特约专题:智慧城市公交

• 时空维度下城市地面公交系统双目标评价方法

  吴冕;安琨;曾淋;李水滢;

  为量化评价公交运营中广泛存在的供需时空分布不平衡、车辆空驶导致道路时空资源浪费等现象，基于对人、车、路间相互作用的解析，提出了时空维度下的城市地面公交系统双目标评价方法。评价体系主要由供需时空匹配指数及时空资源占用指数构成。其中，供需时空匹配指数可以直观刻画出行需求与运能供给的匹配程度；时空资源占用指数可用于衡量公交系统运营中对道路时空资源的人均占用情况。基于公交GPS数据和IC卡数据等进行评价指标的计算，选择上海市4条不同特征的公交线路进行实例分析，并根据指数实际计算结果的累积频率曲线标定了双目标评价体系的分级阈值。分析结果表明，提出的双目标评价方法能够为公交系统的基础设施建设及后评价、车型配置及发车计划等调度方案的制定提供科学有效的参考依据。

  2022年03期 v.50 299-308+327页 [查看摘要][在线阅读][下载 2303K]
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• 基于多源数据融合的高铁枢纽多模式换乘客流分担率估计

  马晓磊;刘兵;姚李亮;

  为实现高铁客运枢纽换乘客流分担率的精准辨识，研究结合多模式公共交通大数据，提出了一类基于广义出行链的高铁客运枢纽换乘方式选择模型。通过对不同公共交通方式换乘阶段的关联和融合，提取以高铁客运枢纽为端点的个体广义出行链，分析高铁客运枢纽换乘客流的时空分布特征；综合考虑高铁客运枢纽乘客的个体经济社会属性、主观心理因素及其个体出行特征对换乘方式选择行为的影响，并结合个体广义出行链的特征，基于多指标多原因（MIMIC）模型和多元logit(MNL)模型提出高铁客运枢纽乘客换乘方式选择模型。以北京南站实际数据作为模型的输入，得到了换乘客流方式分担率的估计值。比对分析估计值和真实值可知，误差在可接受范围内。

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• 基于阶梯收费刷卡数据的公交下车站点算法优化与实证评估

  杨飞;姜海航;郭煜东;刘健国;周涛;

  以某市连续5日全天公交阶梯收费刷卡数据、公交出行GPS(global positioning system)数据及公交站点数据为基础，结合出行链算法与随机森林网络，构建了一套公交下车站点融合分析模型。在模型中，首先匹配GPS数据与公交站点数据，确定不同时刻的公交到站信息，再以乘客上车站点位置、出行频率、活动空间、下车点用地类型分布、下车概率为输入，识别乘客下车站点，最终下车站点推算率提升至100%，全样本有效率达76.2%，相比现有基于出行链的方法，识别有效率提升37%。

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• 动力能源差异下混合公交车队调度方案生成方法

  杨敏;黎彧;王建;王立超;

  为了实现电动公交与燃油公交混合车队运营调度优化，提出了一种平衡电动公交与燃油公交环境成本和经济成本的混合公交车队调度方法。首先结合不同动力能源公交车辆的运行特性给定约束条件，将碳排放和分时电价融入电动公交和燃油公交运营能耗及成本分析中；然后考虑混合公交运营系统的经济成本与环境成本，建立综合运营成本最小化模型；最后提出基于嵌套禁忌搜索的改进遗传算法对所建模型进行求解，该算法不仅弥补了传统遗传算法收敛过早、易陷入局部最优解的缺陷，而且提高了模型求解的质量与精度。以云南省文山州1路公交运营数据为例对本研究所提出的模型和算法进行验证。结果表明，基于嵌套禁忌搜索的改进遗传算法相较于传统遗传算法求解精度提高了12%左右，并且生成的调度方案能够在减少碳排放和提高车辆利用率中取得最佳平衡，有效降低了综合运营成本，实现了电动公交与电价错峰执行任务的效果，为平稳实现公交车队“电动化”提供了绿色高效可靠的调度方法。

