公路隧道前馈式智能通风控制系统

作者: 何川著 , 方勇著 , 李祖伟著

出版社: 科学出版社

出版时间: 2015-07

版次: 1

ISBN: 9787030429643

定价: 98.00

装帧: 精装

开本: 16开

纸张: 胶版纸

页数: 248页

字数: 298千字

正文语种: 简体中文

分类: 工程技术

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本书主要对公路隧道前馈式智能通风控制系统的研究成果进行总结，全书主要内容分为10章，第1章主要分析我国公路隧道通风及其控制系统的现状及发展趋势，第2章、第3章和第4章介绍了公路隧道前馈式通风计算的理论基础，包括交通流预测模型、隧道通风的空气动力学模型以及污染物扩散模型等，第5章、第6章和第7章则对单体公路隧道、隧道群及路段集合式隧道的前馈式智能通风控制系统进行了详细的设计与室内仿真测试，第8章、第9章及第10章则介绍了公路隧道通风系统基础参数现场测试的相关成果，以及单体隧道及隧道群中实施前馈式智能通风控制系统的效果测评情况。　　何川，1964年6月出生，重庆市人，工学博士。现任西南交通大学首席教授、博士生导师、地下工程系主任、交通隧道工程教育部重点实验室负责人。国家杰出青年科学基金获得者、教育部创新团队学术带头人、“长江学者”特聘教授、新世纪百千万人才工程国家级人选、享受政府特殊津贴专家。先后担任过国家自然科学基金委学部评审专家、863计划领域主题专家、国家开发银行专家，铁道部铁路专家委员会专家、西部交通建设科技项目咨询专家，任中国岩石力学与工程学会等学会理事。长期围绕铁路隧道、公路隧道、城市地铁等领域开展基础与应用研究工作。主持完成973计划、863计划、国家科技支撑计划、国家自然科学基金以及重大工程建设科研课题多项。作为主要完成人获省部级科技进步一、二等奖10余项，主持获国家科技进步二等奖2项，主持开发的隧道智能监控软硬件系统入选国家火炬计划重点产业化项目和国家重点新产品计划，获授权发明专利11项、软件著作权4项，出版专著6部（合著），在国内外学术期刊发表论文200余篇（被SCI／EI收录100余篇）。先后获詹天佑铁道科学技术成就奖、茅以升铁道科学技术奖、何梁何利基金科学与技术奖。方勇，1981年1月出生，四川大竹人，工学博士，副教授，研究方向为现代盾构隧道技术。近年来主持了国家自然科学基金项目2项、四川省青年科技基金项目1项。主研了国家科技支撑计划、国家863计划、国家973计划、国家火炬计划等多项国家和省部级科研项目。获得省部级科技进步一等奖3项、二等奖2项及2008年度西南交通大学优秀博士论文奖，并入选西南交通大学“埃实之星”及四川省杰出青年学术技术带头人（培育计划）。学术期刊发表论文40余篇，其中EI检索20余篇。李祖伟，1962年8月出生。重庆市人，工学博士。教授级高工，第十届全国人大代表。全国劳动模范，现任重庆市水务资产经营有限公司董事长、党委书记，曾任重庆高速公路集团有限公司董事长、党委书记。新世纪百千万人才国家级人选、享受政府特殊津贴专家、重庆市学术技术带头人、重庆市首批“首席专家”、中国科协委员、重庆市科协常委、重庆市科青联主席，任中国公路学会隧道工程分会理事、重庆公路学会副理事长兼秘书长、重庆市桥梁协会副会长等学术职务。承担国家自然科学基金项目、交通部西部交通建设科技项目、重庆市重大科技攻关项目等科研项目30多项，发表论文40余篇、出版专著3部《合著），获授权专利发明6项，获省部级科技进步奖特等奖1项、一等奖3项、二等奖4项，获得国家西部突出贡献奖和第二届全国金桥工程一等奖。前言
第1章绪论1
1.1我国公路隧道的发展现状1
1.2公路隧道营运通风方式10
1.2.1营运通风的目的10
1.2.2营运通风的方式及发展趋势11
1.2.3国内营运通风方式的现状16
1.3公路隧道通风控制方法及发展趋势18
1.3.1公路隧道营运通风控制方法18
1.3.2公路隧道通风控制系统的现状21
1.3.3公路隧道通风控制系统的发展趋势23
1.4前馈式智能通风控制系统原型23
