2021年, 第45卷, 第3期　刊出日期：2021-06-30

  

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交通运输工程
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  时间差异条件下的高速公路交通事故致因分析

  袁振洲，娄晨，杨洋

  北京交通大学学报. 2021, 45(3): 1. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200120

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  为探究高速公路交通事故各影响因素间的内在关联，揭示交通事故发生机理，保障高速公路行车安全，基于河北省2018年高速公路事故数据集，应用考虑定向约束的Apriori算法，分别对工作日和休息日的高速公路交通事故进行了关联规则挖掘，得到3类隐藏规则.研究表明：无论是工作日或休息日，事故通常发生在常规外部条件下，但不良道路条件和不利外界环境的耦合作用更容易引发事故；工作日和休息日导致重大事故和一般事故的形态存在一定差异；采用改进Apriori算法的准确度较原始算法提升了92.8%，证实了改进算法适用于高速公路风险因子的识别，有助于提升该领域的交通安全.
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  地铁运营中断下多目标应急公交调度模型研究

  查伟雄，冯涛，严利鑫

  北京交通大学学报. 2021, 45(3): 8. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200083

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  考虑地铁运营中断条件下应急公交站点泊车能力受限以及轨道交通折返站和换乘站客流压力较大的特征，在应急公交标准接驳线路的基础上设计了补充接驳线路，来降低乘客的出行延误和提高应急车辆的疏运效率.将线路规划与车辆调度集成一个模型，以应急公交站点的泊车能力、车辆运力、派车能力以及乘客容忍时间为约束条件，构建了多目标应急公交调度优化模型.利用改进的NSGA-Ⅱ算法求得Pareto分布优化解集，同时采用隶属函数从Pareto前沿中挑选出最理想的折中解，并进行实例验证以及灵敏度分析.研究结果表明：应急车辆行驶的总时间与平均乘客延误之间存在Pareto优化，即决策者可以根据调度目的权衡应急车辆行驶时间与乘客延误的关系.
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  基于GPS轨迹数据的货车交通流量需求预测循环神经网络模型

  王晟由，邵春福，董春娇，黄士琛，郑炎

  北京交通大学学报. 2021, 45(3): 15. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200117

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  动力性差、尺寸大是货车影响道路交通流运行效率的重要原因，为提高货车运行效率，对快速路货车流量预测问题进行研究.基于货车GPS轨迹数据，构建长短时循环神经网络(Long Short Term Memory，LSTM)，门控神经单元(Gated Recurrent Unit，GRU)，双向长短时记忆网络(Bidirectional Long Short Term Memory，Bi-LSTM)和双向门控神经单元(Bidirectional Gated Recurrent Unit，Bi-GRU)四种货车交通流量需求预测循环神经网络模型.研究结果表明：货车交通流量需求预测循环神经网络模型对货车交通流量具有很好的预测能力，平均预测精度为91.55%，较ARIMA高出10.45%；GRU模型对整体货车流量序列预测精度最高；低峰时段平均预测精度高于高峰时段，LSTM在波动较强的高峰时段预测精度最高，为96.83%；Bi-GRU在低峰时段的预测精度最高，为97.66%.研究成果将为政策制定者选用合适的循环神经网络模型，精准预测货车流量，提高货车交通运行效率提供理论和技术支持.
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  城市建成环境影响下通勤时间和距离联合建模研究

  尹超英，周建，林丽，邵春福，王晓全，王晟由

  北京交通大学学报. 2021, 45(3): 24. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200143

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  为研究城市建成环境对居民日常通勤行为的影响，考虑通勤时间和通勤距离在建模时扰动项之间的相关性，建立似不相关回归模型，从宏观城市形态的角度出发，同时分析城市建成环境对居民通勤时间和通勤距离的影响，并基于2014年中国通勤数据进行实证研究.结果表明：似不相关回归模型比线性回归模型拟合效果更好；城市化率、常住人口、人口密度、GDP、是否有地铁对通勤距离和通勤时间的影响都呈显著的正向影响，土地利用混合度对通勤距离和通勤时间有显著的负效应，而万人拥有公共汽车数仅对通勤时间呈显著的正效应，空间聚集度和人均道路面积分别对通勤距离和通勤时间有显著的负向影响.
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  震后城市路网关键路段识别

  刘梦月，黄淑萍

  北京交通大学学报. 2021, 45(3): 30. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200146

