Real-time freeway traffic state estimation based on extended Kalman filter: Adaptive capabilities and real data testing

This paper reports on real data testing of a real-time freeway traffic state estimator, with a particular focus on its adaptive capabilities. The pursued general approach to the real-time adaptive estimation of complete traffic state in freeway stretches or networks is based on stochastic macroscopic traffic flow modeling and extended Kalman filtering. One major innovative feature of the traffic state estimator is the online joint estimation of important model parameters (free speed, critical density, and capacity) and traffic flow variables (flows, mean speeds, and densities), which leads to three significant advantages of the estimator: (1) avoidance of prior model calibration; (2) automatic adaptation to changing external conditions (e.g. weather and lighting conditions, traffic composition, control measures); (3) enabling of incident alarms. These three advantages are demonstrated via suitable real data testing. The achieved testing results are satisfactory and promising for subsequent applications.     

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首先选用较多的交通参数,设计提出了基于聚类方法的细粒度交通模式划分算法,将交通模式划分为较多的类别。结合实际数据,进行了实验,在四个路段参数的基础上,划分得到了十类交通模式。这其中都用到了模糊集合划分和定性推理。使用状态核确定一系列模式,随后系统状态被划分成若干个模式。提出了模式转移方程来描述在定性推理基础之上的状态转移,并从模式转移的角度进一步研究了系统的稳定性。一个城市交通系统的应用实例显示了本文提出方法的有效性,可以看出细粒度交通模式划分要比粗粒度有更多的优势,同时得出了聚类算法在细粒度交通模式划分中的劣势。     

非接触式遥感路面状态检测预警系统研究与应用

为了实现道路路面状态检测和预警,自主开发了非接触式遥感路面状态检测预警系统。采用红外遥感和多光谱测量技术,以路面温度、空气湿度及水或冰或雪的厚度和透光率等参数为核心,对系统技术原理和算法、数据分析处理和控制及数据传输等关键技术进行了研究。通过水、冰及雪对3个波长光的不同吸光系数,确定了路面覆盖物的类型,计算了水、冰及雪的厚度。经多次现场测试数据验证,测试结果准确可靠,各项功能和性能满足实际要求。该系统已在中国多条高速公路中成功应用,为交管部门实施交通预警及疏导方案提供了数据依据,极大地提高了应对突发天气状况的及时性和准确性,有力保障了道路交通安全,取得了显著的安全效益和社会经济效益,具有广泛的推广应用前景。     

非稳态载荷对二维轮轨纯滚动接触应力和变形的影响

为了揭示轮轨波状表面与非稳态载荷的内在联系, 利用有限元法, 建立了二维弹塑性轮轨纯滚动接触计算模型, 分析法向接触载荷波动值对钢轨残余应力、应变和变形的影响。模型中材料本构采用考虑棘轮效应的Jiang-Sehitoglu模型, 非稳态仅考虑法向接触载荷的简谐变化, 用弹塑性无限半空间表面上重复移动赫兹法向压力分布模拟反复纯滚动接触过程。发现非稳态法向接触载荷作用下产生同样波长的波状接触表面; 随滚动次数的增加, 残余应力增大, 但很快趋于稳定, 而残余应变也增大, 但增大速率衰减; 载荷波动值越大, 波谷和波峰处的纵向残余应力越大, 波谷处的轴向残余应力、残余剪应变和表面纵向位移越大, 而波峰处的轴向残余应力、残余剪应变和表面纵向位移越小, 波深越大。     

船舶动力装置智能故障诊断技术的应用与展望

  目的  为了实现对船舶艉轴承润滑状态的监测和评估,提出一种结合润滑性能衰变模型和支持向量机（SVM）算法的艉轴承润滑性能评估方法。  方法  针对船舶艉轴承润滑状态难以监测和识别的问题,建立轴承润滑衰变数值模型,并运用实验数据对该模型进行验证,研究载荷、粗糙度和半径间隙对润滑状态衰变机理的影响。基于SVM算法,构建润滑状态分类器,通过网格搜索算法优化超参数,利用不同润滑状态的数据集进行训练,最后实现对艉轴承润滑状态的评估。  结果  结果显示,随着外部载荷、粗糙度和半径间隙的增大,轴承润滑状态恶化的临界速度增大,动压润滑工作范围减小,混合润滑工作范围增大;由仿真数据集对润滑状态识别模型的验证表明,所提的润滑状态识别方法准确率达96.88%。  结论  所提方法能监测轴承的润滑性能特征,有效识别轴承的润滑状态。     

