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基于数字孪生和MBSE的铁路防灾监测仿真推演系统设计

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中国铁道科学 2024年第3期45卷 168-181页

作者：马小平王旭贾利民李松北京交通大学先进轨道交通自主运行全国重点实验室北京100044 北京交通大学交通运输学院北京100044

针对既有铁路防灾监测系统灾害情景预测能力低、主动防控水平差,以及灾害风险发生、发展、演化的路径和应对策略效能评估能力不足等问题,采用数字孪生和基于模型的系统工程(MBSE)技术重新设计铁路防灾监测仿真推演系统架构,采用系统建... 详细信息

针对既有铁路防灾监测系统灾害情景预测能力低、主动防控水平差,以及灾害风险发生、发展、演化的路径和应对策略效能评估能力不足等问题,采用数字孪生和基于模型的系统工程(MBSE)技术重新设计铁路防灾监测仿真推演系统架构,采用系统建模语言(SysML)定义系统需求分析、功能架构、逻辑架构和物理架构;研制集铁路环境情景数据采集、孪生监控、情景仿真、情景推演、情景应对、数据资源管理等功能为一体的铁路防灾监测仿真推演系统。结果表明:提出的基于数字孪生和MBSE的铁路防灾监测仿真推演系统可提供新的灾害在线推演预测能力,从根本上改变响应式的灾害防控模式,可为铁路防灾监测系统的数字化转型及预测性主动防控升级提供重要的架构指导和技术支撑。

关键词：铁路防灾系统架构 MBSE SysML 数字孪生

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基于量子反应均衡的政府与共享单车企业停车管理博弈分析

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控制与决策 2024年第2期39卷 641-648页

作者：张书婧贾顺平彭芃毛保华北京交通大学交通运输学院北京100044 北京交通大学综合交通运输大数据应用技术交通运输行业重点实验室北京100044 北京交通大学中国综合交通研究中心北京100044

共享单车停车问题是城市交通治理中最主要的问题之一,其表面为共享单车用户停车行为不规范、共享单车企业管理调度不及时所致,究其本质实为共享单车各利益主体缺乏有效协同治理机制、停车权责划分不清晰、成本分担失衡的结果.考虑政府... 详细信息

共享单车停车问题是城市交通治理中最主要的问题之一,其表面为共享单车用户停车行为不规范、共享单车企业管理调度不及时所致,究其本质实为共享单车各利益主体缺乏有效协同治理机制、停车权责划分不清晰、成本分担失衡的结果.考虑政府与共享单车企业的有限理性,建立扩展式博弈的量子反应均衡(QRE)模型分析双方停车管理博弈机理,并利用Gambit软件进行算例仿真分析.研究表明:双方博弈结果随理性程度增加逐渐趋向于基于完全理性的子博弈精炼纳什均衡,政府掌握更多企业运营信息有利于达到社会效用最大化的博弈结果;政府引入有效处罚措施或主导负责停车管理可以降低自身的财政支出和社会总成本,建立量化的处罚标准能够促进企业主动承担停车管理责任;有限理性程度、违停数量、激励机制和科技手段运行效率会影响企业的停车管理策略选择.

关键词：共享单车停车治理研究有限理性量子反应均衡扩展式博弈仿真

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动态照明对疲劳调度员神经行为反应的影响

哈尔滨工业大学学报 2024年第4期56卷 130-136页

作者：李彦洁方卫宁王健新鲍海峰先进轨道交通自主运行全国重点实验室(北京交通大学) 北京100044 北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044

为探讨利用地铁调度中心照明环境辅助性支持设计来缓解调度员脑力疲劳以实现人机增效的可行性,研究了动态照明对疲劳调度员的影响效应及神经机制。基于实验室环境搭建了可见光谱人工照明实验平台并在此基础上调制了两种环境光照参数(常... 详细信息

