DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 3. 改进的蚁群算法 3.1. 基本蚁群算法 基本蚁群算法在灭火机器人多火源路径规划的应用主要包括移动规则和信息素更新规则 [ 6 ]。根据移动规则，蚂蚁k由当前栅格i转移到下一栅格j时的转移概率 p i j k ( t ) 如下： p i j k ( t ) = { [ τ i j ( t ) ] α × [ η j ( t ) ] β ∑ v ∈ a l l o w e d k [ τ i v ( t ) ] α × [ η j ( t ) ] β ，       j ∈ a l l o w e d k 0 ，                                                                                     j ∉ a l l o w e d k (3) 其中 η j = 1 d j ， η j ( t ) 为启发式函数， d j = ( g y − j y ) 2 − ( g x − j x ) 2 ， d j 表示栅格点j与终点g的几何距离。 a l l o w e d k 表示蚂蚁k下一步转移可选择的栅格集； τ i j ( t ) 表示由栅格i转移到栅格j路径上的信息素浓度；由栅格j转移到终点g的距离 d j 的倒数决定； α 为信息启发式因子，表示信息素的重要性； β 为期望启发因子，表示路径上启发性信息的重要性。 信息素更新规则要求每一次迭代后，为了避免残留信息过多使得算法陷入局部最优，要对蚁群所经路径进行信息素更新，信息素的更新规则如下： τ i j ( t + 1 ) = ρ τ i j ( t ) + ∑ k = 1 m Δ τ i j k (4) Δ τ i j k = { Q L k ， 第 k 只 蚂 蚁 在 时 刻 t 和 t + 1 之 间 经 过 ( i ， j ) 0 ， 否 则 (5) 式中 Δ τ i j k 为蚂蚁k在路径 ( i ， j ) 中留下的信息量；m为蚂蚁数量； ρ 为信息素挥发系数，取值为0到1；Q为常量，表示蚂蚁所留信息素强度； L k 为蚂蚁k在本次循环中走过的路径总长度。 3.2. 多火源灭火次序规划 在灭火机器人实际工作过程中，由于当前点到各个火源的距离不相等、火源的火势不同，因此在规划每条线路前必须先合理的规划出灭火顺序。此问题为从出发点开始找到一条路径能够遍历所有的点，且这条路径所有边的权值之和为最优值，因此可以视作TSP问题，即旅行商问题。 在蚁群算法中，启发式函数 η i j 的值表示蚂蚁k由栅格i转移到栅格j的期望程度，对于多火源次序规划问题，转向下一点的期望程度应考虑路径的长度、火势的大小和火源的危险系数，因此构建综合权值函数对启发式函数进行改进。 R i j ( d ， b ) = d i j × b j (6) b j = 1 s j × w j × a j (7) η i j = 1 R i j ( d i j ， b j ) (8) 其中 R i j ( d ， b ) 为节点间路径综合权值，权值越小，则路径长度越短、火焰因子越小，蚂蚁k由栅格i转移到栅格j的期望程度就越高；d为节点间的几何距离；b为火焰因子，由火焰面积s、火焰强度w、危险系数a乘积的倒数决定。 改进启发式函数后，将蚁群算法应用在TSP问题中解决多火源灭火次序规划问题的算法关键步骤如下： 1) 以起点和火源所在的栅格中心为点，构建有向连通图； 2) 用综合权值函数 R i j ( d ， b ) 计算各点之间边的权值； 3) 每次迭代前将所有蚂蚁放置在起点； 4) 蚂蚁根据转移规则，即公式(3)和公式(10)选择下一节点； 5) 蚂蚁每前进一步更新相应的禁忌表； 6) 所有蚂蚁找到终点后，当前迭代结束，并更新信息素； 7) 迭代次数加1，若未达到设定的迭代次数，转向步骤(3)； 8) 设定的迭代次数完成后，得出最优灭火次序。 3.3. 路径搜索 宏观上规划出最佳灭火次序之后，接下来在栅格地图上规划依次到达每个火源的具体灭火路径。由于基本的蚁群算法存在易陷入局部最优解、收敛速度慢等不足，随着问题规模的增大，算法的缺陷会对最优解产生很大影响，因此针对这些问题对蚁群算法进行改进。 在基本的蚁群算法中，蚂蚁采用随机概率选择节点。虽然增强了算法的全局搜索能力，但降低了收敛速度。为此对转移概率公式 [ 10 ] 进行如下改进： { p i j k ( t ) = [ τ i j ( t ) ] α × [ η j ( t ) ] β ∑ v ∈ a l l o w e d k [ τ i v ( t ) ] α × [ η j ( t ) ] β ， r > r 0 j = arg max { [ τ i v ( t ) ] α × [ η j ( t ) ] β } ， r ≤ r 0 (9) 上式中 r 0 为取值0.6~0.8的常数，表示变异阈值；r为0~1的随机值。改进后既可以保证算法以较小的概率按随机比例选择节点，增强跳出局部最优解的能力，又能使蚁群以较大的概率选择信息素浓度与期望函数乘积最大的节点，确保蚂蚁选择的方向性，提升算法收敛性能。 3.4. 多指标路径评价函数 宏观上规划出最佳灭火次序、微观上规划出灭火的具体路径后，需要按一个标准评价整体路径。由于灭火机器人在消防过程中需要拖着沉重的水带，转向会浪费大量时间，因此在评价路径时，不仅要考虑路径的长度，还要考虑转弯所消耗的时间。为此建立如下多指标路径评价函数： V ( d ， r ) = ∑ i = 1 n d i × r i r i = { 1 ， 第 i 步 不 转 向 1.2 ， 第 i 步 转 向 (10) 式中 V ( d ， r ) 是路径评价函数，计算得出的值越小，则这条路径的质量越好； d i 表示第i步的机器人行进的距离； r i 是转向因子；n为机灭火器人行进的总步数。 3.5. 改进的蚁群算法流程图 首先进行本问题的环境建模，确定灭火机器人的起点和各个火源的位置。接下来将改进后的启发式函数应用进TSP问题中，求解出多个火源的灭火次序。然后对蚁群算法的转移概率公式进行改进，规划出到达各个火源的具体路径。最后分别将基本蚁群算法和改进的蚁群算法得出的路径带入到构建的路径评价函数中，根据函数的值和路径规划图得出结论。改进的蚁群算法流程图如图3所示。 图3. 改进蚁群算法流程图
