从工程科学走向工程技术——新时期交通与运载工程学科发展与展望

国家自然科学基金委员会积极推进基金改革,设立技术科学板块,面向国家重大需求和经济主战场,解决需求背后的核心技术科学问题,推动科研范式改革。交通与运载工程学科作为科学基金技术板块的重要组成部分,应当积极响应,及时调整学科资助政策。小学科,大行业,交通与运载工程学科研究呈现需求牵引、面向未来、技术集成、交叉融通的特点,需要进一步重视各交通体系交通诸要素的差异性和独特性,反对脱离行业、脱离应用对象,盲目梳理所谓的共性工程科学问题。推动基于RAMS(可靠性(Reliability)、可用性(Availability)、可维护性(Maintainability)和安全性(Safety))理论的工程科学与工程技术评价体系建设,关注各交通体系自身的特点及科学基础差异,强化其在重大、重点、人才等重要项目立项建议遴选、评审及成果后评估各环节中的应用,加快科学成果转化,支撑“交通强国”建设。     

基于阻燃抑烟的纳米黏土改性沥青综述

分析了沥青材料的热解燃烧特性,总结了沥青材料阻燃抑烟性能测试方法,归纳了国内外常用的沥青阻燃剂类型及其优缺点;论述了隧道沥青材料常用的阻燃技术,评析了纳米改性沥青阻燃抑烟机理;探讨了纳米黏土对沥青材料高低温性能、水稳定性及老化性能等路用性能的影响,展望了未来隧道阻燃抑烟沥青材料的研究方向。研究结果表明: 用于隧道沥青材料阻燃剂应具有良好的协同阻燃抑烟效应,而金属氢氧化物和纳米材料具有较大的应用潜力;沥青材料的阻燃抑烟性能测试主要参考聚合物阻燃测试方法,这些试验方法与沥青路面真实燃烧状态明显不符,亟需补充和完善沥青材料阻燃抑烟性能测试方法和标准;以纳米黏土为代表的纳米改性材料对热沥青的烟气释放具有显著的抑制作用,但目前研究主要集中于纳米材料和聚合物复合材料的阻燃机理方面,针对纳米改性沥青的阻燃抑烟机理缺乏系统性研究;纳米黏土可显著改善沥青的高温、水稳及老化性能,对低温性能的影响方面,国内外研究存在较大争议;应将热拌沥青混合料烟气控制技术、金属氢氧化物和纳米黏土协同阻燃技术及沥青材料阻燃性能测试方法等方面作为隧道阻燃抑烟沥青材料未来的重点研究方向。     

EBBR试验下沥青结合料低温性能评价指标

聚焦沥青结合料低温性能评价指标,基于流变学的弯曲梁流变仪试验、改进弯曲梁流变仪试验,分别分析了实际路面回收沥青、老化后的基质沥青、改性沥青低温流变性能规律;利用传统劲度模量及模量变化率指标展开了沥青的低温性能评价,提出了等效低温设计温度指标与温度差异值指标;在不同养护环境下进行模拟,利用低温等级损失指标对新制备、回收沥青展开了低温物理硬化影响因素研究;利用不同来源、不同品种沥青试验结果相互验证,从抗干扰能力、稳定性、评价准确度、直观性与指标获取难易程度等方面对上述指标进行分析,确立了4类指标对沥青低温性能的区分与评价能力。研究结果表明：回收沥青的实验室流变分析能够反映路面结构的低温抗裂水平,开裂严重路段沥青的模量明显高于其他路段,其数值差异可达130 MPa;新制备的SBS改性沥青与回收沥青低温加载规律一致性高,模量偏差低于15%,可有效搭建起实验室研究同实际路面病害处理需要的关系;传统指标数据稳定性偏弱,置信度仅为64.7%~82.3%,难以满足研究需要,温度差异值指标及低温等级损失指标在应用方面同样受到制约,对此仍需开展更多深入的研究。     

