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2024年  第42卷  第5期

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本期导读
2024, 42(5): .
摘要(45) HTML (27) PDF(8)
摘要:
交通安全
基于编码-解码架构的高速公路交通冲突深度学习预测方法
魏伟, 郑来, 焦瀚生
2024, 42(5): 1-13. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2024.05.001
摘要(177) HTML (57) PDF(43)
摘要:
为进一步揭示高速公路交通动态交通参数与交通冲突事件的关系。利用highD数据库以3 min为基本单位构建样本，共提取交通流和路段特征23个。基于交通冲突衡量指标后侵入时间（post encroachment time，PET）和不同阈值，统计车辆跟驰和变道过程中不同严重程度的冲突数量。基于随机森林回归（random forest regression，RFR）进行特征筛选，利用数值特征灰度图片转换技术（feature matrix to gray image，FM2GI）技术将各样本转化为灰度图片，结合2D-卷积提取图片特征，构建了卷积神经网络（convolutional neural networks，CNN），C-RFR，C-SVR这3个编码-解码模型，并与基准模型BP神经网络（back propagation neuralnetwork，BPNN）、RFR、支持向量回归（support vector regression，SVR）对比分析。结果表明，基于路段驶入车辆数和驶出车辆数等2个重要特征，平均车头时距、时间占有率、客车平均行驶速度、换道率和驶出点速度方差等5个有效特征，编码-解码架构下的CNN、C-RFR和C-SVR均优于直接应用基准模型，均方根误差（root mean squared error，RMSE）分别降低了12.6%，31.6%，18.5%，能够实现交通冲突的实时预测。其中CNN预测误差最小，且在应对不同严重程度的交通冲突预测时表现出良好的鲁棒性，及对2个关键参数表现出低敏感性。基于FM2GI技术和2D-卷积编码的CNN、C-RFR和C-SVR模型拓展了交通冲突预测建模的深度学习框架，可实现高速公路基本路段多严重程度交通冲突的可靠预测。
交通信息工程与控制
时变条件下基于路径冗余识别关键路段方法
龚华天, 杨晓光
2024, 42(5): 14-23. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2024.05.002
摘要(117) HTML (50) PDF(24)
摘要:
针对道路网络路径冗余性的关键道路识别研究不仅有助于提高日常出行的效率，更在灾害应急时为救援和疏散提供重要的路径备选方案。本文提出了关键道路识别模型，该模型全面考虑了道路系统中的时变因素，包括出行起讫点（origin-destination，OD）需求、OD对（OD pair）以及道路交通网络的拥挤状况；通过分析每个时段下的时变因素，计算当前时段的道路网络路径冗余性；结合每个时段的权重和对应的道路网络路径冗余性，得到道路网络路径冗余性的期望值，从而准确地识别关键路段；为解决求解大规模路径冗余性带来的计算挑战，通过对城市道路网络结构进行重构，利用具有多项式计算时间性质的最大流和最小费用流算法迭代求解，实现模型的快速求解。本文在平陆运河桥梁群拆除重建工程的实际应用中，验证了模型和算法的有效性和适用性；结果表明：通过分析桥梁群在拆除重建前后对钦州市道路网络冗余性的影响，揭示了OD对路径冗余性的变化情况，从而为施工前后实施精细化的交通管理措施提供了依据；在计算效率方面，与商业软件Gurobi相比，计算时间提高了17.90倍，证明了其在处理大规模现实城市道路网络中的适用性。本文可以可以针对性地增强关键路段的抗灾能力，从而有助于构建1个更具抗灾救灾能力的城市道路交通系统。
