耦合模型

2024-10-28

耦合模型（共11篇）

耦合模型篇1

车桥系统形成的耦合振动在工程中是一个长期存在又较复杂难解的课题,研究和控制这种振动对于桥梁设计、维护和安全具有重要意义。这就需要分析研究车桥耦合振动具有的深层机理和振动特性,而其中关于建立既能真实反映系统耦合振动,又简洁便于求解的理论模型成为重要的一环。国内外众多学者对这一问题进行了研究,但并未考虑车在行驶中速度的变化对振动的影响,或虽考虑了车体加速度对系统的动力学影响[5],但在模型中未考虑路面不平度和车桥之间的弹性—阻尼因素。本文研究桥梁的横向振动和汽车的竖直振动组成的耦合振动,建立了包括桥面不平度、汽车匀变速行驶时的加速度等因素在内的耦合振动模型,运用模态叠加法原理和Galerkin方法建立车桥系统的离散化方程组。

1 车桥耦合系统模型

本文将桥梁简化看成两端简支,做横向振动的,具有等效刚度的等截面Euler-Bernoulli弹性梁[4];桥面的不平度采用三角函数模拟。汽车简化为竖直振动的质量体,汽车轮胎等效为弹簧—阻尼系统,并假定整个过程汽车轮胎不离开桥面,最终建立了如图1所示的振动模型。

图1 中m为汽车质量;k0和c0分别为汽车轮胎的等效刚度和阻尼;y(t)为汽车竖直振动位移,汽车运动初速度v0,匀加速度a,某一时刻汽车距离A端为ξ(t),则有:ξ(t)=v0t+0.5at2。其中桥梁的挠度为w(x,t),长度为L,等效抗弯刚度EI,单位长度质量为ρ,桥面的不平度λ(x),且设λ(x)=dsin(ω0x)[4],d和ω0分别为桥面不平度波形的幅值和频率。

2 车桥耦合系统振动方程的建立

将桥面不平度看作位移激励,则汽车振动方程可写为:

由于桥梁挠度一般很小,因而不考虑因桥变为曲线时汽车的牵连惯性力;同时忽略弹性桥本身的阻尼影响,则其振动方程为:

其中,δ为狄拉克函数;g为重力加速度,采用Galerkin方法[6],将桥连续体离散化处理,则在简支条件下梁挠度可写为:

其中,i为桥梁的第i阶模态,i(x)=sin(iπx/L)(i=1,…,N),令“·”表示对时间求导,则同理有:

其中,i(ξ)=sin(ξiπ/L)(i=1,…,N);·ξ=v0+at。将式(3)～式(5)代入方程(1),方程(2),则车和桥振动方程写为:

将式(7)中左右两侧分别乘以j(x),j=1,…,N,并沿x方向在区间[0,L]积分,利用(x)正交性和δ函数性质有:

其中, 为桥梁的第i阶模态主质量,Mi=

方程(6),方程(8)组成车桥振动的耦合方程,若设X={y,q1,q2,…,qN}T,则联合方程(6),方程(8),车桥系统耦合振动方程可写为:

其中,P=[k0λ-c0﹒λ,mg 1(ξ),…,mg i(ξ),…,mg N(ξ)]T;

其中,M,C和K分别为系统方程的相当质量矩阵、相当阻尼矩阵、相当刚度矩阵;P为系统的相当荷载向量。

式(9)为N+1个自由度的时变系数的非自治微分方程组,一般情况下,因为汽车加速度的存在,方程中系数矩阵显含时间,其解析求解较复杂,可以采用数值计算得到响应,如Newmark方法;若汽车匀速行驶,则·ξ为常数,M,C和K变为常数矩阵,P为周期性激励,此时为自治系统,可以直接得到X的解析式。由式(9)解出X,可直接得到汽车竖直振动响应,对于各阶模态中的qi(t),根据模态叠加法原理,代入式(3)中,最终得到桥弯曲振动响应。

3 结语

本文建立了符合实际的车桥耦合振动模型,运用模态叠加法原理和Galerkin方法最终得到了一个非自治时变系数的,具有任意自由度的离散化方程组,能够对桥梁振动性质进行分析。在特殊条件下,即车匀速行驶时系统的响应具有直接解析形式。

相对于文献[3]～文献[5]中所建立的振动模型,本文所建立的模型同时考虑有汽车加速度、汽车与桥面的弹性接触、桥面不平度等实际因素,能更真实反映车桥耦合系统的振动,对于更好的研究车桥耦合振动机理、振动特性,以及桥梁的设计与施工具有实际的参考价值。

参考文献

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[6]刘延柱,陈文良,陈立群.振动力学[M].北京:高等教育出版社,1998.

耦合模型篇2

水文模型与陆面模式耦合是目前全球变化研究中的.热点问题,如何实现分布式水文模型与陆面过程模式的双向耦合,并将其有机嵌入大气模式中,是未来大气环流模式(GCM)和区域气候模式(RCM)发展和完善的重要目标之一.在简单介绍陆面过程模式和水文模型发展历程的基础上,对水文模型和陆面过程耦合研究的国内外进展进行了综述,指出了模式耦合中存在的共同问题和未来工作的研究要点.最后,探讨了分布式水文模型与陆面模式耦合在全球变化研究框架中的地位与意义,并展望了陆面水文过程发展的主流趋势和研究方向.

作者：雍斌张万昌刘传胜 YONG Bin ZHANG Wan-chang LIU Chuan-sheng 作者单位：雍斌,刘传胜,YONG Bin,LIU Chuan-sheng(南京大学,国际地球系统科学研究所,江苏,南京,210093)

张万昌,ZHANG Wan-chang(中国科学院,大气物理所东亚区域气候-环境重点实验室,全球变化东亚区域研究中心,北京,100029;南京大学,国际地球系统科学研究所,江苏,南京,210093)

耦合模型篇3

摘要：为了更准确地预测墙体内的温湿度分布，研究多孔介质墙体内的热、湿及空气耦合非稳态传递规律，以温度、相对湿度和空气压力为驱动势，考虑热传递、湿传递、空气渗透及其相互作用，建立了建筑多孔介质墙体热、湿及空气耦合传递非稳态模型，并采用有限元方法设计了相应的模拟计算程序.通过对比新建模型模拟结果与国际公认的HAMSTAD标准验证实例，验证了模型的正确性.

关键词：建筑墙体；非稳态；热、空气、湿耦合传递；含湿量；相对湿度

中图分类号：TU111.4文献标识码：A

Abstract：A coupled heat， air and moisture transfer model， which takes into consideration the heat transfer， moisture transfer and air convection and their coupled effect， was developed to predict the distribution of the temperature and humidity and to investigate the rule of the coupled heat， air and moisture transfer in walls. The temperature， relative humidity and air pressure were chosen as the driving potentials. A program based on the finite element method was developed to calculate the governing equations. And the numerical results of this model were compared with the internationally accepted HAMSTAD benchmarks， and the results agree well with each other.

Key words：building walls； transient； heat， air and moisture transfer； moisture content； relative humidity

建筑墙体多为多孔介质材料，建筑墙体热湿传递研究以多孔介质传热传质学为理论基础.Philip 与Devries[1] （1957年）和Luikov[2] （1966年）以温度和含湿量为驱动势，考虑多孔介质内热传递、湿迁移及其相互作用建立了多孔介质热湿耦合传递模型.在Philip与Devries和Luikov模型的基础上Kunzel[3]， Kong[4]， Chu[5]， Abahri[6]， Leskovsek[7]， Zhong[8]， Belarbi[9]， Qin[10]，李魁山[11]和郭兴国[12]等各自建立了多孔介质材料的热湿耦合传递模型.空气渗透对热湿传递过程的影响在上述研究中均未考虑.

建筑墙体长期暴露在非稳态气候条件下，由于室内外环境存在温度、湿度及空气压力梯度，这将导致墙体内的热传递、湿迁移及空气渗透.建筑墙体热湿耦合传递研究中忽略空气渗透对建筑墙体热湿传递过程的影响将不利于准确地分析建筑墙体内的温度和湿度分布.为了更准确地研究建筑墙体内的热湿耦合传递规律，刘晓燕等[13]建立了建筑墙体热、湿及空气耦合传递模型.该模型从微观的角度，通过定义气体所占体积百分比与液态水所占体积百分比来分别计算水蒸汽含量和液态水含量，但是在自然条件下很难将水的物相分开测量，模型参数难以确定.另外，该模型采用室外空气日平均温度作为室外边界条件，不能充分反应室外气候的逐时非稳态变化.本文在KUNZEL的研究基础上，通过考虑空气渗透，以室外气象条件作为边界条件，建立了一个以温度、相对湿度和空气压力为驱动势的建筑墙体热、湿及空气耦合传递非稳态模型.通过对比该模型模拟结果与HAMSTAD验证实例[14]，验证了模型的正确性.

1模型的建立

本文以相对湿度、温度和空气压力为驱动势，根据能量守恒和质量守恒定律建立墙体热、湿及空气耦合传递非稳态模型，并作如下假设：1）材料骨架是一个固定的、不变形的惰性骨架，不与液相、气相发生化学反应；2）墙体材料为各向同性的连续多孔介质；3）温度对材料平衡含湿量的影响忽略不计；4）墙体材料中的水只有汽、液两相，材料中始终存在局部湿平衡；5）孔隙内的混合气体（湿空气）按理想气体处理； 6）多层墙体层与层之间的湿传递主要受边界湿传递阻的影响，如果不同层之间接触十分紧密，则湿阻较小，可认为这两种材料的边界表面处于湿平衡状态.