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user: 4. 仿真实验 为验证改进的蚁群算法在灭火机器人路径规划中的有效性，使用MATLAB进行仿真实验。按照公式(1)和公式(2)进行环境建模，蚁群算法中所取的相关参数为：蚂蚁数目 m = 50 、迭代次数 K = 100 、 ρ = 0.3 、 α = 1 、 β = 7 。各火源的火势参数如表1。 Table 1 Fire parameters of each fire sourc 火源点 火源面积 火源强度 危险系数 火焰因子 A 1 1 1 1 B 0.75 1.2 2 0.56 C 0.5 1.5 3.5 0.38 D 0.25 1.3 2.05 1.5 表1. 标准试验系统结果数据 基本蚁群算法中的启发式函数与路径长度相关，针对多火源的灭火问题，改进的蚁群算法还考虑了火源的火势情况，根据3.2部分设计的算法得出的灭火次序如图4所示。 图4. 两种算法解得的灭火次序对比 将表1的数据代入公式(5)和公式(8)中计算得知，采用基本算法中最短路径优先规划策略得出的几何路径长度为31、综合权值为24.45，而采用改进算法中最佳综合权值优先规划策略得出的几何路径长度为34.5，综合权值为21.47。改进算法所解得的灭火次序在几何路径长度上稍差于基本算法，但综合考虑多种因素，改进算法优化性能相较基本算法得到提升。 为了更直观的对比以上两种灭火次序，计算出灭火次序中每条边的综合权值，并按序连接得到最短路径优先规划 [ 12 ] 和综合权值优先规划两种灭火次序的综合权值对比图。如图5，可以看出，两种灭火次序都依次经过4条边，基本算法规划的次序中，边的权值波动较大，而改进算法规划的明显小于前者。因此，在综合考虑路径长度和火势大小的条件下，利用改进算法得到的灭火次序更节省灭火时间，减少灭火损失。 图5. 两种灭火次序的综合权值对比曲线 在求得最佳灭火次序后，为了进一步验证改进蚁群算法在规划到达各火源具体路径的优越性，用蚁群算法对以上两种灭火次序进行对比实验，得出的两种路径如图6所示，基本路径的转弯次数为24次，而改进路径的转弯次数为11次，可以看出改进路径较于前者更趋于平滑。算法迭代情况对比如图7所示，基本算法的收敛次数为51次，而改进算法的收敛次数为39次，可见改进算法在收敛性上要优于前者。 图6. 两算法求解出的灭火路径对比 图7. 两算法的迭代曲线对比 将图6得出的路径代入公式(12)可得出基本灭火路径的综合评价函数R b 和改进灭火路径的综合评价函数R c 。 R b = O D × 1 s D × w D × a D + D B × 1 s B × w B × a B + B C × 1 s C × w C × a C + C A × 1 s A × w A × a A R c = O B × 1 s B × w B × a B + B D × 1 s D × w D × a D + D C × 1 s C × w C × a C + C A × 1 s A × w A × a A 将数据代入上式中，解得基本路径的综合指标为54.02、改进路径的综合指标为49.71；由图6可计算出基本路径的长度为41.04、改进路径的综合指标为45.38，可知改进算法牺牲了一点距离获得质量更好的路径。根据求解的结果，将各类求解指标列入表2中对比分析。 Table 2 Comparison of indicators solved by two algorithm 算法 路径长度 综合指标 转弯次数 迭代次数 基本 41.04 54.02 24 51 改进 45.38 49.71 11 39 表2. 两种算法解得的各指标对比 结果表明改进算法获得了质量更好的路径的同时，在降低转弯次数和运算时间方面有显著提高。从而证明了此算法应用在灭火机器人多火源路径规划问上种的有效性和可行性。
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user: 5. 结束语 研究灭火机器人多火源路径规划问题，分析基本蚁群算法应用在此问题中的优缺点，并提出了一种改进的方案。首先，借鉴蚁群算法在TSP问题中的求解思路，并引入综合权值优先规划策略进行全局规划，得出最佳灭火次序。其次，在路径搜索方面引入变异阈值，改进转移概率函数，增强算法跳出局部最优解的能力和提升算法的收敛性能。最后，引入路径评价函数，将综合指标作为路径优劣评价标准。实验结果表明，改进算法在多火源路径规划问题中的全局搜索能力有所提升，收敛速度大大改善，路径质量优于基本算法，对于求解所研究的灭火机器人多火源路径规划问题具有很强的有效性和可行性。
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user: 摘 要 空铁联运能够发挥铁路整合短途客流和航空长途运输的优势，具有很大的市场空间。本文介绍了空铁联运的产生机理、服务标准以及关键因素，并结合成都双流国际机场，探讨了空铁联运的发展策略。 关键词 :空铁联运，服务标准，成都机场，策略 Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 随着我国经济的快速发展、交通基础设施的不断健全，民众在出行方式的选择上越来越自由。不同交通方式各有千秋，为旅客提供了多种多样的出行体验。2018年5月，中国民用航空局和中国铁路总公司签订《推进空铁联运战略合作协议》，为空铁联运的发展带来了新的机遇 [ 1 ]。作为两种运输方式的联合运输组织形式，空铁联运既能发挥航空运输速度快、距离远的优势，又能体现铁路运输毛细血管的作用，吸引大量客流，具有很大的市场空间。本文将对空铁联运的产生机理、服务标准及关键因素进行分析，并结合成都双流国际机场的具体案例，以探讨空铁联运的发展策略。
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user: 2. 空铁联运产生机理 空铁联运诞生于上世纪的欧洲，其中最著名的就是法兰克福机场 [ 2 ]，作为德国乃至整个欧洲非常重要的交通枢纽，它一直以来都被认为是在真正意义上做到了空铁联运“零米支线飞行”的机场。法兰克福机场的空铁联运产品得以成功，与欧洲发达的铁路网络是离不开的。随着我国高速铁路建设的全面推进，铁路网络不断完善，覆盖国内各个城市，在舒适度、速度等运输品质方面也越来越靠近航空运输标准。在许多短途支线航空被高铁取代的背景下，民航与铁路的合作已经逐步展开，国内许多空铁联运产品已逐渐发挥出重要作用。下面从国外和国内两方面分别阐述空铁联运的产生机理。 2.1. 国外发展 在欧洲，空铁联运的发展比较早，可以追溯到1959年的比利时鲁塞尔，当时比利时国家铁路开通了中央车站与机场之间的大巴专线，为旅客提供城市值机服务 [ 3 ]。欧洲得以较早地发展空铁联程运输模式，主要得益于发达的公路、铁路、航运和水路交通设施。下面以法兰克福机场为例介绍空铁联运的产生机理和发展。 以德国的法兰克福为例，城市位于德国铁路、公路、水路交通的关键交叉点，法兰克福机场距离市中心16公里，且铁路车站直接经过机场。乘客可以通过铁路、公路，非常方便地到达法兰克福机场。同时，欧洲当时的高速铁路网已经覆盖了法兰克福机场火车站，使得从包含德国在内的欧洲很多国家都可以通过铁路非常方便、快捷地到达法兰克福机场，为其空铁联运的发展提供了可能。 随着欧洲高速铁路进一步发展，机场的潜在旅客辐射范围也随之扩大，许多欧洲机场的辐射范围重叠很大，而因此互相竞争，抢夺客源。为了减少市场资源流失、吸引更多客流，法兰克福机场巧妙地利用了民航与高铁的优势，很早就展开了空铁联运产品的设计。 1995年，法兰克福机场就已基本完成了空铁联运相关的基础设施建设，汉莎航空公司与德国铁路共享代码，实现了票务一体化，并在之后推出了“零米高度支线飞行”服务，而受到许多旅客的青睐。法兰克福机场的空铁联运发展至今，服务了成千上万的旅客，已成为德国最繁忙的机场，目前有超过三分之一的旅客选择坐火车前往法兰克福机场，再转乘航班去往目的地。