• 2024年第41卷第1期文章目次
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    • >交通基础设施
    • 借用对向车道通行的高速公路施工控制区梯级限速研究

      2024, 41(1):1-10. CSTR:

      摘要 (300) HTML (176) PDF 7.02 M (1861) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的】为使车辆平稳快速地通过借用对向车道通行的高速公路施工控制区,对施工控制区梯级限速方案进行了研究。 【方法】首先,采集并分析不同施工控制区断面交通流速和车头时距变化;其次,根据车辆轨迹特征计算末级限速值,基于车辆减速运动特征和驾驶人注视特点制定施工控制区梯级限速方案;最后,构建驾驶模拟实验场景,通过安全与效率协调优化的评价指标对所建立的限速方案进行评价。【结果】结果表明:中分带开口区平均车速和车头时距最小。当中分带开口长度为70 m 的两车道时,形成以40 km/h为最终限速值、以20 km/h为降速幅值、以过渡区起点上游50 m为最终限速标志位置的变间距高速公路施工控制区限速系统。【结论】驾驶模拟实验表明,同《公路养护安全作业规程》(JTG H30—2015)中的两级限速方案相比,所建立的梯级限速方案可使施工控制区综合效率指数提高9.15%,综合安全指数提高27.62%。

    • 基于改进Unet模型的混凝土裂缝分割研究

      2024, 41(1):11-19. CSTR:

      摘要 (293) HTML (119) PDF 13.71 M (1617) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的】针对桥梁、隧道等环境下产生的混凝土裂缝情况复杂、干扰因素多的问题,提出一种改进Unet模型(A-Unet)的裂缝检测方法。【方法】以Unet网络为基础,研究了编码器的深度如何影响模型训练时间、检测精度。在解码过程中设计一种融合空间和通道注意力模块,将高分辨率的浅层特征与上采样获得的深层特征信息赋予不同权重,进一步增强裂缝特征。同时, 增加dice损失函数对模型进行评价,减少因检测目标与背景数量相差较大,导致评价不准确的问题。【结果】在测试数据集中进行评价,精确度,MIou,召回率分别达到94.70%,86.16%,91.34%。A-Unet模型检测效果明显优于其他5种模型。【结论】利用该方法检测混凝土裂缝精度得到较大提升,且节约了模型训练时间,提高检测效率。

    • 钢桥面板顶板-U肋焊缝裂纹萌生特征及扩展规律

      2024, 41(1):20-29. CSTR:

      摘要 (214) HTML (128) PDF 9.78 M (1896) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的】研究轮载作用下钢桥面板顶板-U肋焊缝裂纹的萌生特征及扩展规律。【方法】通过有限元方法建立钢桥面板节段模型,分析了不同轮载位置下构造的变形特征,明确了轮载位置与典型变形特征的对应关系,相应建立了3种局部简化模型。 在局部模型的基础上根据应力分布确定了裂纹萌生特征,并基于断裂力学进行裂纹扩展三维数值模拟。【结果】模拟结果表明, 在以顶板为主的变形条件下,顶板焊趾和顶板焊根的最大主应力明显大于U肋焊趾处,裂纹产生后Ⅰ型应力强度因子远高于 Ⅱ型和Ⅲ型;在以U肋为主的变形条件下,顶板焊根和U肋焊趾处的最大主应力垂直于U肋厚度方向,裂纹产生后Ⅱ型和Ⅲ型应力强度因子占Ⅰ型应力强度因子K的20%~30%。【结论】实桥中轮载偏离焊缝正上方时,疲劳裂纹易从顶板焊根和顶板焊趾处萌生且沿顶板厚度方向扩展,以Ⅰ型裂纹为主;当轮载位于焊缝正上方时,疲劳裂纹易从顶板焊根和U裂焊趾处萌生并大致垂直U肋腹板扩展,属于Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ复合型裂纹,且扩展速率较快。

    • 无封装FBG应变传感器在不同布设方式下的标定试验研究

      2024, 41(1):30-37. CSTR:

      摘要 (207) HTML (158) PDF 6.47 M (1898) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的】光纤光栅(FBG)应变传感器作为一种新型测量应变的仪器逐渐运用到土木工程领域中,其能运用的关键在于传感器的布设以及根据不同的使用要求和环境对灵敏度系数进行标定。为了确定表面直接粘贴和开槽植入两种光纤光栅应变传感器布设方法的测量精度。【方法】提出了一种用于沉桩试验的无封装FBG灵敏度系数的标定方法,并通过采用圆形无缝钢管作为基体对两种布设方法进行标定试验研究。【结果】在逐级加载阶段,开圆形凹槽植入粘贴法所得到的标定系数比表面直接粘贴更小,而表面直接粘贴法更接近理论值,开槽植入和表面粘贴法所得到的标定系数与理论值相比最大误差分别为 2.84%和0.33%;在逐级卸载阶段,两种布设方法光纤的中心波长存在一定的滞后,但标定系数与加载阶段相差不大。【结论】在 FBG使用过程中需要根据试验环境情况以及在试验允许误差范围内选择合理的光纤光栅布设方案及标定方法。

    • 再生陶瓷混凝土抗压强度及弹性模量试验研究

      2024, 41(1):38-45. CSTR:

      摘要 (180) HTML (137) PDF 8.71 M (1715) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的】为研究不同再生陶瓷骨料类型和取代率对混凝土抗压强度和弹性模量的影响,利用再生陶瓷细骨料以 0、10%、 20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%和 100%取代率等质量替换天然河砂制作再生陶瓷细骨料混凝土(CRFC)。【方法】 在再生陶瓷细骨料全取代(100%)天然细骨料的基础上,采用再生陶瓷粗骨料等质量替换天然碎石制作再生陶瓷粗细骨料混凝土(CRC),研究 CRFC和 CRC的物理性能和力学性能,分析废弃墙地砖陶瓷作为混凝土再生骨料的可行性。【结果】研究表明:采用再生陶瓷细骨料取代天然细骨料配制的 CRFC 在和易性、抗压强度和弹性模量等性能方面与普通混凝土相差不大; CRC的抗压强度和弹性模量随再生陶瓷粗骨料取代率的增加而显著降低。【结论】废弃陶瓷砖可以作为粗、细骨料用于制备混凝土。采用再生陶瓷粗骨料时需要根据其吸水率加入附加用水以确保混凝土拌合物的和易性;界面过渡区的粘结强度和粗骨料类型是分别影响CRFC和CRC破坏形态的主要因素;再生陶瓷细骨料全部取代天然细骨料时,建议再生陶瓷粗骨料取代率小于 50%。

    • 峨汉高速隧道排水系统结晶规律室内模拟试验

      2024, 41(1):46-53. CSTR:

      摘要 (151) HTML (108) PDF 10.22 M (1308) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的】为探索隧道排水系统在地下水渗流作用下排水管道内结晶堵塞分布规律,提出峨汉高速隧道排水系统结晶规律室内模拟试验。【方法】依托峨汉高速廖山隧道工程,建立1∶5隧道排水系统室内模拟试验,同时结合现场取样地下水分析结果配置相同离子成分的试验溶液开展室内试验。【结果】结晶堆垛方式主要是大量堆垛,属于同分异构晶体类型,主要成分为方解石型碳酸钙;随着水流量增加,结晶量提高,结晶速率越快,其中横向排水出口的266.8 mL/s水流量工况下的累积结晶总量最高;缓和的排水管坡度有利于隧道排水管道内结晶物的生成;排水管接头处结晶总量(30%)>横向排水出口(27%)>横向排水管(19%)>纵向排水管(15.2%)>环向排水管(8.3%),隧道排水系统中结晶堵塞的关键位置是排水系统接口处和横向排水管出口处。【结论】研究有效分析出了排水管道内结晶堵塞分布规律,对保障隧道排水系统通畅有效运行具有重要意义。

    • >交通管理控制
    • 基于自抗扰解耦的电力电子牵引变压器整流级直接功率控制

      2024, 41(1):54-60. CSTR:

      摘要 (157) HTML (123) PDF 3.68 M (1696) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的】为改善电力电子牵引变压器(PETT)整流级在传统dq电流解耦双闭环控制下抗干扰能力差、对参数变化敏感、谐波含量高等问题。【方法】通过对直接功率控制(DPC)的解耦方式进行改进,提出了一种无需系统角频率和电感参数基于自抗扰控制(ADRC)的功率解耦控制器。最后,在Matlab/Simulink中搭建模型进行不同工况的仿真分析。【结果】仿真结果表明新型控制策略较传统控制策略网侧电流THD值减少5.38%,等效电感突变时电压跌落值减少48 V,电压频率偏移时电压跌落值减少14 V,新型控制策略在负载突变和负载不平衡工况下具有较好的平衡控制效果。【结论】该控制器通过解耦实现了有功功率和无功功率精确且独立的控制。仿真结果验证了所提控制策略的合理性与有效性。

