山东大学学报 (工学版)

多运动视觉里程计的方法与技术

周风余,顾潘龙,万方,尹磊,贺家凯

2021, 51(1): 1-10. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.382

摘要 ( 1122 )

HTML ( 398 )

PDF (3543KB) ( 738 )

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多运动视觉里程计(multi-motion visual odometry, MVO)是在动态场景中估计动态物体位姿变化的算法，对于移动机器人和自动驾驶汽车等自主化设备(autonomous things, AuT)的研发具有重要的理论意义和较大的实用价值。综述机器人领域多运动视觉里程计的发展过程及最新研究进展，根据特征点聚类方法的不同，从特征点几何聚类和语义几何聚类两个方面介绍多运动视觉里程计融合特征点及语义信息求解空间内多运动视觉里程计的重要研究成果。基于相同的评价指标及数据集对几种常用方法进行深入的对比研究，展望未来多运动视觉里程计的发展方向。

精英克隆局部搜索的多目标动态环境经济调度差分进化算法

武慧虹,钱淑渠,刘衍民,徐国峰,郭本华

2021, 51(1): 11-23. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.050

摘要 ( 981 )

PDF (5001KB) ( 197 )

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为有效解决复杂多目标动态环境经济调度问题,提出一种基于精英克隆局部搜索的多目标动态环境经济调度差分进化算法。以传统的差分进化(differential evolution, DE)算法为框架,为了提高DE算法的开采和探索能力,增设精英群的克隆和突变机制,采用动态选择方式确定精英群,有效增强算法的全局搜索能力。数值试验以IEEE-30的10机、15机系统为测试实例,并将提出的算法与三种代表性算法比较。结果表明,新算法所获的Pareto前沿具有较好的收敛性和延展性,可为电力系统调度人员提供更灵活的决策方案。

砂土中浅埋竖向锚定板极限承载力

宋修广,杨鹤,陈晓燕,崔文杰,岳红亚,张恺,田隽

2021, 51(1): 24-31, 38. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.265

摘要 ( 1180 )

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研究砂土中浅埋竖向锚定板的极限承载力。采用粒子图像测速法(particle image velocimetry, PIV)开展模型试验研究, 得到砂土中竖向锚定板在水平拉拔过程中的土体变形和破坏机理。采用有限元极限分析给出不同土体参数和埋深比时砂土中浅埋竖向锚定板承载力上下限解。基于观测到的土体破坏形式, 依据极限平衡理论构建浅埋竖向锚定板极限承载力计算模型, 推导条形锚定板极限承载力计算公式, 进而通过引入形状系数建立矩形锚定板承载力计算方法。与极限分析上下限解对比显示, 该解接近于锚定板承载力下限解。采用51组模型试验数据, 对新建计算方法进行验证分析。对比结果显示, 理论预估高于试验数据约5%, 与试验数据吻合较好。研究结果的取得可对锚定板类支撑结构承载力设计计算提供一定的理论参考依据。

城市地铁TBM隧道掘进诱发既有建筑物变形的空间属性效应

孙杰,武科,郑扬,李树忱,袁超,王修伟

2021, 51(1): 32-38. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.331

摘要 ( 996 )

PDF (8680KB) ( 245 )

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针对城市地铁全断面硬岩隧道掘进机(tunnel boring machine, TBM)隧道掘进诱发既有建筑物沉降变形的问题,考虑隧道下穿城市建筑物群实际工况的复杂性,以青岛地铁1号线小北区间段硬岩地层TBM隧道掘进下穿既有建筑物群为实际工程背景,采用数值计算分析方法,建立TBM隧道掘进连续下穿多座既有建筑物的三维力学计算模型,综合研究TBM隧道单洞掘进对单一建筑物变形的空间属性效应;从工程建设实际出发,系统研究空间属性对于TBM隧道双洞掘进连续下穿多座紧邻既有建筑物过程中诱发地层与既有建筑物的应力应变状态。研究结果表明:隧道埋深越浅,则建筑物受隧道开挖的沉降速率越大;在双线隧道开挖中,埋深越浅,建筑物受横向距离较近的隧道开挖影响占比越大,隧道埋深越大受双隧道叠加影响越大。隧道下穿不规则建筑物时对建筑物转角处以及在大尺寸建筑物附近的小型建筑物影响较大,在实际施工中需要进行监测。