基于智能网联车的高速公路移动瓶颈实时检测方法
李凯, 孙佳, 陈非, 唐颜东, 曹鹏
2024, 42(5): 24-32. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2024.05.003
摘要(85) HTML (32) PDF(13)
摘要:
针对基于定点的检测方法无法有效监测移动瓶颈的形成及演变态势问题，研究了1种基于智能网联车的高速公路移动瓶颈实时检测方法。结合智能车轨迹数据特性，提出基于小波分析的轨迹降噪方法。基于轨迹形态与交通状态之间的关系，识别智能车轨迹中体现交通状态突变的关键点。由于同1个时刻路段上存在多个交通拥堵，为确定关键点所属交通波，提出基于交通波时空分布特性的关键点分类算法。基于关键点计算交通波波速并估算排队长度，以对识别的移动瓶颈进行评价。基于SUMO仿真平台，以沪嘉高速为对象，对各种智能车占比下移动瓶颈位置和传播速度的检测效果以及排队延误情况开展了试验。结果表明：当高速路上智能车渗透率小于10%，轨迹降噪所带来交通波波速估计精度平均提升20%；当渗透率超过3%，对移动瓶颈传播速度的估计误差在0.42 m/s以下；当渗透率达到7%，移动瓶颈位置估计偏差大多在10 m以内，不超过25 m。本文方法可以实时地检测高速路上随机突发的移动瓶颈并评价其严重程度。
交通规划与管理
基于自然驾驶轨迹数据的城市快速路小型车辆换道特性分析
李阳钊, 陈海华, 黄申春, 曹光, 曹博, 梁之遥, 雷剑, 贺宜
2024, 42(5): 33-41. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2024.05.004
摘要(122) HTML (58) PDF(18)
摘要:
跟驰和换道是交通流理论重要的研究方向，换道行为涉及因素较跟驰行为更为复杂。当前基于国外公开轨迹数据集的换道特性分析很难涵盖符合中国驾驶人特性的换道行为特性，同时国内外数据集采集来源多集中在高速公路上，未考虑不同道路类型对换道行为特性的影响。为研究中国典型城市道路车辆换道行为特性，采用无人机对武汉城市快速路直行路段交通流进行拍摄，获取符合中国城市道路特性与驾驶人特性的自然驾驶数据，并对数据集进行换道识别与参数提取，在此基础上进行了换道行为特性分析。无人机所采集视频包含小型车辆8 609辆，依据车辆所在车道编号是否发生变化以及变化次数作为换道车辆识别标准，共提取6 897辆跟驰车辆轨迹数据（车辆所在车道编号无变化）以及1 712辆单次换道车辆轨迹数据（车辆所在车道编号仅发生一次变化）。基于所提取跟驰车辆轨迹数据获取道路交通流平均速度与车辆平均跟车间距等指标，从而对交通流实时运行状态进行分析；基于所提取的车辆单次换道轨迹数据，采用固定时间窗口作为判断换道起终点的依据，在此基础上获取车辆换道纵向位移与换道启动时与周边车的时距，并结合交通流实时运行状态进行换道行为安全分析。通过对所获取的跟驰与换道交通特征参数进行分布拟合与统计分析，结果显示道路交通流速度均值为19.257 1 m/s，车辆跟车间距均值为45.910 7 m，车辆换道纵向位移均值为115.515 m，车辆换道启动时与周边车时距分布均符合对数正态分布。其中换道车辆与目标车道前车时距均值显著高于初始车道前车时距均值。同时发现，在与目标车道后车时距较小时，仍有一部分驾驶人选择换道，这体现了部分驾驶人激进的驾驶行驶。本研究可为分析中国城市快速路上的换道特性以及开发适用于中国交通特点的换道行为模型提供参考。
飞行区进离场航班跑道和滑行道双层协同优化调度方法
夏朝禹, 刘卫东, 胡明华, 侯昌波, 文轶, 杨柯
2024, 42(5): 42-53. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2024.05.005
摘要(77) HTML (30) PDF(12)
摘要:
针对大型枢纽机场飞行区跑道与滑行道调度尚未形成级联运行模式，导致跨域异质航班流无法实现有限机场容量下统筹规划及合理调度等问题，研究了飞行区进离场航班跑道和滑行道双层协同优化调度方法。在跑道调度阶段，提出考虑跑道更换成本的联合进离场多跑道调度模型，通过最小化更换跑道的无阻碍滑行时间，在保证跑道累计延误量最小的同时尽可能抑制额外产生的滑行时间。在场面滑行调度阶段，最小化航班累计总滑行时间和跑道调度期望离场时间偏差，将复杂场面航班运行的逻辑关系以及管制规则精确抽象为多元线性化约束条件，采用闭环反馈修订机制防止跑道-滑行道协同优化调度中策略不匹配问题。以成都双流国际机场和天府国际机场为实验场景进行模拟验证。仿真结果表明：相比于先到先服务策略，首次迭代单架航班平均跑道延误时间缩短16.9 s，累计航班滑行时间平均可降低14.27%；采用闭环反馈修订机制后平均能够在1.35次迭代内找到相互匹配的调度计划。同时分析了所提3类不同双层协同优化调度策略性能优劣。本文方法有助于推动建立综合化的进离场及场面协同管理技术体系，促使形成以数字驱动为核心的飞行区交通流精细化控制能力。
“交通自洽能源系统基础设施规划与设计关键技术”专栏
公路交通基础设施绿色化水平评价指标权重计算方法
聂小虎, 田伦, 潘晓锋, 陈巽乾, 董一鸣
2024, 42(5): 54-62. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2024.05.006
摘要(124) HTML (59) PDF(6)
摘要:
随着中国“双碳”战略的实施和推进，交通系统的绿色化水平得到了空前的关注。公路交通基础设施作为道路交通系统的重要组成部分，其绿色化水平的评价目前缺乏应有的关注。研究了1种融合因子分析法和最优最劣测度法的公路交通基础设施绿色化评价指标权重计算方法。该方法考虑了评价指标与评价对象之间的关联度，避免了因人为因素导致的指标遴选过程中的主观性和不合理性。结合现有文献选取了11个评价指标，并面向行业、学界和政府工作人员发放调查问卷收集专家意见数据。基于专家评分数据并结合因子分析法分析了11个评价指标和公路交通绿色化水平的内在关系，发现可靠性指标和重要性指标与公路交通基础设施绿色化水平的相关性较弱，而剩余指标可以构建“指标关联度”单一因子。结合“指标关联度”因子和最优最劣选择数据，融合因子分析法和最优最劣测度法提出了改进的评价指标权重计算方法，并与传统的最优最劣测度法进行比较验证了改进方法的有效性。基于改进方法计算了11个评价指标的权重，并将权重（按因子得分的95%分位计算）位于前75%的指标确定为公路交通基础设施绿色化水平最终的评价指标：能源自洽（1.000）、清洁能源（0.702）、垃圾处理（0.651）、空气污染（0.589）、智慧化（0.332）、材料利用（0.324）、绿化（0.303）、土地利用（0.277）。本文方法提高了公路交通基础设施绿色化水平评价指标遴选和权重计算的准确性，有助于后续构建公路交通基础设施绿色化水平评价体系。
面向公路交通的光水互补自洽微网系统规划模型
师瑞峰, 王佳美, 张杰, 黄全胜, 谭晓雨, 毛宁, 刘杰
2024, 42(5): 63-71. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2024.05.007
摘要(48) HTML (20) PDF(5)
摘要:
自2020年9月中国提出“碳达峰·碳中和”目标后，公路交通领域绿色转型发展成为亟待解决的重点任务。利用高速公路沿线清洁能源建立自洽微网系统，发展交通与能源一体化已成为减少碳排放、完成交通用能清洁化的必由之路。结合我国西部偏远地区公路交通系统难以接入大电网且光水资源丰富的特点，本文以偏远地区的独立交通微网为研究对象，研究了基于小水电的光水互补系统架构，并建立了基于该架构的公路交通光水互补自洽微网系统规划模型。提出了小水电为主导、光伏为辅助的光水互补系统控制运行策略；以系统经济性和供电稳定性最优为优化目标，采用粒子群优化算法进行了典型算例优化求解与研究方案对比分析，形成了面向公路交通的光水互补自洽微网系统规划推荐方案。研究结果表明：在光水互补方案中，系统的稳定供电率可以达到99.64%，相较于单一光伏电站供给方案，其综合年成本降低43.05万元，系统缺电率降低2.5%；相较于单一小水电站供给方案，其综合年成本仅增加1.53万元，而系统缺电率降低1.59%，验证了提出的光水互补自洽微网系统规划模型的有效性，为后续相关工程实践提供了参考借鉴。