此外，法国巴黎戴高乐、荷兰阿姆斯特丹、英国希思罗等枢纽机场也都开通了空铁联运模式，其多式联运的经验值得借鉴 [ 4 ]。 2.2. 国内发展 相比国外，我国的空铁联运起步较晚，主要原因有：① 我国机场的覆盖率较低，平均每个地级市还不足一个机场，各个机场占有的市场资源较为固定；② 我国铁路网络还在逐步完善的过程中，且部分城市机场未修建高铁站，无法实现航空和铁路物理连接，给空铁联运开展增加了阻碍。 另外，我国铁路已经全面实现实名制购票，但未能与航空公司共享信息，从整体上说，我国的铁路系统与航空系统并没有做好信息、标准、规定上的连接。这些在制度上的障碍依然是当前我国空铁联运发展中最主要的难题。另外，在铁路网络不完善的情况下，空铁联运产品无法为旅客提供“点对点”服务，吸引力弱。 随着我国高速铁路建设的全面推进，高铁网络犹如毛细血管，深入各个城市内部，通达性越来越好，在一定程度上增加了各个机场的辐射范围，部分机场群开始竞争市场资源。中国高铁客运产品在速度、舒适度、安全等各个方面，均越来越贴近航空运输的服务标准，为空铁联运的服务衔接提供了基础。与此同时，高铁的一体化规模运营给部分支线航空增加了很大的压力，许多民航公司甚至取消了一些短途航线，如曾经的黄金航线成渝“空中快巴”。高铁的快速发展冲击着民航的市场，迫使航空公司开始转变经营思路，考虑与高铁合作，联程运输旅客，把运力资源集中到干线航班和远程航线上。 从2012年上海虹桥枢纽开始，截至目前国内已有11个机场航站楼可直接接驳高铁，空铁联运业务相继开展，取得了一定成绩，如石家庄机场、郑州机场 [ 5 ]。但与国外先进的同类产品相比，我国空铁联运依然存在诸多问题，如市场规模小、行李服务体验差、信息不共享、标准不统一等，有很大的提升空间。
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user: 3. 空铁联运服务标准 空铁联运是以机场综合交通枢纽为核心，在民航和轨道交通运输之间实现以客运为主体的联合运输组织形式 [ 6 ]。根据铁路设施是否直接接入机场，可将空铁联运服务划分为两个标准：一是机场与铁路设施不直接衔接，可以通过地面交通、城市轨道交通等其他运输方式往来机场；二是机场与铁路设施实现直接衔接，将铁路运输视为长距离航空运输的地面接驳段，以航空出行为核心，为旅客提供便捷的换乘衔接。 在第一种间接接驳的服务标准下，机场与铁路的联通一般由轨道交通和接驳大巴完成，并在铁路车站附近专门设置城市候机楼，以便旅客休息。由于乘坐地铁可能需要换乘，对携带行李的旅客十分不友好，而乘坐机场巴士则往往因道路拥堵而不能准时，因此铁路设施与机场不直接衔接时，空铁联运服务展开难度大，对于接驳线路要求高。一般出于旅客的出行体验考虑，应保证接驳线路直达、准时、快速，否则就失去了空铁联运产品的竞争力。开设此类空铁联运产品的典型案例有最近刚开通此项服务的重庆江北机场，旅客可在重庆西站城市候机楼办理登机牌、行李托运等业务，并乘坐接驳商务车或专线大巴前往机场，具有较高的便捷性。 第二种服务标准即代表航空和铁路完成了“物理连接”，并可进一步划分为无缝换乘、联程联运两个层面。一是无缝换乘，铁路为旅客来往机场的边界方式，航空出行的所有流程均在机场内部完成。国内大部分机场仍然停留在该层面之上，通过引入机场轨道交通线路并完善机场与轨道线路的物理衔接，实现旅客在航空和铁路两种交通方式之间的“无缝”衔接 [ 7 ]。这仅仅代表了两种运输方式之间的换乘衔接新好，并没有真正做到联程运输组织。二是在无缝换乘的基础之上，强调铁路和民航相关主体给旅客提供一体化的联程服务，主要包括票务一体化、行李直挂、免二次安检、远程值机等多项增值服务，真正实现联程运输模式，即“零米支线飞行”服务。目前国内多家航空公司已开通了通程联票服务，即一张空铁联程订单即可完成航空、铁路两种运输方式的服务。石家庄正定机场高铁站 [ 8 ]、重庆西站等均已实现远程值机服务，在高铁站即可打印登机牌。而只有极少数机场如德国法兰克福机场实现了行李直挂服务和免二次安检服务。此类服务提供主体多样，包括机场、航空公司、第三方平台或多方联合运营等。
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user: 4. 空铁联运关键因素 在分析了空铁联运的产生机理和服务标准分级后，结合国内外成功案例，笔者总结了以下几点空铁联运建设中的关键影响因素。 4.1. 无缝衔接，高效换乘 除少数由机场大巴专线接驳的空铁联运产品外，绝大多数成功的空铁联运产品，均建立在无缝换乘的服务标准之上，即机场与高铁站完成了“物理连接”。而少数专线接驳的空铁联运产品，对于旅客而言准时性难以保证、换乘次数多，对于运营公司而言接驳成本高、运营难度大，与在机场直接无缝换乘的同类产品相比，明显逊色许多。大多数机场的航站楼和铁路车站均接入了当地的城市轨道交通线网，但是地铁环境相对较差，携带行李不方便，旅行时间较长，与空铁联运产品的设计初衷——方便、快捷相违背。事实上，许多需要旅客自发往返于机场和铁路车站的情况均无法体现空铁联运产品准时、便利、舒适等特点。因此，铁路与机场航站楼之间的物理衔接可以被认为是空铁联运发展的基础，只有实现了无缝衔接、高效换乘，才能够实现空铁联运产品的设计和推广。 4.2. 铁路通达，发车密集 根据分析的空铁联运产生机理可知，铁路网络通达性好也是空铁联运产品能够成功的必要条件之一。高铁站在交通网络中的覆盖范围、发车密度决定了铁路网络通达性，从而间接决定了与航空运输是否能够很好的衔接。若线路覆盖范围小、发车频次低，则高铁与航班的衔接在空间和时间上都不便捷，对旅客的吸引力会明显降低。一般来说，机场能够吸引的潜在旅客比例随着到达机场的时间增加而减少，空铁联运产品的出现增加了机场的辐射圈，即到达机场更快。一般来说，铁路网络的通达性直接反馈在以机场为核心的3 h覆盖区内。铁路网络通达、发车密集，机场3 h覆盖区域就更大，这样两种运输方式才能够产生规模效应，吸引更多客流。 4.3. 信息共享，票务对接 德国法兰克福机场的成功也得益于自由销售模式代码共享，使得空铁联运实现“一站式”销售，使火车站与机场代码共用，为所有德国铁路车站提供联运服务。由此可见，航空与铁路系统如果能在信息共享上进行深度合作，也是空铁联运能够进一步发展的关键因素之一。信息的共享意味着利用统一平台进行售票、统计、办理业务等等，在当前的体制下，空铁双方需要不断协商、沟通，克服标准不同、接口不同等很多障碍。但该瓶颈一旦打破，就为票务对接的联程一体化服务提供了可能，为空铁联运产品的成功推广打下了基础。 4.4. 零米支线，增值服务 所谓的“零米支线飞行”服务，指的是民航和铁路相关主体给旅客提供一体化的联程服务，旅客在两种交通方式之间换乘时不必再办理其他手续，而且行李自动转运 [ 2 ]。这是建立在上述三个关键因素基础之上的增值服务，对于大多数携带行李的旅客来说，行李直挂的吸引力巨大，也是空铁联运产品最突出的亮点之一。这一服务要求各铁路车站可以办理航空运输的行李安检和托运业务，实施难度较大，目前国内尚无成功的“行李直挂”案例。但考虑到中转换乘时，大件行李旅客搬运行李不便、重复安检效率低，该服务对简化换乘流程、提高换乘效率有着重要作用，不少机场和高铁站都正在尝试提高此环节的流程效率，如南京机场与南京南高铁站、长沙机场与长沙南站，通过城市航站楼提前托运行李的方式，节约旅客的中转换乘时间、提升旅行舒适度。
