退火算法的优化模型,计算了各降雨等级下的修正系数; 构建了基于VISSIM仿真测试环境,评估了提出的模型优化降雨天气下单点交叉口交通信号控制的效果,分别比较了采用优化后参数的定时配时与感应配时对采用原参数的定时配时方案的交通运行效率。分析结果表明:小雨、中雨与大到暴雨天气下的平均车头时距分别比正常天气增加了0.314%、1.256%、2.871%,平均损失时间分别增加了1.042%、2.829%、3.424%; 在流量低于600 pcu・(h・lane)^-1时,改进的感应控制方案效果较好,比采用原预设参数方案的车均延误降低了12%～23%; 当流量高于600 pcu・(h・lane)^-1时,采用改进的定时控制方案效果较好,车均延误比原方案降低13%～25%,并可在临近饱和与过饱和状态时推迟锁死状态的产生,车均延误最低。交通运输工程学报. 2018 18(5): 185-194.

能见度不良天气下海上交通安全风险预警系统

戴厚兴, 吴兆麟 — 2018-11-21

戴厚兴, 吴兆麟为了提高海上交通安全风险预警的实用性与精度,建立了能见度不良天气下海上交通风险预警系统,由风险矩阵知识库、交通流密度预测子系统与能见度预警子系统组成; 通过采集大样本,运用不完备信息条件下模糊信息分配理论修正了专家调查法,确定了海上交通风险矩阵; 采用人工神经网络中极限学习机理论的短时船舶交通流密度预测算法计算了交通流密度; 采用区域大气模式系统对气象和海洋预报部门提供的能见度预报数据进行空间和时间精细网格化划分,计算了能见距离; 采用系统预测了空间网格为2 n mile×2 n mile和时间步长为10 min的关注海域的能见距离和交通流密度,以验证系统的有效性。仿真结果表明: 2个不同时间段12个时间点的能见距离预测准确率分别达到75%、75%、80%、75%、80%、75%和75%、75%、80%、80%、80%、75%,相应的交通流密度预测准确率全部达到80%,预测结果可靠,并且,实现了能见度不良天气下海域航行风险的可视化与智能化监控。交通运输工程学报. 2018 18(5): 195-206.