ISSN 1673-0291 CN 11-5258/U
研究一类契合用车量波动的装车站多模式组合列车开行方案优化问题.通过多模式组合列车开行方案的导入，尽可能实现车流向列流的就地转化，以缓解路网技术站压力.利用对波动用车量数据的有效处理，最大限度降低频繁变更列车开行方案对运输组织工作带来的影响.首先，给出3种装车站列车开行模式，并以车小时消耗最小为目标，考虑开行模式唯一、径路选择唯一、技术站改编能力和区间通过能力等限制，利用统计时段内装车站日均用车量，构建基于日均用车量的装车站列车组合开行方案优化模型.其次，直接利用统计用车量波动数据组建基于动态用车量的装车站列车组合开行方案优化模型.然后，开发基于确定性转化的机会约束处理方法，设计3阶段混合启发式求解过程.最后，设计实验场景，对日均用车量模型和动态用车量模型求得的装车站列车组合开行方案进行效果比对.研究结果表明：所设计的求解算法对两种模型都有较好的求解效果，且时间较短.日均用车量模型稳定性为76%，动态用车量模型稳定性为96%，动态模型的稳定性提高了26.3%，适应性更强.
针对不同干扰场景导致的列车晚点情况下列车运行调整计划在车站的可执行性问题，提出协同考虑列车运行调整和车站到发线运用冲突疏解的双层规划模型.上层模型以列车偏离计划运行图时刻最小为目标，考虑列车运行安全和车站到发线运用计划可行性约束，从整体上尽快恢复列车正点运行；下层模型以各车站选择到发线偏离原定计划惩罚值最小为目标，考虑到发线运用规则和安全间隔约束，为上层提供到发线运用计划可行性判断指标.同时，设计双层嵌套式遗传算法求解模型.基于武广高铁实际案例，验证所提出模型和算法的有效性.研究结果表明：设计的3种干扰场景均能在300 s内得到合理可行的列车运行调整计划及到发线分配方案，与分步调整策略和常规调整策略相比，提出的双层协同调整策略能够在提高列车运行调整质量的同时，得到各车站选择惩罚值最优的到发线运用调整方案，验证了模型及算法的有效性.
针对高铁空间可达性对城市群经济发展影响的复杂性问题，以京津冀城市群为研究对象，基于2007年至2019年城市群高铁开通与经济发展的时空面板数据，从供需角度运用两步移动搜索法（Two-Step Floating Catchment Area method， 2SFCA）测算了高铁空间可达性，综合利用双固定（时间和空间）效应空间杜宾模型（Spatial Durbin Model， SDM）和时空地理加权回归模型（Geographically and Temporally Weighted Regression， GTWR）分析了高铁空间可达性对城市群经济发展影响的本地效应、溢出效应和时空非平稳性.研究结果表明：高铁空间可达性对城市群的总体经济发展具有正显著性的本地效应和负显著性的溢出效应；高铁空间可达性对城市群3次产业发展的影响效应不同，其中对第二产业的影响最为显著；高铁空间可达性对城市群总体经济发展和三次产业发展具有时空非平稳性，影响作用的分布均具有集聚化特征.研究结果反映出京津冀城市群以虹吸发展为主，无法直接享受高铁出行服务的县区，与其他县区间的高铁空间可达性差异、经济发展差异愈加明显.因此，应继续完善高铁网络和运行政策，加强其他交通网络与高铁网络的衔接，注重城市分工与优化产业布局，合理引导高铁可达性对城市群经济发展的影响.
针对运输时间及需求不确定的多式联运路径优化问题，综合考虑货运过程中节点作业时间窗、运输方式固定出发时刻及终点处的收货时间窗约束，采用基于情景的鲁棒优化方法，建立以运输、中转和仓储费用之和最小的多式联运路径优化模型，设计遗传算法并进行有效性检验.通过算例研究比较不同模式下多式联运的运输方案及成本，并探究鲁棒优化解的质量与遗憾系数、随机数波动范围的关系.研究结果表明：节点时间窗的存在和改变会导致运输成本和运输方案的变化，混合不确定条件下的多式联运路径鲁棒优化受到遗憾值约束及不确定因素波动范围的影响，将导致运输成本增加.由此，多式联运决策者需预判不确定因素的影响、选择合适的最大遗憾值、关注节点混合时间窗约束以降低成本提高效率.