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user: 5. 成都双流机场空铁联运发展建议 成都双流国际机场是我国八大区域枢纽机场之一，吞吐量超5000万人次，辐射范围包含成都东站、重庆西站等吞吐量较高的铁路客运枢纽，同时也有较为完善的高速铁路运输网络。目前，双流机场站高铁站已建成投入使用，位于机场B2层，接入高铁网。凭借已有的高速铁路网以及机场枢纽，双流机场已具备提供“空铁联运”的基本硬件条件，且随着西部地区旅游业的发展，旅客对于“空铁联运”服务的需求量也随之增长。基于此，结合上文谈到的空铁联运产品产生机理、服务标准和关键影响因素，笔者对成都双流机场的空铁联运发展提出以下建议。 5.1. 建立服务标准体系，健全联运法律法规 有关部门应当在政策、规章、规划等方面形成明确、完善的文件，来帮助形成以成都双流机场枢纽为核心的空铁联运产品市场定位。在进行交通规划时，应充分考虑铁路运输和航空运输的联程联运效益，为城市航站楼、高铁机场站的建设预留空间和资源。应建立空铁联运服务标准体系，包含基础设施、服务流程、产品营销等各个方面，以方便铁路和民航相关负责人开展产品设计工作。成都双流机场作为西南地区的重要交通枢纽，应以打造“零米支线服务”为目标，配合成都铁路局集团一同明确当前空铁联运的水平和发展前景，根据自身的软硬件设施设备条件，思考如何提升联运服务标准。 政府应当健全联运法律法规，研究联运规则，明确旅客联程运输发展中各部门、各单位的权利与义务 [ 9 ]，以服务质量和管理效率为要点，协调地方政府，明确航站楼、候机楼、接驳车等公共基础设施属性，充分发挥联运基础设施效率和效益。在空铁联运产品走向市场前，应要求相关单位提供产品各部分的责任证明，要建立空铁联运有关责任部门，在晚点、事故等突发事件下明确各自责任和义务，也方便各运输方式在统一平台开展合作。 5.2. 加快基础设施建设，明确联运组织模式 成都双流机场高铁站已经建成并投入使用，但在机场枢纽外与空铁联运相关的配套设施仍不齐全。应当加快基础设施建设，评估机场铁路网辐射范围内各个铁路车站对于产品提升服务水平的需求，为各铁路车站配套以双流机场为核心的空铁联运基础设施。包括异地航站楼、安检设施、业务办理窗口、行李托运窗口等，学习德国铁路局成功经验，加快联运基础设施覆盖主要需求铁路车站。以异地航站楼为例，目前正在修建的有成都东站城市航站楼，但其服务范围仅局限于成都枢纽内。笔者认为应考虑在成都枢纽外寻找更多可能存在联运需求的铁路车站，在双流机场铁路全范围内很多铁路车站均有联运客流的潜力，如眉山、乐山等能够吸引大量旅游客流。在如上铁路车站修建联运设施，能够更好地发挥高速铁路的短途整合优势，提高联运服务水平，为各单位带来效益。 应当明确联运组织模式，分析和预测不同联运流程下的客流需求，为不同的联运方式提供与需求相适应的运力资源，以运营效率和服务质量为优先，合理分配运力，最大化发挥空铁联运产品优势。应主要考虑西南旅游业为成都双流机场带来的客流，主要分析旅游客流的时间、数量需求，铁路部门应在充分调研的基础上，配合航空公司和旅行社提供的信息，调整运输组织模式。另外，目前进行联运产品设计和运输组织的人员均为各单位的“兼职”，难免存在不同利益诉求，应当尝试设立专门进行空铁联运运输组织的机构和部门，防止各交通方式和单位产生利益冲突。 5.3. 扩大线路覆盖范围，开拓联运市场资源 为更好地发挥铁路网络整合短途客流的能力，赢得更多市场资源，应当扩大线路覆盖范围，打造双流机场3 h覆盖圈，以快捷、舒适为空铁联运产品特点吸引旅客。当前高速铁路通达性越来越好、速度越来越快，给3 h覆盖圈以新的含义，不局限于“3小时”死板定义，应在现有航班时刻表、铁路运行图的基础上，开展双方的深度合作，提高换乘衔接效率。进入成都枢纽的旅游客流大多是往都江堰、乐山、峨眉山、自贡、宜宾等地发散，随后再由各点聚集，应结合该特点扩大联运产品的覆盖范围。 尤其对于机场1 h~3 h的铁路网范围，可能包含了联运的主要客流，还应充分考虑其出行体验，如眉山、乐山、绵阳等 [ 10 ]，调整铁路发车时刻、停站方案、行车密度等，稳固该范围内双流机场的市场地位。在机场铁路网覆盖圈以外，结合实际客流需求，协调铁路有关部门，组织开行空铁联运模式的“小运转”列车，最大限度发展双流机场旅客集散中心的作用，开拓联运市场资源。 5.4. 打造信息共享平台、提升联运服务品质 结合我国国情和体制，考虑双流机场自身情况，打造第三方信息共享平台，为旅客提供空铁联运信息化服务，方便旅客“一站式”订票。借鉴accessRail平台的成功案例，以一整个出行链的形式为旅客提供出行方案选择。要打破旧思路，开展创新的空铁联运业务形式，向旅客公布航班信息、机场地图、铁路时刻表、高铁站地图、换乘路线等，突出个性化、差异化的服务，大幅度提升联运服务品质。当因恶劣天气、突发事件等发生晚点时，机场、车站、航空公司等应在运营时刻、组织调度、运力安排等方面协同衔接和应急响应 [ 9 ]，并应第一时间为受影响旅客提供接续方案。 针对铁路与航空信息不对接、不配套的情况，笔者建议招标第三方单位，利用当前铁路和航空运输均已实名制的条件，建立一个完全独立的空铁联运信息系统，专门负责整合铁路和航空数据，包含双方运输方式各自的信息接口，在订票、支付、值机等等环节均形成集成于一体的模式，让用户在使用过程中感受到联运产品是一个整体，而不是明显分为航空、铁路两个环节。 5.5. 设立地面引导设施，优化联运换乘流程 空铁联运产品的核心价值体现在换乘的便捷性上，因此作为换乘环节主要进行场所的机场必须要做好地面引导工作，优化联运的换乘流程，帮助旅客由空转铁、由铁转空顺利衔接。应当设立专门的空铁联运换乘通道，尽量安排走行时间较短的换乘路线，设置统一、显眼、明晰的联运引导标识，提升空铁联运出行体验。在其他增值服务方面，应结合铁路车站具体情况，安排配套的行李托运设施设备、统一标准安检设备，为旅客提供“行李直挂”和“免二次安检”的高品质服务。 5.6. 加大产品宣传力度，提高联运营销水平 在产品设计和规划期间，就应当加大产品宣传力度，在双流机场官网、铁路局集团官网、微信公众号、微博等社交平台宣传空铁联运产品。迎合时代潮流，通过文案编辑、图片视频、小程序等多种宣传手段扩大产品的知名度。应对潜在用户较多的旅游网站、客户端、旅行社、旅客集散中心、酒店等，加大产品广告投放力度，根据大数据分析采取多种手段加大产品影响力，精准营销，把握市场。
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user: 6. 总结 随着高铁线路的优化及旅客认知度的提高，我国的空铁联运进入快速发展的阶段，航空运输的长距离优势和铁路运输的短途整合能力形成了空铁联运产品的巨大优势，为其带来了巨大的市场空间。但与欧洲先进同类产品相比，我国空铁联运在市场规律、旅客体验、信息共享、政策衔接等各个方面存在诸多不足，离成功开展大规模、高品质的空铁联程运输服务仍有很长的路要走。笔者借分析空铁联运的产生机理、服务标准和成功的关键因素，探讨了成都双流国际机场空铁联运发展的建议。