1.1湿传递

2模型求解

建筑墙体内热、空气、湿传递过程相互耦合，为了获得墙体内的温度和湿度分布，控制方程组需同时求解.本文采用有限元方法对控制方程组进行求解.时间步长可根据实际边界条件确定，本文将时间步长设定为1 h.

3模型验证

HAMSTAD验证实例是为了评价建筑物理领域热、空气、湿传递机理模型而建立的一个开放性平台.对比新建模型模拟结果与HAMSTAD验证实例是目前国际公认的建筑墙体热、空气、湿耦合传递模型验证方法.

HAMSTAD包含了5个验证实例，每个验证实例至少包含热传递、湿传递及空气渗透机理中的两项.本文通过对比新模型模拟结果与HAMSTAD验证实例3和5来验证模型的正确性.

3.1HAMSTAD验证实例3

如图 1～图 6所示，新模型模拟结果与HAMSTAD验证实例吻合良好，该模型能准确地预测建筑墙体内的温度和湿度分布.图中CTH， TUD， Technion和NRC表示参与HAMSTAD项目的其它研究机构的模拟结果，新建模型模拟结果表示本文所提出模型的模拟结果.

如图1，3，5所示，在20～21 d之间，由于压力梯度方向的改变，室外低温空气向室内渗透，墙体内温度迅速下降，快速接近室外空气温度.同样，如图2，4，6所示，由于室外空气的含湿量低于墙体内的含湿量，室外空气向室内渗透的过程中带走大量的湿，墙体内的含湿量快速降低.由此可见，建筑材料孔隙内的空气对流，对建筑墙体的热湿性能有重要的影响.

4结论

本文在Kunzel的研究基础上，通过考虑空气渗透，建立了一个以温度、相对湿度和空气压力为驱动势的建筑墙体热、湿及空气耦合传递非稳态模型，并采用有限元方法对该模型进行求解.该模型模拟结果与HAMSTAD验证实例吻合良好，结果表明该模型能准确地预测热传递、湿传递及空气渗透机理作用下建筑墙体内的温度和湿度分布.

参考文献

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水文水力学耦合模型及其应用篇4

平原地区,河道过流能力受到上游来水和下游水位的双重影响,水位流量关系复杂,传统的水文学方法难以满足实际防洪的需要;而水力学方法仅考虑洪水演进,模拟时把目标位置的洪水过程直接移至模型上边界作为模型的入流,这种做法忽略了模型区的产流和汇流因素。对于平原地区的洪水模拟,如果研究区域相对于整个流域所占的比重较大且陆面、水面交错频繁时,模拟计算的结果就很难反映实际情况[1]。本文充分考虑了研究区域的产流、汇流与河道洪水演算,重点突出如何解决水流模拟的边界条件,怎样实现水文学方法与水力学方法的耦合。

1模型结构

水文水力学耦合模型包括水文模拟和洪水演进模拟2个部分。其中,洪水演进模拟部分是核心,是基于圣维南方程组的水动力学方法;水文模拟部分是应用合适的水文模型模拟流域上游区域的洪水过程以及中下游区间的产、汇流过程。通过水文模型模拟流域的蒸发、降雨径流、区域汇流和区域出流。其中水文模型的输出部分——区域出流预报,作为流域洪水演进模型的边界条件,是洪水演进模型的输入部分,通过边界条件的模拟,实现水文模型与洪水演进水力学模型的耦合。洪水演进模拟需要解决边界条件、河道水流、支流水量交换和区域连接关系的模拟。通过模拟区域连接关系,实现全流域耦合求解[2,3]。本文构造的水文水力学耦合模型结构,如图1所示。

2模型求解

2.1边界条件模拟

水系纵横交错,河道比降小,水流流态一般为缓流,是平原地区水流的典型特征。其水流会受到下游水位条件的影响,应采用水动力学方法进行模拟。水流模拟的边界条件、流域内区间降雨径流以及支流水量,通常通过选择合适的水文模型模拟得到。水文模型建立的难点在于解决无水文站控制地区的降雨径流预报问题,这部分能否很好地解决,对模型求解的精度影响颇大。这部分径流通常受到干流的顶托,考虑用一个线性水库加以调蓄。

在我国应用较多且应用效果较好的是新安江模型,因此本文选择新安江模型进行流域水文模拟。本研究中该模型的蒸散发计算采用三层模型;产流计算采用蓄满产流模型;用自由蓄水库将总径流划分为地表径流、壤中流和地下径流;流域汇流计算采用线性水库;河道汇流采用马斯京根分段连续演算或滞后演算法。

2.2河道水流模拟

描述河道水流运动的基本方程组为圣维南方程组,其基本形式如下:

式中:B为河道水面宽度;Z为河道断面水位;Q为河道断面流量;q为单位河长均匀旁侧入流;α为动量校正系数;A为过水断面面积;K为流量模数;Vx为旁侧入流流速在水流方向上的分量。

由于圣维南方程组是一个复杂的双曲型非线性偏微分方程组,直接求解比较困难。现在一般采用离散求解的方法,本文对圣维南方程组采用四点线性隐格式差分求解[4,5],该方法具有稳定性好,收敛快,节约计算时间的优点。

2.3连接关系模拟

为了充分利用水资源的需要,通常在流域上建立了许多水工建筑物,这些工程措施通过堰、闸以及行洪区的口门等来控制水量、连接河网水系,达到合理利用水资源的目的。因此,对连接关系的模拟至关重要。连接关系的模拟,是通过对这些工程控制模拟来实现的。堰、闸以及行洪区口门的过流流量满足水力学上的堰流公式等,可按水力学方法处理。以宽顶堰为例,其水流流态有自由出流和淹没出流2种形式,分别采用如下公式计算。

自由出流:

$Q = m B \sqrt{2 g} Η_{0}^{3 / 2} (2)$

淹没出流:

$Q = φ_{m} B h_{s} \sqrt{2 g (Ζ_{1} - Ζ_{2})} (3)$

式中:m为自由出流系数;φm为淹没出流系数;B为堰宽;H0=Z1-Zd;hs=Zs-Zd;Zd为堰顶高;Z1为堰上水位;Z2为堰下水位。

2.4支流水量交换模拟

平原河道纵横交错,结构复杂。进行河道水流模拟时,如果把所有的支流都与干流一样对待,必然会影响计算效率;如果不考虑支流与干流的水量交换,必然会影响水流计算的精度。因此,对平原河道水流进行模拟的时候,要考虑如何模拟支流水量。本文选择调蓄单元法,该方法具有足够的精度,能够满足预报计算的要求[6]。

调蓄单元法把支流概化为一个调蓄单元,通过口门与干流相连(见图2)。调蓄单元的面积用AA表示;调蓄单元的代表水位用ZA表示;干流水位用Zr表示。用AR表示支流的过水断面面积,uR表示支流流速,则支流的流量为:

$Q_{支} = u_{R} A_{R} = m \sqrt{2 g (Ζ_{A} - Ζ_{r})} A_{R} = β (Ζ_{A} - Ζ_{r}) (4)$

式中: $β = m A_{R} \sqrt{2 g / (Ζ_{A}^{0} - Ζ_{r}^{0})}$ ;m为流速系数;Z $_{A}^{0}$ 为调蓄单元时段初始水位;Z $_{r}^{0}$ 为干流的初始水位。

对调蓄单元水量平衡方程差分后,可得:

将其与圣维南方程组的差分方程联立,可以求解得到支流流量的变化过程。当考虑支流的降雨产流条件时,支流流量公式表达为:

式中:QF为支流的降雨产流量。

在求出干流的水位后,可回代得到调蓄单元的代表水位为:

2.5节点水位方程

通过上述分析,求解堰、闸等的流量以及每个断面的水位和流量,需要知道节点水位。因此,必须建立节点水位方程。建立未知水位的方程的基本原理是水量平衡方程。对河道节点,建立如下水量平衡方程为:

式中:∑Qi表示进出i节点的流量代数之和;A为节点水面面积,当A=0时,称为无调蓄节点。

把流量与节点水位关系式代入方程式(8)中,可以得到与节点i相邻的节点水位为未知变量的线性代数方程fi(Zi,j=0),其中Zi,j为与节点i相邻节点水位的集合。对河道每一个节点,建立上述节点水位方程,形成以河道节点水位为基本未知变量的线性代数方程组[7]。该方程组是一个带状稀疏方程组,为了提高计算效率和通用性,可以选择矩阵标识法。该方法适合大型河网模拟计算,克服了以往方法依赖节点编码优化的缺陷,具有使用内存省,计算效率高,节点编码任意,可扩充性、可移植性好和通用性强等优点[8]。

3应用实例

为了验证模型的可靠性,以曹娥江流域为试验区,进行验证计算。图3为该流域示意图。曹娥江位于浙江省绍兴市,主流澄潭江,发源于金华市磐安县尖公岭。河道全长197 km,流域面积6 046 km2,在尖山河湾注入钱塘江河口段。研究河段从花山到桑盆殿,花山以下为感潮河段,花山以上为山区性地区。

根据构建的模型特点,模型计算的流程为:首先应用降雨径流模型计算花山站的流量过程及花山到桑盆殿之间的区间产流,汇流用水力学方法计算,为河道洪水演算水力学模型提供上边界;下边界条件采用实测的桑盆殿水位过程。将以上边界条件代入河道洪水演算水力学模型中,可以得到桑盆殿至花山沿程各计算断面的水位流量过程,本文选取上浦闸实测水位与计算水位进行模型检验。

选取上浦闸断面1995-2000年9场次洪水,进行预报计算,计算成果如表1所示。从表1可以看出,实测最高水位与计算最高水位之差的绝对值在0.02～0.52 m之间,绝大多数在0.02～0.22 m之间,只有19970818和19990609两场次的误差稍大,9场次洪水模拟的确定系数在0.83～0.97之间,模拟结果比较好。上浦闸断面洪水模拟过程线(选取19990609和20000709两场次洪水)如图4所示。从图4可见,计算与实测吻合良好。

