高速列车低噪声设计中的部件声学指标分解方法

提出了一种基于整车噪声仿真分析的部件声学指标分解方法；将高速列车的部件声学指标按类型分为声源指标和路径指标2种主要形式，分别基于声线法和统计能量分析方法建立了高速列车的车外噪声预测模型和车内噪声预测模型，通过选定的初始参数作为计算输入，预测车外、车内噪声，并与车辆顶层声学指标进行差异化对比分析；基于声源贡献、路径贡献与参数灵敏度分析，考虑多目标优化，确定了声源部件和路径部件的声学指标。研究结果表明:噪声源的指标分解，基于整车车外噪声仿真分析，当车外噪声预测结果满足声学设计目标且设计裕量在可接受范围之内时，此时的声源参数输入即可作为一组声源指标分解结果；对于传声路径的指标分解，基于整车车内噪声仿真分析，当车内噪声满足声学设计目标且设计裕量在可接受范围之内时，此时的路径参数输入即可作为一组路径指标分解结果；当声源指标或路径指标不满足整车噪声要求时，则需要进行声源或路径的贡献分析，计算主要贡献声源或路径的参数灵敏度，通过对主要贡献声源或者路径进行修正迭代，使之最终满足声学设计目标；低噪声设计需要不断综合多项指标的反馈，合理地调整部件声学指标，确保声学指标分解满足顶层目标，且具有可行性。      

动态环境下的移动机器人避障策略研究

近年来针对传统人工势场法(artificialpotentialfield,APF)易陷入局部最小值问题所提出的优化算法依然存在适用性不高、计算效率低等问题,基于部分优化算法的不足,笔者创新性地引入了基于采样的快速扩展随机树算法(rapidlyexploringrandomtree,RRT)在静态已知地图上预先选取数个临时目标点,避免移动机器人在使用人工势场法时陷入局部最小值区域并在动态障碍物环境中进行实时路径规划的避障策略.结果表明:该方法简单易实现,同时结合了RRT算法概率性完备、收敛性良好与APF算法计算小、实时性高等优点,能够适应动态环境变化,满足移动机器人动态避障的要求.     

基于最小外接矩形的集料颗粒形状特征快速评价方法研究

针对集料颗粒形状传统测量方法速度慢、效率低的不足,应用格雷厄姆算法将复杂图像进行凸壳处理,采用改进的凸壳边界旋转法,提出了一种基于最小外接矩形的集料颗粒形状特征的快速评判方法,并结合实例对两种评价方法从算法求解、耗时缩短率以及测量误差等方面进行了对比分析。结果表明:基于最小外接矩形的集料颗粒形状特征快速评价测量误差极小,平均相对误差为2.40%,且快捷、方便,可应用于批量集料颗粒的形状特征评价。     

快速轨道交通列车转向架区域噪声预测分析

轮轨表面粗糙度激励轮轨系统振动并辐射噪声,决定着轨道交通主要噪声来源的转向架区域噪声.以时速为160 km/h运行的快速轨道交通列车为研究对象,基于有限元-边界元法、模态叠加法建立轮轨噪声预测分析模型,应用该模型调查了车轮表面粗糙度对于轮轨噪声的影响;进而基于声线法建立以时速160 km/h运行的快速轨道交通列车转向架区域噪声仿真预测分析模型,以文中预测分析得到的轮轨噪声和现场实测得到的转向架区域气动噪声、辅助设备噪声为声源,研究转向架区域噪声特性随车轮表面粗糙度的变化规律.结果表明:转向架区域外侧场点噪声随车轮表面粗糙度的增大而增大.车轮表面粗糙度主要影响315~5 000 Hz频率的转向架区域外侧场点噪声,与车轮表面粗糙度较好的工况,车轮表面粗糙度较差时,转向架区域外侧场点噪声的总声压级均增大5.5 d B(A)左右.     