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user: 摘 要 根据同步声信号参数已知的特点，提出一种对同步声信号进行宽带滤波加窄带滤波预处理，然后采用包络检波器估算同步声脉冲前沿与脉冲宽度的信号处理系统。仿真结果表明当输入信号信噪比较低条件下，本系统仍能较好地检测出同步声信号，具有一定应用价值。 关键词 :信噪比，宽带滤波器，窄带滤波器，包络检波器 Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 鱼雷试验中为了解鱼雷攻击目标性能，通常在鱼雷加装同步声信标，由布放在目标附近的水声跟踪定位系统来跟踪鱼雷的运动轨迹 [ 1 ]。如图1所示，鱼雷同步声信标发出同步声脉冲信号，经过海洋信道传输后，到达水声跟踪定位系统接收端，接收端接收同步声信号并对之进行处理，估算出一个同步周期内同步声信号前沿相对同步周期开始时刻的时间差，进而可以估算鱼雷的距离等参数 [ 2 ] [ 3 ]。 图1. 同步声信标与水声跟踪定位系统示意图 由于海洋声信道是随机时–空–频变参、强多径、高噪声和有限带宽的信道。因此，在水声跟踪定位系统中接收端除了接收同步声信号外，还掺杂海洋环境噪声和舰船、鱼雷自噪声等 [ 4 ]。海洋环境噪声主要分布在低频段，而鱼雷自噪声与航行速度有关，且随着速度的增加而急剧增大，结果同步声信号在传输过程中被噪声所“淹没”。因此，为了获取鱼雷方位、距离等信息，必须对被噪声“污染”信号进行处理，将感兴趣的同步声信号提取出来 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]。
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user: 2. 同步声信号处理系统 假设某接收端输入信号为 X ( k ) = s ( k ) + n (k) 式中， s ( k ) = A cos ( w 0 k + θ ) 为同步声信号，A为其信号幅度， 为信号相位， w 0 = 2 π f 0 为信号载频， n ( k ) 为零均值高斯白噪声。本文采用MATLAB的randn函数产生噪声，如图2所示。 图2. randn函数产生的噪声 由于同步信号的各种参数，如高频信号频率f 0 、周期T、脉冲宽度d等已知。因此，根据这些特点建立如图3所示为同步声信号处理系统。 图3. 同步声信号处理系统 图3中，首先采用宽带滤波器对接收端输入的同步声信号进行滤波，再由窄带滤波器对宽带滤波器输出进一步滤波。经过两级双重滤波后，采用包络检波器估计信号前沿与脉冲宽度以便估算时延并剔除由于多途干扰引入的虚假脉冲。 由于噪声带宽比较宽并且主要分布在低频段，而宽带滤波器和窄带滤波器通频带相对于噪声带宽小很多，并且滤波器的中心频率相距零频很大。因此，可将噪声近似看成带通滤波器和窄带滤波器通带内的白噪声。当被白噪声所“淹没”的同步声信号通过中心频率为f 0 的高通宽带滤波器后，带宽外的噪声将受到抑制，而通带内的同步声信号几乎无衰减地通过，被测信号的信噪比得到改善。此后再经过窄带滤波器处理后，窄带外的噪声再次被大幅度地衰减。与此同时，窄带内同步声信号仍几乎无损耗地通过滤波器。经过两级滤波处理的被测信号信噪比得到大幅度提高，相当于有用信号得到增强 [ 6 ] [ 7 ]。
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user: 3. 仿真实验与结果分析 基于第2节的论述与分析，为验证文中构建系统的可用性，对其进行MATLAB仿真验证。仿真中为更好表述系统检测性能，仿真参数设置如下：采样数据长度为4096，采样率为260 KHZ，同步声脉冲所在区间为[1800， 2269]，仿真参数设置如表1所示。 Table 1 Simulation parameter settin 同步声信号参数 载波频率f c = 65 KHz 周期 T = 5 ms 脉冲宽度 τ = 1.8   ms 宽带滤波器参数 (阶数：8) 中心频率f c = 65 KHz 带宽 Δ ϖ 1 = f h 1 − f l 1 = 20   khz 上限截止频率 f h 1 = 80   khz 下限截止频率 f l 1 = 60   khz 窄带滤波器参数 (阶数：128) 中心频率f c = 65 KHz 带宽 Δ ϖ 2 = f h 2 − f l 2 = 1   khz 上限截止频率 f h 2 = 65.5   khz 下限截止频率 f l 2 = 64.5   khz 表1. 仿真参数设置 图4展示了信噪比0 dB条件下接收端的输入信号、宽带滤波器输出信号以及窄带滤波器输出信号仿真波形图。对比三个信号波形可看出，由于信噪较低，从接收端的输入信号中几乎看不到同步声信号，经过宽带滤波器处理后，信噪比得到改善。但是，在宽带滤波器输出信号中同步声信号还是不够清楚，通过窄带滤波器滤波后可明显看到一个同步声信号包络。由于该信号包络前后沿不够陡，因此不利于估计同步声前后沿。图5则是包络检波器的输出波形。 图4. 0 dB信噪比接收端输入信号、宽带滤波器输出信号、窄带滤波器输出信号波形 图5. 信噪比为0 dB条件下包络检波器的输出信号波形 由图5可看出，窄带输出经过包络检波器后包络前后沿非常陡，因此能较容易估算出信号脉冲前沿以及脉冲宽度。 图6给出了信噪比为3 dB条件下接收端的输入信号、宽带滤波器输出信号以及窄带滤波器输出信号仿真波形图。由于信噪比较大，从接收端的输入信号图可较明显看出幅度稍大的同步声信号包络，即图6中区间[1800，2269]。 图6. 信噪比为3 dB接收端的输入信号、宽带滤波器输出信号以及窄带滤波器输出波形 由图7包络检波器输出信号图可以看出，经过两级滤波处理后的噪声信号幅度已经非常低，能较准确估算出信号脉冲前后沿以及脉冲宽度，而且输入信号信噪比越大，系统的检测性能越好。 图7. 信噪比为3 dB条件下包络检波器的输出信号波形 由于鱼雷攻击目标时鱼雷与水声跟踪定位系统之间距离较小，而且同步声信标的声源级一般设计比较大。因此，接收端输入信号的信噪比往往可达10 dB以上。由此可见，在信噪比较低条件下，本文构建信号处理系统能较好地估算信号前沿和脉冲宽度，可以满足大多数实际应用需求。
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user: 4. 结论 本文针对水下同步声信号参数已知并且是高频窄带信号的特点，构建了一种对同步声信号进行宽带滤波预处理，再进行窄带滤波，最后采用包络检波器估算信号前沿与脉宽的同步声信号处理系统。仿真结果表明即便在输入信号信噪比较低情况下，该系统仍能较好地检测出同步声信号并具有较高的时延估计性能，具有很好应用潜力。
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user: 致 谢 感谢国网浙江省电力有限公司温州供电公司对本论文的支持。