1.4.1系统原型的提出23
1.4.2系统原型的组成25
参考文献27
第2章公路隧道前馈式通风系统的交通流预测29
2.1公路隧道交通流预测概述29
2.1.1交通流三参数及其相互关系29
2.1.2交通流的统计分布特性30
2.1.3公路隧道交通流预测的特点31
2.2基于交通流特征的预测模型32
2.2.1公路隧道交通流特征32
2.2.2基于交通流特征的公路隧道交通流预测模型37
2.3基于权重的预测模型42
2.3.1权重预测模型的基本形式42
2.3.2自适应权重模型44
2.4基于BP算法的神经网络预测模型48
2.4.1误差反向传播（BP）算法简介48
2.4.2基于BP算法的交通流预测模型50
2.4.3预测模型的仿真测试52
2.5基于模糊逻辑的预测模型57
2.5.1交通流的模糊预测方法57
2.5.2交通流模糊预测模型的建立58
2.5.3模糊逻辑预测的仿真测试60
2.6神经网络与模糊逻辑组合预测模型62
2.6.1两种模型的预测效果比较62
2.6.2组合预测模型64
2.7其他预测模型65
2.8本章小结67
参考文献68
第3章公路隧道通风系统的空气动力学模型69
3.1一元稳定流下的基本方程69
3.1.1基本假定69
3.1.2气体流动的连续性方程70
3.1.3流体的流动遵守能量守恒定律71
3.2射流风机升压力的数值模拟72
3.2.1模型建立73
3.2.2射流风机的纵向间距74
3.2.3射流风机的横向距离77
3.3隧道空气流动的力学平衡方程79
3.3.1自然风压79
3.3.2交通通风力81
3.3.3射流风机的增压82
3.3.4通风阻力83
3.3.5力学平衡方程83
3.4需风量的计算84
3.4.1稀释CO的需风量84
3.4.2稀释烟雾的需风量85
参考文献86
第4章公路隧道通风系统的污染物扩散研究87
4.1公路隧道纵向通风污染物扩散模型87
4.1.1传热与流动的控制方程87
4.1.2隧道内污染物扩散的一般形式88
4.1.3稳态扩散模型90
4.1.4动态扩散模型90
4.2污染物扩散方程离散的控制容积法91
4.2.1CFD理论简介91
4.2.2推导方法93
4.2.3分布假设95
4.2.4网格划分96
4.3源项恒定时的污染物浓度分布98
4.3.1一维对流扩散方程的离散格式98
4.3.2初始浓度对隧道污染物浓度分布的影响100
4.3.3污染物浓度分布与车辆在隧道内的位置关系103
4.3.4污染物浓度分布与隧道内平均车辆数的关系106
4.4源项动态变化时的污染物浓度分布110
4.4.1初始条件和边界条件110
4.4.2基于网格节点的差分离散格式110
4.4.3污染源项的计算112
4.4.4污染物浓度的动态分布113
4.5本章小结115
参考文献115
第5章单体公路隧道通风系统的前馈式智能模糊控制117
5.1模糊控制简介117
5.1.1模糊控制的基本思想117
5.1.2前馈通风系统引入模糊控制的必要性118
5.1.3模糊控制系统的组成118
5.1.4模糊控制器的结构120
5.2单体隧道前馈式智能模糊通风控制的系统构成121
5.2.1工程对象121
5.2.2控制目标121
5.2.3控制周期121
5.2.4设备配置121
5.2.5前馈式智能模糊控制系统122
5.3前馈式智能模糊控制器设计123
5.3.1FLC输入量的确定123
5.3.2隶属函数的设定124
5.3.3FLC模糊推理127
5.3.4FLC控制效果130
5.4前馈式智能模糊控制的室内仿真测试131
5.4.1隧道通风控制系统的性能评价指标131
5.4.2仿真测试的基本流程132
5.4.3仿真结果133
5.5通风控制策略及优化135
5.5.1通风系统分级控制策略135
5.5.2降低设备依赖性策略137
5.5.3风量分担及风机保护137
5.6本章小结138
参考文献139
第6章公路隧道群上下游交通流相关关系研究140
6.1高速公路交通流仿真概述140
6.1.1交通流仿真的优缺点140
6.1.2交通流仿真模型的特点141
