北京交通大学学报

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张顶立，曹利强，房倩

北京交通大学学报. 2021, 45(4): 1. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210083

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开展城市隧道施工影响下环境的力学响应评估及过程控制具有重要的科学及实践意义.首先，根据单一地层变形的预测方法，通过地层模式识别及线性组合原理建立了复杂组合地层的变形预测理论，解决了组合地层变形的预测问题.其次，将既有环境结构假设为放置于不同弹性地基上的梁模型，建立既有结构变形理论预测的统一表达形式.考虑结构的强度要求、劣化损伤及安全因素，进一提出了结构变形安全控制标准的确定原则.再次，鉴于施工过程及土体参数的复杂性及不确定性，建立了以预测和反馈为核心的过程动态控制理论，该理论的重点在于伴随施工过程不断滚动修正预测模型、反馈地层及施工参数.最后，基于系统控制论的原理，提出“透明施工”的理念，并就其设计流程和发展趋势进行了讨论.研究的相关成果可为城市隧道施工的环境力学响应的精细化安全控制提供有益参考.

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千米级以上超大跨径桥上无缝线路梁轨相互作用分析及应用

高亮，张雅楠，吕宝磊，秦莹，钟阳龙

北京交通大学学报. 2021, 45(4): 9. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210111

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千米级以上超大跨径桥梁已逐步应用于高速铁路建设，但桥上无缝线路更加复杂的梁轨相互作用给安全运营带来了新的挑战.温度作用下千米级以上超大跨径桥梁空间变形大，可能对其上无缝线路造成影响.常规分析模型无法充分体现温度对千米级以上超大跨径桥上无缝线路的影响.因此，以超大跨径公铁两用悬索桥为例，建立无缝线路-超大跨径桥梁空间耦合模型，不考虑风、车荷载的影响，分析温度作用下桥梁空间变形引起的梁轨相互作用变化规律.研究结果表明：由温度引起的钢轨纵向力除传统的基本温度力、伸缩附加力外，还包括温度作用下桥梁挠曲引起梁轨相对位移而产生的新附加力—“温度挠曲力”.该力导致了梁轨相对位移及钢轨纵向力均发生了不同于普通桥上无缝线路的变化.在超大跨径桥上无缝线路中不存在传统意义上的“固定区”，为此提出了有关“实际锁定轨温”测试与应用的新方法.可为千米级以上超大跨径桥上无缝线路的设计、建造及养护维修提供参考.

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整体温升作用下纵连板式无砟轨道宽窄接缝损伤演化研究

刘钰，赵国堂，曹毅杰，许乾奇，孙晓丹

北京交通大学学报. 2021, 45(4): 19. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210082

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为探明整体温升荷载对纵连板式无砟轨道宽窄接缝的损伤演化规律，建立了纵连板式无砟轨道宽窄接缝损伤数值模型，模拟了轨道板宽窄接缝混凝土劣化、施工温差及初始裂纹条件下的宽窄接缝损伤情况，探讨了各种因素对宽窄接缝损伤的影响.研究结果表明：整体温升作用下，宽窄接缝的损伤主要集中在接缝处的板边缘位置，接缝损伤随温度升高逐渐增大.宽接缝压溃会加剧轨道板偏心受压，导致层间界面离缝；接缝混凝土强度越大，接缝损伤临界温升和压溃临界温升越高；施工温差越大，整体温升条件下宽窄接缝损伤情况越严重.保证宽窄接缝施工温度相同，可有效避免整体温升作用下宽窄接缝损伤程度的差异；轨道板初始裂纹会显著增加宽窄接缝的损伤程度，同时将导致宽接缝压溃临界温升值明显降低.

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铁路运输态势推演系统架构及关键技术研究

何世伟，宋瑞，李玉斌

北京交通大学学报. 2021, 45(4): 28. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210100

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在分析国内外铁路运输态势推演系统研究现状的基础上，提出了铁路运输态势推演系统(Railway Transportation Situation Deducing System,RTSDS)架构，探讨了铁路运输生产关键数据实时采集和融合、铁路日常运输综合态势感知指标构建及评价、基于大数据的运输日常生产态势演化及预警等关键技术，初步开发了基于实时大数据的铁路货运日常运输生产总体态势推演原型系统，为进一步研发实际生产系统，更精准掌控运输生产演化规律和预见可能出现问题，提升调度生产管理水平和运输效益提供技术支撑.