剪跨比对插槽式连接空心管墩抗震性能影响

苏思博,王国清,贾献卓,李志聪,黄志刚

2021, 51(1): 39-45. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.387

摘要 ( 1108 )

PDF (7608KB) ( 213 )

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为研究剪跨比对插槽式连接空心管墩抗震性能的影响,基于荣乌新线高速公路桥梁工程,借助ABAQUS有限元分析软件,对3种不同剪跨比的插槽式连接空心管墩进行数值模拟,制作插槽式连接管墩足尺模型开展恒定轴力作用下的水平循环荷载试验研究,验证了有限元模型的可靠性。结果表明:3种不同剪跨比的管墩模型的破坏模式分别为剪切破坏、弯剪破坏和弯曲破坏。随着剪跨比的增加,管墩的滞回性能、耗能能力与延性性能得到明显的提升,但其承载能力与残余位移变化不大,初始刚度得到加强,但最终的破坏刚度基本一致。

基坑开挖邻近隧道水平形变位移规律

李连祥,张强,石锦江,刘嘉典,侯颖雪

2021, 51(1): 46-52. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.340

摘要 ( 1246 )

PDF (1666KB) ( 304 )

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基于水平基床系数的变化提出“水平形变位移”这一概念,将隧道拱腰水平位移可分为三部分,利用PLAXIS 3D有限元软件进行分析,并拟合得到最大水平形变位移与基坑宽度、水平距离的关系公式。研究结果表明,水平形变位移随隧道与基坑水平距离的增加呈指数关系降低;当水平距离大于一倍基坑深度时不考虑基坑宽度的影响。本研究所推导的水平形变位移计算公式可用于计算临近基坑开挖的隧道水平收敛值、隧道拱腰的水平位移、隧道附近的水平基床系数。

基于裂缝参数的钢筋混凝土预裂梁刚度试验研究

周术明,颜东煌

2021, 51(1): 53-59. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.403

摘要 ( 1030 )

PDF (1794KB) ( 209 )

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为研究钢筋混凝土简支梁桥跨中开裂后的刚度特性,开展不同裂缝名义损伤比下跨中预裂梁的力学试验。试件为现浇钢筋混凝土预裂梁,考虑了跨中3种不同长度a(a=8、18和26 mm)的预制裂缝。试验研究8 m标准跨径混凝土简支梁不同荷载级别下跨中预裂梁抗弯刚度折减系数k随裂缝名义损伤比λ和裂缝张开度w的演化规律。研究表明,不同试验工况下,k均随λ和w的增加而降低,且k的降低幅度在裂缝长度小于钢筋保护层时变化较小,在裂缝长度接近钢筋高度时快速降低,而在高于钢筋位置后则降幅减缓。在此基础上,提出跨中开裂钢筋混凝土简支梁桥抗弯刚度折减系数的计算公式。研究结果为该类梁桥跨中开裂后刚度性能的准确预测与评估提供了依据。

考虑支护结构作用的地下管廊真实受力模型

李连祥,王雷,赵永新,季相凯

2021, 51(1): 60-68. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.294

摘要 ( 1209 )

PDF (4922KB) ( 214 )

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为了研究桩撑支护体系对管廊结构受力的影响,以济南市某地下综合管廊工程为例,通过Plaxis 3D有限元软件对该工程进行全过程模拟,发现桩撑支护结构下地下管廊侧板受力呈三段式分布:先增大后减小再增大,明显小于静止土压力,管廊侧板内力小于传统方法。改变廊顶覆土厚度,根据模拟结果拟合得到管廊侧板受力的分布曲线及其简化曲线,同时证明不同覆土厚度下回填土体土压力均为三段式分布,且各段始末位置与覆土厚度有定量关系。计算结果证实,按简化曲线计算所得管廊侧板内力与模拟值较为吻合,即该简化曲线有较好的适用性。按照简化曲线计算管廊侧板荷载,设计得到的管廊结构更加符合实际,更加经济合理。