接触网零部件应力腐蚀断裂分析

随着铜合金、铝合金、不锈钢材料零部件在接触网中的大规模应用,由于应力腐蚀原因造成零部件失效而影响行车的情况时有发生。为此,对接触网零部件应力腐蚀断裂的机理特征、发生条件、检测方法和防护措施开展研究,为接触网零部件应力腐蚀断裂的判断、分析及预防提供依据。     

色流仿真技术在牵引变电所运行监控中的应用

针对铁路牵引变电所运行状态的计算机安全监控,提出了在电气主接线图中用"色流"代替电流仿真显示的新概念.根据这种思想研究了仿真数学模型、计算方法,结合具体牵引变电所的电气主接线,开发了计算机监控软件.研制的安全监控系统实际运行表明,监控计算机屏幕上的电气主接线图能够实时反应设备运行状态,设备带电情况显示更逼真、操作响应速度快,大大提高了牵引变电所运行状态监控的可视性和可靠性.     

市域铁路路基地段双块式无砟轨道结构设计

我国市域铁路的建设尚处于起步阶段,需要对160 km/h速度的市域铁路设计标准和轨道结构进行相关研究。依托北京新机场线工程实践应用,着重研究了双块式无砟轨道结构在160 km/h市域铁路路基地段的稳定性和安全性,基于极限状态法计算了多种荷载组合下的受力情况,并对道床板和底座板进行了配筋设计和裂缝检算。研究表明:①160 km/h速度条件下,路基地段轨道结构各动力响应指标均在限值范围内,车体脱轨系数和轮重减载率指标数值均较小,能够保证轨道结构的稳定性和列车行驶的安全性。②温度作用对道床板和底座板的受力影响较大,在设计荷载中占据主导因素。③道床板和底座板底部纵向弯矩均在荷载偶然组合作用下达到最大值,配筋时应以裂缝宽度为控制指标进行设计。     

信号交叉口行人自行车交通强度状态划分研究

混合交通是造成交叉口拥堵和交通事故的重要原因之一.为了便于有效的研究交叉口混合交通信号控制策略及交叉口交通仿真,提出了信号交叉口人行横道绿灯时间行人自行车交通强度状态划分方法.分析了交叉口人行横道绿灯放行的交通特性,定义了人行横道绿灯放行时刻行人自行车聚集群的概念.从信号交叉口人行横道的"时空资源"利用角度,提出了划分人行横道绿灯时间行人自行车交通强度状态概念及必要性,选取了行人自行车绿灯时间通过流率、绿灯时间利用率以及行人自行车绿灯时间的空间占有率三个指标作为强度划分依据,选取K均值聚类为强度状态划分方法,对人行横道绿灯时刻行人自行车交通强度状态划分为三类,分别为低强度、中等强度和高强度.结合北京市平乐园交叉口为例,进行了行人自行车交通强度状态划分.     

巩义隧道下穿310国道施工技术

研究目的:巩义隧道位于郑西铁路客运专线ZXZQ02标,起止里程DK63 332～DK66 670,全长3368m。隧道地质条件为上部砂纸黄土,灰黄色稍湿,下部为粘质黄土,棕黄色、硬塑、无水。其中DK 63 583～DK 63 605段下穿310国道,覆盖层只有5.1 m。310国道为重要的交通干道,宽度15 m,车流量大、重车多、交通繁忙,道路两侧为17 m左右的陡坎。为保证310国道的畅通及施工安全、优质、高效进行了施工技术研究。研究结果:通过采用双层管棚及双层初期支护的加固技术,成功地穿越了310国道,保证了隧道施工期间道路的完好及畅通,路面无破坏,下沉量只有10 mm左右。该加固措施的成功积累了宝贵的施工经验。