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user: 摘 要 2005年十六届五中全会提出新农村建设这一概念，建设新农村，就要加快基础设施建设，营造良好的生态环境，解决广大农民住房问题。本文基于某实际工程案例，通过SAP2000有限元软件对CL结构体系、钢–混凝土组合结构体系及轻钢轻混凝土结构体系进行整体结构静力性能计算，对比分析位移和受力情况，同时对工期、工程总价进行对比分析。结果表明轻钢轻混凝土结构体系是最适宜在新农村建设中推广使用的建筑结构体系。 关键词 :有限元分析，CL结构体系，钢–混凝土组合结构结构体系，轻钢轻混凝土结构体系 Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 我国城市建设与农村发展两极分化较为严重，农村经济发展普遍滞后。2005年我党在十六届五中全会提出建设社会主义新农村，加快农村经济发展，改善农村生活环境，提高农民生活质量。2011年基于新农村建设，国家印发《农村住房建设技术政策(试行)》中提出解决农民住房问题是建设新农村的重要内容之一。过去农村经济落后，基础设施薄弱，农民住宅多为农村自建房，房屋结构性能差，存在安全隐患。所以建设新农村，解决农民住房问题，首先要保证房屋质量安全。其次在保证房屋质量安全的同时降低房屋造价，减轻农民经济负担。本文就CL结构体系、钢–混凝土组合结构结构体系及轻钢轻混凝土结构体系进行整体结构静力性能分析和技术经济分析，探讨分析适宜在新农村建造的结构安全性能好、造价成本低的房屋结构形式。
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user: 2. 工程概况 本工程为内蒙古呼和浩特市生态农庄项目，建筑为二层独栋小别墅。本工程各类特征如下：层数为2层，建筑高度为8.2 m，两坡水上人屋面。首层建筑面积为102.64 m 2 ，建筑总建筑面积为205.29 m 2 ，使用年限为50年，建筑结构安全等级为2级。建筑平面布置图如图1所示。 本文采用三种结构体系进行分析对比，分别如下：CL结构体系是轻质复合框架剪力墙结构体系。其承重结构由CL复合剪力墙体、框架梁、CL楼盖等构成。CL墙体由CL网架板浇筑混凝土形成，CL网架由钢筋网架夹以70 mm厚聚苯板后用三维斜插钢筋焊接而成，偏心放置，内侧现浇50 mm厚C30混凝土，外侧现浇100 mm厚C30混凝土。构造柱承重并连接墙体，同时与框架梁共同形成框架结构。屋面板同样采用CL复合结构，中心放置钢筋网架和100 mm厚聚苯板保温层，两侧现浇50 mm厚混凝土。 钢–混凝土组合结构体系是由钢材和混凝土两种不同性质的材料组合在一起共同作用的新型框架结构形式，其承重结构由钢管柱、工字型钢及钢混凝土组合梁构成。框架柱由方钢管内灌C30混凝土构成，跨度较大的梁采用工字型钢梁，其余框架梁为双C型钢混凝土梁，即梁两侧采用薄壁C型钢，中间灌C30混凝土形成，楼板、屋面板为现浇钢筋混凝土构件。 图1. 建筑平面布置图 轻钢轻混凝土结构是由轻型钢材和轻质混凝土两种不同性质的材料组合而成共同作用的新型轻钢龙骨框架装配式结构。该结构由冷弯薄壁C型钢通过自攻螺丝连接形成龙骨框架，如图2所示，龙骨两侧挂扩张网模，扩张网模为免拆网膜，网膜开洞浇筑筑粒混凝土形成。如图3所示。
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user: 3. 结构分析 3.1. 结构位移分析 建立模型时采用相同的结构平面，标准层也全部一致，结构承重构件布置依据结构类型略有不同，但所承受的外部荷载尽可能接近，从而使分析结果的可能性增加。依据建筑图，采用SAP2000有限元模拟软件分别建立CL结构体系模型、钢–混凝土组合结构结构体系模型及轻钢轻混凝土结构体系模型，如图4~6所示，对所建模型进行整体结构位移和结构反力分析 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]。 图2.龙骨框架 图3. 混凝土建筑后墙身 图4. CL结构模型图 图5. 钢–混凝土组合结构模型图 图6. 轻钢轻混凝土结构模型图 本文对三种结构体系进行整体结构力学性能分析，因恒荷载对整体结构起主要控制作用，故只针对恒荷载最大位移进行对比分析。见表1。 Table 1 Maximum displacement under constant load (mm CL结构 钢–混凝土组合结构结构 轻钢轻混凝土结构 X 0.29 0.31 −0.03 Y 1.25 −1.72 0.05 Z 3.83 5.81 3.12 表1. 恒荷载工况下最大位移(mm) 根据表1的数据分析可知，钢–混凝土组合结构体系结构位移和CL结构体系位移相差不大，但都远大于轻钢轻混凝土结构体系位移，说明轻钢轻混凝土结构体系刚度最大，结构变形最小。 由表2和表3可知，在结构布置相同、荷载施加相同的情况下，钢–混凝土组合结构结构在风荷载作用下位移变化最大，说明该结构抗侧刚度较弱，轻钢轻混凝土结构在在风荷载作用下位移变化最小，说明该结构抗侧刚度最大，CL结构介于二者之间。 Table 2 X wind direction layer displacement and interlayer displacement angl CL结构 钢–混凝土组合结构结构 轻钢轻混凝土结构 一层层间位移/mm 0.52 2.98 0.56 一层层间位移角 1/5803 1/1010 1/5376 二层层间位移/mm 1.67 3.54 1.12 二层层间位移角 1/3704 1/1695 1/5494 表2. X风向层位移和层间位移角 Table 3 Layer displacement and inter layer displacement angle of wind direction CL结构 钢–混凝土组合结构结构 轻钢轻混凝土结构 一层层间位移/mm 0.47 1.24 0.75 一层层间位移角 1/6410 1/2439 1/4000 二层层间位移/mm 1.26 2.31 0.87 二层层间位移角 1/4716 1/2579 1/6897 表3. Y风向层位移和层间位移角 3.2. 结构反力分析 活载对结构的反力作用影响较小，不是主要控制因素，所以只在恒载和风载作用下，分析三种结构形式内力结果。见表4。 Table 4 Maximum structural reactio CL结构 钢–混凝土组合结构结构 轻钢轻混凝土结构 恒载 X向风载 Y向风载 恒载 X向风载 Y向风载 恒载 X向风载 Y向风载 F x 56.99 34.89 35.09 3.97 15.11 0.79 0.85 16.71 0.61 F y 71.21 2.16 25.07 1.15 5.43 5.945 1.01 0.615 6.07 Fz 335.8 14.39 38.23 273.29 9.91 1.612 4.85 2.668 2.18 M x 2708.6 156.49 1288.9 4423.1 9665.52 1733.8 115.32 117.92 434.86 M y 2051.6 109.26 1117.15 3390.7 16345.9 1324.01 341.59 425.82 180.32 表4. 结构反力最大值 由表可以看出，三种不同结构体系在恒载和风载作用下，轻钢轻混凝土结构体系各向反力和弯矩最小，并结合结构全部反力值，可知三种结构体系中轻钢轻混凝土结构体系反力分布最为均匀，竖向支撑布置没有不规则的地方，整体结构力学性能最好。并且在满足支座极限承载力的前提下，轻钢轻混凝土结构支座处弯矩最小，抗弯承载力最好，对结构安全最为有利。