计及特高压直流外送及转运合同约束的日前优化调度

李德鑫,宗崇林,王佳蕊,张海锋,刘畅,黄大为

2021, 51(1): 69-75, 86. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.361

摘要 ( 1077 )

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PDF (3689KB) ( 275 )

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分析特高压直流输电的运行特性、转运合同对电网运行调度的影响, 建立计及特高压直流外送和子电网间转运合同约束的日前优化调度模型。以电网运行成本最小和弃风弃光最少为目标, 同时考虑交直流线路的外送和转运电量约束, 通过增加表征功率调节的功率上调和功率下调两类0-1变量, 将特高压直流输电线路的阶梯化约束表述为0-1混合整数的线性方程。以改进的IEEE 39节点系统为例, 分析特高压直流外送及转运合同对电网可再生能源消纳的影响, 验证了本研究所提方法的有效性。

基于频带有功功率系数的接地故障方向保护方法

刘远龙,刘伟生,王鹏玮,吴斌,张恒旭,徐丙垠

2021, 51(1): 76-86. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.416

摘要 ( 1065 )

PDF (14390KB) ( 228 )

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提出计算80 Hz以下频带内零序信号的有功功率系数,即固定时间窗内信号的有功功率与视在功率之比,根据有功功率系数的极性与绝对值可有效识别接地故障方向。数字仿真与实际故障录波数据验证了所提方法实现高阻接地保护的可行性,证明该方法可用于不稳定电弧与间歇性故障,能够避免电流互感器测量误差引起的误动问题。

输电塔单双角钢过渡节点计算方法

徐再根,刘正伟,刘文棚,周梦瑶,刘俊才,田利

2021, 51(1): 87-93. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.437

摘要 ( 1072 )

PDF (8478KB) ( 209 )

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为有效提高结构承载性能,在输电塔单肢角钢主材的下部采用组合双角钢的方法,依托输电线路实际工程,选取输电塔中5个典型的单双角钢过渡节点,利用ABAQUS软件建立精细化有限元模型,通过数值模拟分析过渡节点的传力机理和承载力特性,开展不同偏心距的过渡节点受力分析,提出考虑弯矩调整系数和弯矩强化系数为主要控制参数的水平板厚度计算公式。

海上风电过电压及无功补偿问题研究

徐大鹏,蔡德宇,赵兰明,刘旭敏

2021, 51(1): 94-99. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.393

摘要 ( 1346 )

PDF (5532KB) ( 265 )

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提出一种新的海上风电并网过电压及无功配置问题的动态研究方法。利用DIgSILENT PowerFacotry软件建立海上风电场模型,包括风电机组、海缆、变压器及相关的控制策略。利用时域仿真方法分析不同风速条件下风电场的有功、无功及电压特性,根据时域仿真的结果,配置无功补偿装置,调整、改善风电场电压及无功特性。通过时域仿真方法对无功补偿配置方案的效果进行验证。

实际环境中基于深度Q学习的无人车路径规划

肖浩,廖祝华,刘毅志,刘思林,刘建勋

2021, 51(1): 100-107. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.247

摘要 ( 1110 )

HTML ( 28 )

PDF (6074KB) ( 1355 )

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实际交通环境规划最优路径的重要问题是无人车智能导航, 而无人车全局路径规划研究主要在于模拟环境中算法求解速度的提升, 考虑大部分仅路径距离最优或局限于当前道路的自身状况, 本研究针对实际环境中的其他因素及其未来的变化和动态路网中无人车全局路径规划的复杂任务, 基于预测后再规划的思想提出面向实际环境的无人车驾驶系统框架, 并结合深度Q学习和深度预测网络技术提出一种快速全局路径规划方法(deep prediction network and deep Q network, DP-DQN), 从而利用时空、天气等道路特征数据来预测未来交通状况、求解全局最优路径。基于公开数据集的试验和评价后发现, 本研究提出的方法与Dijkstra、A^*等算法相比, 行车时间最高降低了17.97%。

基于秩空间差异的多核组合方法

王梅,薛成龙,张强

2021, 51(1): 108-113. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.248

摘要 ( 1031 )

PDF (444KB) ( 228 )

