机动车交通流比功率与能耗模型研究

为研究机动车交通流能耗,将机动车交通流比功率(VSP)作为研究对象.从最常见的单车比功率研究出发,使用气体动力学交通流模型联系单车比功率与交通流整体比功率,以此建立交通流比功率模型.为使此模型具备更显著的物理意义,将交通流比功率分为两部分,一部分为平衡交通流状态下的比功率,另一部分为偏离平衡交通流状态导致的比功率变化量,模型中的交通流参数与变量能够通过现有的交通流探测设备获取.将比功率理论模型从单车扩展到了交通流,用数学公式反应了交通流状态与比功率的关系,并且证明了交通流比功率能够通过交通流参数进行估计.并由交通流比功率出发,推导出交通流比功公式.此外研究了平衡态交通流比功率及比功与密度的关系.为研究机动车交通流能耗探索了新的思路.     

基于混合交通流下信号交叉口交通组织优化分析

基于我国经济的不断发展以及人们生活水平的不断提高,我国的城市化规模日益上升,因此机动车的数量日益增加。机动车在给人们增加便利的同时,一个突出的难题也摆在眼前,那就是其数量规模的急速扩张造成的交通问题。而目前,我国机动车、路人在交叉口的不断分流与合流使得交通秩序越发的混乱,容易造成交通堵塞,影响交通质量。因而对混合交通流下信号交叉口交通组织优化分析的研究就迫在眉睫。     

设置非机动车等候区的信号交叉口交通流模型

城市机非混行交叉口的管理与控制是交通管理的重要内容.针对信号交叉口设置非机动车等候区的交通组织方式,建立了交叉口元胞自动机模型.对机动车流采用基于经典 NaSch(NS)的改进多车道元胞自动机模型,建立了交叉口换道规则,增加主动减速规则;对非机动车流采用具有侧向运动的扩展多值 CA模型.研究了设置等候区的车流状态特性,以及非机动车密度和等候区纵向长度对信号交叉口的影响.研究结果表明：设置等候区能在一定程度上提高交叉口的通行能力,但长度并非越长越好,当长度过长时在一定条件下会增大对机动车流的阻滞,总体上等候区是一种值得借鉴的方式;非机动车密度对机动车流的基本图具有显著影响.     

环境因素下交叉口信号控制的双层多目标优化模型研究

机动车尾气排放不仅危害人们身体健康,同时也破坏了生态环境.考虑机动车尾气排放的基于用户均衡路径选择模型的双层多目标优化模型被提出用来优化交叉口信号控制周期和绿信比,其优化目标是改善交通流状况的同时合理降低交叉口机动车尾气排放.并给出了该模型的启发式遗传算法和基于MATLAB遗传工具箱的求解方法.通过一个实例来解释和验证了该模型以及求解算法的可行性.     

设置非机动车等候区的信号交叉口交通流模型

城市机非混行交叉口的管理与控制是交通管理的重要内容.针对信号交叉口设置非机动车等候区的交通组织方式，建立了交叉口元胞自动机模型.对机动车流采用基于经典 NaSch(NS)的改进多车道元胞自动机模型，建立了交叉口换道规则，增加主动减速规则；对非机动车流采用具有侧向运动的扩展多值 CA模型.研究了设置等候区的车流状态特性，以及非机动车密度和等候区纵向长度对信号交叉口的影响.研究结果表明：设置等候区能在一定程度上提高交叉口的通行能力，但长度并非越长越好，当长度过长时在一定条件下会增大对机动车流的阻滞，总体上等候区是一种值得借鉴的方式；非机动车密度对机动车流的基本图具有显著影响.     

不确定交通需求下交叉口信号配时区间优化模型

为解决混合交通流的不确定需求，合理描述不确定参数用以信号配时优化，本文提出交叉口信号控制配时参数区间优化模型。首先，以高峰时段5min采集标段数据，构造交通量区间，修正Highway Capacity Manual 2010(HCM2010)饱和流率计算公式，估计混合交通饱和流率区间；其次，构建信号配时参数区间非线性多目标规划模型，并以交叉口服务水平为性能目标，利用区间序关系与区间可能度模型进行转换，采用多层嵌套遗传算法求解；最后，以北京市道路等级相差较大的两相位与三相位交叉路口高峰时段数据为例，验证信号配时区间优化模型，并运用 VISSIM软件进行仿真比较。结果表明：本文所建模型可行、有效，且考虑饱和流率区间的信号配 时区间优化模型更适合于关键相位饱和流率波动较大的两相位信号交叉口，机动车平均延误和交叉口通行能力较Webster方法分别优化了35.9%和14.9%。     

城市信号交叉口混合交通秩序度模型

混合交通是我国城市信号交叉口最为显著的交通特点之一. 为了便于研究混合交通信号控制策略,并进行混合交通流仿真,从信号交叉口“时空资源”有效利用角度,提出了信号交叉口混合交通秩序度的概念,并建立了混合交通秩序度模型. 从信号交叉口的“空间资源”利用角度,建立行人自行车聚集群与机动车冲突区域模型;从信号交叉口的“时间资源”利用角度,建立行人自行车与机动车冲突时间模型,可以作为优化混合交通信号控制策略的一个重要评价指标. 最后,以混合交通秩序度和机动车延误作为评价指标,通过仿真的方法,对实际交叉口进行了混合交通信号控制策略优化,经过方案比选得到一个优化控制方案. 研究结果表明,以混合交通秩序度和机动车延误为评价指标优化的控制方案,比以往单一考虑机动车为评价指标优化的控制方案,效果得到明显改善,更能够表征我国信号交叉口混合交通流的运行状况.     

