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北京交通大學(xué)超大城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)集約維護(hù)新模式研究競(jìng)爭(zhēng)性磋商采購

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能交通技術(shù)的發(fā)展，用于高速公路或城市內(nèi)普通公路的道路護(hù)欄，作為“智慧城市”的一個(gè)重要組成部分，正受到越來越多的關(guān)注與重視。通過在護(hù)欄上安裝低功耗的傳感器芯片以及無線信號(hào)收發(fā)芯片，并配合相關(guān)服務(wù)器軟件，護(hù)欄具備了一定的外部事件感知能力、處理能力、無線通信與組網(wǎng)能力，從而實(shí)現(xiàn)護(hù)欄的智能化。

本發(fā)明公開了一種軌道交通列車整車移動(dòng)荷載模擬加載方法及裝置。多個(gè)作動(dòng)器在軌枕沿軌道方向上方布置，每個(gè)作動(dòng)器頂部連接在反力橫梁跨中處，每根反力橫梁兩端固定在兩根反力縱梁上，每根反力縱梁的兩端連接在兩根支撐柱上，每根支撐柱底部固定在地面上。根據(jù)列車-軌道-路基理論模型計(jì)算擬合確定在不同車型和不同列車速度的單個(gè)扣件系統(tǒng)的受力荷載時(shí)程曲線，作為作動(dòng)器的荷載激勵(lì)曲線，將鋼軌在軌枕正上方處分段為離散獨(dú)立的分段鋼軌，相鄰作動(dòng)器沿列車移動(dòng)方向以相同時(shí)間間隔連續(xù)激振，從而實(shí)現(xiàn)不同車型在不同速度下列車整車移動(dòng)荷載的模擬加載。本發(fā)明為開展鐵路、地鐵等軌道交通線下基礎(chǔ)設(shè)施的研究提供了一種可靠便捷的試驗(yàn)加載方法及裝置。

此項(xiàng)目具有面向城市交通信號(hào)控制裝備的“軟件和信息服務(wù)業(yè)”特征的技術(shù)屬性。即城市交通信號(hào)自組織控制理論與裝備開發(fā)技術(shù)。 為解決傳統(tǒng)自上而下的城市交通信號(hào)控制方法帶來的理論難題（如圖所示）: (1)動(dòng)態(tài)特性的非線性、 (2)狀態(tài)參數(shù)的時(shí)變性、(3)系統(tǒng)邊界的開放性、(4)動(dòng)力系統(tǒng)的高階性、(5)相鄰路口的耦合性、 (6)信號(hào)控制的實(shí)時(shí)性等系統(tǒng)屬性，造成的無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性控制的難題。 為此，針對(duì)具有復(fù)雜系統(tǒng)特征的城市交通信號(hào)控制問題，項(xiàng)目在國內(nèi)首次提出“城市交通信號(hào)自下而上自組織控制理論”（如圖2所示）。即通過賦于相鄰路口的自組織屬性，可大幅度減少其控制系統(tǒng)自由度和復(fù)雜性。在快速、實(shí)時(shí)控制的假設(shè)前提下，使其信號(hào)控制由原來的開放性、大自由度、不確定性問題，改變?yōu)榉情_放性、小自由度、確定性問題。

本發(fā)明提供一種基于出行者預(yù)算限制的交通分配方法，包括步驟：S1：獲取一目標(biāo)交通網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和相關(guān)參數(shù)信息，并建立一抽象交通網(wǎng)絡(luò)；S2：利用所述抽象交通網(wǎng)絡(luò)確定所述目標(biāo)交通網(wǎng)絡(luò)的交通需求；S3：根據(jù)所述交通需求建立所述目標(biāo)交通網(wǎng)絡(luò)的一預(yù)算限制約束模型；S4：根據(jù)所述預(yù)算限制約束模型建立一交通分配模型；S5：對(duì)所述交通分配模型求解計(jì)算獲得所述目標(biāo)交通網(wǎng)絡(luò)的分配結(jié)果。