为探讨利用地铁调度中心照明环境辅助性支持设计来缓解调度员脑力疲劳以实现人机增效的可行性,研究了动态照明对疲劳调度员的影响效应及神经机制。基于实验室环境搭建了可见光谱人工照明实验平台并在此基础上调制了两种环境光照参数(常规照明:500 lx,4 000 K;动态照明:500 lx,4 000~12 000 K),采用单因素两水平被试内设计开展人因照明工效学实验。基于地铁调度任务分析设计了分别表征持续注意、工作记忆和执行控制认知功能的PVT、N-back和MABT-Ⅱ范式,对比分析了16名被试在不同光暴露期间的主观评估、行为绩效和脑电(electroencephalogram,EEG)指标等神经行为反应差异。结果表明,相较于常规照明,疲劳被试在动态照明下的主观感觉更警觉,情绪更积极,其持续注意、工作记忆和执行控制等认知功能得到显著改善。EEG数据揭示这种疲劳干预机制可能来源于动态光线对大脑额叶区α、θ和α-θ等低频频段活动的有效抑制。当前研究初步验证了动态照明对脑力疲劳的影响效应,为城市轨道交通照明设计和疲劳管理提供依据。

关键词：地铁调度员动态照明脑力疲劳非视觉生物效应脑电信号

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交通流“流速密能”图谱模型与应用

中国公路学报 2024年第4期37卷 84-97页

作者：黄健畅宋国华北京交通大学交通运输学院北京100044 北京交通大学综合交通运输大数据应用技术交通运输行业重点实验室北京100044

交通流的物理本质是能量驱动的物质位移。为挖掘交通流和能量的关系,基于交通流功率分布模型探索建立了流量、速度、密度和能量四要素图谱。其中,能量(kJ·km^(-1)·h^(-1))在数学上描述为能耗因子(kJ·km^(-1)·veh^(-1))和交通流量(ve... 详细信息

交通流的物理本质是能量驱动的物质位移。为挖掘交通流和能量的关系,基于交通流功率分布模型探索建立了流量、速度、密度和能量四要素图谱。其中,能量(kJ·km^(-1)·h^(-1))在数学上描述为能耗因子(kJ·km^(-1)·veh^(-1))和交通流量(veh·h^(-1))的乘积。首先,基于均衡态交通流不同空间平均速度下的功率分布,建立随平均速度变化的能耗因子曲线;其次,基于4个经典交通流基本图模型(Greenshields、Greenberg、Underwood和Van Aerde)建立速度与流量关系;最后,结合流量和能耗因子得到流量-速度-密度-能量图谱。当能量转换效率为100%时:在速度-能量方面,流量对能量的变化起到主导作用,因此,随着速度上升能量呈现先上升后下降趋势;在密度-能量方面,随着密度上升能量同样先上升后下降,但由于密度和速度呈负相关,其变化原理与速度-能量相反;在流量-能量方面,同一流量可对应低速/高速下的拥堵/非拥堵状态,能耗因子随着流量上升呈现2种状态,能耗因子上升或能耗因子下降,但下降速率低于流量上升速率。该研究是面向能量网络制定精细化政策和优化能源网络设施设计的先行工作。

关键词：交通工程流速密能图谱功率分布能量交能融合

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轨道交通能源自洽系统方案设计与配置优化

交通运输工程学报 2024年第4期24卷 43-55页

作者：徐春梅张逸飞刘苏瑶马欣宁刁利军北京交通大学电气工程学院北京100044 北京交通大学载运装备多源动力系统教育部重点实验室北京100044

为了提高轨道交通能源自洽系统建设的合理性,以京张铁路动车组列车作为研究对象,结合运行场景和线路条件,确定了以铁路功率调节器为基础的风-光-储微网能源自洽系统的拓扑方案;通过对动车组列车纵向运行的牵引计算,分析了列车运行时的... 详细信息