    • 基于Transformer的交通标志检测模型研究

      2024, 41(1):61-69. CSTR:

      摘要 (310) HTML (124) PDF 13.40 M (1624) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的】为了解决在复杂环境下,对小目标特征困难以及对小目标检测效果不佳等问题,提出了一种基于 Transformer的交通标志检测基干模型。【方法】通过充分利用卷积和 Transformer的优势,构建了一种注意力融合的多尺度特征提取基干模型,能够使基干网络以全局上下文信息为支撑,有选择地增强有用信息的特征,并抑制不重要的特征。此外,为了在增强特征融合的同时防止网络退化,还加入了类池连接。最后,在TT100K数据集上进行实验。【结果】实验结果表明,以该模型为骨干的元体系结构取得了最高84%的mAP,与基线模型相比mAP最大提升约7%。【结论】模型在提高特征提取效果的同时,也为交通标志检测提供了一种新的思路。

    • UDN中面向安全卸载的多目标联合优化算法研究

      2024, 41(1):70-77. CSTR:

      摘要 (137) HTML (80) PDF 1.59 M (1414) 评论 (0) 收藏

      摘要:

      目的】随着各类移动应用与服务的迅猛增加,移动终端电池容量同能量消耗之间的矛盾日益突出。此外,超密集网络 (UDN)中小基站的超密集部署使得网络干扰变得更为复杂,且位于网络边缘的服务器易遭恶意攻击。【方法】针对多任务UDN, 通过联合优化用户设备(UE)关联、密码服务分派、UE功率控制、UE与小基站的计算资源分配以最小化标准总能耗与标准总安全成本之权和。首先,为UDN构建MEC和本地计算的系统模型;然后,构建上述权和最小化问题并为其设计了进一步改进的分层自适应搜索(FIHAS)算法。【结果】仿真中,FIHAS能够获得较其他算法更低的权和,且在降低总成本方面更具优势。【结论】 总体上,FIHAS能够获得较其他算法更优的系统性能。

    • 基于出行链的铁路车站开通初期客流预测研究

      2024, 41(1):78-86. CSTR:

      摘要 (186) HTML (90) PDF 1.74 M (2114) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的】为解决铁路车站开通初期客流预测缺乏数据支撑,以及估计不同交通方式成本来计算客流转移量结果与实际偏差较大的问题。【方法】以新开通南沿江城际铁路江阴站为例,考虑该线与既有高速及城际铁路的线位关系,基于城际出行链, 依托旅客出行行为调查对区域内可选择的不同交通方式的城际出行效用进行定量计算,采用Multinominal Logit(MNL)模型, 区分工作日与非工作日,结合客流分配现状对效用变量系数进行标定,据此预测南沿江城际铁路江阴站开通后发往南京、上海枢纽的客流量,同时结合城市经济和社会发展推演计算发往沿线其他站点的客流。【结果】结果表明,南沿江城际铁路江阴站的开通可以有效吸引江阴地区原本选择既有铁路、公路去往南京、上海的客流以及选择公路去往南沿江城际铁路沿线其他城市的客流。【结论】因此,南沿江城际铁路的开通能有效缓解辐射范围内既有铁路、公路的运输压力,客流预测结果还将支撑站点运力资源配置优化研究。

    • 驾驶特性对驾驶人应激反应的影响研究

      2024, 41(1):87-95. CSTR:

      摘要 (155) HTML (119) PDF 3.63 M (1915) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的】驾驶人在行驶中受交通应激事件的影响,为探索应激反应的程度展开研究。【方法】采用维也纳交通心理测试系统 (VTS)甄选出高驾驶特性组(H 组)和低驾驶特性组(L 组)各21名被试进行试验,通过统计学方法分析不同驾驶特性群体的应激反应特征,并采用集对分析模型评价被试的应激反应优劣。【结果】研究结果表明:通过检测驾驶人的驾驶特性能力区分其应激反应能力可行,提高驾驶特性能够帮助驾驶人提高应激能力,情况越危急,提高的幅度越大。【结论】试验中,在所有应激距离下,H组的应激反应均优于L组,且应激距离的减少对L组的影响比H组大;在交通应激事件中为驾驶人提供1 s以上交通冲突时间是必要的。

