ISSN 1673-0291 CN 11-5258/U
以当前高铁快递运输的客货共运模式为背景，研究高铁列车货运兼办方案优化问题.通过分析客货共运模式下货运办理站选择对货物运输、客运列车时刻表与停站方案的影响，以货运办理站选择、货物运输、列车时刻表与列车停站方案为主要决策变量，以极小化旅客旅行时间和未满足货物惩罚成本为目标，构建客货共运模式下基于货运办理站方案选择的货物运输与列车时刻表、列车停站方案一体化优化混合整数线性规划模型.当给定货运办理站选择方案时，本文所构建模型即可转化为传统的客货共运模式下货物运输方案优化模型.以武广高铁为例，设计数值实验，采用C++语言编写程序调用Cplex优化软件对模型进行求解，验证了模型的正确性与合理性.算例结果表明：通过对货运办理站、货物运输方案、列车时刻表和停站方案进行一体化优化，可在尽可能减小货物运输对客运影响的基础上，充分利用高铁线路列车时空上剩余能力，在旅客旅行时间仅增加0.68%、列车停站数量仅增加1.24%的情况下，运输近68%的货物需求，增加铁路部门收益.
针对城轨新线接入站间（Origin-Destination，OD）客流分布预测的问题，提出新线接入条件下面向运营的基于进、出站双重选择的城轨客流OD分布预测方法，实现对进、出站选择的双重考虑.首先，考虑站点土地利用、起终点进出站量、出行时间、换乘次数等因素对城轨乘客出行选择的影响，分别构建基于离散选择理论的进、出站选择模型.其次，融合基于进、出站选择的OD分布预测，建立基于进、出站双重选择的OD分布预测模型.最后，以广州地铁18号线接入既有线网为例进行模型验证.研究结果表明：与既有方法相比，本文所提方法预测精度有较大提升，全网站间客流分布的平均绝对误差降低10%以上、新站间OD量平均绝对误差降低20%以上.
针对综合客运枢纽内的换乘客流、城市交通资源的合理配置问题，本文基于前景理论，在出行时间、出行费用决策指标的基础上，增加舒适度指标，通过引入舒适度量纲状态转换系数将舒适度指标转换为舒适成本；考虑交通拥堵这一不确定环境因素，分别建立了拥堵状态和正常交通状态下各换乘方式的感知成本函数；结合价值函数和权重函数，分别建立了多参考点下基于综合前景值的方式选择模型、综合参考点下前景理论和Logit模型的联合模型，并基于前景理论的综合前景值分析不同初始选择概率下乘客换乘方式选择策略的演化过程.研究结果表明：依据概率和加权原则设置的综合参考点由于兼顾了乘客收入类别因素，可将所有决策指标统一转化为与费用相对应的成本，结果更优且误差降低了7.53%.
需求响应式公交车辆调度（Demand Responsive Transit Vehicle Scheduling，DRTVS）是需求响应式公交运营计划中的重要内容，一个合理的车辆调度方案对降低运营成本、提高运营效率具有重要意义，为此分析和总结了近十年来国内外关于DRTVS的优化模型和求解算法.首先，简要介绍了DRTVS模型及求解算法的分类和定义；其次，分别从调度方式、站点类型、时间约束和车辆类型4个角度对调度模型的构建和优化进行了阐述；再次，整理总结了常见的算法类型，以及每种算法的求解效果和适用条件；最后，针对当前研究中存在的建模时考虑因素不全面、假设条件过于理想化、算法求解精确度较差等问题，对优化模型及求解算法未来的研究方向进行了探讨.研究结果表明：近年来有关研究主要以动态调度、可变站点、软时间窗和多车型为主；调度模型的优化目标同时考虑出行时间、运营里程、服务质量等因素；现有车辆调度模型缺乏广泛适用性和实际可操作性；针对求解算法研究发现，小规模调度问题主要采用精确算法求解，对于大规模调度问题，使用启发式算法进行求解.
针对目前大规模多模式交通网络构建方法对比研究的不足，对不同构建方法在计算效率与结果上的差异展开研究.首先，在6个不同规模公交网络上对比了公交区段和超路径2种网络表达方法对扩展网络规模的影响.其次，提出了公共交通站点与路网匹配连接方法，并使用节点压缩方法创建衔接网络.最后，在大规模多模式交通网络上，计算了10万对出租车载客行程OD的3种最短路径，并将其广义时间费用与实际出租车行程比较.研究结果表明：在计算耗时方面，路线>超路径>简单路径；在平均最短路径费用方面，简单路径>路线>超路径；与实际出租车行程相比，简单路径、路线和超路径最短路径费用更低的OD对比例分别为39.21%、41.29%和42.83%.