为了提高轨道交通能源自洽系统建设的合理性,以京张铁路动车组列车作为研究对象,结合运行场景和线路条件,确定了以铁路功率调节器为基础的风-光-储微网能源自洽系统的拓扑方案;通过对动车组列车纵向运行的牵引计算,分析了列车运行时的能量流动关系,设计了实时能量管理策略;在满足功率合理分配的前提下,以风-光-储能源自洽系统的经济性和轻量化作为优化目标,研究了能源自洽系统配置方案的多目标优化技术;在既定线路与电源约束等条件下,采用粒子群优化算法对能源自洽系统的光伏电池串并联数量、储能电池串并联数量以及风力发电机规模等控制变量进行寻优计算,实现在既定线路条件与目标下的风-光-储能源自洽系统最佳配置方案;以京张铁路下行线路中16组CR400BF型列车的实际线路条件为例,通过MATLAB/Simulink软件对风-光-储能源自洽系统配置优化方案进行验证,综合系统全生命周期总成本(包括初始购置成本、更换成本和购电成本)和占地总体积这2个优化目标,采用3组不同的权重系数进行方案配置优化。分析结果表明:随着经济性目标权重的提高,对应优化配置方案的全生命周期总成本分别降低19164.9万元(约49.1%)、18825.8万元(约48.2%)、17991.1万元(约46.0%);随着轻量化权重的提高,优化后的能源自洽系统沿线总体积分别减少3377.2(约50.4%)、3393.7(约50.6%)、3446.9 m^(3)(约51.4%)。

关键词：轨道交通能源自洽系统风-光-储微网拓扑配置方案粒子群优化

新能源汽车推广降低了碳排放吗?——基于空间溢出效应的视角

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干旱区资源与环境 2024年第2期38卷 1-8页

作者：赵小磊李雪梅赵庆先北京交通大学经济管理学院北京100044

新能源汽车产业是实现交通部门“双碳”目标的关键部分,其脱碳效应引起了广泛的关注和研究。然而,新能源汽车的市场扩散也可能提高电力消耗,将本地的碳排放通过电网“出口”至净输出电力的城市。鉴于此,文中基于2010-2020中国50个城市... 详细信息

新能源汽车产业是实现交通部门“双碳”目标的关键部分,其脱碳效应引起了广泛的关注和研究。然而,新能源汽车的市场扩散也可能提高电力消耗,将本地的碳排放通过电网“出口”至净输出电力的城市。鉴于此,文中基于2010-2020中国50个城市的面板数据,采用空间计量模型考察新能源汽车推广对碳排放影响。结果表明:新能源汽车推广存在显著的空间溢出效应,当地新能源汽车的推广不仅会降低本地的碳排放,而且降低了临近的城市的碳排放;新能源汽车推广通过替代效应、能源消耗效应和技术效应间接影响碳排放;在拥有更优化的能源结构、开展新能源汽车示范推广试点与电力输入型的城市,新能源汽车推广的脱碳效应更强。文中的结果不仅为实现交通部门脱碳提供了新的理论依据,而且为制定更有效的政策措施提供了经验证据。

关键词：新能源汽车碳排放脱碳效应空间溢出效应

产业政策对充电基础设施产业的影响机制与经验证据

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中国人口·资源与环境 2024年第7期34卷 47-57页

作者：赵小磊李雪梅北京交通大学经济管理学院北京100044

如何有效利用产业政策使新能源汽车产业和充电桩建设协调发展是中国政府面临的政策难题。该研究聚焦异质性产业政策对中国新能源汽车充电基础设施发展的影响,基于2010—2022年中国31个省份的面板数据,运用时变双重差分模型,考察充电桩... 详细信息

如何有效利用产业政策使新能源汽车产业和充电桩建设协调发展是中国政府面临的政策难题。该研究聚焦异质性产业政策对中国新能源汽车充电基础设施发展的影响,基于2010—2022年中国31个省份的面板数据,运用时变双重差分模型,考察充电桩建设补贴政策、电价优惠政策、土地供给政策及布局规划政策对充电桩保有量的影响及作用机制,并讨论了按功率补贴与按投资总额补贴的效果差异。研究发现:①实施产业激励政策地区与未实施地区相比,充电桩保有量明显更高,边际效应为33.4%。该结果在改变窗口期、双重变换模型与放松平行趋势等多重情景下依然稳健。②在两种补贴方式中,充电功率补贴的效果相比投资额补贴更为显著。③在4类产业政策中,电价优惠和建设补贴政策的效果更为显著。④异质性分析结果显示,在示范推广的地区中,人口密度较低及土地流转价格较低的地区,充电桩建设补贴政策的效果更加明显。此外,补贴政策的效果在短期内优于长期。⑤充电桩建设补贴政策通过提高基础设施投资额、设施建设用地面积及充电技术专利3种作用路径,间接影响充电桩保有量。根据实证结果,建议实行差异化的充电桩建设补贴政策、优化现行的充电功率补贴政策、完善现行的电价优惠政策、提高土地供给和布局规划的精准性、根据不同地区特征制定差异化政策、鼓励技术创新与重视政策执行反馈。