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user: 4. 经济成本对比分析 4.1. 施工阶段成本 对三种结构形式施工阶段成本费用进行计算 [ 4 ]，得到每种结构形式施工阶段的工程造价，如表5所示。 Table 5 Comparison of engineering cost of different structural systems (10000 yuan CL结构形式 轻钢–混凝土组合结构形式 轻钢轻混凝土结构形式 工程造价 32.49 32.96 24.27 表5. 不同结构形式工程造价对比(万元) 由表5可知，CL结构形式和轻钢–混凝土组合结构形式工程造价相差不大，但都远大于轻钢轻混凝土结构形式工程造价，说明在施工阶段轻钢轻混凝土结构形式工程造价最低，经济性最合理。 4.2. 维护使用阶段成本 将三种结构形式维护使用阶段成本汇总计算，如表6所示。 Table 6 Cost comparison of maintenance and use stage (10000 yuan CL结构形式 轻钢–混凝土组合结构形式 轻钢轻混凝土结构形式 维护使用成本 3.07 4.96 0.69 表6. 维·成本对比(万元) 由表6可知，三种结构形式中轻钢轻混凝土结构形式在房屋投入使用后，在寿命周期内，维护使用成本最低，比CL结构形式和轻钢–混凝土组合结构形式维护使用费用减少70%~80%左右，极大地减轻农民维修房屋的经济负担。 4.3. 期末残值成本 依据上文中分析，在建筑结构寿命期期满后，轻钢轻混凝土结构形式期末残值最大，建筑材料可回收利用部分最多，结构剩余价值最大。 综上所述，根据施工阶段成本、维护使用阶段成本、期末残值成本的综合对比分析可知，轻钢轻混凝土结构形式造价最低，经济最合理，解决了农民所关心的房屋建造成本高的问题。
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user: 5. 结语 通过文章的分析结果可以得知，轻钢轻混凝土结构体系整体受力均匀，变形合理，结构安全性能好。同时工程经济成本低，一般农民可以负担，所以最适宜在美丽乡村建设中推广建造。
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user: 摘 要 本文根据电动汽车的行驶工况以及设计需求提出了一套适用于电动汽车热泵空调系统的匹配设计方案，主要包括汽车热(冷)负荷的计算以及主要零部件主要参数的匹配方法，并设计搭建了一套电动汽车热泵空调系统验证该方法的可靠性。在环境模拟实验室内模拟设计工况，对所设计系统的热泵性能进行实验测试，并与设计目标进行对比和分析。结果表明：实验结果与设计目标基本吻合，误差在5%以内，由此可见本文提出的电动汽车热泵空调系统匹配设计方法结合了汽车的行驶状态以及工作环境，适用于基础的电动汽车热泵空调系统，为电动汽车热泵空调系统的设计提供了可靠的方法和思路。 关键词 :负荷计算，匹配设计，电动汽车，环境模拟实验 Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 为了减少温室气体的排放和节约可再生能源，包括混合动力汽车和燃料电池汽车在内的电动汽车已经引起了全世界的关注，并被认为是传统内燃机汽车的替代品 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]。与传统燃油汽车一样，电动汽车也需要车载空调系统提供一个舒适的驾驶和乘坐环境。汽车空调作为保障乘员舒适性及安全驾驶的必要设备，目前已经得到广泛的普及 [ 4 ]。作为汽车中能耗最大的辅助设备，空调的开启会对电动汽车的续航里程造成极大的影响。在不同的测试工况及环境条件下，开启空调后电动汽车的续航里程最大可下降近40%~60%，严重影响电动汽车的使用 [ 5 ]。为此，精确测定电动汽车的空调负荷，并以此指导汽车空调的设计和控制就显得尤为重要。除了需要确定整车负荷之外，对整个空调热泵系统进行合理的匹配设计也是开发纯电动汽车的重要环节之一。热泵空调系统主要零部件能力值的确定以及它们之间的合理匹配设计，将大大影响纯电动汽车的整车热管理和整体经济性。不少学者在负荷计算以及动力系统设计方面做出了努力 [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]，但多集中于单一的夏季热负荷或冬季热负荷的影响，系统匹配设计方面也多为汽车动力系统的设计，一整套的电动汽车负荷计算及热泵空调系统的匹配设计方法还较为少见。 本文对电动汽车热泵空调系统的负荷计算以及主要零部件能力匹配设计的方法进行了研究，提出了一套适用于不同车型的电动汽车热泵空调系统的设计方法。文章分为三部分：第一部分分析了电动汽车热泵空调的负荷构成，提出了冬季与夏季负荷的不同计算方法；第二部分提出了针对电动热泵空调系统主要零部件能力值的匹配方法及流程；第三部分选取了某一品牌的纯电动汽车作为对象，为其设计了一套适用的热泵空调系统并进行实验测试，分析了在不同测试工况下，电动汽车热泵空调系统的相关性能，并与前期的设计分析进行对比，从而验证本文提出的热泵空调系统设计方法的可行性。
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user: 2. 电动汽车负荷的构成与计算 2.1. 电动汽车负荷的构成 汽车热泵空调系统的负荷计算，有助于理解系统的能力需求，为汽车热泵空调系统的设计提出目标。图1为当车内目标温度为18℃时，汽车热泵空调系统的需求曲线。 当环境温度低于目标温度18℃时，系统需要开启热泵模式，汽车所处的环境温度下对应的负荷值即为汽车热泵系统需要达到的最大能力值，如果系统实际能力无法满足时，可以通过增加辅助PTC或降低车内目标温度等手段来达到系统与需求的匹配。同理，当环境温度高于目标温度时，系统则需要开启空调模式，为乘员舱进行降温。在进行热泵空调系统设计时，一般选取夏季高温工况和冬季低温工况作为系统的设计工况。 图1. 汽车热泵空调系统的需求曲线(T 目标 = 18℃) 图2. 电动汽车各部分负荷的来源 如图2所示，电动汽车的负荷Q主要包括车体围护结构传入的热(冷)量Qc，通过玻璃表面对流方式传入的热(冷)量Q G ，通过玻璃表面以辐射方式传入的热量Q F ，驾乘人员人体热量Q P ，新风热(冷)量Q A ，电池包散热量Q E ，车内其他电器散热量Q q ，车内结构热惯性Q Z [ 9 ]。由于冬季是进行采暖，所以当电动汽车在冬季工况运行时，通过玻璃表面以辐射方式传入的热量Q F ，电池包的散热量Q E ，驾乘人员人体热量Q P 都会导致冷负荷的减少，对冬季采暖起到积极作用。因此计算冬季冷负荷时，应考虑从冷负荷总量中扣除这部分的热量。 Q = Q C + Q G + Q F + Q P + Q A + Q E + Q q + Q Z (1) 2.2. 