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• 干线信号协调背景下的网联公交实时优先控制方法

  欧诗琪;俞春辉;马万经;

  为解决公交优先可能破坏干线协调并影响社会车辆行驶效益问题，建立了网联环境下配合干线信号协调的实时公交优先控制方法。该方法包括三个步骤，提出了路段速度引导算法服务于还未到达交叉口范围的网联公交，使其尽量在绿灯期间到达停车线；进一步在其到达交叉口范围时进行公交优先申请的生成，同时计算出协同的速度引导和驻站控制策略；最后在满足公交优先申请的前提下以社会车辆延误最小为目标优化信号配时方案，实现速度引导-驻站控制-信号优先一体化控制。实验表明本方法能有效配合已有信号协调，同时满足公交优先需求和保障社会车辆行驶效益；案例分析表明采用路段速度引导算法和公交优先生成算法能明显提升公交不停车率；而敏感性分析表明更长交叉口控制距离有利于降低公交延误。

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土木工程与建筑学

• 改进力密度法在悬索桥主缆找形中的应用

  刘超;詹海鹏;朱怡;

  针对悬索桥成桥和空缆两种状态的主缆找形问题，提出了改进力密度法。该方法结合无应力长度的概念，假设初始缆形为直线段。通过力密度法建立结构平衡方程求解节点坐标，反复迭代，求出控制条件下的目标缆形。以新建成的徐州京杭大运河地锚式悬索桥为依托，利用Matlab编程求解主缆缆形，并将数值计算结果与坐标实测值进行比较，结果表明该方法收敛稳定，计算效率高，并具有较高的精度。同时，通过算例验证了论文提出的方法对于空间缆形自锚式悬索桥同样适用。

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• 吊顶龙骨节点和拼接点荷载-位移恢复力模型

  王勇;蒋欢军;黄有露;

  开展了吊顶主龙骨拼接点、主次龙骨节点和边节点的低周往复加载试验，总结了龙骨节点和拼接点的破坏模式，分析了龙骨节点和拼接点的承载力与变形性能，采用有限元软件OpenSEES中的Pinching4模型建立了龙骨节点和拼接点的荷载-位移恢复力模型。该恢复力模型与试验得到的荷载-位移滞回曲线比较一致，且随着循环加载圈数的增加，两者的累积耗能变化规律也比较一致。在此基础上，进一步建立了各类龙骨节点和拼接点的通用恢复力模型，并给出龙骨节点和拼接点通用恢复力模型参数的建议值。

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• 地面不均匀沉降下埋地管道响应数值分析

  刘威;黄淳捷;

  地面不均匀沉降会使埋地管道的受力状态发生变化，也是埋地管道遭受破坏而引发各类事故的重要原因。针对4种不同管材的管道建立了管道-土体一体化模型，采用有限元分析软件ABAQUS进行分析。对于钢管和PE管所代表的整体式管道主要分析其管道应力和应变响应，而对于球墨铸铁管和灰口铸铁管所代表的承插式管道主要分析其接口变形情况。探究了不同类型管道的抗沉降能力，得出了每种管道达到极限状态下的地面沉降位移，并研究了管径和土体沉降区域长度与地面极限沉降位移的关系。

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• 再生混凝土导热性能影响因素及研究进展

  肖建庄;郝潞岑;曹万智;许碧菀;

  再生混凝土因掺入再生骨料使其内部微观结构、力学与热力学性能均与普通混凝土有所区别。目前，对再生混凝土力学性能已有较多研究，但对其热力学性能的关注则相对较少。针对影响再生混凝土导热性能的主要因素，如再生骨料性质与取代率、再生微粉、环境温度等，分析再生混凝土导热系数的变化规律。通过归纳分析现有试验数据，提出了再生混凝土导热系数经验预测公式。此外，现有研究表明，再生骨料孔隙率直接影响再生混凝土导热系数，掺入再生骨料和再生微粉后，混凝土的导热系数明显下降，细骨料全取代时下降幅度可达48%；随环境温度升高，混凝土导热系数明显降低。