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  地震灾害会对城市路网带来结构破坏和功能失效，在震后初期资源有限的条件下，识别出路网中的关键路段以优先抢修，对恢复路网可靠性和提升救援效率至关重要.本文采用畅通可靠度作为衡量指标，结合交通需求和供给两个维度，构建评估城市路网抗震可靠性的贝叶斯网络模型，求解模型得到震后路网中的薄弱路段和重要路段，最后结合两者识别出震后路网中的关键路段，为决策管理部门提供震后应急救援和震前路网维护的理论依据.以某区域局部路网为示例，设定地震影响，定量分析该路网的抗震可靠性并识别出路网中的关键路段，验证该模型的可行性.
土木建筑工程
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  考虑坡顶交通荷载的桩锚分离组合结构协调机制

  李丹枫，王连俊

  北京交通大学学报. 2021, 45(3): 38. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200130

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  针对当前对锚桩分离式组合结构的协调作用分析和评价尚未完善的问题，开展交通荷载作用下桩锚分离组合结构协同机制研究.从力学角度揭示桩锚协调规律，阐明二者对边坡下滑的分担机制.首先采用三维有限元数值模拟方法，对边坡桩锚组合结构进行自由振动分析.利用Lysmer的曲面黏性边界与传统地面支撑边界相结合的方式，求解坡顶交通荷载动力学模型的时域方程，精确描述桩锚组合结构的内力响应规律.其次提出桩锚组合结构通过各自内力的增量以抵抗边坡下滑的机制，其中抗滑桩占73.4%，锚索占26.6%，桩锚结构呈现了对下滑力的协调分担.下排锚索内力平均比上排锚索内力增大89.48 kN，内力增量增大4倍，说明固坡效应下排锚索比上排锚索明显增大，而坡顶的剪应变更大，建议在桩锚组合结构抗滑设计时，增加上排锚索的预应力张拉值，以降低下排锚索的内力增量，避免锚索的“连锁失效”.最后提出一种桩锚分离组合结构的设计思路，即将边坡加固前剩余下滑力的0.2～0.3倍作为预应力锚索的设计值，从而减少抗滑桩截面的设计尺寸，为组合抗滑结构优化设计提供理论支持.
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  “两墙合一”条件下地铁车站深基坑变形特性

  贾曾潘，陈保国

  北京交通大学学报. 2021, 45(3): 47. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200121

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  针对地铁车站深基坑施工主体回筑后受力变形特性与空间效应复杂的问题，综合采用模型试验和数值模拟方法，对土体沉降与支护体系变形特性进行分析，得到地连墙水平位移、周围地表沉降规律、沉降与位移之间的相互影响关系以及基坑的三维空间效应.研究结果表明：本文条件下地表沉降的主要影响范围为0.5He~1.5He(He为基坑深度)；最大地表沉降与地连墙最大水平位移的比值为1.0~1.6，地表沉降随地连墙水平位移的增大呈非线性增大，最大地表沉降、地连墙最大水平位移与开挖深度具有线性关系；基坑边角效应对地表沉降的影响大于对基坑水平位移的影响，基坑水平位移的空间效应相比地表沉降大约滞后0.5He的距离.
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  地铁车辆段路基动应力实测研究

  任磊

  北京交通大学学报. 2021, 45(3): 55. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200149

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  地铁车辆段路基结构设计一般采用与正线相同的标准，但是由于车辆段列车“空载低速”的运行工况，路基结构存在优化的空间.针对郑州地铁铁炉西车辆段试车线，进行了不同工况下地铁车辆段路基动应力监测，从路基动荷载、冲击系数、衰减系数和动静应力比4个方面对结果进行分析.研究结果表明：针对地铁车辆段列车“空载低速”运行工况，《铁路路基设计规范》中列车动荷载经验公式计算结果偏小，低速条件下冲击系数随速度的增大也更为缓慢.列车速度对于衰减系数有明显影响，列车速度越快，动荷载在路基内衰减速度越慢.列车速度在30 km/h以下时，基床底面动静应力比小于0.3.因此，在地铁车辆段设计时速为25 km/h的区域内，采用“0.3 m + 0.9 m”的基床结构较为合理.
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  双孔劈裂条件下地应力及孔间应力的耦合分析

  姚茂宏，谢长岭，程少振，刘晶晶

  北京交通大学学报. 2021, 45(3): 61. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200140