基于几何尺寸的车辆自主导航路径规划算法

路径规划是车辆自主导航的一项关键技术，它的品质关系到整个自主导航系统的性能。为此，本文提出了一个在目标和障碍物都是动态的情况下快速产生行驶轨线的局部路径规划算法。该算法利用对象的几何尺寸建立环境模型，从而可以利用算术表达式快速计算出从起始点避开障碍物顺利到达目标点的行驶路线。此方法考虑了移动对象邻近周围障碍物的分布信息，提高了局部路径规划的可靠性。通过在程序上实验，表明该方法能够获得较为满意的效果。该方法的特点是计算速度快、实时性强。另外，本文提出对象轮廓的特征提取将对整个行驶过程中的航向调整有着直接的影响，这一点也将是本文未来算法的一个改进点。     

超高层建筑气动噪声场的大涡模拟

为揭示超高层建筑气动噪声产生的机理及空间分布特征,利用大涡模拟,在大气边界层内求解超高层建筑绕流场,结合FW-H （Ffowcs Williams-Hawkings）方程的声类比法进行了超高层建筑周围声压场的数值模拟. 研究发现:超高层建筑每个面均是偶极子声源,气动噪声是由建筑表面的偶极子声源产生,且受建筑表面风压主导,顺流向和横风向的脉动压力分别主导相应方向的声场辐射强度; 气动噪声沿高度方向先增大后减小,在0.7倍建筑高度附近噪声达到最大值; 在相同高度和离建筑表面相同距离的不同空间点,当空间点面对建筑迎风面时总声压级最大、背风面次之,侧风面最小; 随着空间点与建筑距离的增大,空间点总声压级快速衰减,且横风向较顺风向衰减更快. 研究认为:大涡模拟和声类比相结合的方法能合理预测超高层建筑的气动噪声;优化气动外形,降低建筑表面风压是降噪的最有效途径.      

高速铁路箱梁桥-声屏障结构振动噪声初探

声屏障是轨道交通重要的降噪措施之一,但在列车经过时声屏障同样会产生振动成为向外辐射噪声的声源.以内折型声屏障为研究对象,将其简化为适用于声学计算的板壳单元,通过建立高架线路结构的有限元模型,以中国高速铁路无砟轨道谱作用下的声屏障以及箱梁桥-声屏障的动力学响应作为声学边界条件,基于有限元-边界元理论分别求解单独声屏障和箱梁桥-声屏障的声辐射特性,初步探究了声屏障对高架路段结构声辐射的影响,在此基础上进一步考虑了地面反射的作用.研究结果表明:声屏障的振动形式主要表现为水平局部振动以及垂向整体振动,水平局部振动对自身结构噪声辐射的影响最大,其结构噪声集中在0～180 Hz的低频段,与桥梁结构噪声频率范围重合度较高;桥梁上安装声屏障后的振动分布发生明显地改变,使得声压在部分频段内降低,周围声场的分布也发生了明显变化而且总体上声压增加了1～2 dB;刚性地面的反射会使整个声场的声压增大,声压增加值最大可达5 dB.因此,声屏障对高架线路的整体结构声辐射能够产生很大的影响,考虑地面反射的作用后更加显著.     

用于结构可靠指标计算的随机梯度算法

提出了一种基于几何原理求解结构可靠指标的高效实用算法,即随机梯度算法.该算法根据随机搜索方向的梯度反馈信息,采取有效的优化策略对随机搜索方向加以调整,缩短搜索路径,使目标的搜索方向更为准确,搜索效率更高.编制了相应程序对该算法的计算过程进行跟踪演示,以便直观形象地了解程序执行运作情况和算法性能,便于进行参数分析.经3个工程算例验证,该算法适用于结构可靠指标计算,计算精度令人满意.     