针对城市轨道交通OD客流量短时预测问题，提出基于向量自回归（Vector Auto Regression， VAR）和动态模式分解（Dynamic Mode Decomposition， DMD）的VAR-DMD组合预测模型.首先，以北京市范围内的地铁站点为例，基于自动售检票系统数据（Auto Fare Collection， AFC），对地铁OD客流进行时空特征分析；其次，构建高阶加权向量自回归模型捕获OD客流数据的时空关联性，利用动态模式分解算法估算模型的参数，提取OD客流数据动态特征，实现数据的降维和降噪，利用实时更新算法更新模型的参数，实现长期连续预测；最后，以北京地铁AFC数据为算例，对模型进行验证.研究结果表明：相较于基准模型，VAR-DMD模型的运行时间减少96.67%，预测误差减少2.6%，具有较高的预测速度和预测精度，为城市轨道交通运营管理部门提供了可靠又及时的决策依据.
针对城市公交发车间隔优化时对公交运行过程描述不够全面、未充分考虑乘客时间成本的问题，提出了考虑乘客时间成本的城市公交发车间隔优化模型.首先，在详细分析能够体现公交车辆运行特征的不同时段与站间的运行速度、站点停站时间、上车人数、下车人数、滞留人数以及新增候车人数等变量或参数基础上，建立车辆运行约束和乘客人数约束，将包含等候时间和在车时间的乘客平均出行时间作为出行成本、车辆平均满载率作为公交企业载客成本，以乘客出行成本与公交企业载客成本之和最小为目标建立发车间隔优化模型.然后，使用软件Pycharm中scikit-opt代码库调用遗传算法求解模型.最后，以北京市848路公交上行线路早高峰8：00—9：00时段为例，求解其理论最优发车间隔，结合运营实际确定实际最优发车间隔及总成本.研究结果表明：考虑乘客时间成本后的发车间隔较实际发车间隔，乘客平均出行成本降低9.09%，公交企业载客成本上涨0.57%，乘客与企业总成本下降约3.01%，提出的模型可行有效.
针对公交时刻表生成及排班过程中，以往研究大多建立优化模型，并采用遗传算法等启发式算法求解，存在公交时刻表与排班模型的求解效率低、求解结果不确定性，不便于公交企业的实际运营组织等问题，提出了双向协同算法的时刻表及排班优化方法.首先，建立公交单向时刻表模型、双向协同时刻表及排班优化模型；然后，融合高峰小时识别、发车频率累计曲线法、最大断面平移算法等方法，提出公交时刻表及排班双向协同优化算法（Bidirectional Coordination Optimization Algorithm，BCOA），通过双向协同算法将排班计划与时刻表进行联动，在排班的过程中同时对时刻表进行调整，对公交车次链进行协调优化，高效求解双向协同公交时刻表及排班优化模型；最后，以四川省宜宾市公交线路10路数据为例进行分析.研究结果表明：与遗传算法比较，基于双向协同算法的时刻表算法结果确定、求解效率高，求解时间减少5倍；与实际运营时刻表比较，双向协同公交时刻表在使用车辆数相同的情况下，运营车次减少了9%，下行线路运营时长增加了5%，解决了实际使用时刻表下行方向结束运营时间较早的问题，且能保证司机休息时长.