    • >载运装备运维
    • 基于多Agent的锂电池主动均衡策略控制仿真研究

      2024, 41(1):96-104. CSTR:

      摘要 (300) HTML (0) PDF 5.35 M (2488) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的】针对锂电池的荷电状态均衡管理问题,提出一种基于多智能体的电池组荷电状态一致性均衡方案。【方法】首先, 将多智能体控制策略引入电池管理的下垂控制中,实现了主动均衡电路拓扑下的自主均衡;其次,建立领航跟随者模型,利用参数已知的虚拟智能体使各个荷电状态不一致的电池的状态向其靠近,实现充放电模式下的荷电状态均衡;最后,对二阶多智能体荷电状态均衡控制策略进行仿真验证。【结果】实验结果表明,相比一阶均衡控制策略,自主均衡时间减少了43.02%,充电模式中均衡时间减少了16.13%,放电模式中均衡时间降低了32.90%。【结论】多智能体系统在电池的均衡管理中能够实现荷电状态的均衡,有效地降低了锂电池荷电状态到达一致性的收敛时间。

    • 基于改进YOLOv5算法的接触网绝缘子定位方法

      2024, 41(1):105-112. CSTR:

      摘要 (381) HTML (0) PDF 7.09 M (1702) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的】针对高速铁路接触网绝缘子在复杂背景下检测效率不高的问题提出一种检测算法。【方法】首先对样本数据集进行大规模扩充,在原有YOLOv5s算法的基础上,为有效的提升模型的表征力,增加ECA注意力机制,进行无降维的跨信道方式来聚焦绝缘子位置信息;使用BiFPN特征金字塔网络,进行多尺度的特征融合来丰富语义信息;选用Meta-ACON自适应控制激活函数,在函数允许的最大范围内,严格把控函数的上下限,防止模型出现失控现象;将原有GIOU损失函数更换为EIOU 损失函数,从梯度的角度对锚框进行更深一步的划分,进而提升网络的收敛速度。【结果】实验结果表明,通过对YOLOv5s改进后的检测算法,可以对绝缘子进行更精确的定位与识别,准确率达到了99.4%。【结论】所提出的检测算法为绝缘子定位检测提供了更加准确快捷的方法。

    • 基于MR-DCA的滚动轴承微弱故障诊断

      2024, 41(1):113-119. CSTR:

      摘要 (306) HTML (0) PDF 5.23 M (1898) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的】针对滚动轴承微弱故障难以识别的问题,提出了一种基于MR-DCA的滚动轴承故障诊断方法。【方法】利用最大相关峭度解卷积以及共振稀疏分解的方法对输入样本进行预处理,可以有效地滤除原信号中的噪声,突出故障冲击成分。将所获得的故障分量的二维时频图以及原始信号作为网络的训练样本,经两个特征学习模块后,使用注意力机制对输入特征进行筛选,通过权值重分配可以有效地提高模型计算效率和识别精度。为了验证模型性能,使用某大学的滚动轴承微弱故障数据进行故障诊断分析,同时开展消融实验,对诊断模型各个模块的有效性进行验证。【结果】结果表明,所提出的方法识别准确率更高,且具有更快的训练速度和迭代速度。【结论】所提模型在进行滚动轴承微弱故障诊断时可以实现良好的诊断性能。

    • >交叉学科前沿
    • 人工湿地-微生物燃料电池中电极研究进展

      2024, 41(1):120-126. CSTR:

      摘要 (375) HTML (0) PDF 2.26 M (1850) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的】近年来,人工湿地(CW)与微生物燃料电池(MFC)相耦合,形成了一种新型的生物电化学系统——人工湿地-微生物燃料电池(CW-MFC),具有出色的污染物降解和生物发电性能。本文旨在总结电极的特性和应用,介绍不同电极材料对系统的影响,最后对其未来的研究方向提出展望。【方法】结合国内外最新的研究成果。【结果】总结了电极的功能特性和应用,介绍了不同电极材料在废水处理过程中的性能差异以及对发电效率的影响,并对其未来的研究方向提出了展望,为CW-MFC的技术发展作进一步参考。【结论】CW-MFC是一种具有广泛应用前景的生物电化学系统。未来研究方向包括优化电极材料、提高系统运行效率、降低成本等方面。同时,还需要加强在实际应用中的研究,以推动该技术在环境保护和能源领域的应用。

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