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考虑时空相关性的网络交通流短期预测

邵春福，薛松，董春娇，王晟由，庄焱

北京交通大学学报. 2021, 45(4): 37. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200115

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实时、准确的交通流短期预测是交通诱导、管理的前提.为了提高预测精度，结合交通流数据中的历史时间相关性与网络空间断面相关性，构建了一种基于皮尔森相关系数法（Pearson Correlation Coefficient，PCC）与双向长短时记忆（Bidirectional Long Short Term Memory, BLSTM）架构的交通流短时预测模型.该模型可以通过PCC筛选路网中与目标路段空间相关的路段，并将其重构为新数据集，作为BLSTM预测模型的输入，以实现交通流短期预测.通过美国加州交通流数据对模型预测性能进行评价，实验结果表明：该模型可以融合交通流数据中的时空相关性，相对于其他主流预测模型精度平均可提高4.83%.

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考虑不均匀发车间隔的高铁接运公交时刻表与车辆调度优化

袁振洲，刘立强，王佳冬，赖坤涛，郭禹

北京交通大学学报. 2021, 45(4): 44. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200094

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提出一种不均匀发车间隔的公交时刻表，主要用于优化高铁站的接运公交时刻表.首先，考虑高铁到达客流的分布情况，采用正偏态分布的威布尔分布拟合乘客的换乘走行时间和后续等待时间构成的乘客换乘总时间.其次，分别以乘客换乘总时间最少、使用公交车辆总数最少为目标，考虑最大可用公交车辆数、公交最大发车间隔、公交最小发车间隔等刚性约束条件，建立了时刻表与公交车辆调度系统优化模型，并利用带精英策略的非支配排序遗传算法(Elitist Nondominated Sorting Genetic Algorithm, NSGA-Ⅱ)求解公交系统优化模型.最后，通过案例分析验证了模型的有效性，将不均匀发车间隔与均匀发车间隔时刻表进行对比.结果表明：在使用接运公交数量相同的情况下，与均匀发车间隔时刻表相比，不均匀发车间隔时刻表最多可使乘客换乘总时间降低9.7%，并且可以根据模型求解结果提出多种合理的时刻表与车辆调度方案供决策者进行选择.

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基于浮动车数据的城市区域路网关键路段识别

赵建东，贾卓谨，梁营力，孟畅畅

北京交通大学学报. 2021, 45(4): 54. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200116

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针对城市路网中对交通运行起着决定性作用的关键路段识别问题，首先，对浮动车数据进行了异常数据处理与地图匹配.其次，将关键路段划分为重要路段和脆弱路段，基于路段连接度、饱和度和路段介数建立了重要路段识别模型.同时，基于容量可靠度建立了路段脆弱性判别模型，并采用蒙特卡洛方法（Monte Carlo，MC）实现了模型求解.最后，利用包含有快速路、主干路、次干路及支路的复杂城市道路网络作为研究对象进行验证分析.结果表明：所构建模型和方法可有效准确识别关键路段，路段重要度更能客观反映关键路段对路网运行效能的影响程度，而且道路等级高的路段其关键程度较高.

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市郊轨道对城镇空间活力影响分析

吴娇蓉，谭丝杨，王宇沁

北京交通大学学报. 2021, 45(4): 61. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210015

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为探究市郊轨道建设对提升城镇空间活力效益的影响，对上海市城乡体系规划进行研究.通过百度热力地图数据，利用城镇加权热力密度指标对空间活力进行量化.从轨道交通、开发强度、土地利用、城镇区位四个方面探究城镇空间活力影响因素，并以“市中心1h公共交通可达边界”为界限进行城镇耦合关联分组建模.研究表明：不同区位城镇，市郊轨道的建设对城镇空间活力提升效力存在差异，已有轨道交通的城镇，在城镇核心区范围内继续增加轨道交通建设可能有边际效应递减现象.