4结语

(1)采用三水源新安江模型模拟河道洪水演进的边界条件,通过差分求解圣维南方程组的方法解决洪水演进问题,通过连接关系模拟,构建了洪水模拟水文水力学耦合模型,其模拟精度令人满意。该模型对平原地区的防洪规划与河道整治具有重要的实用价值。

(2)为了更好地反映实际情况,可对行洪区的水流进行二维模拟;进一步增强模型的实时校正功能以及水文学模型与水力学模型接口耦合的问题。

(3)限于时间和资料问题,本模型只在研究区域进行了验证研究,对于不同区域,不同下垫面条件,模型可相应的做一些调整,因此有待进行深入研究。

摘要：针对传统水文学方法模拟平原地区复杂水流精度不高的缺点,构造了水文水力学耦合模型。该模型采用差分算法求解圣维南方程组进行洪水演算,通过水文模型模拟其边界条件,实现水文学模型与水力学模型的耦合,并结合区域连接关系模拟,实现全流域耦合求解。模型应用于曹娥江流域花山至桑盆殿河段洪水模拟,结果表明:计算水位与实测水位吻合良好,具有较高的计算精度。

关键词：平原地区,洪水模拟,水文水力学耦合模型

参考文献

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耦合模型篇5

基于耦合模型的旅游产业与城市化协调发展研究

作者：高楠马耀峰李天顺白凯

来源：《旅游学刊》2013年第01期

[摘要]当旅游目的地城市旅游产业发展到一定阶段时，旅游产业会成为促进旅游目的地城市化发展的独立系统，与城市化系统互为背景、相互作用、彼此影响。文章借鉴物理学中的耦合理论.分析了旅游产业系统与城市化系统之间协调发展的作用机理，建构了两个系统的耦合评价模型和指标体系，定量研究了两者之间的互动关系，并以西安市为例，对两者之间的耦合协调发展关系进行了实证分析。结果发现：2000～2009年西安市旅游产业与城市化综合评价函数值呈现上升的趋势；耦合度经历了2000～2002年快速变化和2003～2009年缓慢变化两个阶段；耦合协调度呈现持续快速上升趋势，实现了从2000～2005年失调阶段向2006～2009年协调阶段的转变。

耦合模型篇6

摘要：在我国社会经济快速发展的同时，人们具有越来越大的能源需求，因此现在的输油输气管道和输电线路的建设进程变得越来越快。因为石油天然气行业和电力行业在选择传输管径的时候基本上都是采用相近的原则，因此经常会出现输油输气管道和输电线路交叉跨越或平行接近的情况。临近架空电力线路的输油输气管道在线路出现短路故障的时候会出现感性耦合和阻性耦合影响，这些都属于潜在的危险因素。为此，本文针对架空电力线路故障状况下对埋地金属管道感性耦合的传输线计算模型进行了分析和介绍，供大家参考。

关键词：架空电力线路；埋地金属管道；感性耦合

中图分类号： TM751 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）24-216-2

0 引言

输油输气管道受到的交流输电线路的电磁影响主要包括容性耦合影响、阻性耦合影响和感性耦合影响等3个方面，通常都会在地下埋设输油输气管道，而且在施工和维护的过程中会采用分段接地的方式，所以基本上不会产生容性耦合影响。输油输气管道受到的交流输电线路的影响主要涉及以下几个方面的对象：

第一，对管道交流腐蚀的影响；

第二，对管道阴极保护设备的影响；

第三，对管道安全的影响；

第四，对人身安全的影响。

如果有短路的故障出现在交流输电线路中，其就会通过阻性耦合和感性耦合的方式导致输油输气管道出现合成干扰电压，从而极大地影响到管道的安全和人身安全。

1 以传输线理论为基础的计算感性耦合的方法

要将管道受到线路的感性耦合影响的传输线模型建立起来，其具有如下的频域电报方程

其中，该传输线模型的电流列矢量和电压列矢量分别用I（x）和V（x）来表示，该传输线模型的单位长并联导纳阵和串联阻抗阵分别用Y和Z来表示。要想对这个电报方程进行求解，首先必须要将线路的单位长并联导纳阵和串联阻抗阵算出来，在具体的参数计算中，需要分开计算地线和分裂导线，这样就可以使后续工作的计算量得以减小，针对该参数阵实施合并地线和分裂导线的计算，这样就可以简化该传输线模型，使其成为一根导管、一根地线和三相导线，Y和Z都属于5×5的矩阵。在正常运行时，线路的杆塔接地电阻具有较小的管道感性耦合电压影响，其可以忽略不计[1]。然而一旦线路短路，就会导致杆塔接地电阻发生改变，进一步造成杆塔入地电流出现变化，并对阻性耦合的大小产生影响，同时也会导致合成干扰电压出现变化，所以不能够忽略杆塔在线路短路故障时的接地电阻。

①处理杆塔接地电阻的集中参数的方法：埋地金属管道和架空电力线路两者之间具有N△l的并行距离，其中总的线路档数为N，线路档距为△l，从左到右线路的当属编号依次为1到N，假设单相接地短路故障现在线路的第p+1基杆塔的位置，杆塔接地电阻用R来表示，第i档传输线的电流、电压列矢量分别用Ii、Vi来表示，第i档传输线末端的电流、电压列矢量分别用I′i、V′i来表示。为了能够将传输线始端电压电流在第i档与第i+1档之间的递推关系建立起来，这时候就要选择多导体传输线的链参数阵将电压电流在线路始端和末端的关系建立起来，如下面的公式（3）[2]

因为第i+1档线路始端与第i档线路末端具有相同的电压，只有地线电流出现了变化，也就是

这样就可以得出

在该公式中，将元素1/R加入到单位阵的9行第4列中获得的矩阵就是B。将公式（3）代入到公式（6）中，就可以将传输线始端电压电流在第i档与第i+1档之间的递推关系公式建立起来[3]

采用级联的方式对各级传输线子系统进行处理，可以得到

变换公式（9）和公式（8），就能够将电压电流在线路末端和故障点的关系获得

通过变换公式（13）和公式（12），就可以获得故障点与末端之间、线路始端和故障点之间的电流电压关系

与故障点处和始末端的边界条件相结合，对其进行整理，就能够将传输线模型的节点导纳阵得到

在该公式中，流入到传输线故障点和始末端的电流列矢量为I，其属于已知量；传输线故障点和始末端的电压列矢量为U，其属于待求量；总的节点导纳阵为Y′。

通过计算的方式就可以将传输线故障点和始末端的电压列矢量计算出来，并且对传输线沿线的电压列矢量进行进一步的计算。通过这种方式就可以将传输线模型故障点和始端的沿线电压分布计算出来，同时还可以将末端与故障点的沿线电压分布计算出来。这样就能够将管道的沿线电压分布获得，相应位置的电压值与杆塔接地电阻的比值就是每基杆塔的入地电流[4]。

②接地电阻的分布参数等效计算：可以采用集中参数等效的方式对杆塔接地电阻进行处理，使其成为整个地线上的分布电阻，这时候就能够利用公式（17）将地线上的分布电阻计算出来r=R△l 在该公式中R和r属于杆塔接地电阻和单位长分布电阻，线路档距为△l。

并联传输线单位长导纳和分布电阻，也就是更新原单位长导纳参数阵，从而将新的传输线单位长导纳参数阵获得

在该公式中：新的地线单位长自导纳为Y44；旧的地线单位长自导纳为y4；分布电阻为r。

在公式（1）中带入新的阻抗阵和单位长导纳阵，就能够对该频域电报方程进行求解，从而将电压电流在传输线模型故障点处和两端的关系计算出来，见下面的公式（19）和公式（20）。

在变换公式（23）和公式（24）之后，就可以将线路的故障点与末端之间、始端和故障点之间的节点导纳阵获得，与故障点和始末端的边界条件相结合，就能够将传输线模型的节点导纳阵获得，如上面的公式（16）。

采用①当中的方法就能够对传输线模型故障点与始端之间存在的沿线电压电流进行计算，从而将短路故障时的杆塔入地电流和管道的感性耦合电压获得。

2 结语

综上所述，本文以多导体传输线模型为基础，提出了对输油输气管道的感性耦合计算方法，并对其进行了验证。与传统的电磁场分析方法相比，该方法更加快速和简便，与等效电路法相比，该方法更加准确和严谨。通过分析，本文还分析了埋地金属管道平行段重点和架空电力线路发生故障时的管道防腐层电压分布特性、杆塔入地电流和管道耦合电压。在故障点上，最大的是杆塔入地电流。管道防腐层电压会受到典型影响因素的影响，当平行距离和大地电阻率增大时，管道最大防腐层的电压也会随之增大。而且故障点两侧变电站的总故障电流对于管道最大防腐层电压也有着重要的影响，管道最大防腐层电压也会受到管道与线路平行段内部故障点位置的较大影响，特别是平行段中点对管道最大防腐层电压的影响更大。

参考文献

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[3] 王晓燕，赵建国，邬雄，张广洲，裴春明.交流输电线路交叉跨越区域空间电场计算方法[J].高电压技术，2011

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[4] 赵建宁，谷定燮，霍锋，曹晶，戴敏.高海拔地区500kV紧凑型线路过电压及防雷特性[J].高电压技术，2011（01）.