我國高速公路建設(shè)已歷 20 年。目前的設(shè)計(jì)理論借鑒了國外的思想，其實(shí)質(zhì)是輕交 通路面設(shè)計(jì)思想的簡(jiǎn)單外延。我國道路的特點(diǎn)是交通量大，重車比例高，如外環(huán)線的重 車高達(dá) 65%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于國外約 10%；超載嚴(yán)重，載重車超限比例達(dá) 51%。這導(dǎo)致路面壽命 僅 5-8 年，許多公路通車 1-2 年即大量損壞，遠(yuǎn)小于國外 20 年以上的壽命。 本研究集 17 年研究積累，創(chuàng)建了重交通瀝青路面的完整設(shè)計(jì)理論。首先，通過實(shí) 地調(diào)研，發(fā)現(xiàn)了路面損壞的新類型；首次測(cè)定了動(dòng)水壓力，發(fā)現(xiàn)了瀝青的遷移現(xiàn)象；首 次揭示了非均布重載下的路面力學(xué)響應(yīng)和 Top-Down 損壞的必然性；系統(tǒng)闡明了路面損 壞的新機(jī)理和新模式，提出了設(shè)計(jì)新指標(biāo)，為新理論構(gòu)建打下了基礎(chǔ)。其次，根據(jù) 17 年來積累的海量數(shù)據(jù)，創(chuàng)建了路面全壽命結(jié)構(gòu)行為方程；提出了等效結(jié)構(gòu)變換法，統(tǒng)一 了國際路面核心設(shè)計(jì)理論；發(fā)現(xiàn)了影響路面溫度的新因素，建立了實(shí)用預(yù)測(cè)方法；首次 考慮了剪切疲勞效應(yīng)，建立了永久變形預(yù)估模型；建立了材料 5 面體控制標(biāo)準(zhǔn)；提出了 "按性能設(shè)計(jì)，按力學(xué)驗(yàn)算"的設(shè)計(jì)思想，實(shí)現(xiàn)了使用性能與力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與材料 設(shè)計(jì)的并軌。其三，發(fā)明了普適改性瀝青系列技術(shù)，綜合性能優(yōu)于國際產(chǎn)品，打破了壟 斷；提出了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，研制了生產(chǎn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化和產(chǎn)業(yè)化。最后，研發(fā)了系列實(shí) 驗(yàn)設(shè)備，為結(jié)構(gòu)和材料評(píng)價(jià)提供了新手段。 成果在瀝青路面的損壞機(jī)理、溫度場(chǎng)預(yù)估、抗剪試驗(yàn)以及設(shè)計(jì)思想、方法方面具有 突破和原始創(chuàng)新，核心設(shè)計(jì)理論的統(tǒng)一和"按性能設(shè)計(jì)、按力學(xué)驗(yàn)算"的提出，是路面領(lǐng) 域的重大理論突破。申請(qǐng)專利 14 項(xiàng)，出版專著 2 部，論文 177 篇，EI 檢索 65 篇，部分 被引 749 次。近 5 年應(yīng)邀在全國講座 45 次。成果在國際最繁重的深港西部通道等 20 條 重交道路上直接使用，最長(zhǎng)已用 13 年依然完好，節(jié)約路面建設(shè)資金 15-30%；已在北京、 廣東、山東、江蘇等省市全面使用，其他省市間接使用，部分成果已被 2007 年規(guī)范所 采納，累計(jì)節(jié)約投資 2 億 8 千多萬元。