计及负荷分级和电池退化成本的高速公路服务区交通能源自洽系统柔性优化调度方法
柯吉, 叶培, 王海洋, 刘状壮, 蒋玮, 王飚
2024, 42(5): 72-82. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2024.05.008
摘要(37) HTML (11) PDF(3)
摘要:
针对高速公路服务区交通能源自洽系统优化运行，研究了1种综合考虑分级负荷和储能电池退化成本的交通能源自洽系统优化调度模型。根据负荷分级原则对系统负荷进行分级；分析储能电池寿命退化的影响因素，建立了储能电池全寿命退化成本模型；形成了包括系统购电成本、光伏运行和维护成本、储能电池运行成本、负荷调度补偿成本、碳交易成本及储能退化成本的综合成本函数，以其最小为目标函数，并基于可控分级负荷的柔性特征建立了其调度模型与相关约束条件。通过在新疆克拉美丽高速公路服务区交通能源自洽系统考虑电池退化成本、可控分级负荷因素的多场景中进行仿真对比，分析了电池退化成本对系统调度的影响。结果表明：提出的优化模型可以有效缓解高速公路服务区能源自洽系统的用电压力并提升储能电池的使用寿命；通过对可控分级负荷的柔性调控，系统的峰谷负荷差降低17.11%，系统总成本相比于未优化系统总成本降低7.67%。
考虑智能化设施与新能源汽车的高速公路发展水平与自洽能源系统适配性评估与优化方法
何康, 刘少博, 沈官威, 吕天泽, 潘晓锋
2024, 42(5): 83-98. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2024.05.009
摘要(70) HTML (19) PDF(6)
摘要:
高速公路用能需求与能源供给的不适配，会造成了交通系统运行效率低、不稳定，以及可再生能源自然禀赋难消纳等问题。为此，考虑智能化设施与新能源汽车普及的影响，分析高速公路发展水平与自洽能源系统的相互影响关系，构建高速公路自洽能源系统动态演化的系统动力学（system dynamics，SD）模型，并筛选出节能增效、负荷匹配、高效通行、灵活调度、自然禀赋匹配5个方面的15个定量指标，构建高速公路发展水平与自洽能源系统的适配性评估指标体系；根据SD模型的评价指标影响因素分析提出了熵值法的改进策略，并对指标权重赋权方法的兼容性与区分性进行验证，检验了该赋权方法和改进策略的有效性。然后基于层次分析法以及TOPSIS的综合评估方法计算适配性评估指标权重，并以适配性评估模型为目标函数，自洽率、负荷匹配与基础设施稳定运行为约束条件，提出了基础设施能耗优化模型；最后基于SD模型模拟的高速公路交能融合场景开展案例分析，对高速公路发展水平与自洽能源系统适配性评估方法以及优化模型进行验证。研究结果表明：该方法可以针对考虑智能化设施与新能源汽车的高速公路发展水平与自洽能源系统的适配性情况进行推演与评价，与实际情况相符。通过对关键指标的优化，将供电裕度提高了34%，充电桩利用效率上升了49.2%，自洽率增长了64%，适配性综合得分提升了75%。
近零碳视角下港口混合可再生能源系统建设效果评估方法
封学军, 王海鹏, 王慧茹, 张艳, 沈金星
2024, 42(5): 99-110. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2024.05.010
摘要(87) HTML (53) PDF(5)
摘要:
在当前近零碳发展的要求下，港口作为海陆交汇的关键枢纽须积极承担起绿色低碳发展的责任，充分利用风能、太阳能等可再生能源，合理配置可再生能源系统规模，最大程度上实现港口的能源自洽。如何兼顾经济性与环保性，合理配置港口的综合可再生能源系统规模，在港口现阶段的建设中至关重要。论文以HOMER Pro作为搭建近零碳港口混合可再生能源系统的仿真工具，模拟实时的港口供耗电情况，并利用熵权TOPSIS方法建立评估模型，基于经济和环境指标分析和比较混合可再生能源系统建设方案。以江苏省沿江典型港口——J港为例，依据现场调研获得的风速、日辐射通量和环境温度等资源禀赋数据，基于HOMER Pro软件开展仿真分析，比较了单一光伏、单一风机与风光混合3种不同情景的系统建设方案，验证了模型的可行性。结果表明：J港在余电上网模式下，可再生能源系统3种情景下的综合最优建设规模分别为：7.8 MW光伏、5台3 MW风机以及6.2 MW光伏+15台3 MW风机；单一光伏建设起到的减排效果并不理想，仅能替代其19%的能源消耗，对电网的依赖程度大；单一风机建设可满足其40%的能耗需求，且经济和环境方面的表现均优于前者；风光混合方案能有效提高并网式系统在环境方面的表现，不仅能满足港口70%的能耗需求，亦能减少65% 的碳排放。
基于多目标蜣螂优化算法的泊位分配与能量调度联合优化方法
徐先峰, 鲁婉琪, 王俊哲, 卢勇, 李陇杰, 白新禾, 李芷菡
2024, 42(5): 111-123. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2024.05.011
摘要(81) HTML (38) PDF(3)
摘要:
综合泊位分配与能量调度联合优化的港口微电网是物流和能量紧密耦合的系统，为兼顾港口物流运输效率和能源系统经济性，保证港口能源系统稳定可靠运行，建立了综合考虑船舶泊位分配和微电网运行成本的多目标联合优化模型，针对单目标求解算法的局限性研究了多目标蜣螂优化算法（non-dominated sorting dung beetle optimizer，NSDBO）模型求解方法，将非支配排序策略引进算法以提高算法精度和收敛速度，同时为维持种群个体的多样性与分布均匀性，引入拥挤距离计算，衡量经非支配排序后每一层解的密集程度并对种群重新排序，获得了分布较好的Pareto解，解决了蜣螂优化算法易陷入局部最优解、全局搜索能力欠缺、收敛精度低等问题，在保证种群均匀性和多样性的同时降低了计算复杂度。通过测试系统验证了改进的多目标蜣螂优化算法与基于支配排序的NSGA-Ⅱ算法、基于分解的MOEA/D算法、改进多目标粒子群算法（improved multi-objective particle swarm optimization，IMOPSO）、拥挤距离多目标粒子群优化算法（crowding distance multi-objective particle swarm optimization DCMOPSO）相比具有更好的分布性、收敛性和均匀度。以天津某港口为算例，对多目标联合优化模型进行求解，并设置多种方案进行对比分析，结果表明，所提泊位分配模型使各个泊位上的船舶分配更加均匀，与泊位分配和能量调度独立优化相比船舶等待时长增加了4 h，但总运行成本减少了121 283元；与单目标联合优化相比总运行成本仅增加了40 225元，船舶等待时长却减少了28 h，证明了泊位分配与能量调度的合理联合优化可以在兼顾船舶等待时长和运行成本的同时，不大幅增加船舶等待时长，验证了该模型和算法策略在泊位分配与能量调度问题中的有效性和准确性，凸显了优化模型的经济优势及其优化物流系统运输效率的卓越能力。
集装箱港口“非集计”碳排放评估方法与“碳中和”实现方法
崔兴博, 钟鸣, 李林锋, 马晓凤
2024, 42(5): 124-135. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2024.05.012
摘要(68) HTML (10) PDF(3)
摘要:
针对港口向绿色转型，碳排放核算以及港口绿色化转型成本核算问题，通过对集装箱港口物流作业过程的深入分析，构建其碳排放评价方法并探讨其“碳中和”实现路径，以促进其可持续发展。据集装箱港口吞吐量历史数据，通过GM（1，1）模型方法对未来年港口吞吐量进行预测，并基于预测的港口吞吐量，通过分段核算港口各物流作业过程中港口机械与仓储办公等基础设施的平均耗能，进行港口碳排放“自下而上”的预测。针对港口碳排放的主要来源，研究一系列碳减排路径和策略，包括港口设施升级、港口技术革新、港口能源绿色化和政策激励等措施，并针对每个措施的成本进行核算。最后以某集装箱港口为例，分析各项碳减排措施的减排效果和成本。结果表明：随着港口吞吐量的不断增长，港口设施升级和港口技术革新只能够降低港口“碳达峰”时的碳排放量，且在“碳达峰”之后碳排放量不会再减少，与不采取措施的基准情景相比，只采取港口设施升级措施年度最大碳减排比例为38.49%，同时实施港口设施升级和技术革新实现年度最大碳减排比例为61.29%；在实施港口设施升级和技术革新的基础上，增加港口能源绿色化措施，提高新能源应用比例，能够实现港口“碳中和”目标。在政策激励的情况下，能够提前15年实现“碳中和”。各项港口碳减排措施的应用在减少碳排放的同时，还能够降低港口能源应用成本，在其直接经济效益提升方面也具有一定的正向效果。
高速公路微电网系统能量双层优化调度方法
牛明博, 吴浩, 魏建民, 王飚, 王虎城, 廖真, 唐文斌
2024, 42(5): 136-147. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2024.05.013
摘要(48) HTML (15) PDF(8)
摘要:
随着国家“双碳战略”的推进，新能源在交通领域的应用与能源转型得到快速的发展。在我国西部无电网或弱电网地区，风光资源充足，可采用微电网为路域用能设施供能。但高速公路微电网存在纵向跨度大、离散分布、出力不均衡、沿线配电网建设运行成本高等问题，因此，将移动储能调度设备引入到高速公路微电网能源调度系统结构中。在此基础上，构建高速公路微电网及移动储能系统模型，提出新的调度成本机制及能量调度双层架构。同时，高速公路微电网系统具有长距离带状结构，会造成微电网子控制器调度产生通信负担。针对此问题提出交替方向乘子法分布式双层优化调度策略，该方法将全局问题拆解为局部问题进行并行优化求解，各微电网仅需与相邻微电网进行通信，相互之间交换期望能源需求信息。系统以高速公路微电网总运行成本最小作为耦合变量，通过增广拉格朗日罚函数进行松弛，将原优化问题解耦为各系统的独立子优化问题，并采用双层循环求解的方式，最终获得全局最优调度方案。本文通过数值仿真分析验证可再生能源利用率提升了15.3%，在实现高速公路用能的基础上保障了经济性。
基于改进组合赋权的港口自洽能源系统规划方案综合评价方法
赵浩威, 钟鸣, 李林锋, 余浩林
2024, 42(5): 148-162. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2024.05.014
摘要(63) HTML (24) PDF(7)
摘要:
针对港口绿色化评价体系构建的问题，结合港口交通与能源融合发展理念，研究了一套规划方案综合评价方法。方法综合考虑了清洁能源可获得性自然禀赋、能源负荷特征及自洽能源系统规划容量等多种因素，构建了包含经济性、环境性、能效性、自洽性和可靠性5个维度的自洽能源系统规划方案评价指标体系，并基于这些指标建立了相应的量化评价模型。为解决数据匮乏问题，采用层次分析法（analytic hierarchy process，AHP）和熵权法（entropy weight method，EWM）分别计算各指标权重，并采用博弈集结模型确定评价指标的组合权重。最后，采用TOPSIS综合评价方法对不同规划方案进行综合评价，通过以某港口智能化集装箱港区A的示范项目作为案例进行验证。采用传统熵权法（EWM）、秩和比法（rank sum ratio，RSR）和基于熵权的多准则妥协解排序法（EWM-VIKOR）对上述算例进行方案排序，并与本文所提出的综合评价方法（AHP-EWM-TOPSIS）进行对比验证；通过改变方案原始排名第1的方案2中某个指标的数值作为测试数据集进行评估，确定各评价指标在一定范围内变动时是否引起方案排名结果变动，同时找出影响方案排名结果的最敏感的指标比较不同评价方法的鲁棒性。结果表明：不同方法得到的方案排序结果一致，验证了该模型的有效性；AHP-EWM-TOPSIS方法在评价结果的稳定性优于EWM-VIKOR。