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  针对注浆过程中的裂纹扩展问题，通过理论分析和数值模拟，研究了地应力与孔间应力耦合作用下劈裂注浆的作用机理.研究结果表明：单孔劈裂主要受地应力影响，钻孔沿着最大主应力方向或垂直于最小主应力方向扩展.双孔劈裂受到地应力与孔间应力扰动的耦合作用，相当于力矩合成定理，使钻孔沿其合力方向扩展（孔距较大时相当于两个单孔劈裂）；其劈裂破坏过程可分为应力积累、裂纹稳定扩展、失稳破坏三个阶段，双孔间观测点处的最大主应力和孔隙水压力会随着计算步数的增加分别对应形成应力跌落区和能量累积区；钻孔间距较小时初始起裂压力的变化不明显，而间距较大时初始起裂压力随侧压力系数的增加而增加.
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  富水软弱地层矩形混凝土顶管施工地表沉降研究

  周小淇，史培新，刘维，郭见军，杨阳

  北京交通大学学报. 2021, 45(3): 69. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200145

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  随着城市隧道建设环境的日益复杂，很多矩形隧道不再具备明挖条件，而采用顶管施工，合理预测矩形顶管施工引起的地表沉降是工程成败的决定性因素之一.依托苏州地铁5号线某车站矩形顶管工程，建立基于随机介质理论的地层损失模型和基于弹性力学Mindlin解的计算模型，得到矩形顶管施工引起地表沉降的计算公式.选取K34断面，对比了现场实测数据与理论计算的结果.研究结果表明：建立的矩形顶管地表沉降预测模型能较准确地预测矩形顶管引起的地表沉降，其预测值和现场实测数据的误差仅为10.6%；地层损失引起的地表沉降是总地表沉降的主要组成部分，侧摩阻力与正面顶推力占比较小；理论预测曲线的沉降槽宽度与实际沉降槽宽度较为接近，约为2~3倍隧道埋深.
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  单轴压缩下交叉裂隙花岗岩变形与能量演化分析

  武旭，张丽媛，孙景来，魏炜，郭宇明

  北京交通大学学报. 2021, 45(3): 77. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200139

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  为了更好地了解交叉裂隙对岩体力学性质和变形特征的影响，对不同主次裂隙夹角的花岗岩试件进行了单轴压缩试验.根据试验结果，对交叉裂隙试件的应力-应变曲线规律、变形与强度特性以及能量演化过程进行了分析.研究结果表明：交叉裂隙试件的力学性质和变形特征与主、次裂隙的夹角密切相关，裂隙试件的应力-应变曲线比完整试件更早进入裂纹萌生和扩展阶段，峰值应力前应力-应变曲线会出现一定的应力波动现象；裂隙试件的峰值强度和弹性模量明显降低，弹性模量随交叉裂隙夹角的增大先减小后增大，但峰值强度受夹角的影响不大；裂隙试件在单轴压缩过程中的总能量、弹性应变能和耗散能相较于完整试件显著降低.
电气工程
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  基于BIM-CFD的变压器防火墙火灾性能化设计

  张金伟,许颖,李栋梁,敖翠玲,刘洪雨

  北京交通大学学报. 2021, 45(3): 84. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210003

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  为了研究不同火源条件下变压器火灾的动力学过程以及防火墙对火灾的控制作用，根据已有的变压器火灾实验资料，结合建筑信息模型（Building Information Modelling，BIM），采用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）数值模拟方法验证和分析了双火源、总热释放速率为15MW条件下，火灾烟气蔓延、温度分布变化及防火墙的防火功能.结果表明：McCaffrey经验公式计算火灾烟气浮力羽流区温度的精度较高；有无纵向水平风及防火墙对着火变压器相邻的变压器均具有保护作用，但会使得着火变压器上方的电缆所处区域温度升高，需验证电缆的耐火性能.研究结果对深入掌握变压器火灾动力学发展规律及防火墙的优化设计有重要作用，对装配式变电站的安全运营具有参考价值.
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  基于多因子约束P中值模型的充电桩布局优化研究

  陈振,王伟贤,李卓群,张祎果,孙舟，孙绪坤

  北京交通大学学报. 2021, 45(3): 93. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200131

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  合理、高效的供电网络配置是降低充电桩火灾危险性，确保电动汽车安全推广的重要保障.针对充电桩布局中距离远、负载大的问题，首先，通过分析电动汽车用户充电时的效率导向，在考虑传统配置优化模型资源分布不均衡的基础上，利用充电需求、平均续航时间以及服务能力等参数对其配置公平性进行约束，建立了以出行效率和服务能力为求解思想的多因子约束P中值模型.然后，以该模型特征为依据，选取贪心算法对模型进行启发式求解，通过Matlab分段计算距离矩阵，构造各阶段局部最优解，在局部最优解的基础上迭代计算进而得到全局最优解.最后，通过实例进行验证，验证结果表明：模型优化后各布局点的资源均衡性和充电便捷性均得到显著提升，有效改善了充电需求点对供电配置网络的负载压力.
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  无变压器MMC交流故障穿越策略