关键词：充电基础设施充电桩产业政策双重差分模型

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单电压环构网型并网逆变器暂态稳定性分析

电力系统保护与控制 2024年第10期52卷 118-127页

作者：王泽昆程鹏贾利民华北电力大学国家能源交通融合发展研究院北京102206 先进轨道交通自主运行全国重点实验室(北京交通大学) 北京100044

随着电力电子化电力系统的快速发展,构网型并网逆变器作为新型电源得到了广泛关注,其中单电压环构网型并网逆变器因具有更强的小信号稳定性而在新能源并网中具有独特优势。同时,构网型并网逆变器在大扰动下呈现与同步电机不同的暂态响应... 详细信息

随着电力电子化电力系统的快速发展,构网型并网逆变器作为新型电源得到了广泛关注,其中单电压环构网型并网逆变器因具有更强的小信号稳定性而在新能源并网中具有独特优势。同时,构网型并网逆变器在大扰动下呈现与同步电机不同的暂态响应,容易产生暂态失稳。针对这一问题,以单电压环构网型并网逆变器大扰动模型为基础,采用相平面图的方法分析了大扰动下功率控制环、电压控制环对逆变器的暂态作用,给出了关键控制器参数对暂态稳定性的影响,刻画了功角的暂态响应特性。同时,揭示了有功控制环、无功控制环和单电压环在暂态期间会改变功角超调量、逆变器输出电压幅值和变化率,进而影响并网逆变器的暂态稳定性。基于上述分析,给出了减小有功和无功下垂系数,增大电压积分系数和低通滤波器截止角频率的控制参数优化方法,可增强单电压环构网型并网逆变器暂态稳定性。最后,通过Matlab/Simulink仿真验证了分析的准确性与可行性。

关键词：构网型并网逆变器暂态稳定性单电压环相平面图大扰动

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多级耗能后张预应力筋预制节段墩的抗震性能分析

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东南大学学报（自然科学版） 2024年第3期54卷 549-558页

作者：韩冰何一宽解会兵杨忠李本远曹明盛北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 北京交通大学交通基础设施安全风险管理交通运输行业重点实验室北京100044 北京城建设计发展集团股份有限公司北京100032

为提升节段墩的抗震性能,采用多级耗能方法实现多节段共同参与耗能.将耗能钢筋从节段墩底部向上依次穿过多个接缝,从而实现多级耗能.通过数值模拟,研究多级耗能节段墩体系的耗能能力,并针对三级耗能节段墩体系的轴压比和耗能钢筋配筋率... 详细信息

为提升节段墩的抗震性能,采用多级耗能方法实现多节段共同参与耗能.将耗能钢筋从节段墩底部向上依次穿过多个接缝,从而实现多级耗能.通过数值模拟,研究多级耗能节段墩体系的耗能能力,并针对三级耗能节段墩体系的轴压比和耗能钢筋配筋率进行参数分析.结果表明,多级耗能节段墩体系可以提高节段墩的耗能能力,而每一级别耗能体系存在耗能上限,且随多级耗能体系级别的提升而增加.在不同级别耗能体系中,耗能钢筋配筋率存在不同的临界值,一级耗能体系的耗能钢筋配筋率临界值为0.23%,二级耗能体系为1.31%.为获得较强的耗能能力,建议将耗能钢筋配筋率取值为1.31%,轴压比取值为0.1.

关键词：耗能钢筋多级耗能滞回曲线耗能能力残余位移