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• 3D打印工程弃土挤出过程力学性能试验研究

  柏美岩;肖建庄;高琦;沈剑羽;侯逸青;王浩通;马亚辉;

  通过13种不同配合比的工程弃土复配，研究了不同复配弃土在挤出过程中的可打印性，同时对掺入河砂和再生粉的土样分别进行无侧限抗压强度试验和直剪试验，探讨了河砂和再生粉作为工程弃土掺料的可行性。试验结果表明，黏质弃土的掺配比例会影响复配弃土的打印形态，当黏土掺配比例达50%时，打印效果良好。再生粉的掺入能够提高土体的无侧限抗压强度和弹性模量，超过这一范围后，再生粉的高吸水性会严重影响土体的黏聚性，进而导致强度降低，弹性变形阶段维持时间减少。在保证工程弃土强度改良和满足可挤出性的前提下，建议再生粉掺量为5%，此时土体无侧限抗压强度可提升22.5%，而河砂的掺入会整体降低弃土无侧限抗压强度和弹性模量，呈逆骨架效应。在减少环境污染和推进智能土制建筑方面，利用3D打印挤出成型技术，生产满足不同工况要求的工程弃土3D打印砖具有较高的应用价值和潜力。

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交通运输工程

• 基于点云数据的道路变形类病害自动化检测方法

  潘宁;杜豫川;岳劲松;魏斯瑀;刘成龙;吴荻非;

  拥包、沉陷等路面变形是常见的病害类型，但传统基于二维图像的判断方法无法获取深度信息，线性激光扫描的方法精度较高但是单次扫描范围有限，难以短时获取全局状况，导致大尺度变形类病害识别困难。利用车载移动激光雷达系统获取三维点云数据，解决了变形类病害检测的难点，并可提取其三维特征。实测数据验证了方法的可靠性和有效性，可实现拥包、沉陷和坑槽等变形病害的自动化检测，有效提高了检测效率。与全站仪测量结果对比，该方法三维特征提取信息完整且准确率达84.662%。

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• 多模式公交服务模式及时刻表协同优化设计

  暨育雄;曹朋亮;刘冰;杨熙宇;俞山川;

  考虑多模式公交服务模式和时刻表的交互作用，建立了多模式公交双层优化模型，上层协同优化多模式公交服务和时刻表，下层考虑乘客出行选择实现多模式公交的客流分配，为上层提供输入。针对双层模型求解的复杂性，设计了相应启发式的求解算法，采用遗传算法求解上层模型，应用Dial算法求解下层模型。最后，结合江苏省江阴市K1路和上海市737路公交客流数据，对模型的有效性进行验证。结果表明，协同优化能够有效降低公交运营成本，提升公交服务水平。

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• 基于事故数据的轨道交通运行安全风险辨识方法

  曾小清;林海香;王奕曾;袁腾飞;何乔;黄继成;

  针对轨道交通运行信号系统安全风险定量化辨识问题，首先将原始的信号事故按照海因里希法则分为不同类型事故数据，再考虑事故多因素影响，在一般统计法、统计识别法基础上，提出Management-Machine-Man-Media-Mission factor，即管理-设备-人员-环境-功能5M要素模型的因子分析安全风险辨识方法，分别辨识254件较大伤亡事故和220件较小伤亡事故的主因素。实验结果表明，自然灾害、材质不良、施工管理不善、防护不力造成电务人员伤亡是导致轨道交通信号系统事故的最主要因素。基于5M的因子分析法可在多尺度综合计量下计算得到事故因素重要性排序，与一般统计法和统计识别法相比，基于5M的因子分析法辨识效果最优，覆盖率适中，影响率提高了106%。

