水力数值模型在合流污水一期系统中的运用与研究

该文根据水文学、水力学和计算机模拟技术的发展,通过计算机水力模型技术,对上海合流一期排水系统运行进行模拟,提出系统内相关泵站的运行优化方案。然后经过现场实际检验,获得了合理的控制方式,使整个系统更高效、更稳定地运行。     

基于交通因子状态网络的城市交叉口交通流预测

信息技术的快速发展,为交通研究和城市交通管理提供了大规模、多样化的数据资源,并为城市交通状态估计和交通流预测方法的研究提供了有力支持。将城市交叉口视为一个微观交通系统,采用数据驱动与领域知识结合的方式,建立微观层次的交通因子状态网络模型（Traffic Factor State Network,TFSN）,考察交通因素之间的相互关联,并考虑环境因素的影响。该模型结合交通因子和环境影响因子的影响,通过对交通流数据进行聚类分析,估算出对应于环境影响因子的交通状态,并通过实际案例验证其物理意义以及与交通流实际状态的对应关系。进一步地,基于不同交通状态下的交通流数据建立高阶多元马尔可夫链,进行交通流预测,并根据交通流时间序列的聚类性能指标提高模型的预测准确性。对数据序列马氏性强弱、马尔可夫模型阶数与模型预测准确性之间关系进行分析。研究结果表明：根据马氏性合理选择马尔可夫模型的阶数可以提升模型预测准确性;直接对原始交通流数据进行预测的平均绝对百分比误差为24.61%,而不同交通状态下交通流预测的平均绝对百分比误差为16.99%,相比直接预测误差下降了7.62%,验证了所提出的微观交通因子状态网络的有效性和可用性。     

基于计算流体动力学的最小阻力船型自动优化

基于计算流体动力学(CFD)理论,利用iSIGHT 优化设计平台构建一种船型自动优化方法。该方法集成船型变换及自动生成技术、CFD 技术及优化算法。优化过程中,编制船型参数化融合模块实现船型变换与SHIPFLOW软件输入数据间的自动连接;采用遗传算法与二次序列规划法相结合的组合优化方法实现从全局探索再到局部空间寻优的整个流程。以某双艉集装箱船为例,优化后船体兴波阻力明显下降,总阻力也得到显著的改善,获得了设计航速下总阻力最小的船艏与船艉线型组合,表明了该方法的可行性与有效性。研究显示,所提出的方法可以获得阻力性能优良的船体型线供设计者参考,具有较强的工程适用性,在基于CFD的船型自动优化方面具有广阔的应用前景。

     

基于随机森林算法的内河船舶油耗预测模型

准确的船舶油耗预测模型是船舶实现各项航行优化措施的基础.以长江干线某旅游船为研究对象,通过安装信息采集系统获得了大量的船舶实时营运数据.通过理论分析得出影响船舶油耗的主要因素为风速、风向、水深、水流速度和船舶航速;改进了随机森林建模时参数的设置方法,提出一种变量的重要性测度方法;对去噪处理后数据进行系统抽样并进行归一化处理,得到建模的样本数据;把样本数据按0.7∶0.3的比例随机分为训练样本和测试样本,对训练样本采用随机森林(RF)算法建立油耗预测模型;通过模型预测测试样本的油耗值,与实测数据对比,结果显示预测误差低于6.8%,优于BP神经网络与支持向量机(SVM)的预测结果;分析模型中各变量的重要性顺序为:航速>水流速度>水深>风速>风向,利用偏相关分析得到了单个因素与油耗间的定量关系.     

基于时空GPSO-SVM的短时交通流预测

为了提高城市道路短时交通流预测的精度,提出了一种基于时空遗传粒子群支持向量机的短时交通流预测模型.通过主成分分析法对路网原始交通流量进行时空相关性分析,用较少的主成分代替原始交通流量并作为预测因子,在粒子群算法中引入遗传算法的交叉和变异因子,避免粒子群算法陷入局部最优.利用改进后的粒子群算法优化支持向量机参数,得到最优的支持向量机模型,并实现城市道路的短时交通流预测.以长春市路网的实测数据为基础进行了实例验证,结果表明,优化支持向量机参数时,遗传粒子群算法不会陷入局部最优,优化效果更好;与粒子群支持向量机模型和遗传粒子群支持向量机模型相比,所提出预测模型的相对误差波动较稳定,平均预测精度分别提高了4.96%和3.41%.     

路锥投收自动控制系统的研制

针对高速公路交通事故现场快速隔离、警示和防护等日益增强的需求,提出一种新型路锥自动投收装置的系统设计方案.针对传统大型路锥投收装置费用高、结构复杂的弊端,利用虚拟样机技术开展紧凑型路锥自动铺设、回收一体化装置的机械结构的设计,包括路锥的叠置、拾取、传送、放置等机构.并利用Pro/E、ADMAS等仿真软件进行仿真测试.基于ARM提出嵌入式的系统总体设计方案:以uCOS-II操作系统为平台,以STM32系列单片机为CPU,完成控制器的软硬件设计,并采用"S"型加减速控制曲线策略实现电机的平滑控制.基于Android开发了操作方便、友好的人机交互接口,以"蓝牙"作为上下位机的通信桥梁,以RSA算法作为上下位机数据交互中的安全的保障.实车测试结果表明,该设计方案的路锥投放与回收成功率均达到95%,基本符合要求.但高、低速时路锥投放、回收的成功率差异较大(6%),此外,路锥的倒伏率达到5%,该单项指标基本不满足设计要求.     