针对高速公路事故瓶颈处拥堵严重的问题，提出利用自动驾驶车队进行速度控制，以缓解交通拥堵，提升安全性.首先，基于车联网（Vehicle-to-Everything，V2X）技术中的基本安全信息（Basic Safety Message， BSM）数据，设计高速公路事故瓶颈处网联自动驾驶车速度反馈机制.其次，构建考虑车队速度反馈机制的元胞自动机模型，引入考虑通行优势的多车道换道模型，以更加真实地刻画车辆在事故区的换道行为.最后，基于提出模型，对低、中、高3类交通量等级和封锁车道、区段限速两类事故场景的人类车和自动驾驶车混合流交通分别进行模拟仿真.研究结果表明：速度反馈机制可以提升约7%~43%的预碰撞时间，并且有效缩小事故影响范围，使车辆更加平稳、安全地通过事故瓶颈区域.
针对中心城市可达性在区域非中心城市经济增长体系中的定量影响效应尚不明确的问题，以成渝地区双城经济圈为研究范围，将成都市与重庆主城区作为区域中心城市，基于2010—2019年城市统计年鉴数据与高速公路网络、铁路网络GIS数据等，通过空间计量模型评价了中心城市的带动效应现状，提出了非中心城市与中心城市两者间可达性测度方法，构建了考虑中心城市可达性的城市经济增长的结构方程模型.研究结果表明：中心城市对成渝地区双城经济圈非中心城市尚未发挥显著的正向带动作用，并加剧了区域发展不平衡的现状；考虑中心城市可达性影响提高了模型的整体适配度，使城市经济增长的理论框架更加完善；加强城市自身交通水平对促进资本投入具有直接影响效应，但无法直接对人才与技术要素产生影响；产业发展是影响城市经济增长的最直接且影响程度最大的要素，资本水平是城市经济增长的关键中介因素.城市资本水平的提高可促进人才流入与技术进步，带动城市产业与经济发展；提高中心城市可达性是多种经济增长要素的直接驱动力，既可促进城市自身交通水平的发展，还为城市带来了人才、资本与技术等经济发展关键要素.
针对现实场景中交通标志识别在照明不佳环境下和应对扭曲、旋转、平移等空间变化时准确率较低的问题，在优化亮度、对比度特征的基础上结合图像的空间位置信息，提出一个新颖的基于多源特征增强的交通标志识别方法.首先设计亮度与对比度增强模块以凸显低照度图像的特征信息，降低低照度图像识别难度.然后结合空间转换单元构建轻量化特征处理网络，通过弱化图像携带的无关信息聚焦数据中的感兴趣区域，有效分离背景噪声的同时也改善了输入数据的空间不变性.最后主分类网络对图像特征图进行细粒度的识别并输出预测的类别标签.实验结果表明：本文提出的模型在公开基准数据集GTSRB上的准确率达到99.52%，能有效解决交通标志现实场景下识别率较低的问题.
城市地铁工程建设中，常在地铁车站基坑建设后进行区间隧道建设，同时接入车站的出入场线隧道断面增大，对既有基坑结构造成严重影响.本文针对地铁大断面隧道出入场对既有基坑围护结构产生有害影响的工程问题，依托青岛市地铁4号线大河东站区间工程，研究既有基坑围护结构受隧道施工影响产生的挠曲位移.首先，综合全覆土压力与Terzaghi松弛土压力两种计算方法确定隧道断面垂直土压力及其对应的侧向土压力、掌子面土压力，并采用Mindlin应力解计算基坑围护结构上的附加应力；然后，计算并分析平衡状态下基坑围护结构上的横向附加应力；最后，考虑基坑围护结构的横向附加荷载，采用Midas GTS NX有限元软件构建隧道-土体-基坑围护结构3者共同作用的挠曲计算模型，分析基坑围护结构的挠曲位移变化规律.研究结果表明：随着大断面隧道向基坑方向的推进，基坑中下部围护结构会发生较大挠曲变形，在实际施工中应重点监测.研究成果可为车站基坑支护结构的设计优化、隧道接近与进站施工过程中的安全防控等方面提供理论依据.