海洋气象环境影响下的复杂水域船舶路径规划

为提高复杂水域船舶自动生成路径的安全性与经济性,将海洋气象环境因素考虑在内,以船舶避开障碍物为前提,设计了以航行时间最短为目标的路径规划算法.在建立环境模型的基础上采用改进MAKLINK图生成可行路径,根据矢量合成及拟合模型分析海流及风浪对船舶航速的影响,从而确定路径权值,通过Dijkstra算法进行初始路径规划,采用改进粒子群算法进一步优化及平滑初始路径.以一艘集装箱船通过规划海域为例验证算法的有效性,并对风向和风级进行了敏感性分析.结果表明:考虑海洋气象环境影响生成的路径既可安全避开障碍物,又可节省航行时间,改进粒子群算法在缩短路径航行时间的同时可提高路径的平滑性.     

基于Martins算法的联合运输最优路径规划

为了快速高效地找出最优的联运路径,在现有模型的基础上,考虑时间窗约束,建立了具有多目标、多运输方式、多货种的路径选择改进模型,并设计了2层搜索算法求解该模型.第1层在已知每条路径标签的基础上,根据时间窗删除规则并利用改进的Martins算法,计算出有效路径集;第2层将第1层的有效解作为其初始解,删除不满足货物运输总时间、中转次数和运输方式容量3个限制条件的路径,得到最优路径集合.根据货主的需求,采用序数偏好方法,组合不同的费用权重和时间权重得到综合权重值,找出对应最大综合权重值的最优路径.实例分析表明:相比已有的标签算法,改进算法增加了运算方式容量限制条件,缩小了解空间,避免了生成无效路径;相比拉格朗日松弛算法只能求得解的上下限,本文算法能够求得精确解,耗时在30 s以内,计算时间减少75%.      

基于蚂蚁算法的物流配送路径的优化

随着物流行业的发展,物流配送成本成为人们关注的问题。为了进一步降低日益复杂的物流配送成本,文中将蚂蚁算法应用于物流配送的路径优化问题中,设计了求解物流配送路径优化问题的蚂蚁算法,并应用实例加以仿真计算,结果表明该算法对物流配送路径优化是实用和有效的。     

城市快速路网行程时间计算与最优路径选择算法

为提高城市快速路网的整体功能和运行效益,利用实时动态交通数据,根据动态交通因素对路段通行时间的影响,将城市快速路网划分为非拥塞和拥塞两种情况,基于安全停车距离和剩余通行能力,分别计算了两种情况的路段通行时间,提出了以行程时间最短为目标的城市快速路网行程时间计算与最优路径选择算法.将该算法应用于西安城市快速路网进行案例分析,结果表明:该算法的最优路径计算结果与实际相符,误差在15%以内;最优路径的距离约为最短路径的1.84倍.      

有容量约束车辆路径问题的多目标遗传算法

针对有容量约束车辆路径问题,提出了基于Pareto方法的多目标优化遗传算法.该算法引入基于擂台法的Pareto锦标赛选择算子,避免了求解非凸解的困难.采用最邻近算法和扫描算法构造初始种群及引入启发式交叉算子来加快算法的收敛速度.通过E-n30-k3算例实验表明:应用该算法得到的Pareto解集,为决策者提供了多种途径有效解决有容量约束车辆路径问题.     

基于交通限制的路网最优路径算法

为了解决车辆诱导系统中复杂道路结构表达及因为城市道路交通信号管理而产生的最优路径选择求解的复杂性,依据图论中最短路径算法的基本原理,提出了含有禁行路线路网的最优路径求解算法。以行程时间最少为目标,按照网络转化法把含有禁行路线的路网转化为不含有禁行路线的路网,采用邻接节点矩阵和邻接节点权矩阵实现了道路节点关系的表达,改善了传统的Dijkstra算法,将全局节点路径的求解转化为与求解节点紧密联系的局部区域求解,将所研究的网络转化方法和改进的路径寻优算法应用于车辆诱导系统。结果表明应用该算法能够在含有禁行路线的路网中求解最优路径,减少了问题求解的路网节点数,提高了计算效率。     