耦合模型篇7

1 物流业与城市化的耦合作用机制

物流业和城市化存在着与生俱来的耦合性, 一般来说城市化意味着社会经济更加活跃, 人口不断集聚、产业结构升级、人们生活方式和社会关系不断变化、城市布局更合理, 这些变化加大对物流业需求, 从而刺激物流供给, 加之有效的辅助, 会促进物流业整体发展;此外物流业的发展水平对地区的城市化的进程也有影响, 港口城市要发展成为国际化都市必须要拥有高效的物流系统, 物流业不仅能促进直接产业、间接产业和边缘产业的发展, 还促进整个供应链的协同, 调整城市的产业结构和布局, 提升集聚速度甚至对社会生活方式产生影响。而二者的相互影响和作用必然伴随着人流、物流、信息流、资金流和技术流的不断流动, 同时也对社会经济的主体—政府、企业和个人产生影响。关于物流业与城市化的耦合机理如图1。

2 物流业与城市化耦合评价分析

2.1 耦合评价模型

耦合度模型是从城市化与物流业两个独立系统来判定二者间的协同关系。如果两者的耦合度对于特定的指标来说数值大表示协调性强, 那么将这个指标称为正效应指标, 反之为负效应指标。在物理学的经典耦合理论基础上, 借鉴相关模型应用[12], 本文推广得到城市化和物流业的耦合度函数模型, 同时为了避免出现两个系统综合评价指数低但耦合度高的不客观评价情况, 也建立了城市化与物流业耦合协调度函数模型。模型如下:

上式中, 变量uij是第i个系统的第j个序参量, 作为系统的功效系数uij∈ (0, 1) , 表示满意程度;αij和βij是系统稳定临界点的上、下限值;u1和u2分别代表城市化和物流业系统各自的评价指数, λij为各指标的权重;C为耦合度;D为耦合协调度且D∈ (0, 1) , A和B为待定系数, 同取0.5。

事实上城市化和物流业是社会经济大系统的重要成员, 假定这个系统只有城市化与物流业两个子系统, 那么无疑这两个子系统的变化会导致整个系统的变化[13]。由于城市化和物流业演进的变化过程是一种非线性过程, 可以根据李雅普诺夫第一近似定理建立城市化与物流业系统的一般函数, 计算上利用MATLAB软件求出非线性拟合曲线方程, 从而可以求出系统演化方程和演化速度, 假设整个系统的演化速度函数为V, 那么就可以观察V来研究系统耦合度的演化。具体方法是在一个二维平面上, 以Vu和Vl为轴建立坐标系来描绘演化速度函数, 由于城市化进程变化没有物流产业变化迅速, 幅度偏小, 故V的轨迹为一椭圆, 而θ的取值可以判定整个系统演化状态以及城市化系统与物流业系统协调发展的动态耦合程度。公式如下:

上式中, f (u) , f (l) 分别是城市化和物流业系统的一般函数;ai, bj为指标权重;U和L是系统的演化方程;VU, VL分别为子系统的演化速度, 利用对演化方程求导得出, θ是大系统的演化耦合度;t为时间因素。

2.2 耦合类型评价标准

首先将系统耦合度分成六种类型, 当C=0时, 是无关状态;当0VL二者耦合明显, 但矛盾开始显露。

2.3 评价指标和权重

为了更好地反映两者的耦合协调关系, 本文利用CNKI数据库2000~2013年中175篇物流业和268篇城市化测度指标的文献进行统计, 从中选取频度较高的指标, 初步建立一个指标体系, 接着对指标进行独立性分析, 将关联性强的指标合并, 最后针对天津实际发展状况对筛选后的指标进行选择, 形成最终的指标体系。本文采用层次熵法来确定各指标的权重, 这是一种由决策者优先决定权重再使用熵技术修正的权重确定方法[15], 权重的计算公式如下:

上式中, ωj是综合指标权重, ωAj是层次分析法的权重, ωEj是用熵值法的权重, j表示指标的项数, 运用以上方法得到最终指标体系 (表1)

3 实证研究

3.1 案例区概况

天津发展物流业条件十分优越, 位于环渤海和京津唐经济圈的交汇点, 是沟通内陆和沿海辐射东北亚的轴心。上世纪80年代天津就定位发展成制造和物流中心, 2011年编制的《物流业发展“十二五”规划》提出将天津打造为北方冷链物流及水产品加工集散中心;2012年内陆无水港发展成23个, 大通关体系基本形成;2013年编制了《天津市一区三港现代物流基地建设发展方案》以更好的实现国际物流中心的目标。如下图2所示天津港口物流主要是由北疆、东疆、南疆、海河等几大港区物流组成, 各大港区的物流共同促进了天津的人口规模、就业结构、城市布局、经济和社会发展, 天津城市化也为物流业发展提供了经济、设施、服务以及人才保障。综上所述本文选取天津作为实证地, 以期为天津的物流业和城市化协调发展提供参考。

3.2 结果分析

本文数据来源于2002~2012年《天津统计年鉴》、《中国物流年鉴》和《中国城市统计年鉴》以及相关统计部门的官方网站, 对于无法直接获取的数据, 邀请五位相关研究领域的专家进行打分。根据上述方法分别计算出天津城市化和物流业的综合评价指数。

注:数据来源:天津统计年鉴、中国物流年鉴、中国城市统计年鉴。

从表2和图3中可知, 天津的城市化进程和物流业水平有了大幅度的提升。对两者综合评价函数值进行相关性分析, 相关系数是0.932, 显示天津市城市化与物流业发展有很强的耦合协调发展关系。观察u1、u2看出2006年两者的发展速度明显加快, 十一五发展城市经济和物流业的政策和规划明显见成效;2009年金融危机是天津港口物流受到影响, 是天津物流业发展受挫, 同时使城市化进程放缓;2012年天津城市经济和社会发展取得了很大进步, 物流业更是进入黄金发展阶段, 天津市物流业呈现反弹式增长。2002~2011年天津的城市化和物流业的耦合度一直处于颉颃耦合, 2012年进入到磨合阶段, 而两个系统的耦合协调度则反映出时序的特征, 2002~2003年处于低协调耦合阶段, 2004~2007年发展到中协调耦合, 2008~2012年达到高协调耦合阶段, 物流业与城市化协同效应得到逐步增强。

2007年以前天津城市化子系统和物流业子系统的演化速度表现出非同步性 (图4) , 2002~2008物流业系统的演化速度快速下降, 此间城市化系统发展速度滞后, 说明了天津市城市化发展水平还不能满足物流业的发展需求, 在一定程度上限制了天津市物流业特别是港口物流的发展。2007年以后两个子系统呈现同步趋势, 城市化的发展速度明显加快, 并高于物流业的发展速度, 天津城市化使城市经济和社会飞速发展、人口就业和空间布局结构更加合理, 为物流业特别是港口物流的发展提供了保障。2002~2012年系统耦合度处于第一象限, 由15.98°上升到50.03°, 经历了由初级协调、和谐发展和共同发展的变化, 耦合度在2007年最接近45°, 达到城市化子系统与物流业子系统耦合最佳状态, 2007年以后城市化发展迅速, 负面影响也对物流业的发展起到限制作用, 加之金融危机使之脱离了和谐发展的耦合状态, 2010年以来天津经济发展加速, 物流业水平不断提升, 物流业与城市化向着和谐发展的耦合状态发展。

4 耦合度预测

本文参考相关文献[16]选择RBF神经网络对城市化和物流业耦合发展情况进行预测, 利用MATLABR2012软件初步建立了基于RBF的天津城市化和物流业耦合发展预测模型, 将城市化和物流业综合发展指数作为输入, 其耦合度、耦合协调度和系统演化耦合度作为输出, 即输入层神经元为2, 输出层神经元为1。当建立的神经网络都基本稳定后将2002~2011年天津城市化与物流业耦合度、耦合协调度以及系统演化耦合度作为训练样本, 将2003~2012年的数据作为检验样本, 发现模拟值与实际值误差较小, 最后利用可行的神经网络预测未来五年两个系统的耦合发展程度, 结果如表3:

从表3可以看出:天津市在2013~2017年城市化与物流业的C、D和θ得发展趋于平缓, 基本以低度耦合和低水平协调为主。可见随后的几年天津城市化的发展依然保持在高水平, 但因此产生的交通、环境和地域面积问题也抑制了天津物流业的增长速度, 使二者的耦合协调程度保持在一个平稳的水平。

5 结论

本文从城市化和物流业的耦合关系出发, 阐述了两大系统间的作用机理, 建立了两系统间的耦合度模型和子系统间演化耦合度模型, 并以天津市为例分析天津城市化和物流业耦合发展程度, 得到天津城市化和物流业处于较高的耦合度和共同发展阶段的结果。本文还利用RBF神经网络对未来五年天津城市化和物流业耦合度进行预测, 指出天津物流业的发展受城市化的影响程度逐步加深, 政府企业和社会应该为天津物流业, 特别是滨海新区投入更过的人力、物力和财力, 保证天津国际航运和国际物流中心功能进一步提升, 从而能更好的促进天津的城市化进程。

摘要：随着天津城市化进程和物流业的迅猛发展, 二者的关系问题成为研究的焦点。研究从系统耦合的角度对二者的协调关系进行了分析, 建立了天津市物流业发展与城市化进程耦合综合评价体系, 利用耦合度模型、系统演化模型结合2002—2012年的数据对天津城市化和物流业的耦合关系进行评价, 同时利用RBF神经网络对未来五年天津城市化和物流业两个系统的耦合度进行预测。

耦合模型篇8

旅游经济的发展有自身运行的机制、结构与模式。在旅游经济网络中, 各节点之间的相互作用、相互影响、相互制约影响双方发展的现象称之为耦合, 此现象包括网络内部各节点之间的耦合和网络与社会环境之间的外部耦合两个方面。一个完整的旅游产业网络耦合体是由内部耦合和外部耦合有机叠加形成的动态复杂结构, 两个耦合层是基于经济交易、产业关联和知识共享等紧密联系在一起的, 任何一个耦合层的状况都对另一个耦合层面产生作用, 影响各层耦合功能, 各层网络结构中要素的高度耦合可以获得各子网络系统乃至整个产业网络系统功能的改善和提高, 同时也增加自身收益。