城市平面交叉口左转车辆规避效应特性

城市道路交叉口交通隔离栏侵入内侧车道建筑限界,导致车辆横向偏移,增加行车风险。为了解城市平面交叉口交通隔离栏对左转车辆规避行为的影响,通过无人机采集3个设有交通隔离栏的平面交叉口车辆视频,提取车辆轨迹、速度、加速度等参数。分析交叉口出口不同车道车辆偏移和速度的分布特性,研究左转车辆规避特性。结果表明：①两侧车道上行驶的车辆更倾向于向中间车道偏移,中间车道行驶轨迹则较为稳定;②20 m的行程可供驾驶人稳定行驶方向,保持与交通隔离栏的安全横向距离;③左侧车道上85%以上车辆远离交通隔离栏行驶,平均偏移距离为0.278 m;右侧车道上60%左右车辆远离右侧行驶,平均偏移距离为0.116 m。④左转车辆在出口不同车道的速度分布存在显著差异,其中左侧车道和右侧车道上左转车辆速度分布峰值、横向加速度均值、纵向加速度均值均小于中间车道。以此提出城市道路交叉口的改善方法：①增加中分带宽度,提升路侧净距,实现左侧车道名义路权宽度与实际路权宽度一致;②增大硬质设施与驾驶人的横向距离;③开口段硬质设施优化为柔性,减弱设施心理冲击,降低驾驶负荷;④增设路面导流线和反光设施,保证诱导设施的连续性和一致性,提升方向感和速度感,从而减少规避效应过度或不足所带来的安全隐患。     

基于效率-安全评价的近距离错位交叉口信控优化

在城市中2个近距离错位交叉口之间的交织路段,来自不同方向的车流相互干扰严重,尤其是在交织长度限制下的连续换道操作,对交通效率和安全水平造成不良影响.因此,基于效率-安全综合考虑,研究了一种安全协调信号控制方案.即在上游交叉口的支路处设置右转信号灯,将交织路段内主、次路的车流冲突点进行时间和空间上的分离,并对近距离错位交叉口进行系统的相位和配时优化设计,从而达到降低车辆运行延误、提高行车安全性的目的.以福州市浦上大道-金州南路-金港路交叉口为例,运用Vissim微观仿真软件和SSAM替代安全评价模型,从效率-安全2个方面综合比较安全协调信控方案与信控现状、单点优化方案的优劣.实验结果表明,相对于信控现状,单点优化方案和安全协调信控方案的效率-安全水平分别提升了36.17% 和57.17%,验证了安全协调信控方案的优越性.此外,通过Vissim调整2个交叉口之间的距离,比较安全协调信控方案和单点优化方案相对于信控现状的效率-安全综合优化程度.研究表明,近距离错位交叉口的间距越小,安全协调信控方案的优越性越明显.     

针对主辅路的Vissim仿真模型参数标定方法

微观交通仿真模型的参数标定是保证仿真模型有效性的基础和前提。针对车辆在主路和辅路运行特征的差异,提出了1种针对主辅路的微观交通仿真模型参数标定方法。该方法以进口道的车均延误的偏差作为评价指标,以遗传算法作为求解工具,分别实现了微观交通仿真软件Vissim中主路和辅路驾驶行为参数的标定。同时,结合工程实例将该方法应用于北京市朝阳路与高碑店北路交叉口、南苑路与久敬庄路交叉口仿真模型的参数标定中。结果显示,采用该方法标定后的主路和辅路延误与实测延误的平均偏差分别为2.1s和2.5s ;采用主路和辅路统一标定的方法,主路和辅路延误与实测延误的平均偏差分别为7.1s和7.5s。结果表明,仿真模型参数能够有效地提高参数标定的仿真试验效率与仿真精度,验证了该方法将主路和辅路仿真模型参数分开标定的有效性。     

基于OD的高速公路断面交通流量推算方法

目前,对高速公路断面交通流量的采集主要依靠人工方式或交通流量检测设备,没有充分利用已有的OD数据资源.针对非拥挤的交通状态,根据现有的高速公路OD数据,综合考虑高速公路不同路段对于不同车型车辆的限速要求及车辆在白天或夜间的运行状况等因素,在空间和时间上同时对OD数据进行分析处理,提出了1种高速公路断面交通流量推算方法,得到高速公路指定时间段内的断面交通流量及车型,采用趋势图描述断面交通流量的分布规律,对比分析基于OD数据得到的断面交通流量与车检器检测得到断面交通流量,并通过实例验证该算法的可靠性与实用性.