列车活塞风效应直接影响地铁隧道内各种附属设施的疲劳使用寿命.针对活塞风作用下地铁隧道内壁挂式配电箱所受气动荷载的时变过程，采用数值模拟方法研究了列车活塞风作用下隧道内不同安装方式配电箱的表面压力分布及所受气动荷载变化规律的影响.研究结果表明：在车头或车尾经过配电箱时，配电箱表面压力值达到最大且为负压；贴壁式安装与悬空式安装的配电箱在活塞风作用下均承受拉压交变气动力，前者配电箱所受横向气动力较大，而后者配电箱所受纵向气动力较大，且最大值均为拉力；在车速较低、活塞风未进入自模区的情况下，配电箱表面静压值与列车车速相关，且与速度作用水头值呈线性关系.配电箱表面所受压拉力变化与箱体表面正负压变化对应；同等条件下，贴壁式配电箱所受荷载约为悬空式配电箱5倍，悬空式配电箱安装方式更安全，但应注意箱体在隧道纵向方向的维护和加固.
针对轨道不平顺影响行车安全和乘坐舒适性的问题，开展轨道不平顺和车体振动响应之间关联关系的研究.根据轨道不平顺与车体横向加速度数据之间的时空传递特性，基于卷积神经网络（Convolutional Neural Network， CNN）与长短期记忆网络（Long Short-Term Memory， LSTM），建立一种CNN-LSTM组合模型.首先，对轨道不平顺与车体横向加速度之间的相干性进行分析，同时探究列车运行速度对车体横向加速度的影响，进而确定模型的输入数据；然后，对模型进行优化，确定CNN-LSTM组合模型参数细节；最后，利用CNN-LSTM组合模型、LSTM模型和多体动力学仿真模型对车体横向加速度进行估计，并与实测的车体横向加速度进行对比分析.研究结果表明：CNN-LSTM组合模型预测的平均均方根误差值为0.046，相比于LSTM模型、多体动力学仿真模型的平均均方根误差值分别减少了0.006和0.026，说明了CNN-LSTM组合模型能够对车体横向加速度进行有效估计.
针对现有路面破损区域识别方法识别效率低、泛化性能差等问题，提出了一种基于深度高分辨率网络HRNet的路面坑槽和裂缝识别方法.采用车载单目相机实地采集路面坑槽和裂缝图像，并对图像进行预处理和标注，生成路面破损数据集.在原HRNet基础上，对其网络特征提取层的4个不同分辨率表征分别融合改进的卷积注意力模块，形成E-HRNet网络模型.为了提高E-HRNet模型的推理速度，对其各步骤中不同分辨率分支的残差层数进行了优化，并采用联合损失函数对该模型进行监督训练.试验结果表明：E-HRNet网络模型对路面坑槽和裂缝区域分割的平均像素精度和平均交并比分别达到了94.53%和88.31%，与原HRNet网络模型相比，平均像素准确率增加了6.53%，平均交并比提升了5.38%，平均类别准确率提高了1.39%；模型检测帧率提高了30.3%，而模型体积则减少了42.6%，可满足模型轻量化和实时检测的需求；与DDRNet、DeeplabV3+等同类模型相比，E-HRNet网络模型对坑槽和裂缝区域的分割精度更高，有效地避免了漏检、误检以及边界模糊等问题的出现，具有更好的实时性和泛化性.
针对相邻结构在地震下避免碰撞的安全水平亟待量化的问题，提出了相邻结构在地震下发生碰撞的易损性分析方法.该方法以峰值地面加速度作为地震动强度指标，以相邻结构最大相对位移作为工程需求参数，基于相邻结构的非线性有限元模型开展增量动力分析，分别利用最大似然估计和回归分析，包括单参数线性回归、双参数线性回归和双线性回归，来确定易损性函数的参数.以层高相等的6层和5层相邻钢筋混凝土框架结构为例，对比分析了不同间距下采用不同方法所得地震下发生碰撞的易损性曲线；计算了6层和4层、6层和3层相邻结构的碰撞易损性，分析了不同楼层数与楼层高度对碰撞易损性结果的影响.研究结果表明：当峰值地面加速度较大时，通过双线性回归所得易损性曲线与蒙特卡罗法结果最为接近，且结构间距越大，二者越接近；其他两种回归方法所得易损性偏大，最大似然估计所得易损性最保守；层高不等的6层和5层相邻结构的碰撞易损性最大，层高相等的6层和4层相邻结构次之，表明当相邻结构的周期比和碰撞位置的影响达到平衡时，碰撞易损性最大.