2 文献综述

对于旅游与交通耦合问题, 它是研究旅游交通的理论支柱, 是解决旅游业发展的瓶颈问题的关键。国外对旅游与交通关系的研究成果在广度和深度上均较国内丰富。Prideaux (2000) 通过论述距离、交通进入成本和目的地竞争力3方面作用分析了旅游发展与交通之间的关系。Gordon Waitt (1996) 分析了韩国交通部门和国家旅游公司市场营销的策略问题。L.J.Crampon建立了引力模型, 认为引力与旅游目的地资源吸引力大小以及旅游客源地与目的地之间交通便利程度密切相关。Luis和Gillmor也分别以模型分析和案例研究的形式阐述了相似的观点, 即连接旅游客源地与目的地之间交通方式和距离影响着旅游目的地吸引力, 进而影响旅游者的决策。

国内对于旅游交通的研究主要集中在空间网络及其影响上。对此, 陈颖慧 (2002) 、魏洁 (2003) 、杜晓凯 (2003) 对经济网络、旅游网络与交通网络的关联性进行定量或定性分析, 并就其适应性进行了综合评价。缪婧晶 (2003) 和吴刚 (2003) 分别从成本分析模型和价值工程理论研究旅游交通成本对旅游业的影响。孙莉芬、张席洲 (2005) 就旅游交通设施协同设计进行了理念层面上的探讨。赵瑜 (2002) 、戴继锋 (2003) 、任杰 (2004) 等通过预测旅游交通流量来分析交通流量对旅游交通的规划建设以及旅游者出行行为的影响, 而旅游线路和旅游交通设施布局合理与否也会对旅游者目的地选择与出行方式选择有一定影响。

3 旅游产业与区域经济耦合协调发展的作用机理

作为具有较强综合性的新兴产业, 旅游产业的发展带动所在区域的经济发展。同时, 区域经济的发展又为旅游产业提供了产业基础和保障, 两者相互促进, 互为背景, 协调发展。

旅游产业的发展可以增加国民收入, 提供了更多的就业机会。旅游产业本身就是包含多种服务内容的产业, 并且许多服务项目不是用现代手段就能取代人力的, 因而旅游产业所需的就业人数相对于其他产业要高得多。再加上旅游业的带动力较强, 除了自身迅速发展外, 游客在旅游消费过程中, 同时带动和促进区域相关行业的发展, 还能带动相关产业的发展, 增加相关产业的就业, 为社会提供较多的就业机会。旅游产业的发展有利于扩大区域间的经济合作与交流。

旅游产业的发展也依赖于区域经济发展水平, 需要一定程度和水平的区域经济作为基础和支撑条件。区域经济促进旅游产业发展的作用机理主要表现在两个方面。一方面, 从游客旅游实现的要素来看, 区域经济的发展增加了居民的收入, 改善了居民的生活方式, 为居民外出旅游提供了较高的收入、较长的休闲时间和较强的旅游动机, 为旅游产业的高速发展奠定了基础。区域经济发展为旅游产业的发展从基础设施的建设、软实力的提升等奠定了基础。

旅游产业为区域经济发展提供了动力, 而区域经济发展又为旅游产业的发展奠定了基础, 两者相互协调发展, 并且这种协调发展在相同的时间内、相同的空间上能够发挥更大的效应。

4 旅游产业与区域经济耦合协调模型

旅游产业与区域经济的发展是两者相互协调作用的结果。常用的协调度是通过测量静态系统间距离的大小, 来判断系统之间是否协调。当系统中存在多个子系统时, 采用μi表示, 其中i=0, 1, …n, 得到多个系统间相互作用的耦合度模型为:

假设E、T分别代表区域经济系统和旅游产业系统, E (x, t) 和T (y, t) 分别是度量它们发展水平的函数, 其中, x、y分别为系统E、T的特征向量, t是时间。区域经济和旅游产业的协调是指两个函数的相对离差系数c, c越小越好, 则:

undefined,

通过变形可以得到:undefined

根据undefined, 则当undefined越大时, c越小, 也就意味着E (x, t) 和T (y, t) 两系统之间的协调程度越好。当E (x, t) =T (y, t) 时, α=1, c=0, 此时两系统离差最小, 协调程度最好。所以, α在一定程度上反映了E (x, t) 和T (y, t) 的协调程度。

由于区域经济系统和旅游产业系统是两个复杂、动态变换的系统, 上述理论分析与现实中会出现不一致的情况, 是因为每个地区的区域经济系统和旅游产业系统都有交集、存在动态和非均衡式发展的特性。构建区域经济系统和旅游产业耦合的协调度模型, 可以反映出两个系统间的协调程度, 而且还能反映二者之间相对水平的高低, 因此, 修改模型如下:

undefined

其中, Q表示系统间的协调度, 取值范围为0≤Q≤1, Z表示系统的综合评价指数, 反映整体效益或水平, λ、η为待定系数。当Q=1时, 耦合协调度最大, 系统之间或系统内部要素之间达到良好共振耦合, 系统将趋向新的有序结构;当Q=0时, 耦合协调度极小, 系统之间或系统内部要素之间处于无关状态, 系统将向无序发展;当0

当E (x, t)

5 总结

旅游产业与区域经济之间存在着交互耦合关系, 它们都处于旅游产业—区域经济发展这个大的系统之中, 但作为两个子系统, 它们之间的相互作用存在着不同的耦合协调状况, 协调好旅游产业与区域经济发展之间的耦合关系是旅游产业与区域经济良性发展的基础。旅游产业与区域经济发展的耦合协调度, 是表征旅游产业与区域经济发展交互作用过程中序参量之间协同作用的强弱程度, 它体现出系统由无序走向有序的趋势。

坚持市场导向原则, 并维护生态环境的可持续发展, 创造安全、便捷、舒适的交通条件, 提高铁路客运能力, 并积极发展航空客运、港口客运, 同时在旅游旺季时期, 通过增开临客, 列车加挂车厢, 增开航班, 增加包机服务来提高运力。加强各交通部门间协作, 改变规划、公交、航空、水运、铁路等各部门条块分割的现状, 组建协调机制体系。优化、美化交通基础建设如在路面两侧进行景观设计, 既愉悦了游客, 又能为旅游企业、旅游城市作宣传。提升旅游交通中的安全质量和服务质量, 并尽快引入旅游交通自动化、信息化的管理方法, 提高效率、降低成本, 实现城市交通与城市旅游系统共同协调发展。

摘要：交通状况的好坏也直接影响到旅游者对旅游目的地的选择, 通过国内外相关学者的理论研究, 分析旅游经济和交通发展耦合的作用机制, 提出二者协调发展的数学模型, 为打造旅游经济和交通发展的和谐发展提供建议。

关键词：旅游经济,交通发展,耦合协调度,模型

参考文献

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[3]李旭.来华海外旅游者出行的选择偏好研究[D].西安:陕西师范大学, 2001, 1 (6) .

耦合模型篇9

建筑节能是全球建筑业发展的一个基本趋势, 也是建筑行业飞速发展的重要支撑。建筑节能是指在建筑物的规划、设计、建设、改造和使用过程中, 执行节能标准, 采用节能型的技术、工艺、设备、材料和产品, 提高保温隔热性能和采暖供热、空调制冷制热系统效率, 加强建筑物用能系统的运行管理, 利用可再生资源, 在保证室内热环境质量的前提下, 减少供热、空调制冷制热、照明、热水供应的能耗[1]。随着能源、材料的消耗, 国内外的研究学者都在探索新的节能方式, 如在建筑设计中重视外墙的保温隔热, 采用空心多孔砖或复合环保节能砌块, 杜绝钢门窗, 使用塑钢节能窗;引进太阳能地热供暖等。

国外在建筑的能源消耗调查分析上已经做得较为成熟, 我国在这方面起步较晚, 先后出现了以《绿色奥运建筑评估体系》和JGJ26-1995《民用建筑节能设计标准》为主的建筑节能评价文件, 制定了各项评价指标。前者从建筑的规划、设计、施工、运行等各个阶段, 从能源的消耗如水资源和材料的消耗上等各个方面进行综合评价。后者的节能指标涉及采暖、空调、降温、电气照明、炊事、热水供应等方面。

而目前我们对建筑耗能的测评和节能指标的测定仍停留在实验测评、专项标准对照的水平上, 至今还没有一个综合评价体系能够对住宅建筑能耗进行综合评价, 能全面反映能耗量、围护结构、采暖及空调设备、其他能耗设备、社会、环境、能源市场等各方面的综合影响。

重庆大学的杨玉兰和李百战[2]运用层次分析法对夏热动冷地区的建筑能效指标进行了分析, 他们的分析范围着重于建筑本身的围护架构及设备能效方面。湖南大学的郭瑞[3]在层次分析基础上建立了ECIPB (Energy Consumption Index of Public Buildings) 指标体系, 并在实际工程中得到了有效论证。香港大学的SAM C.M.HUI[4]提出了性能化方法和绩效评估理论来对节能建筑进行评估, 在实践中也取得了良好效果。青岛理工大学的洪文霞[5]教授把节能建筑评价重点放在了它的经济效益评价上。尽管现在国际上通用的评价指标有规定性指标和性能化指标, 但这些指标仍不能很好地和日益多样化的设计方案相适应。本文将灰色关联度和层次分析法相结合从建筑能效、环境保护、经济效益三个方面来评价建筑的节能水平, 以期为节能建筑提供更加全面的评价指标, 确定优秀的节能建筑方案。