TJSIG 系統(tǒng)軟件是我國第一套自行研制開發(fā)的用于城市道路交通設(shè)計(jì)和交叉口信號(hào) 配時(shí)優(yōu)化并給出完備數(shù)據(jù)分析的軟件。該系統(tǒng)基于國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目研究成果，集 交通設(shè)計(jì)理論、交通信號(hào)控制理論和交通系統(tǒng)評(píng)價(jià)理論于一體，既適用于新建道路交叉 口的交通設(shè)計(jì)、通行能力和服務(wù)水平的評(píng)估與分析；又可對(duì)既有交叉口進(jìn)行評(píng)價(jià)和改善， 為城建設(shè)計(jì)和交通管理部門提供必要的決策支持，徹底改變傳統(tǒng)交通設(shè)計(jì)和信號(hào)配時(shí)工 作的枯燥繁瑣。 TJSIG 能夠動(dòng)態(tài)生成交叉口交通設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖和信號(hào)配時(shí)相位相序參數(shù)圖，具有空間設(shè) 計(jì)與時(shí)間設(shè)計(jì)雙重優(yōu)化與互反饋功能；支持“相位搭接嵌套”并允許用戶根據(jù)交通需求 定制相序；充分考慮我國混合交通條件下自行車與行人的通行安全與效率；預(yù)留了公交 優(yōu)先與控制模塊接口；兼具方案優(yōu)化生成和既定方案評(píng)價(jià)的雙重功能；提供六種優(yōu)化目 標(biāo)函數(shù)；提供多達(dá)九種交叉口設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的分析報(bào)表。

1. 痛點(diǎn)問題 城軌交通是城市最大耗電行業(yè)之一，截止2020年底全國有45個(gè)城市開通了城軌交通線路244條，線路總長(zhǎng)度7969.7公里,年耗電量172.4億千瓦時(shí)，其中牽引能耗占比高，達(dá)到84億千瓦時(shí)。為了實(shí)現(xiàn)城軌交通行業(yè)碳達(dá)峰、碳中和的目標(biāo)，必須從現(xiàn)有的城軌牽引供電系統(tǒng)給出解決方案，以應(yīng)對(duì)城軌交通面臨的行車密度大、節(jié)能減碳任務(wù)重、供電可靠性要求高等諸多挑戰(zhàn)。 城軌牽引供電系統(tǒng)的核心裝備是連接城市交流配電網(wǎng)與城軌直流牽引網(wǎng)的“交流-直流”電力電子變流器及其運(yùn)行控制系統(tǒng)。目前國內(nèi)外仍主要采用基于二極管整流機(jī)組變流器和以運(yùn)行狀態(tài)靜態(tài)監(jiān)視為主的電力監(jiān)控。這種傳統(tǒng)技術(shù)方案因缺乏管控能力對(duì)城市配電網(wǎng)依賴性強(qiáng)，存在外電源布點(diǎn)密集和選址困難問題，而外電源建設(shè)導(dǎo)致一次性投資劇增（7000~10000萬元/個(gè)），并且會(huì)占用大量城市用地和空間；因?yàn)榱熊囶l繁啟停沖擊導(dǎo)致配電網(wǎng)和牽引系統(tǒng)設(shè)備利用率低，存在依靠高成本的過度裕量來換取系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行問題；因?yàn)槿鄙賹?duì)系統(tǒng)能效的主動(dòng)調(diào)度控制、牽引供電電壓波動(dòng)劇烈、牽引網(wǎng)能量粗放式分布，導(dǎo)致列車再生制動(dòng)能量無法在牽引系統(tǒng)內(nèi)部高比例利用、大規(guī)模光伏接入和消納困難，存在牽引供電系統(tǒng)內(nèi)部降耗減碳困難問題。 2. 解決方案 基于全控型雙向變流器和智能協(xié)同控制的柔性直流新一代牽引供電技術(shù)，具有靈活調(diào)控牽引供電系統(tǒng)能量、主動(dòng)響應(yīng)城市配電網(wǎng)需求的能力，從根本上改變牽引供電系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制，為系統(tǒng)性解決牽引供電系統(tǒng)痼疾、牽引供電系統(tǒng)和城市配電網(wǎng)互聯(lián)互動(dòng)提供了基礎(chǔ)和平臺(tái)。