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• 基于多指标的钢轨打磨目标廓形设计

  王军平;沈钢;毛鑫;王荣全;

  提出了一种基于多维度指标综合最优的钢轨打磨目标廓形设计方法，该方法通过对车辆稳定性、曲线导向性、轮轨接触特性曲线平滑性和轮轨接触点均布性等4个指标进行综合考虑，基于轮轨接触特性的逆向求解方法，实现轮轨接触特性曲线的自动优化和钢轨打磨目标廓形的计算机智能化设计。太原铁路局北同蒲线打磨应用结果表明，打磨后钢轨光带位置和实测车轮在钢轨上的接触位置分布更为合理，轨面疲劳伤损和波磨等病害得到了有效控制，同时钢轨磨耗速率下降20%～45%，证明了该设计方法的有效性。

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环境科学与工程

• 微纳米气泡特性及在环境水体修复中的应用

  代朝猛;张峻博;段艳平;赖小莹;李继香;

  微纳米气泡（MNBs）具有尺寸小、比表面积大、水中停留时间长、Zeta电位高、氧化性强、传质效率高、生物活性强、无二次污染等特性，相比传统的宏观气泡，具有更高效的修复环境水体的性能。在分析国内外已有的研究基础上，就气泡分类和产生方式的研究进行介绍；详细探讨了MNBs的优良特性及不同因素对其特性的影响；分析了MNBs在水体和多孔介质中的运移规律和受控因素，重点阐明了MNBs修复环境水体的作用机理；系统评述了MNBs在环境水体修复中的研究进展，重点介绍了臭氧MNBs的应用前景，并对MNBs在环境水体修复的后续研究方向进行了展望。

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• 管段沿线流量简化前后水头和流行时间差异性分析

  李树平;

  给水管网管段沿线流量简化处理常采用水力等效方式或流量等分方式，将沿线流量分配到管段的上端节点和下端节点，以减少给水管网建模和计算的工作量。为从理论上说明给水管网管段沿线流量简化处理后带来的影响，首先分析了一般管段沿线流量简化处理前后的水头和流行时间差异性，其次分析了沿线均匀出流简化处理前后的水头和流行时间差异性。案例计算结果表明，水力等效简化处理保证了管段上端节点和下端节点处的水头与简化处理前是相同的，而简化前后管段内部各点的水头通常存在差异性；管段沿线均匀出流经水力等效简化处理后，上端节点流量分配比与管段内部出流点个数和沿线流量占比相关，而与管段直径、上端节点水头、管段进流量、管段长度和管段摩阻系数无关，使得该简化处理方法适用于上端节点水头或管段进流量具有变化性的延时模拟模型；沿线均匀出流按照水力等效方式（或流量等分方式）的处理，适用于沿线流量占比较小（距离水厂较近）的管段沿线流量简化。

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机械、车辆与能源工程

• 基于被动红外传感器的室内人行为机器学习模型

  周翔;赵婷;张静思;王纪隆;张心悦;

  室内人行为的准确识别，包括人员位置和活动类型的判定，是智能家居领域中各类电器设备实现多场景控制模式的重要输入参数。采用被动红外（PIR）传感器阵列监测人行为，分析人员不同位置及不同强度动作的数据特征。基于机器学习算法建立室内人员位置及动作识别模型，并对比不同累加时长和机器学习算法的模型预测准确度。最终以PIR传感器当前1 min的计数累加值（分钟计数值）及其前30 min计数累加值作为模型输入，选取随机森林算法构建了位置及动作识别模型。该模型在训练数据集十折交叉验证下准确率为99.9%，对新测试数据集的预测准确率为88.3%，能够识别实际人员的活动位置和动作强弱，具有一定的有效性和通用性。

  2022年03期 v.50 446-454页 [查看摘要][在线阅读][下载 2310K]
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