基于序关系的交叉口信号配时区间优化模型

为处理交通流不确定性,提高交通信号控制方案的可靠性,结合非线性区间规划理论,提出交叉口信号配时参数区间优化模型.首先,在高峰时段以5min为采集标段对交叉口进行数据统计,并以此构造交通流量区间来区间化不确定参数;其次,以交通流量区间为控制系统输入参数,结合区间数理论,构建以机动车平均延误区间最小为目标的交叉口信号配时参...     

基于机动车比功率的单点信号配时优化模型

为减少车辆延误和交通排放,基于机动车比功率提出信号交叉口红、绿灯期间污染物排放因子的标定方法.根据运筹学和交通流理论,以车辆延误和排放最小为目标建立单点交叉口信号配时优化模型.考虑小汽车尾气中的CO、HC和NOx三种污染物,利用 VISSIM 软件设计交通仿真实验,使用MATLAB软件编制参数标定和模型求解算法,根据车辆行驶状况数据标定每条车道组每种污染物的两类排放因子,并验证双目标信号配时优化模型.结果表明,与仅降低延误相比,双目标优化模型所获最优信号配时方案能使车均延误降低19%、交通排放减少11%.研究成果能有效减少交叉口延误和排放,为建立考虑交通排放的干道信号配时优化模型奠定理论基础.     

交叉口与人行横道信号协调控制优化模型

分析了行人过街对路段上机动车流运行规律的影响,确定了交叉口各进口道机动车平均延误计算公式.结合干道协调控制系统,建立了交叉口与人行横道信号协调控制优化模型.以最小交叉口总延误与最大通行能力为目标函数,以行人过街最小绿灯时长为约束条件,选择周期时长、绿信比与相位差作为决策向量,在保证各参数共同优化的情况下,用遗传算法进行...     

弹性需求和多用户随机平衡下的连续网络设计

连续平衡网络设计问题是在连续决策变量的条件下,寻找最优的用于道路网络中某些路段扩建的投资决策方案。文中从代表性消费者理论出发,建立了该问题的基于弹性需求和多用户类型随机用户平衡的双层规划模型,并考虑了路段能力约束。基于双层模型求解的复杂性,设计了基于混沌优化方法的启发式算法,实例计算结果表明该模型与算法是有效的。     

基于改进变尺度混沌优化的临界滑面搜索及应用

针对边坡稳定性分析中边坡临界滑动面问题,将改进的变尺度混沌优化算法和边坡稳定性分析的无条分法结合起来,采用混沌Logistic模型进行混沌搜索,内外循环缩小有效区间,最终搜索到边坡画面临界全局最优解,实现了对工程中一般岩土体边坡临界滑动面的搜索求解.     

基于加速混沌优化算法的支持向量机参数选择

针对支持向量机参数选择问题,以惩罚系数、不敏感系数和RBF核函数中的宽度系数为优化变量,采用Chebyshev映射代替Logistic映射产生初始混沌序列,改变原有的搜索公式及增加3次载波,提出了一种改进的加速混沌优化算法(ISCOA)。将该算法应用于人工数据集和实际数据集中,并与常规的交叉验证法进行比较。试验结果表明:在人工数据集中,采用ISCOA在时间上缩短了至少23.43%,精度上提高了至少6.31%;在实际数据集中,预测值更接近实际值,相对误差均控制在3.13%以下,该算法具有较高的预测精度和寻优效果。     

车辆路径问题的混沌粒子群算法研究

针对车辆路径问题中单仓库非满载这一基本类型的具体特性,设计了一种混沌粒子群算法;利用混沌系统的随机性、规律性和遍历性初始化粒子,大范围覆盖车辆路径问题的解空间,加强算法最优路径的搜索能力;通过在求解过程中的次优路径处施加混沌扰动,使算法放弃当前求解的路径,避免结果为次优解。并通过试验验证了该算法在车辆路径问题中具有很强的寻优能力。     

二次交通事故Duffing振子模型研究

为了揭示二次交通事故的演变特性,预防二次交通事故的发生,在描述Duffing振子模型的基础上,分析二次交通事故的混沌特性,并建立混沌模型.在仿真环境下,改变模型参数值,得到系统出现周期振荡状态和混沌状态的系统结构条件,并绘制出相平面图和根轨迹图.实例分析结果表明,Duffing振子模型可用于二次交通事故演变过程分析,仿真结果为采取有效的二次交通事故预防措施提供了理论依据.     