直流电网是解决远距离大功率电能传输和新能源大规模汇集的重要方案，作为实现不同电压等级的直流电网柔性互联的关键设备，直流变换器承担着电能变换与能量分配的任务，其拓扑和工作特性对直流电网的性能具有深刻影响.传统直流变换器的研究主要集中在中小功率领域，而随着直流电网的飞速发展，大功率直流变换器的应用场景进一步拓宽，开展相应拓扑的研究十分必要.本文首先梳理了新能源汇集、直流电网互联等典型场景对直流变换器的技术需求，从电气隔离角度对两端口直流变流器拓扑分类，详细对比研究其拓扑结构和变换性能，并对多端柔性互联场景中更具潜力的多端口直流变换器进行综述.然后，系统总结了直流变换器的技术特征及适用场景，并在±10 kV/±375 V的典型直流配电网算例下阐明了各类直流变换器的优缺点.最后，基于实际工程需求总结提炼了当前直流变换器存在的共性问题，并从轻量集约的设计趋势和稳定高效的发展要求展望了直流变换器的未来研究方向，以期为高压直流电网建设提供借鉴.
针对共悬浮绕组式无轴承开关磁阻电机（Sharing Suspension Winding Bearingless Switched Reluctance Motor， SSW-BSRM）在某些位置悬浮力不足的问题，建立了适用于SSW-BSRM的两相导通解析模型.首先，基于SSW-BSRM两相导通的等效磁路图建立电感矩阵，在此基础上，推导得到径向悬浮力与电磁转矩的解析表达式.其次，通过与有限元计算结果对比验证了所推导模型的正确性和优良特性.最后，对两相导通模式进行优化，减小了两相导通模式下所产生的负转矩对电机运行的影响.研究结果表明：在两相导通模式下，SSW-BSRM具有良好的悬浮特性，优化后的两相导通模式能减小负转矩对电机运行的影响.
基于高温超导（High Temperature Superconductivity，HTS）直流感应加热技术加热质量好、加热效率高等优点，提出一种基于圆筒形多极直流电机结构的对极铁芯高温超导直流感应加热装置.首先，针对加热装置气隙磁场与铝棒温升特性，采用麦克斯韦方程组与法拉第电磁感应定律，并结合固体热传导方程，建立铝棒加热过程数值模型；其次，兼顾加热装置环形铁芯与直流电机多极结构模式，构建4极与2极电磁模型与热模型；再次，针对铝棒电导率、转速以及长度对铝棒加热过程的影响，利用对极加热装置电磁热模型，研究铝棒内涡流与加热功率的变化过程；最后，针对加热区域磁场强度不足的问题，基于直流电机极靴长度对气隙磁场大小的影响，提出极靴结构改善气隙磁场模型.研究结果表明：2极铁芯结构下铝棒最大磁通密度高于4极结构0.16 T，铝棒最大温度高于4极结构54 K；铝棒内涡流密度和加热功率与铝棒电导率、长度以及转速呈正相关性；极靴结构提高了铝棒磁通密度0.11 T，铝棒温度提升了 .
在两型CR400复兴号高速动车组的一系垂向减振器、抗蛇行减振器和二系横向减振器上布置测力应变计，对两型高速动车组在京沪高速铁路上测试获得的减振器载荷信号进行了分析.通过数据处理和分析，给出了两型动车组三类减振器的载荷时间历程、频域幅值和载荷谱，分析了两型动车组对应减振器载荷的时域和频域特点.采用车辆系统动力学模型和数值方法，获得了轨道随机激励下这两种高速动车组的三类减振器载荷，再现了两型动车组减振器载荷的差异性.研究结果表明：在整个测试线路区段，被测试的两型动车组的一系垂向减振器载荷差异不明显，A型动车组的横向减振器载荷明显大于B型动车组的横向减振器载荷，A型动车组的抗蛇行减振器载荷小于B型动车组的抗蛇行减振器载荷.此外，合理的减振器模型和车辆系统动力学模型，能够再现两型动车组减振器载荷线路测试结果的一致性和差异性.
针对重载线路曲线段钢轨侧磨和机车车轮磨耗严重的问题，从线路曲线占比权重角度出发，采用UM建立重载机车动力学模型和车轮Archard磨耗模型，研究不同曲线占比权重对车轮磨耗的影响，进一步分析磨耗后车轮型面的动态接触点和静态等效锥度变化，给出重载线路曲线占比权重设置建议.研究结果表明：曲线占比权重增加到30%，会造成1位轮对轮缘和2位轮对踏面磨耗严重，且磨耗速率分别为0.827、0.582 mm/万km；曲线占比权重20%~25%，1、2位左轮对接触点在圆曲线段移动幅度最大，靠近轮缘根部.3位左轮对在曲线占比权重10%~15%时接触点移动幅度最大，接近名义滚动圆位置；建议重载线路曲线占比权重设置10%~15%时，车轮磨耗量增加幅度最小，轮轨匹配关系最佳.