  黄晨贵，罗一，王志文，韦凤梅

  北京交通大学学报. 2021, 45(3): 100. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200132

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  基于模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter, MMC）的柔性技术是实现城市分区电网互联的新技术，针对目前双联接变压器半桥子模块MMC和单联接变压器混合子模块MMC的柔性互联装置造价高和占地面积大的缺点，提出了一种基于无变压器混合子模块MMC的供电分区柔性互联装置.分析了装置连接的分区电网间零序电流特性，设计了一种基于比例谐振控制器的零序电流抑制策略.针对电网故障时，非故障相电压抬升对装置运行特性的影响，指出了一种降低直流电压的控制方法，并给出了电网故障时直流电压参考值和装置MMC桥臂全桥子模块占比的设计方案.在基于RT-LAB的半实物实验平台上进行了实验，实验结果表明电网单相对地故障时分区电网间的零序电流为零，装置仍然可以实现75%额定功率的传送，验证了本文直流电压参考值和全桥子模块占比设计的正确性以及交流故障穿越策略的有效性.
机械工程
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  基于卡口数据的机动车出行生成模型

  李帅，浦诗谣，马晓凤，钟鸣，郑猛

  北京交通大学学报. 2021, 45(3): 109. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200150

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  针对出行生成预测方法需要耗费较多的人力物力调查、数据精细化程度较低的现状，综合考虑土地利用类型、土地利用混合度、可达性等指标，使用海量卡口数据获取机动车出行生成量并建立逐步回归分析模型；通过与灰色预测模型耦合的方法对回归模型中人口、就业岗位等灰色变量进行预测，将预测值代入所得线性回归方程得到相应土地类型目标年机动车出行生成的预测量.以武汉市为案例研究对象，分析了典型土地利用类型上的机动车出行发生和吸引的主要影响因素，并对预测值予以验证.研究结果表明：不同土地利用类型的机动车出行产生和吸引的关键影响因素不尽相同，本模型平均预测精度在0.932，可为交通规划用地布局等提供参考.
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  基于动力学仿真分析的磁悬浮列车悬浮架载荷特征研究

  李岑，姚毓瑾，虞大联，袁雨青，孙守光

  北京交通大学学报. 2021, 45(3): 118. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210016

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  针对中低速磁悬浮列车建立动力学模型，计算磁悬浮车模态，根据频率和振型得出磁悬浮车的振动特点.依据青城山曲线段线路，得出前三个悬浮模块在四种速度下的横向位移、垂向位移、电磁铁所受横向力与垂向力比值以及空气弹簧处横向力等动态响应.选取受载严重的悬浮模块作为研究对象，根据实际受力情况，获得关键位置的载荷时间历程，为之后准静态应力分析法计算寿命做准备.结果表明：三个悬浮模块均随着运行速度增加,各项指标参数增大，第一个和第二个悬浮模块受力情况相似且受力明显大于第三个悬浮模块，可选第一个或第二个悬浮架作为疲劳评估对象.
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  基于证据理论的钢球磨煤机料位不确定性量化研究

  李亚光，韩洪兆，王爽心

  北京交通大学学报. 2021, 45(3): 126. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200118

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  针对钢球磨煤机具有多变量、强耦合和非线性等特性使其面临监测精度低、难度大、性能不稳定等问题.首先设计了现场参数采集实验并利用灰熵关联理论对球磨机料位及其辅助变量间的相关性进行了分析.然后从结构参数、优化准则以及参数距离出发对传统证据理论进行改进，提出了具有鲁棒性和自适应性的新型证据k-NN(Robust Adaptive Evidence k-Nearest Neighbors, RAEk-NN)分类器，再以RAEk-NN分类器构建料位的证据回归多模型，并结合非线性偏最小二乘(Nonlinear Partial Least Squares, NPLS)和支持向量机(Support Vector Machine, SVM)建立了D-S融合法则料位不确定性量化组合模型.结果表明：所提出的组合模型能够实现更精确的料位预测结果，更适应于工况多变的复杂情况，可用于实际生产过程.