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社交与出行的相互作用研究综述

朱康丽，吴建军，李大庆

北京交通大学学报. 2021, 45(4): 69. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210109

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在出行行为建模领域，社交关系对出行需求的产生、出行行为的选择等都具有重要影响，特别是在线社交关系、社交网站带来的信息传播深刻影响了人们的出行选择行为.本文从两个方面总结了出行与社交的相互复杂作用关系：一方面，社交关系在一定程度上决定了出行活动，如基于家庭的活动建模是以家庭为研究单位，家庭成员间购买食品、生活用品等活动具有互补性，机动车、自行车乃至出行预算等资源的使用既有互补也具备互斥性；另一方面，由于面对面交流是深层次社交关系形成和维系的必要条件，因此空间上的出行活动过程在一定程度上反映了复杂的社交关系网络形成及其动态演化.在此基础上，本文进一步综述了两者之间的相互影响以及结伴出行的最新研究进展，并根据目前的研究不足，从大规模面对面社交关系获取、有地理标签的数据集中提取结伴出行等方面提出了未来研究展望.

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联程中转旅客的城市枢纽间换乘行为建模

陈琳，姚恩建，杨扬，卢天伟

北京交通大学学报. 2021, 45(4): 79. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210049

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针对旅客联程运输中旅客中转换乘行为，构建了多项Logit（Multinomial Logit, MNL）模型进行刻画分析.首先，设计了陈述偏好（Stated Preference, SP）调查问卷进行数据采集；其次，基于MNL模型对联程中转旅客的城市枢纽间换乘行为进行建模，并利用Biogeme软件对模型参数进行标定；最后，计算出各方式的分担率并与实际调查结果进行对比分析.结果表明：与出行目的、行李大小等因素相比，联程旅客个人特征（年龄、职业、收入等）的影响最为显著，考虑了旅客个人差异的MNL模型拟合误差在1.5%以内；此外，旅客对交通工具拥挤度、舒适度、班次数量以及准时性的关注程度也影响了其选择行为；联运旅客对时间效率尤为关注，超过50%的联运旅客选择地铁，当公交出行时间下调0%~20%时，可以一定程度上将换乘地铁的联运客流转移至公交上.研究结果对于枢纽间换乘需求预测、多方式协同调度以及提供旅客个性化出行服务具有一定的参考作用.

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动车所选址和列车开行方案编制协同优化

崔赞扬，张星臣，王志美，陈军华

北京交通大学学报. 2021, 45(4): 89. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200129

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在列车开行方案现有研究成果基础上，考虑动车所选址对列车始发/终到站选择的影响，以列车运行成本、动车所建设成本、动车组出入动车所的空驶成本为优化目标，提出动车所选址与列车开行方案协同优化模型.根据模型特点，采用拉格朗日松弛技术对复杂约束进行松弛，将原问题分解为客流路径分配子问题和列车开行及动车所选址子问题，以珠三角城际网络为案例背景对模型和算法进行验证.计算结果表明：在不考虑动车所与其直接关联车站间空驶里程时，与初始方案相比，优化方案的动车组出入动车所产生的空驶里程降低了56 160列·km，减少了1组车底；与对比方案相比，动车组出入动车所产生的空驶里程降低了13 250列·km，增加了3组车底.通过分析不同服务水平下的列车开行方案与动车所选址方案的联动关系，验证了将两者协同优化的必要性.

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基于XGBoost的列控车载设备故障预测方法

刘江，许康智，蔡伯根，郭忠斌，王剑

北京交通大学学报. 2021, 45(4): 95. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210061

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基于区块链的频谱管理：综述与初步探讨

赵友平，卢聪

北京交通大学学报. 2021, 45(4): 107. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200034

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随着第五代移动通信（5G）的商用以及工业互联网、人工智能、增强现实/虚拟现实和车联网等新应用的快速发展，当前集中式的频谱管理模式将面临极大的挑战（频谱资源紧缺、安全性威胁、维护费用高等）.区块链自身的去中心化、时序数据、集体维护和安全可信等特点对于解决当前频谱管理面临的问题具有天然优势.本文首先分析了当前集中式频谱管理方式中的诸多问题，归纳了区块链应用于频谱管理的优势，并总结了基于区块链的频谱管理研究现状.然后，对基于区块链的频谱管理模式和工作流程进行了初步探讨.最后，总结了基于区块链的新型频谱管理系统架构、频谱感知与频谱交易所涉及的一系列新问题.