研究大型赛事观赛人群出行行为机理，明确观赛人群出行模式演变规律，可为大型赛事组织优化策略的制定提供理论依据和技术支撑.结合行为调查（Revealed Preference， RP）和意向调查（Stated Preference， SP），分析大型赛事观赛人群组合出行行为特征，构建了基于巢式Logit模型的观赛人群“出发时间+出行方式”组合决策行为模型，刻画出行时长、出行费用、同伴数量、小汽车拥有量和公共交通使用频率等因素对组合决策选择行为的影响.研究结果表明：构建的巢式Logit模型拟合性和准确性更优，预测精度为80.4%，比多项Logit模型提高了11.2%，可以更细致地刻画观赛人群组合决策选择机理；大型赛事观赛人群同伴数量越多，小汽车拥有量越大，选择小汽车出行的可能性越大，而公共交通使用频率越频繁的观赛人群选择公共交通出行的可能性越大；出行时长与出行费用直接影响着观赛人群所有决策阶段，且出行费用的影响程度更大.研究结果可为大型赛事交通需求管理政策的制定和实施提供技术支撑和参考.
针对交通运输业碳足迹及其影响因素间作用效应研究的不足，首先，建立交通运输业碳足迹测算模型对京津冀地区交通运输碳足迹进行量化评估；其次，采用对数平均迪氏指数（Logarithmic Mean Divisia Index， LMDI）乘法形式模型研究京津冀地区交通运输业的碳排放与其他社会经济指标的交互效应；最后，基于京津冀产业结构及城镇化差异等社会经济背景，分析京津冀交通运输业碳排放影响因素的空间差异性.研究结果表明：京津冀地区交通运输业碳排放在研究期内逐年增加，北京市增长率最高，且年均增长率为8.58%；经济增长因素对京津冀全域交通运输业碳排放增加促进作用最显著；交通运输产业、生产效率等因素作用效应存在空间差异，而经济增长、人口效应、交通运输能源利用强度和碳排放强度等指标则表现出较弱的空间差异；促进经济增长与交通碳排放等环境负面影响的脱离、提高交通运输业生产效率、根据人口效应及结构进行交通运输系统设计的优化与结构调整、优化交通运输业能源结构等措施，有助于减少京津冀交通运输业碳排放量.
针对当前城市交通拥堵问题，对轨道交通票价的合理设定进行研究，以提升公共交通吸引力和缓解财政压力.首先，基于正交设计法设计问卷并开展意向调查（Stated Preference，SP），构建基于巢式Logit（Nested Logit，NL）模型的通勤者出行方式选择模型；其次，通过分析通勤通道内地面公交、地铁接驳公交以及地铁等公交票价对小汽车和出租车的分担率的交叉弹性，选用地铁票价作为优惠对象；再次，基于Pareto最优理论，以公共交通分担率和公共交通票务收入的双提升为目标，构建变动需求下的通勤地铁票价折扣模型；最后，以天通苑-北京五环内市辖区通勤通道为例，采用非支配排序算法（Non-dominated Sorting Algorithms，NSA）确定地铁票价的合理折扣范围.研究结果表明：当地铁票价的优惠幅度介于7%~13%之间时，可实现Pareto最优态，当地铁票价的优惠幅度为13%时，通勤通道地铁及地面公交分担率的最大涨幅为6.1%.
为解决机场碳达峰问题，研究了机场陆侧交通对机场CO2排放产生的重要影响，对机场CO2进行科学分析并提出有效调控方法.首先，通过分析不同能源类型（纯电动、液化天然气和柴油）车辆的排放机理，构建机场地面公共交通CO2排放量计算模型.其次，以深圳宝安机场为例，测算公交线路日均排放量并研究排放特征.然后，采用情景预测和弹性系数法探究CO2人均日分摊量与发车频率间在不同弹性系数下的变动关系；并借助蒙特卡洛方法，对不同发展前景开展不确定性仿真，预测减排潜力.最后，分析机场陆侧交通基于旅客周转量的CO2排放强度，计算不同方式分担比例对排放强度的影响.研究结果表明：深圳机场市内线路日均CO2排放量约为19.07 t，占机场地面公共交通日均总排放量的72%；跨市巴士线路日均CO2排放量约为7.42 t，若柴油公交车完全替代为纯电动公交可以下降52.8%的CO2排放量；若乘客量对发车频率的弹性系数较大，可以通过加密班次降低人均分摊量；在技术突破情境下，预测2036年机场地面公共交通碳排放总量较2021年可下降33%，实现该领域碳达峰；机场陆侧交通基于旅客周转量的CO2排放强度为0.077 9 kg/（人·km），推动公交/巴士对出租/网约车和私家车的替代能够有效降低排放强度.