基于多态清洁能源的铁路自洽能源系统架构
张蜇, 孙雅妮, 木合塔拜尔·拜合提亚尔
2024, 42(5): 163-172. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2024.05.015
摘要(68) HTML (19) PDF(8)
摘要:
随着国家加速推进交通运输系统的能源结构转型，清洁能源在交通领域的应用日益受到关注。铁路自洽能源系统，作为铁路行业能源转型的重要组成部分，通过实现能源自给自足和能效提升，对降低铁路整体能耗、助力碳达峰与碳中和目标具有重要意义。本文系统从安全、高效、绿色、经济四个维度出发梳理了铁路自洽能源系统的关键需求。基于“源-网-荷”框架，通过分析铁路与清洁能源的融合机制，探讨电气化铁路和非电气化铁路2种不同类型铁路在实现清洁能源转型过程中所面临的机遇，并对铁路与清洁能源融合的特征和能量流动过程进行了深入研究，详细解析了铁路与清洁能源融合的模式和适用条件，为构建铁路自洽能源系统奠定理论基础。在此基础上本文进一步归纳了典型的电气化铁路和非电气化铁路的应用场景，并基于其特点设计了适用于铁路自洽能源系统的物理架构。此外，本文提出了铁路自洽能源系统的评价指标体系，主要从架构合理、模式多样、环境友好和效益显著角度出发，以系统性地评估该系统在实际应用中的表现。这一指标体系不仅有助于全面评估铁路自洽能源系统的效能，也为铁路领域低碳发展的技术路线和政策实施提供科学依据。本文的研究为未来铁路系统的低碳转型和清洁能源的深度融合提供了新的视角和发展路径。
数据与模型驱动的高速公路服务区交通自洽能源系统状态估计方法
石志鹏, 金雨哲, 柯吉, 王飚, 张懿璞
2024, 42(5): 173-184. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2024.05.016
摘要(55) HTML (13) PDF(6)
摘要:
构建高速公路服务区交通自洽能源系统是实现交通与能源融合的关键技术，而对其进行系统状态估计是近年来的研究重点。考虑到高速公路服务区交通自洽能源系统的复杂性和多样性，单一的数据或模型驱动方法难以全面、准确地估计系统实时状态。因此，研究了1种数据与模型驱动的复合方法，旨在实现更高效的系统状态估计。在数据驱动方面，尽管基于深度学习的光伏功率预测模型性能优越，但通常忽视输入特征间的互相依赖机制。为此，建立了基于自注意力机制（self-attention, SA）的时间卷积-双向长短期记忆网络（time convolution-bidirectional long short-term memory network，TCN-BiLSTM-SA），用于预测系统光伏出力情况。SA重新分配TCN-BiLSTM输入特征的权重，从而提升时空信息提取的有效性。在模型驱动方面，考虑高速公路路网车流量分布，建立了高速公路电动汽车出行轨迹概率模型；基于蒙特卡洛模拟法抽取初始和充电时电池容量，综合考虑车主用车习惯、环境温度等多种不确定性因素，来预测电动汽车充电负荷时空分布。通过利用新疆某高速公路服务区交通自洽能源系统的实际数据进行仿真验证，结果表明：在光伏预测上，所提模型在平均绝对误差、均方根误差和决定系数这3个指标上，相较于最佳模型分别提高了25.3%、16.7%、0.7%；在负荷预测上，所提模型有效预测高速公路电动汽车的充电负荷时空分布；在系统状态估计上，所提方法的精度达到了89.1%。

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