1 构建建筑节能评价指标体系

结合当前建筑特征, 并参考规定性指标和性能化指标, 本文从以下三个方面建立节能建筑的评价指标体系, 分为三个层次, 一级评价指标集为Ui (i=1, 2, 3…n) , 二级评价指标集为Ui={Ui1, Ui2, Ui3…Uik}, 具体如表1所示。

2 建筑节能综合评价模型的建立

灰色关联分析的理论是我国著名学者邓聚龙教授于1982年提出的, 在灰色关联度模型建立过程中, 通过将各个评价数列和同一参考数列对比, 计算出关联度, 关联度最大的即为最优选择。层次分析法是美国运筹学家, 匹茨堡大学的A.L.Saaty教授于20世纪70年代提出的一种定性和定量分析相结合的系统分析方法, 主要是确定各指标的权重。将灰色关联度和层次分析相结合, 能够解决节能建筑评价指标系统中一些指标无法具体取值的问题, 易于得到多层次综合评价的具体结果。

2.1 计算灰色关联系数

灰色关联度是研究系统之间、因素之间关联性的一种方式, 是对灰色动态过程发展态势的量化比较分析的一种方法。它主要应用于时间序列数据, 根据序列曲线的相似程度来判断它们的关联程度, 若两条曲线的形状相似, 则关联度较大, 反之, 则关联度小[6]。将其应用在信息不完善的“灰色”领域内, 是非常合适的。

1) 设有m个评价对象 (节能建筑) , n个评价指标 (二级指标) 所形成的指标值的原始矩阵为:

2) 选定参考数列。选择最佳指标值Vxj组成参考数列Vx= (Vx1, Vx2, …Vxn) 。其中, 对效益型指标, 以最大值为最优, 对成本型指标以最小值为最优。

3) 对指标进行归一化处理。因为在多层次指标综合评价中, 各指标的量纲不尽相同, 可采用线性处理方法进行数值的归一化处理。

式中, miaxVij和miinVij分别表示第j项指标在m个评价对象中的最大值和最小值, 前者适用于效益型指标, 后者适用于成本型指标。设归一化处理后矩阵为:

4) 计算关联度系数。规范化处理后的参考数列为Wx= (Wx1, Wx2, …Wxn) , Wi= (Wi1, Wi2, …Win) (1≤i≤m) 是比较数列, 则两者之间的关联系数为:

式中, i=1, 2, …m;j=1, 2…n;ρ为分辨系数, ρ∈[0, 1], 一般取0.5.利用公式 (5) 计算出的关联系数ξij为第i个评价对象 (节能建筑) 的第j个指标与第j项最佳指标的关联系数, 可表示为矩阵:

2.2 层次分析法确定各节能指标对于目标的权重

层次分析法是通过将各层次因素进行对比分析, 采用1~9尺度进行对比分析构造判断矩阵, 最后得出各因素权重的系统分析方法。具体步骤如下:

1) 建立层次结构模型。将指标体系分为3个层次, 即目标层、准则层、措施层。

2) 确定各层因素的权重。因为各因素评价结果的影响程度不同, 我们采用1~9尺度通过两两比较的方法将各因素定量化, 运用数学运算方法求出各因素的权重。设该层A包含k个因素, 权重值分别为a1, a2, …ak。

3) 确定各子因素相对于总目标的权重值。

2.3 建筑节能综合评价分析决策模型

由上得出的关联度系数矩阵E结合n个评价指标相对于总目标的权重向量S= (S1, S2, …Sn) T, 则各节能建筑相对于最佳方案Wx的加权关联度, 即最终关联度为E'=E·S= (ξ1, ξ2, …ξm) 。

3 建筑节能评价模型的实证研究

选取湖北省四个典型节能建筑A、B、C、D进行评价, 分别为居住建筑、中小型公共建筑、大型公共建筑和国家机关办公建筑, 各项指标取值通过参照中国建筑业统计年鉴、直接调查和专家函询方式得到。基本数据如表2所示:

表2中, C3数据表示各个建筑的体形系数, C4由围护结构的传热系数表示, C7显示幕墙面积占外墙面积的比率, C9通过专家函询方式得到, 并采用10分制, C10表示可再生能源占建筑能耗的比例, C11表示建筑的“占地系数”。根据公式1和2对原始数进行归一化处理, 结果如表3所示。

由公式3得关联度系数表如表4所示。

由层次分析法得到的各指标的权重为:

4 结语

如今节能建筑已然成为建筑行业的必然趋势, 对节能建筑的行业要求也在不断提高, 如何更为全面地对建筑进行节能评价, 对合理选择最优化的节能建筑方案是十分关键的。而节能建筑影响因素多, 影响范围大, 应用耦合的灰色关联度和层次分析法从建筑本身损耗及对外影响上进行综合评分, 本评价方法的设计, 解决了法律规定硬性指标不全面的问题, 更能准确有效地评估节能效果, 为决策者进行优秀的节能建筑方案的选择提供了有力的依据。

[ID:001024]

摘要：如今, 随着我国经济飞速发展, 能源短缺问题日益凸显, 而我国正处于建设高峰期, 建筑能耗占我国能耗量的近30%。本文通过构造建筑节能评价指标体系, 建立了基于耦合的灰色关联度和层次分析法的决策模型, 并通过典型建筑案例进行实证, 对建筑节能进行综合评分, 得出最优化的设计方案, 为选择高效节能建筑提供了行而有效的方法。本研究为决策者准确地评估节能效果, 选择优秀的节能建筑提供了有力的理论依据。

关键词：建筑节能,灰色关联度,层次分析,耦合,综合评价

参考文献

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基于加性耦合连接的PCNN模型篇10

Eckhorn在1990年根据猫的大脑视觉皮层同步脉冲发放现象,提出了展示脉冲发放现象的连接模型[1]。1999年,Johnson以Eckhorn的连接模型为基础,发表了脉冲耦合神经网络(PCNN)及其应用[2]。PCNN既考虑到空间累加,也考虑到时间累加,并能模仿生物神经元的疲劳与不应期,因此PCNN比传统人工神经网络更好地模仿了生物神经元[3],在图像处理[4,5,6],语音增强[7]等方面具有广泛的用途。

PCNN模型参数较多,包含2个等长卷积,在硬件实现中比较复杂。PCNN改进模型均基于乘性耦合,模型本身不能提供迭代停止条件。

1 PCNN模型基础

PCNN模型基本模型[2,3,4,5]:

$\begin{array}{l} F_{i, j} [n] = e^{- α F} F_{i, j} [n - 1] + V_{F} \sum_{k l} Μ_{i, j, k, l} [n - 1] + S_{i, j} (1) \\ L_{i, j} [n] = e^{- a L} L_{i, j} [n - 1] + V_{L} \sum_{k l} W_{i, j, k, l} Y_{k, l} [n - 1] (2) \\ U_{i, j} [n] = F_{i, j} [n] (1 + β L_{i, j} [n]) (3) \\ Y = {\begin{matrix} 1 ‚ & U_{i, j} [n] > E_{i, j} [n] \\ 0 ‚ & 其他 \end{matrix} (4) \\ E_{i, j} [n] = e^{- a E} E_{i, j} [n - 1] + V_{E} \sum Y_{i, j} [n] (5) \end{array}$

式中S为输入矩阵。

无耦合连接情况下,连接系数β=0,反馈VF=0, PCNN的运行行为是各神经元相互独立运行的组合。式(1)～(3)可以简化为[5]:

$\begin{array}{l} F_{i, j} [n + 1] = e^{- a F} F_{i, j} [n] + Ι_{i, j} [n] (6) \\ U_{i, j} [n] = F_{i, j} [n] (7) \\ Y = {\begin{matrix} 1 ‚ & U_{i, j} [n] > E_{i, j} [n] \\ 0 ‚ & 其他 \end{matrix} (8) \\ E_{i, j} [n + 1] = e^{- a E} E_{i, j} [n] + V_{E} \times Y_{i, j} [n] (9) \end{array}$

在PCNN的基础上,提出了多种改进算法:如快速连接PCNN模型[8]用于人脸识别取得了较好的效果,多门限值修正PCNN模型用于液体注入检测满足了医学制药的检测[9]。ICM模型(交叉皮层模型)在PCNN的基础上演化而来[10],其最小系统包括2个耦合振荡器,少量的连接和一个非线性函数。这个系统可以由以下3个方程描述[5,10]:

$\begin{array}{l} F_{i, j} [n + 1] = f F_{i, j} [n] + W {Y}_{i, j} (10) \\ Y_{i, j} [n + 1] = {\begin{matrix} 1 ‚ & F_{i, j} [n + 1] > Θ_{i, j} [n] \\ 0 ‚ & 其他 \end{matrix} (11) \\ Θ_{i, j} [n + 1] = g Θ_{i, j} [n] + h Y_{i, j} [n + 1] (12) \end{array}$

式中:F是神经元状态;Y是输出;Θ是动态阈值状态;参数f和g小于1.0,且为了确保阈值最终能够小于神经元状态而产生脉冲发放,需要g<f;h值很大,当神经元激发兴奋时阈值将突增[10]。

2 基于加性耦合的PCNN模型

一般地,在无耦合连接的PCNN模型中,U,L,E初值设为0,aE,aF通常设定为常数,PCNN表现出一定的周期性[5]。在PCNN输入端,通常采用单层感知器加权输入模型,加权之后,单个神经元产生的结果不但与该神经元的作用有关联,还与相邻神经元相关联。如果假设输出结果只与输入神经元相关联,则PCNN模型可以改变为:

$\begin{array}{l} F_{i, j} [n + 1] = e^{- a F} F_{i, j} [n] + Ι_{i, j} [n] (13) \\ U_{i, j} [n + 1] = U_{i}_{, j} [n] + F_{i, j} [n] (14) \\ Y = {\begin{matrix} 1 ‚ & U_{i, j} [n] > E_{i, j} [n] \\ 0 ‚ & 其他 \end{matrix} (15) \\ E_{i, j} [n + 1] = e^{- a E} E_{i, j} [n] + V_{E} \times Y_{i, j} [n] (16) \end{array}$

3 试验结果

使用乘性耦合连接,无耦合连接以及加性耦合PCNN模型,在Matlab 2010a环境下对图1的lenna灰度图片进行了处理。使用乘性耦合连接时,结果如图2所示(N=16,熵=0.995 7,aF=0.10,β=0.2),由于采用了等长卷积,且迭代次数多,运算量相对较大。使用无耦合连接时,结果如图3所示(N=13,熵=0.848 9, aF=0.15),迭代次数比耦合连接减少。一般地,当连接系数β较小时,耦合程度很低,使用耦合连接与无耦合连接时,处理结果相差较小,但使用无耦合连接迭代次数少,无等长卷积运算,计算量相对较小。使用加性耦合连接时,结果如图4所示(N=9,熵=0.996 1,aF=0.15)。从处理效果来看,与耦合PCNN和无耦合PCNN的效果相比差别较小,其熵与耦合PCNN处理后图像熵基本一致,略大于无耦合PCNN图像熵,如表1所示。

当无耦合连接时,从图5,图6可以看出PCNN呈周期性,模型没有停止机制。使用加性耦合连接时,从图7、图8可以看出,原来的周期性已经消失,图8熵到达最大值后,逐渐减小。

以lenna为例,当迭代次数N>10时,点火频率高,时间签名变化减小,最后导致全部点火;熵也随N的增大而减小,最后趋于0。

4 结语

实验表明,使用加性耦合代替了无耦合PCNN模型的乘性耦合,神经元点火方式发生了变化,图像分割效果与耦合和无耦合连接PCNN相比,差别较小,其熵与乘性耦合处理结果熵基本一致;使用加性耦合后,无耦合连接PCNN呈现的周期性消失,为PCNN的参数选择提供了停止条件,减少了不必要的循环次数。并且使用加性耦合保持了PCNN时间签名和熵的旋转不变性、缩放不变性等一些特性,保持了PCNN在时间和空间的积累。相比较弱耦合连接PCNN模型和无耦合连接PCNN模型,加性耦合连接的模型迭代次数少,无等长卷积运算,计算量较小,更加易于FPGA等硬件实现。

参考文献

[1]ECKHORN R,REITBOECK H J,ARNDT M,et al.Fea-ture linking via synchronization among distributed assem-blies:simulations of results from cat visual cortex[J].Neural Computation,1990,2:293-307.

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[9]ZHOU Liang,SUN Yu,ZHENG Jian-guo.Automated co-lor image edge detection using improved PCNN model[J].WSEAS Transactions on Computers,2008,l7:184-189.

耦合模型篇11

关键词：安全度,交通安全度模型,车路耦合,制动器

道路交通安全问题是一个关系到人民生命财产的重大问题,也是一个复杂的系统问题,它涉及到人、车、路、环境和管理等多方面因素。 “道路交通安全度”就是针对道路运输系统中各因素间的协调状况所决定车辆运行安全程度的一种客观的度量。显然,4个因素间的关系是确定道路交通安全度的重要环节。但是,在这4个因素中,人的因素是最为复杂、最具有主观性的因素,研究的难度相对较大。而车、路因素,相对而言却属于客观性因素。因此,把研究重点放在车辆和道路之间的协调问题上,就可以对基于车路耦合的道路交通安全度开展研究。

1 道路交通安全度的概念

交通安全度即交通安全的程度,是使用各种统计指标或者交通运行参数,通过一定的运算方式来评价的客观交通安全情况[1]。从车辆运行因素的角度上强调的安全度,是根据车辆参数、行驶速度、道路参数和环境条件等因素与制动器温度、车辆横向稳定性的内在关系所确定的安全程度值。

由于“安全度”是一个可以用数量描述系统安全程度的量。不管它具体取多大和多小的值,总是有2个极限端,绝对安全,绝对危险。在现实中,百分之百的安全在客观上是难以实现的,实际存在的只能是一定程度上的安全,也就是相对安全[2]。

2 行驶车辆安全分析

建立安全度模型的前提条件则是研究各要素间的关系或者安全度与各要素的各个因素间的关系。对基于车路耦合的安全度来说,主要考虑由车辆与道路因素之间关系所确定的安全度。

设S为基于车路耦合的安全度,则可以用以下关系表示安全度模型的定性关系:

$S = f (v, G, h_{g}, j, Τ; i, l, R, φ)$

式中:v为车速;G为车重;hg为车重心高度;j为制动减速度;T为制动器温度;i为道路坡度,i>0为上坡;i<0为下坡;i=0为平路;l为道路坡度长度;R为弯道半径;φ为道路的路面附着系数。

2.1在直道长下坡时,基于制动器不失效的安全分析

下坡制动时,汽车的力平衡方程式为

$F_{t} = F_{f} + F_{w} + F_{i} + F_{j} + F_{b} (1)$

式中:Ft为汽车发出的驱动力(传动系统被中断时Ft=0);Ff为滚动阻力;Fw为空气阻力;Fi为坡道阻力;Fj为加速阻力(减速时Fj<0);Fb为作用于车轮上的制动力。

从下坡制动车辆受力分析(见图1),得出如下动力学方程:

$\begin{array}{l} δ \cdot m \cdot \frac{d v}{d t} = \frac{Τ_{t g} i_{g} i_{0} η_{Τ}}{r} - F_{w} - F_{b 1} = F_{b 2} - F_{u}^{´} + \\ G \cdot \sin α - \frac{Τ_{f 1} + Τ_{f 2}}{r} (2) \end{array}$

式中: $δ = 1 + \frac{\sum Ι_{w}}{m \cdot r^{2}} + \frac{Ι_{f} \cdot i_{g}^{2} \cdot i_{0}^{2}}{m \cdot r^{2}}$ ,Iw为车轮的转动惯量,If为飞轮的转动惯量;Fb1、Fb2分别为作用于前后车轮上的制动力;F′u为发动机内阻力矩换算到驱动轮上的制动力, $F_{u}^{´} = \frac{Τ_{e r} i_{g} i_{0}}{η_{Τ} r} ‚ Τ_{e r}$ 为发动机内阻力矩ηT为从发动机到驱动轮的传动效率;Tf1、Tf2 分别为作用于前后车轮上的滚动阻力偶矩;i为道路坡度,i=tan a;v为车速;t为汽车在本坡段的行驶时间。

设选择汽车的总质量为m,总重量为G,则汽车在直道长下坡过程中所有车轮制动器消耗的总能量随时间变化的关系为Q(t)。据此可分析汽车在下坡过程中制动器温升与汽车速度、制动时间、坡度、坡道长度等参数之间的关系。

设下坡时发动机处于怠速油门状态,输出的驱动转矩可忽略不计,于是,由能量平衡关系有:

$\begin{array}{l} Q (t) = G \cdot Η (t) - {\frac{1}{2} m \cdot v_{t}^{2} - \frac{1}{2} m \cdot v_{o}^{2}} - \\ [F_{b 1} \cdot s_{φ 2} + \frac{Τ_{f 1} (1 - s_{φ 1}) + Τ_{f 2} (1 - s_{φ} 2)}{r} + F_{u}] \frac{Η (t)}{\sin a} (3) \end{array}$

式中:v0为车辆的初速度;vt为车辆在t时刻的速度;sφ1、sφ2为滑移率;H(t)为试验坡段高程。若lS表示车辆下坡行驶的长度,ts表示下这段坡道所用的时间, $\bar{v}$ 为下坡的平均车速,则有:

$Η (t) = l_{s} \cdot \frac{i}{\sqrt{1 + i^{2}}} = \bar{v} \cdot t_{s} \cdot \frac{i}{\sqrt{1 + i^{2}}}$

依据能量守恒定律,推导出车轮制动器在制动时的摩擦生热计算公式(单个前轮制动器产生的热量为QF,单个后轮制动器产生的热量为QR):

$\begin{array}{l} Q_{F} (t) = \frac{β}{2} \cdot Q (t) (4) \\ Q_{R} (t) = \frac{1 - β}{2} \cdot Q (t) (5) \end{array}$

式中:β为制动力分配系数。

制动器制动过程前轴车轮和后轴车轮的辐射换热量分别为Q1F和Q1R(不加以区分时,用Q1表示),前轴车轮和后轴车轮的对流换热量分别为Q2F和Q2R,(不加以区分时,用Q2表示)。

若前后制动器质量分别为mF和mR,比热容为c,则制动器温升计算公式为[3]:

$\begin{array}{l} Δ Τ_{F} = \frac{Q_{F} (t) - (Q_{1 F} + Q_{2 F})}{m_{F} \cdot c} (6) \\ Δ Τ_{R} = \frac{Q_{R} (t) - (Q_{1 R} + Q_{2 R})}{m_{R} \cdot c} (7) \end{array}$

其中辐射、对流换热公式为:

$Q_{1} = \frac{σ_{b} A [Τ_{1}^{4} - Τ_{2}^{4}]}{\frac{1}{ε} + \frac{A}{A_{1}} (\frac{1}{ε_{2}} - 1)} (8)$