针对盾构下穿施工使既有隧道产生较大沉降的问题，以北京新建地铁14号线下穿既有15号线的隧道施工工程为背景，进行盾构下穿既有隧道施工的加固方案及其参数优化研究.首先，采用有限元软件Midas GTS NX建立盾构下穿既有隧道施工的动态掘进模型，对加固既有隧道、加固夹层土、加固新建隧道3种加固方法的模型分别进行计算分析；然后，通过对比分析确定较优加固方案，并利用现场实测数据验证数值模型和计算结果的可靠性；最后，以沉降为指标研究方案的参数（加固体角度、加固体厚度、加固体长度）对加固效果的影响，最终确定优选加固方案.研究结果表明：加固新建隧道对地表沉降和既有隧道变形的控制效果明显优于加固既有隧道、加固夹层土两种方案；采用加固新建隧道措施时，加固体沿隧道的环向加固范围为270°、隧道平面交叉外的加固长度L为10 m、径向加固厚度为2 m时变形控制效果较好.研究成果可以为类似盾构下穿施工工程提供参考.
针对横风下高速列车在洞口交会时的非定常气动问题，考虑流场的三维、可压缩、湍流特性，建立隧道-列车三维空气动力学模型，利用滑移网格技术模拟列车交会过程，采用SST κ-ω 湍流模型对列车交会全过程进行求解，研究横风对隧道内瞬变压力、列车风及流场分布特性的影响规律.研究结果表明：横风下列车交会时，洞口处气动压力系数变化幅值显著增大，交会完成时，列车之间压力系数峰-峰值较无横风情形增大30.6%；列车交会开始和完成时气动压力均发生突变，隧道中部附近气动压力峰值最大；横风下列车交会气动压力大小与空间位置有关，交会时列车间气动压力变化幅值分别是列车迎、背风侧压力变化幅值的2.2和1.5倍；横风对洞口附近列车风影响显著，横风时迎风侧列车风峰值最大，无横风时背风侧列车风峰值最大，且前者是后者的2.04倍；隧道内气动效应受横风影响范围有限，当横风为30 m/s、车速为350 km/h时，隧道内气动效应受影响范围为120 m；横风下交会开始与完成时，流场分布急剧变化，导致气动压力与列车风发生突变.
针对某高速公路炭质软岩隧道施工病害问题，提出一种钢拱架槽钢纵连+三台阶锁脚锚杆加强支护方案，采用有限元数值计算及现场试验测试方法，探究了开挖施工步影响下初期支护结构受力及变形规律.研究结果表明：采用加强支护方案后，结构最大应力位于初期支护结构拱顶部位，数值计算与现场试验值分别为1.591、1.587 MPa，拱顶沉降的数值计算与测试值分别为9.575、13.670 mm，数值计算与现场试验结果基本吻合，满足结构安全要求；钢拱架槽钢纵连结构整体稳定性较好且内力分布均匀，提高了初期支护结构纵向稳定性，降低了围岩及初期支护结构的不均匀沉降值；三台阶锁脚锚杆由于受到初期支护结构的下沉剪力作用，根部形成弯折，通过横向抗力将荷载传递到围岩中，加强了初期支护结构环向承载力，抑制了初期支护结构的变形与沉降.研究成果可为类似工程提供借鉴参考.