颗粒阻尼抑制水下航行器轴系纵振模拟试验

在简谐激励条件下,应用轴系颗粒阻尼纵振抑制模拟试验装置研究了旋转工况下的颗粒阻尼减振比;探讨了单腔体多颗粒和多腔体多颗粒时的轴系模拟系统加速度变化,讨论了颗粒的材料、粒径、质量填充比、腔体数量、转速、激励频率与位移等参数对系统减振比的影响规律。研究结果表明：在单腔体多颗粒条件下,填充有铜、钢、橡胶包钢颗粒的系统减振比处于7.83%~8.91%,橡胶颗粒的系统减振比接近于0;铜、钢、橡胶包钢颗粒有明显的抑振效果,颗粒的材料密度和阻尼比越大,抑振效果越好;当颗粒质量填充比为15%时,系统减振比最高为13.77%,但当质量填充比超过15%时,减振比有所降低,故质量填充比一般应根据实际情况控制在15%左右;粒径、转速、激励频率与位移幅值的变化对系统减振比的影响分别为1.76%~8.68%、6.77%~12.50%、4.41%~10.12%与2.19%~7.05%;在多腔体多颗粒工况下,当颗粒总质量填充比和转速一定时,腔体数量对系统减振比有明显影响;当腔体数量为3时,转速为100 r·min^-1和质量填充比为25%的最佳系统减振比为22.5%;在多腔体多粒径颗粒工况下,当总质量填充比为10%,转速为50~150 r·min^-1的系统减振比波动不大,平均为14.18%,这表明多腔体多粒径组合对转速不十分敏感,具有较好的减振效果,可拓宽转速使用范围。     

多特征融合的船舶轨迹相异度模型分析与优选

基于船舶自动识别系统轨迹,构建了船舶轨迹静态相异度模型、动态相异度模型以及组合相异度模型,包括轨迹起点和终点相异度模型、轨迹长度相异度模型、轨迹空间分布相异度模型、轨迹航速均值相异度模型、轨迹航向均值相异度模型、轨迹航速标准差相异度模型和轨迹航向标准差相异度模型;采用KNN分类算法进行轨迹分类,分析了单个相异度模型的有效性和时效性,对比了单个相异度模型和组合相异度模型下轨迹分类效果,研究了组合相异度模型中相异度模型的类别和权重对轨迹分类的影响;分别以内河航道和港口水域船舶轨迹进行试验。试验结果显示：在采用单个相异度的情况下,就分类效果而言,轨迹起点和终点相异度模型和轨迹航向均值相异度模型在内河航道和港口水域船舶轨迹分类效果均优于其他模型,而基于轨迹航速均值相异度模型和轨迹航速标准差相异度模型的轨迹分类效果最低,就分类效率而言,基于航速、航向均值和标准差的相异度模型耗时明显低于其他3个相异度模型;采用组合相异度进行轨迹分类,内河航道和港口水域船舶轨迹分类结果的基于精确率和召回率的宏平均值和微平均值均能接近99%;将组合相异度中相异度类别数由4个增加到7个,轨迹分类评估结果进一步得到提高。因此,单个相异度模型中以轨迹起点和终点相异度模型、轨迹航向均值相异度模型以及轨迹空间分布相异度模型分类效果最优且稳定,而轨迹空间分布相异度模型和轨迹长度相异度模型耗时明显高于其他方式,各相异度模型在不同场景中的适应性基本相似,通过增加组合相异度中相异度类别能够提高轨迹识别效果。     

多车道高速公路出口开口段安全特性分析

为研究不同断面形式下的多车道高速公路出口影响区开口长度及流量与交通安全的关系,针对2种断面形式的高速公路出口,分别设计了3种不同的开口长度,结合3种不同流量条件设计了18个不同的驾驶模拟场景.实验招募30名被试者开展模拟驾驶实验,提取不同开口长度及流量条件下各断面形式高速公路出口的车辆行驶轨迹、换道间隙的选择、减速度、...     