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在求解秩空间差异性的基础上,提出一种基于秩空间差异性的多核组合方法。将样本按照特征进行分组,使用不同的核函数对已完成分组的数据进行训练,并应用网格搜索法对核函数的参数进行寻优。在备选核函数中选取两个核函数,将分为两组的数据分别放入对应的核函数中进行映射,通过判断数据经过核函数映射后的秩空间差异性为基础核函数的选择提供参考。选用白酒数据集、乳腺癌数据集以及葡萄酒品质数据集进行试验,验证了当数据经过已选的基础核函数映射后,秩空间差异越大,分类的准确率越高。试验结果表明应用该方法进行基础核函数的选择以及组合的可行性。

基于能量最小理论的新型导丝建模方法

王宇,刘浩

2021, 51(1): 114-119. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.364

摘要 ( 1053 )

PDF (4431KB) ( 279 )

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在基于虚拟现实(virtual reality, VR)环境的主从式介入手术训练系统中建立高性能的导丝模型有利于提高整个训练过程的质量,提出一种新型导丝建模方法,使用两端为半球形的圆柱刚体作为导丝基本单元,在导丝插入目标血管分支的过程中,利用模型本身的几何特性并结合能量最小原理求解得到导丝形变参数,提高导丝的精度和灵活性。结合试验室已开发的介入手术训练平台手部操作器,此方法建立的导丝模型能够在VR训练系统中表现出良好的性能并与操作器保持同步,为受训者提供视觉反馈的同时,提高了VR训练的沉浸感和训练过程的可靠性。

农村地区不同炉具和燃料排放PM_1.0中多环芳烃的排放特征

段升飞,杨凌霄,李静姝,高洪亮,张婉,张雄飞,齐安安,王鹏程,王浥铭,庹雄

2021, 51(1): 120-127. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.513

摘要 ( 1047 )

PDF (4446KB) ( 246 )

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为研究农村地区不同燃料在不同清洁炉具中燃烧产生PM_1.0中多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)的排放因子和排放特征,利用稀释通道法采集了8种燃料在气化炉和解耦炉中燃烧产生的PM_1.0样品,分析其中的PAHs含量。结果表明:16种组合条件下燃烧产生的PAHs排放因子为0.38~39.37 mg·kg^-1,气化炉的排放因子均低于解耦炉。燃料在气化炉中产生PAHs的排放因子顺序为EF_散煤> EF_玉米秸秆> EF_烟煤型煤> EF_松木木块> EF_柞木木块>EF _兰炭≈EF _无烟型煤> EF_{玉米秸秆压块}。菲、荧蒽、芘是生物质燃料燃烧产生PM_1.0中PAHs的主要组分,菲、荧蒽、芘、苯并(b)荧蒽是煤炭燃烧产生PM_1.0中PAHs的主要组分。燃料在气化炉中燃烧产生PM_1.0中PAHs的低环比例高于解耦炉,而中高环PAHs的比例则低于解耦炉。在满足居民取暖需求情况下,预估减排效果最好组合为气化炉+兰炭、无烟型煤或玉米秸秆压块。

拥堵环境下道路交通对城市空气质量的影响

冯海霞,王琦,杨立才,寇军营,谢清民,赵军学,孟祥鲁,王艳峰

2021, 51(1): 128-134. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.211

摘要 ( 1974 )

PDF (3465KB) ( 526 )

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针对交通拥堵、雾霾(空气质量)等研究热点问题,以济南市主城区为例,定量分析了高峰拥堵延时指数、交通拥堵等对城市空气质量的影响,结合遥感反演气溶胶光学厚度(aerosol optical depth, AOD),构建基于地理加权回归(geographically weighted regression, GWR)模型定量的分析拥堵环境下道路交通对空气质量的影响。研究结果表明:高峰拥堵延时指数与空气质量指数(air quality index, AQI)有较强的相关性,即交通运行状况对空气质量有较大影响。GWR模型细化了AQI的分布特征,表征了道路交通参数的局部空间变化。在交通拥堵条件下,道路的面积占有率对区域内空气质量的影响最大。本研究对交通规划具有一定的指导意义,为交通规划、控制提供支撑和依据。

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