边远海域救援船舶与直升机联合搜救优化

以救援船舶行驶路线、释放救援直升机时刻与救援直升机搜索方案为优化内容,以搜救时间最短和发现概率最大为目标,建立了海空联合搜救双目标优化模型,并结合地理信息系统和智能算法设计了模型求解算法; 利用地理信息系统模拟了复杂海洋环境中风、浪因素影响下的救援船舶和遇险船舶运行状态,采用自适应混沌搜索替代随机搜索,改进了传统粒子群算法; 以从南海永兴岛出发前往边远海域执行搜救任务为算例,验证了搜救优化模型。研究结果表明:利用地理信息系统与智能算法结合的海空联合搜救方法得到的搜救行动总时间为4.4~16.9 h,发现概率可达45.12%~99.76%;与传统的粒子群算法相比,改进后的粒子群算法在发现概率分别为85.00%、90.00%与95.00%的情况下,搜救总时间分别减少1.5、1.3与1.1 h,减少幅度分别为18.07%、14.28%与10.57%,改进后的算法在计算速度、计算稳定性与结果优化方面均效果良好; 海空联合搜救方案优化与传统的多目标路径优化问题有所不同,需要建立特定的海空联合搜救模型,结合新的技术手段开展研究; 未来建议发展不同船型、机型参与的海空联合搜救优化方法,以适应不断提高边远海域搜救行动效率的发展要求。      

客运班轮动态船队规划数学模型及其求解方法研究

通过对定期客运班轮运输特点分析,构建出能全面反映运量增加显著和运量增加缓慢情况下的运力更新、运力闲置、运力购置的多目标动态船队规划数学模型,模型根据绿色的定义给出了技术、经济、环保性目标函数.其数学模型具有大规模、离散和整数的特点,计算速度随着船舶数量和船型的增加以指数形式递增,造成"维数灾"难题.采用混沌初始化、维更新、非支配档案更新及基因交换对多目标离散粒子群优化算法进行改进使其适用于大规模动态船队规划,最后通过实例验证该方法的可行性并得到了相应的船队规划结论.     

车辆/轨道耦合作用下高速列车车轮振动影响灵敏度分析

考虑车辆一系、二系悬挂参数和轨道参数的随机性,在多体动力学软件UM当中建立了CRH2动车组拖车的随机性仿真模型;采用最优拉丁超立方试验设计方法抽取车辆参数和轨道参数的随机样本,利用多目标优化软件iSight调用随机样本,联合UM完成了随机样本仿真分析;在有限试验设计样本和仿真数据的限制下,以最佳近似精度为目标,结合最小角回归、低阶交互截断和留一法交叉验证等实现了多项式混沌展开,构建多项式混沌展开代理模型;采用Sobol法进行全局灵敏度分析,研究了直线、曲线2种工况下车辆参数和轨道参数随机耦合作用对于车轮振动特性的影响,找出了主要影响因子,并考虑了多参数之间的交互效应。研究结果表明:多项式混沌展开法能够基于已有的样本比较好地拟合出代理模型,计算出Sobol灵敏度系数,平均误差低于3%,从而可以高效、定量地分析各参数耦合作用对车轮振动的影响;转臂节点横向刚度、一系弹簧垂向刚度、一系弹簧横向刚度和二系横向减振器阻尼是对车轮振动响应方差具有较大贡献的车辆参数,轨道横向、垂向刚度是对车轮振动响应方差具有较大贡献的轨道参数,各参数之间存在明显交互效应。      

保吸引子的鲁棒舵减横摇

为满足单舵或联动双舵结构设计舵减摇控制时的单输入要求,使控制器对海浪的扰动具有鲁棒性,针对一类受到持续扰动的系统,提出了保吸引子扰动抑制控制概念.结合反步设计方法、Barbalat引理和Lyapunov分析方法,通过求解代数Riccati方程,得到了该系统的标量自适应鲁棒控制器;将受控系统的状态抑制在一个有界的吸引子内,利用线性矩阵不等式给出吸引子最小化的判据,优化了扰动抑制控制.以渔政船1500HP在小风浪中的弱混沌横摇现象为例,用本文设计的扰动抑制控制器作为操舵力矩进行混沌横摇控制,通过数值仿真验证了保吸引子扰动抑制控制的效果.结果表明:保吸引子控制器使横摇系统的状态快速收敛,并将其抑制在预设的吸引子内,优化吸引子控制器能使吸引子进一步压缩.     

基于Logistic混沌方程的光通信系统仿真研究

通过混沌光通信系统模型的建立,利用MATLAB对Logistic混沌方程产生混沌序列进行频谱能量和功率谱密度分析,发现混沌信号的频谱密度可以作为光通信系统模型的检测依据,并在此基础上进行MATLAB仿真研究,表明可以将混沌信号作为信息载体,实现光通信的混沌传输,由于混沌理论具有良好检测微弱信号的能力,从而开辟了光通信长距离无色散传输的另一种途径．