资源约束下城市轨道交通基础设施维修任务安排优化模型

针对城市轨道交通基础设施系统组成复杂、维修任务繁多、维修资源有限的特点,在分析不同类型维修任务需求的基础上,研究资源约束下基础设施维修任务的长期安排方法.考虑作业工队、维修设备等限制条件,建立基于混合整数规划的优化模型以安排任务的开始时间和持续时间,实现任务执行费用和惩罚费用的最小化.通过引入作业时间占用约束以减少任务...     

基于网络交通分配方法族谱的交通分配 一体化技术与工程应用

为满足交通规划、建设与管理等应用场景对交通分配多样化的需求,结合目前交通分配方 法族谱中的众多模型与方法,本文构建能够满足族谱中所有交通分配特征的一体化交通分配技 术框架,提出交通网络交通分配一体化技术体系,并将该体系嵌入交通分析平台软件“交运之星- TranStar”中。该技术体系包括：“模型关键参数”“交通阻抗函数”“交通网络交通分配基础模型与 快速算法”3部分模块组合的分析模型一体化;面向步行、自行车、机动车及公共交通等多模式交 通网络的分析对象一体化;针对城市土地开发,交通网络建设,交通管理控制,公共交通系统,以 及交通政策制定等应用场景一体化。选取南京市道路网络和公交网络进行实证分析。结果表 明,本文提出的交通分配一体化技术具有处理超万节点多模式交通网络的能力,对各类交通模 式、典型业务场景的分析结果可为城市交通系统规划、建设与管理提供决策支持。     

点汇聚系统的航空器污染物减排效应与机理

为研究点汇聚系统的环境效益及减排机理,采用考虑气象条件修正后的航空器性能、燃油 流量及污染物计算模型,设计了理想条件下非高峰时刻与实际运行的高峰时刻两种场景,对比分 析了航空器在点汇聚系统与标准进场程序中污染物(即HC、CO、NOX、SOX和PM)的排放情况,并 从飞行时间、燃油消耗与排放指数3个方面分析了点汇聚系统的减排机理、识别了减排关键因素。 研究发现：在非高峰时刻,点汇聚系统与标准进场程序的污染物排放总量分别为5.79 kg与7.17 kg, 点汇聚系统较标准进场程序共减少约19.25%污染物排放,对NOX、SOX和PM减排效果显著;在高 峰时刻,点汇聚系统与标准进场程序的污染物排放总量分别为290.01 kg与406.69 kg,点汇聚系 统较标准进场程序共减少28.69%污染物排放,其中NOX减排比例最高可达48.32%。结果表明： 无论是非高峰时刻还是高峰时刻,点汇聚系统都具有良好的环境效益,可有效减少污染物的排放 总量,且对NOX减排效果最佳;较短的飞行时间、较低的燃油流量是点汇聚系统体现减排优势的 关键驱动因素。     

新冠肺炎交通防控政策对长沙市人口流动的影响

为探究新冠肺炎疫情下交通防控政策对长沙市人口流动的影响,本文根据长沙市在新冠 肺炎疫情期间颁布的交通防控政策和疫情实时防控情况划分防控阶段,基于百度迁徙大数据,利 用双重差分模型,识别长沙市不同阶段的交通防控政策以及量化防控效果,分析交通防控政策对 长沙市人口流动的影响。结果显示,长沙市在交通管制阶段,平均人口迁出强度、平均人口迁入 强度及城市内部出行强度分别下降了83.68%、69.24%及59.74%,有效地控制了人口流动,降低了 疫情扩散危险。在交通恢复阶段,长沙市人口流动强度逐渐反弹,城市内部出行强度基本恢复到 2019年同期水平。本文研究结果显示了交通管制对疫情扩散限制的有效性,为常态化疫情防控 下精准防控政策和复工复产政策制定提供参考。