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超高速列车车地无线通信系统性能分析

王凯，刘留，于蒙，韩柏涛，周涛，刘盛尧

北京交通大学学报. 2021, 45(4): 117. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210074

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为了解现有通信系统在超高速移动场景下的性能，利用系统级仿真平台分析在超高速（600 km/h）磁悬浮列车场景下的LTE-A (Long Term Evolution-Advanced)、5G两种网络系统性能.研究两种通信系统下基于位置的车地通信误码率（Block Error Ratio, BLER）、频谱效率（Spectral Efficiency, SE）以及吞吐量仿真结果，并对网络性能进一步分析.仿真结果表明，LTE-A与5G系统在频谱效率和吞吐量方面可以较好地支持超高速磁悬浮列车列控业务通信，但随着磁悬浮列车远离基站，BLER逐渐上升，最终达到10-1以上，无法有效保障车地通信质量.

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基于改进符号聚合近似的柔性直流牵引供电系统馈线5G保护方案

和敬涵，王子莹，李猛，倪平浩，张可欣，宋元伟

北京交通大学学报. 2021, 45(4): 127. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210108

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基于电压源型换流器(Voltage Source Converter, VSC) 的柔性技术是提高城市轨道交通直流牵引供电系统灵活性的新手段.为克服现有二极管整流的直流牵引供电系统能量流向单一和新能源并网困难的缺点，采用直流电压下垂控制策略对750 V柔性直流牵引供电系统建模，并研究该系统下的故障特性.针对远端故障电流和机车启动电流难以区分导致电流变化率和电流增量DDL保护不灵敏的问题，在5G通信实现馈线电流与供电区间机车启动电流数据交互的基础上，提出了一种通过改进符号聚合近似 (Symbolic Aggregate Approximation, SAX)算法实现电流数据符号化转换，并结合使用符号距离的动态时间规整算法(Dynamic Time Wrapping, DTW)建立保护判据的新型多端电流差动保护方案.仿真结果表明:所提出的保护方案在噪声为30dB,时钟抖动为200μs的情况下，仍可100%准确区分远端故障与机车启动状态，具有较高可靠性.

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多铰接结构的现代无轨列车路径跟随研究

张立伟，杨露明，宋佩佩，刘晋琦

北京交通大学学报. 2021, 45(4): 137. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200005

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现代无轨列车是一种新型公路运输车辆，其融合了汽运车辆建设成本低和轨道车辆载运量大的技术优势.针对多铰接现代无轨列车车体编组多，运动自由度大，曲线路径行驶时后方车辆会偏离前方车辆的运动轨迹的问题，建立了跟随误差模型，分析影响路径跟随性的因素，提出一种曲线路径行驶的路径跟随策略.采用航向角预测跟随控制策略，设计中间车轴的铰接角和后车轴的转向角控制规律，以增量PID算法补偿阿克曼转向模型误差，提高系统稳定性.最后在圆曲线路径和“S”曲线路径工况下测试车辆各轴的行驶轨迹.仿真结果表明:车辆的位置跟踪误差保持在0.03 m以内，航向跟踪误差最大在4.5°以内，车辆具有较好的路径跟随性能.

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基于仿人并联手指机构的机器人灵巧手设计与性能研究

方跃法，黄一峻

北京交通大学学报. 2021, 45(4): 146. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200104

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为满足工业上对机器人灵巧手灵巧度高、承载能力强和精度高的要求，提出一种具有2T1R运动类型的仿人并联手指机构，并设计一种基于仿人并联手指机构的机器人灵巧手.对并联手指机构进行了自由度、运动学的分析，并用Adams对运动学分析进行了验证；利用机构的约束条件，确定了并联手指机构的工作空间；根据所建立的雅克比矩阵，研究了并联手指机构的奇异性与灵巧性，分析了力的传递性质；建立了灵巧手的抓取模型，分析了灵巧手协调操作的自由度、运动学和空间.通过研究分析，验证了灵巧手可行性与实用性，运动及性能方面可以满足工业生产的需求.

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2021年, 第45卷, 第4期　刊出日期：2021-08-30

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