式中:T1、T2分别为制动鼓外表面和外掠空气的热力学温度,K;σb为黑体辐射常数;A、A1又为斯蒂芬玻尔兹曼常数,分别为制动鼓的外表面面积和轮辋的内表面面积,m2;ε1、ε2分别为制动鼓材料和轮辋材料的黑度。

$Q_{2} = h A (t_{w} - t_{f}) (9)$

式中:h为对流换热系数,W/(m2·℃);A为制动鼓外表面面积,m2;θw、θf分别为制动鼓外表面温度和外掠流体温度,℃。

当制动器温升ΔTF和ΔTR不超过制动器工作安全极限温度,则汽车制动器不会失效,从这个因素讲,汽车行驶的安全度高。若制动器工作安全极限温度为(TF)max和(TR)max,则在t时刻,由安全性条件 ΔTF≤(TF)max和ΔTR≤(TR)max和式(3)～(7)可推出汽车前制动器和后制动器不失效所对应的安全车速与道路坡度、长度、车辆总质量等参数间的关系分别为: 前制动器工作安全极限温度限制的车速:

$\begin{array}{l} v_{u F} \leq (\frac{2}{m})^{1 / 2} (\frac{G \cdot l_{s} \cdot i}{\sqrt{1 + i^{2}}} - \frac{F_{f} \cdot l_{s} \cdot i}{\sin α \cdot \sqrt{1 + i^{2}}} + \\ \frac{m \cdot v_{0}^{2}}{2} - \frac{2 ((Τ_{F})_{\max} \cdot m_{F} \cdot c + Q_{1 F} + Q_{2 F})}{β})^{1 / 2} (10) \end{array}$

后制动器工作安全极限温度限制的车速:

$\begin{array}{l} v_{t R} \leq (\frac{2}{m})^{1 / 2} (\frac{G \cdot l_{s} \cdot i}{\sqrt{1 + i^{2}}} - \frac{F_{f} \cdot l_{s} \cdot i}{\sin α \cdot \sqrt{1 + i^{2}}} + \\ \frac{m \cdot v_{0}^{2}}{2} - \frac{2 ((Τ_{R})_{\max} \cdot m_{R} \cdot c + Q_{1 R} + Q_{2 R})}{β})^{1 / 2} (11) \end{array}$

式中:Ff=Fb1·sφ1+Fb2·sφ2+ $\frac{Τ_{f 1} (1 - s_{φ 1} + Τ_{f 2} (1 - s_{φ 2}))}{r}$ +Fu

当实际车速均小于式(10)和(11)所表达的临界安全车速时,才能保证车辆在下坡制动过程中不因制动器过热而失去安全性。式(10～11)也反映了在确保制动器不过热失效的条件下,安全车速与道路、车辆参数间的耦合关系,反映了车和路对车辆运行安全耦合关系的一个方面。

2.2在长下坡和弯道的组合道路上,车辆横向不失稳的安全分析

通过汽车交通事故的分析,发现事故多是在弯道处发生横向滑移(侧滑)或者侧翻。因此,汽车下长坡后进入弯道时,只要车速小于侧滑或侧翻的临界车速,其横向的平衡就能满足,从这个意义上讲,弯道交通安全度就较高。下面先根据车辆在弯道行驶的受力情况来确定车辆侧滑和侧翻的临界车速,然后结合长下坡车速与制动器温升、坡度、坡长等参数的关系,建立汽车行驶的安全车速,并提供弯道半径的安全设计依据。

1) 发生侧滑的临界车速vhmax 。

设汽车转向的极限稳定车速为vhmax,γ为弯道的横向坡度角,iγ为弯道的横向坡度,则汽车在弯道上受到的横向力[4]:

$F_{1} = m \frac{v_{h m a x}^{2}}{R} \cdot \cos γ - G \cdot \sin γ (12)$

式中:R为弯道半径。

路面对车轮的附着极限为:

$F_{2} = (m \cdot g \cdot \cos γ + m \frac{v_{h m a x}^{2}}{R} \cdot \sin γ) \cdot φ$

其极限状态为:F1=F2,可得:

$\begin{array}{l} v_{h m a x} = \sqrt{R \cdot g \cdot (\frac{φ + \tan γ +}{1 - φ \cdot \tan γ})} = \\ \sqrt{R \cdot g \cdot (\frac{φ + i_{γ}}{1 - φ \cdot i_{γ}})} (13) \end{array}$

2) 发生侧翻的临界车速vfmax 。

汽车在弯道上行驶时,当一侧车轮受到的地面反作用力为零时,即为车辆发生倾覆的临界状况。可通过数学表达式来说明。

$\begin{array}{l} (\frac{m \cdot v_{f m a x}^{2}}{R} \sin γ + G \cdot \cos γ) \frac{B}{2} = \\ (\frac{m \cdot v_{f m a x}^{2}}{R} \cos γ - G \cdot \sin γ) h_{g} (14) \end{array}$

由上式可得:

$\begin{array}{l} v_{f m a x}^{2} = \sqrt{g \cdot R (\frac{B + 2 h_{g} \cdot \tan γ}{2 h_{g} - B \cdot \tan γ})} = \\ \sqrt{g \cdot R (\frac{B + 2 h_{g} \cdot i_{γ}}{2 h_{g} - B \cdot i_{γ}})} (15) \end{array}$

式中:B为轮距;hg为汽车重心高度。

3) 长下坡与弯道组合道路上的安全性条件。

设在t时刻,汽车刚好下完长坡,此时的车速由公式(3)可得:

$v_{t} = \sqrt{2 \cdot \frac{G \cdot Η (t) - Q (t) + \frac{1}{2} m \cdot v_{0}^{2} - F_{f} \cdot \frac{Η (t)}{\sin α}}{m}} (16)$

由式(4)～(7)可推导得:

$\begin{array}{l} Q (t) = 2 (Δ Τ_{F} m_{F} c + (Q_{1 F} + Q_{2 F}) + \\ Δ Τ_{R} m_{R} c + (Q_{1 R} + Q_{2 R}) (17) \end{array}$

分析可知,长下坡与弯道组合道路上的安全性条件是:在汽车前后制动器温升ΔTF和ΔTR不超过制动器工作安全极限温度的前提下,由式(16)计算预测的车速vt应满足条件:

$v_{t} ＜ v_{\max} (18)$

式中:vmax=min(vhmax,vfmax)。

若将式(13)和式(15)分别代入条件式(18),可得到在制动器温升不超过安全极限条件下,弯道半径与汽车参数和道路参数间的关系:

$\begin{array}{l} R ＞ 2 \cdot \frac{G \cdot Η (t) - Q (t) + \frac{1}{2} m \cdot v_{0}^{2} - F_{f} \cdot \frac{Η (t)}{\sin α}}{g \cdot m} \times \\ \frac{1 - φ \cdot i_{γ}}{φ + i_{γ}} (19) \end{array}$

式(19)可作为山区道路安全性设计的一个依据。

2.3 在盘山公路下坡时,车辆的安全性分析

在盘山公路下坡,汽车的车速不象在长下坡时保持匀速或者加速,而是处于变速状态:弯道前减速,弯道上低速,短直道上加速或者匀速,因此,制动器使用频繁,其安全条件是:在保证满足弯道不侧滑、不侧翻条件(13)和(15)的同时,还应确保前、后轮制动器满足温升限制条件(10)和(11)。

3 安全度模型

通过对山区道路行驶车辆安全状况的分析知,影响安全主要因素为:制动器温度高低和车辆弯道行驶时的稳定状况。由于在整个行驶的过程中,两个因素是否同时存在,取决于道路线型。描述安全与危险的指标分别是安全度与危险度,两者之间存在的关系可简单表示为:安全度=1-危险度[1]。

1) 设前、后制动器安全工作温度分别为TF0和TR0,失效温度分别为TFY和TRY,则可定义在长下坡时,以制动器不失效为准则的安全度模型为:

$\begin{array}{l} S_{B R Κ} = 1 - \max {\frac{(Τ_{C W} + Δ Τ_{F}) - Τ_{F 0}}{Τ_{F Y}}, \\ \frac{(Τ_{C W} + Δ Τ_{R}) - Τ_{R 0}}{Τ_{R Y}}} (20) \end{array}$

式中:TCW为制动器在常温(不制动)时的测量温度,ΔTF和ΔTR分别为制动过程中前后制动器的理论温升值或者称为温升预测值,由模型公式(3)～(9)确定。

2) 在坡道和弯道组合道路上,根据前后制动器不失效和车辆弯道行驶横向稳定性得到的计算车速值,则可按以下原则确定车辆在坡道及弯道组合时的行驶是否安全。

vt=min(vtF,vtR), vmax=min(vhmax,vfmax)

当vt<vmax时,车辆是安全的;

当 vt≥vmax时,车辆是不安全的。

因此,可定义制动器不失效、车辆横向不失稳的安全度模型为:

$S_{V C} = 1 - v_{t} / v_{\max} (21)$

式(20)和(21)即为山区车辆行驶时的安全度模型。在确定了道路参数、车辆参数和环境气候参数后,可通过上式及其文中的相关公式计算安全度的具体值,据此预测车辆在山区道路行驶中安全性的好坏。

4 结束语

本文从车路耦合关系提出了山区道路行驶车辆安全度的概念。分别分析制动器不失效的安全性、车辆横向不失稳的安全性,据此建立了车辆行驶安全度模型。利用该模型预测车辆在山区道路上行驶的安全状态,进而可以对山区道路行车安全预警,使驾驶员能更好的了解车辆行驶的安全程度。该模型不仅为交通安全的预警和控制提供理论基础,同时可为道路设计提供理论参考依据。轮胎气压的高低也是影响车辆安全性一重要因素,由于篇幅有限,文中没有作分析。

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刚柔耦合模型07-06

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