电动汽车负荷的计算 汽车各部分负荷的计算涉及大量的公式及参数，如表1所示，各参数的意义及参考值如表2所示 [ 9 ]。负荷计算还需要知道目标车辆各部分的围护面积，具体的几何尺寸需要根据所选的车型具体设定。 Table 1 Calculation method of each partial loa 负荷名称 组合部分 计算方法 围护结构对流Q C Q C 顶 + Q C 侧 + Q C 地 Q C = K C A C Δ t C 玻璃对流Q G Q G 前 + Q G 后 + Q G 侧 Q G = K G A G Δ t G 太阳辐射Q F Q F 前 + Q F 后 + Q F 侧 ( η + ρ G × a n / a w ) × J × C 新风漏风Q A Q V + Q X Q V = g V s ρ ( H o u t − H i n ) Q X = N q V N ρ ( H o u t − H i n ) 电池包散热Q E 300 w 其他电器散热Q q Q q = C L 1 × K W 人体负荷Q P Q P = 116 N n 车结构热惯性Q z Q Z = Q J + Q M Q J = c m Δ t 表1. 各部分负荷计算方法 Table 2 Meaning and reference value of each paramete 符号 物理意义 单位 数值 K 车体围护结构的传热系数 w/m 2 ∙K η 太阳辐射通过玻璃的透入系数 0.85 ρ G 玻璃对太阳的辐射吸收系数 0.08 an 玻璃内表面换热系数 W/m 2 ∙K aw 玻璃外表面换热系数 W/m 2 ∙K C 遮阳修正系数 0.93 J 车窗玻璃的太阳辐射量 W N 驾乘人员数 人 5 n 群集系数 0.93 g V 单位长度每小时漏风量 m 3 /(h∙m) 5 S 车身缝隙的总长度 m 2 ρ 空气密度 kg/m 3 q VN 人均新风量 m 3 /(人∙h) 11 CL 1 电器发热系数 0.7 KW 车内电器的发热功率 W Cm 车内各部分材料的比热容 J/(kg∙˚C) m 各部分材料的质量 kg ∆t 车内外温差 ˚C 表2. 各参数的意义及参考值 汽车的热(冷)负荷会随着汽车的行驶工况变化，因此负荷计算时需要确定待测车辆的运行参数，如表3所示。除此之外，负荷计算还与所选车型使用的材料有关，因此还需根据所选工况，确定车体不同结构的材料质量及其比热容，导热系数等物性参数，主要包括钢板和玻璃两个部分。不同的汽车车型主要对计算公式中的面积A和人体负荷中的n产生影响，其他的参数受车型变化的影响不大，可以直接采用参考值进行计算。 依据上述的计算过程，选取了市面上某款电动汽车作为目标车辆，计算了环境温度为−10~0℃工况下对应的冷负荷，结果如图3所示。
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user: 3. 系统的匹配设计 热力计算是空调热泵系统匹配设计的基础，热力计算的主要任务是在给定的设计条件和设计工况下求出制冷(制热)循环的各项性能指标，为系统各部件的设计匹配提供必要的资料和依据。图4为简单热泵空调系统主要零部件的能力值匹配计算流程图。 本文选取了某微型纯电动汽车为研究对象，根据上述两章介绍的电动汽车热泵空调系统负荷计算以及主要零部件参数匹配设计的方法，设计了一款热泵空调系统，图5为该系统的原理图，表4为该系统在选取的设计工况下主要零部件的最大能力值。 Table 3 Operating parameters of the vehicle to be teste 名称 单位 参数值 常用车速 km/h 40/60 空气流速 m/s 2.5 驾乘人员数 / 2 漏风量 m 3 /h 5 人均新风量 m 3 /(人·h) 11 表3. 待测车辆运行参数 图3. 目标汽车在不同环境温度下的冷负荷 图4. 主要零部件的能力值匹配计算流程图 图5. 系统原理图 Table 4 Capability value of main part 零部件名称 能力值 压缩机 排量27 cm 3 /r 室内冷凝器 2.7 kW 室外蒸发器 2.5 kW 膨胀阀 1.0 T 表4. 主要零部件能力值
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user: 4. 实验验证 4.1. 环境模拟实验室 环境模拟实验室是综合的热学环境实验室，它通过模拟路况条件和环境工况，研究汽车空调系统的性能，是典型的汽车空调系统研究的试验装置 [ 10 ]。如图6所示，环境模拟实验室由温湿度控制器、光照模拟系统、车速模拟风机、传感器数据采集器等部分组成 [ 11 ]，环境模拟实验室的能力范围及控制精度如下：气温：−20~60℃，精度：±0.5℃；风速：0.5~10 m/s，精度：±0.1 m/s；空气相对湿度：−30~95% RH，精度：±5% RH。 本文在汽车环境模拟实验室内搭建实验系统，并进行整车实验，为了充分反映车内环境参数的变化以及记录乘员的实时感受，在车内的主要出风口以及乘员头部及脚部位置布置了温度传感器，具体布点位置如图7所示。环境模拟实验室可以复现试验所需的气候环境，在近似的外界环境下测试所设计的汽车空调系统的性能，大大提高了系统性能的可信度以及所设计的系统的实用性 [ 12 ]。 4.2. 实验结果分析与对比 根据《汽车用电动热泵空调系统性能测试规范》，本文所选的实验工况如下：环境温度为−10℃，湿度为环境湿度，光照强度为0 w/m 2 ，系统处于热泵吹脚模式，外循环，最大送风量。根据制冷剂充注量实验研究分析，本文系统的制冷剂最佳充注量为650 g，故实验过程中，制冷剂充注量均为650 g。 图6. 环境模拟实验室示意图 图7. 车内温度测点位置示意图 图8为热泵实验过程中吸排气温度和压力的变化趋势，由图8可知，系统在开始启动阶段时，吸气压力和吸气温度急剧下降，反之排气温度和排气压力急剧升高，两者间的差值不断增大，这是由于热泵系统的工作原理导致的，吸气口与排气口形成稳定合理的差值，系统才能正常工作，达到制热的目的。随着时间的增加，在40 min后，系统的吸排气温度和压力均达到一个稳定的数值，系统处于稳定工作状态，为整个乘员舱升温。 汽车热泵空调系统设计的最终目的就是使汽车在移动过程中，整个车内空间能维持在一个舒适安全的环境。其中衡量乘员舱环境舒适的重要参数之一便是温度，图9为整个升温过程中，车内环境温度的变化情况。当实验开始时，车内各测点温度逐渐升高，说明系统在正常工作，10 min后，车内各测点温度上升趋势减缓，逐渐稳定在某一数值附近，40 min后，车内温度稳定在18℃左右，与当初的设计目标18℃一致。 图8. 吸排气温度和压力随时间的变化 图9. 车内环境温度随时间的变化 图10为室内换热器的最大换热量以及系统COP的对比图，如图所示，实验中室内换热器的最大换热量与目标换热量基本一致，误差在5%左右，实际COP与目标COP也基本吻合。由此可见按照上述设计方法设计的汽车空调热泵系统在实际实验中，能满足设计目标，说明该套汽车热泵空调系统的设计思路和设计方法是可行的。 图10. 室内换热器的最大换热量以及系统COP对比