针对因长江漫滩悬挂式止水帷幕基坑降水环境影响特征认识不清而引发的环境问题，以南京长江漫滩地区某悬挂式帷幕地铁基坑工程为背景，建立基坑开挖降水耦合作用的流-固耦合数值分析模型，研究基坑降水开挖耦合变形的一般特征以及地连墙插入比对环境影响的控制作用.研究结果表明：长江漫滩基坑降水具有明显的流固耦合效应，地表总沉降由土体固结以及渗流引起的围护结构侧移导致的地表沉降组成，流固耦合作用下地表沉降量和沉降范围大于非流固耦合作用；流固耦合模式下降水施工前期引起地连墙悬臂形侧移增量，后期引起地连墙类似于踢脚形的侧移增量；非流固耦合模式下，满足基坑结构稳定后，地连墙深度继续增加对其峰值侧移和地表沉降影响甚微，而流固耦合模式下地连墙侧移峰值则先减小后增大，且坑外地表峰值沉降在地连墙一定插入深度范围内呈线性发展.
针对山区客货共线铁路连续梁桥墩工程造价高的问题，对山区客货共线铁路连续梁的桥墩纵向水平刚度合理取值进行研究. 基于梁轨相互作用原理，建立考虑活动支座摩阻力的钢轨-桥梁-墩台一体化计算模型，研究活动支座摩阻力及桥墩纵向水平刚度对连续梁桥上无缝线路纵向力和变形的影响规律，提出考虑活动支座摩阻力的常用跨度连续梁桥墩纵向水平刚度限值. 研究结果表明：活动支座摩阻力增强了连续梁与无缝线路的纵向约束，随着活动支座摩阻系数的增大，钢轨伸缩力、钢轨制动力、梁轨相对位移和钢轨断缝值均减小；随着桥墩纵向水平刚度增大，钢轨伸缩力增大，钢轨制动力、梁轨相对位移及钢轨断缝值降低；不考虑活动支座摩阻力时，（32+48+32） m、（40+64+40） m和（48+80+48） m连续梁的桥墩纵向水平刚度限值分别为620、1 020和1 440 kN/（cm·双线）；活动支座摩阻力可降低桥墩纵向水平刚度限值，不考虑桥梁活动支座摩阻力的连续梁桥墩纵向水平刚度限值是考虑活动支座摩阻力的桥墩纵向水平刚度限值的1.1~1.7倍，建议客货共线铁路连续梁桥上无缝线路及桥墩设计中应考虑活动支座摩阻力的影响.
针对公路路基浅层疏松病害的快速检测，建立充气和充水状态下的多孔型疏松病害模型，并进行雷达波形正演模拟，研究多孔型疏松病害地质雷达响应特征，采用剔除直达波和信号增益的方法加强地质雷达图像特征，并利用复信号技术提取疏松病害的相位、频率和振幅等瞬时属性特征.研究结果表明：对于路基疏松病害，通过分析瞬时振幅图像和单道波瞬时振幅波动，可判断出疏松病害的上界面和结构层界面信息；基于瞬时相位图像，可判断出疏松病害的尺寸、界面信息；根据瞬时频率图像和单道波瞬时频率，以判断出疏松病害下界面位置，且通过现场实例进行可靠性验证，通过复信号处理后瞬时频率剖面存在明显异常，和现场揭露的结果一致.研究成果可为道路病害的智能识别和快速判识提供理论参考.
针对黄河冲积平原地区的粉土颗粒均匀、黏聚力低、水稳性差，雨季时易出现水害，然而现有加固方法环保性不足的问题，利用绿色环保的微生物诱导碳酸钙沉淀（Microbially Induced Calcite Precipitation， MICP）技术进行加固.首先，选用巴氏芽孢杆菌作为微生物，通过多轮注浆制得MICP加固土样.然后，采用三轴渗透试验研究其渗透特性.最后，结合其内部碳酸钙含量测定、电镜扫描结果揭示微观机理.研究结果表明：MICP加固可使粉土渗透系数降低96%；渗透系数和其内部平均碳酸钙产量之间呈线性关系，且渗透系数随胶结液浓度和加固轮数的增加而降低，但趋势逐渐变缓.MICP反应在粉土中产生的碳酸钙晶体为菱形聚合物，且主要分布在粉土颗粒表面、土颗粒间孔隙及孔喉处，起到覆膜、粘连和封堵作用，进而降低渗透系数.相关研究成果可为MICP技术在改良加固粉土中的应用提供理论支持和技术参考.