一致性车辆路径问题下基于模板路径的模拟退火法

根据一致性车辆路径问题的“服务一致性”特征,本文提出了基于模板路径的 模拟退火法（TSA）以更好地求解此问题.该算法求解分为2 个阶段：第1 阶段求解模板路 径,第2 阶段以所得模板路径为参考获得各天车辆具体配送路径方案,2 个阶段均采用模 拟退火法进行优化.借助小、中规模基准数据集,文章对TSA算法进行数值实验,并将实 验结果与ConRTR算法和TTS算法的结果作比较,利用TSA法求解一致性车辆路径问题 得到的配送路径方案和“服务一致性”指标均得到优化.实验结果表明,运用TSA算法规 划车辆配送路径方案,不仅能够降低运营成本,还能提高配送服务质量.     

考虑碳排放的两阶段选址-路径问题及其算法

为减少物流车辆的碳排放，基于以排放因子为主要参数的碳排放计算方法，建立以碳排放最小化为目标的两阶段选址-路线问题（2E-LRP）模型，并设计了一种可用于快速求解大规模问题的两阶段混合算法（TSHA）.算法第一阶段将2E-LRP转化成不考虑车辆路径的两阶段设施选址问题，调用Cplex直接求解得到配送中心选址和客户分配方案；在此基础上，算法第二阶段中，物流园区到被选用的配送中心以及配送中心到所分配客户的车辆路径问题被进一步转化成若干个独立的VRP (vehicle routing problem)问题，再运用改进的蚁群算法进行求解；最后，对Prodhon标准算例集中全部6个最大规模的算例进行测试.研究结果表明：与TSHA具有相同算法思想的TSHA-Ⅱ算法能够在求解质量下降2.3%的情况下将计算时长大大缩短至25 s左右；TSHA算法在求解考虑碳排放的2E-LRP算例时表现非常稳定，可以作为一种求解考虑碳排放2E-LRP的有效算法.     

交通网络最优路径搜索的蚁群算法

针对交通网络中最优路径搜索问题,本文提出一种基于蚁群算法的新的求解方法。首先从剖析最优路径问题的求解要求出发,探讨蚁群算法求解的优势,由于其并行性、正反馈、协作性等特点,能在较短的时间内发现较优解。然后,根据交通网络的特性,在基本蚁群算法的基础上,引入信息素限定规则,采用平滑机制进行局部更新,改进了全局更新模型等,使该算法更能满足交通系统最优路径的求解要求,降低了路径选择的复杂性,从而提高计算效率。对改进的模型进行的模拟实验和比较分析表明,该模型与算法的效果良好。该研究为交通系统最优路径问题开创了一条新的途径,同时显示出蚁群算法在交通分配中的良好使用前景。     

基于拓扑判断的海量GPS数据延时地图匹配算法

由于浮动车数据采集中存在GPS数据周期过长、拓扑关联性较差、数据量大的特点,传统的车载端地图匹配算法难以直接应用,针对车辆无法初次匹配的情况,设计了一种可根据路网拓扑关联性进行判断的延时地图匹配算法.实际数据验证表明,该算法在保证数据完整性和有效性的基础上,可以实时、准确地进行地图匹配,尤其是车辆位于复杂交叉口及高架桥附近区域时车辆真实行驶道路的确定.      

城市垃圾清运中的周期多车场车辆路径问题

城市垃圾清运问题可以使用周期多车场车辆路径问题来很好地描述.将这种典型的复杂组合优化问题分为两个阶段依次求解:首先求解整数规划,解决清运周期问题;然后采用一种混合遗传算法解决多车场车辆路径问题,从而可以降低求解难度.     

河口海岸波浪谱模型中考虑绕射效应方法的比较

讨论了两种河口海岸波浪谱模型WABED和SWAN中考虑绕射效应方法的差异,采用WABED模型计算了垂直入射波浪在无限长双防波堤口门内和椭圆形浅滩地形上的传播与变形,计算结果与物模实验数据、SWAN模型的计算结果以及Sommerfeld理论解进行了对比分析.分析结果表明,这两种方法都能够有效地计算波浪绕射,WABED模型能更好地模拟绕射强度较大的算例.