6.1.3交通流仿真的基本要素141
6.2高速公路交通流仿真的基本模型142
6.2.1交通生成模型142
6.2.2超车模型144
6.2.3跟驰模型145
6.3交通流仿真的实现146
6.3.1数据结构及功能模块146
6.3.2仿真系统的推进方法146
6.3.3仿真程序界面及基本功能介绍147
6.4交通流仿真结果及分析148
6.4.1交通量的影响148
6.4.2交通组成的影响149
6.5上下游交通流相似关系150
6.6本章小结153
参考文献154
第7章公路隧道群通风系统的前馈式智能控制156
7.1公路隧道群的营运管理特点及定义156
7.1.1隧道群的建设现状及带来的问题156
7.1.2隧道群的控制管理模式157
7.1.3公路隧道群的定义158
7.2公路隧道群的前馈式智能通风控制系统160
7.2.1工程对象160
7.2.2隧道群监控设备配置161
7.2.3隧道群前馈式智能通风控制系统构成163
7.3公路毗邻隧道的前馈式智能通风控制系统164
7.3.1毗邻隧道的定义164
7.3.2工程对象166
7.3.3武水高速公路监控设备配置166
7.3.4公路毗邻隧道前馈式智能通风控制系统构成169
7.4万开高速公路隧道群测试结果170
7.4.1隧道群通风控制系统的仿真测试流程170
7.4.2南山隧道通风控制系统仿真测评结果171
7.4.3铁峰山1#隧道通风控制系统仿真测评结果173
7.4.4铁峰山2#隧道通风控制系统仿真测评结果174
参考文献175
第8章公路隧道通风系统基础参数的现场测试176
8.1北碚隧道交通流特性调查176
8.1.1北碚隧道交通量调查176
8.1.2北碚隧道交通组成调查研究184
8.1.3北碚隧道行车速度调查研究190
8.2隧道空气物理学参数的测试190
8.3隧道风速系数的现场测试192
8.3.1测试原理及方法192
8.3.2测试方案193
8.3.3测试结果及分析195
8.4隧道通风压力及分布的现场测试197
8.4.1测试原理及方法197
8.4.2测试方案200
8.4.3测试结果及分析201
8.5隧道阻力系数的现场测试202
8.5.1测试原理及方法202
8.5.2测试方案204
8.5.3测试结果及分析206
8.6隧道自然风速的现场测试209
8.6.1测试原理及方法209
8.6.2测试方案210
8.6.3测试结果及分析211
8.7本章小结211
第9章公路隧道通风控制系统的效果测评213
9.1北碚隧道污染浓度的现场测试213
9.1.1测试原理213
9.1.2测试方案214
9.1.3测试结果及分析215
9.2北碚隧道污染物浓度水平的自动监测217
9.2.1左右线污染状况对比217
9.2.2左线隧道出口污染物浓度特性分析219
9.2.3左线隧道中间与出口烟雾浓度检测值比较221
9.3交通流预测效果222
9.4智能通风控制效果现场测试的理论基础224
9.4.1测试方案的确定224
9.4.2远期交通量下的Q-v关系225
9.4.3近期交通量与远期交通量的关系225
9.4.4与普通后馈式通风控制的对比227
9.4.5评价指标228
9.5北碚隧道左线智能通风实测结果分析229
9.5.110月23日测试结果229
9.5.210月24日测试结果230
9.5.310月27日测试结果233
9.6本章小结235
参考文献236
内容简介:
本书主要对公路隧道前馈式智能通风控制系统的研究成果进行总结，全书主要内容分为10章，第1章主要分析我国公路隧道通风及其控制系统的现状及发展趋势，第2章、第3章和第4章介绍了公路隧道前馈式通风计算的理论基础，包括交通流预测模型、隧道通风的空气动力学模型以及污染物扩散模型等，第5章、第6章和第7章则对单体公路隧道、隧道群及路段集合式隧道的前馈式智能通风控制系统进行了详细的设计与室内仿真测试，第8章、第9章及第10章则介绍了公路隧道通风系统基础参数现场测试的相关成果，以及单体隧道及隧道群中实施前馈式智能通风控制系统的效果测评情况。
作者简介:
　　何川，1964年6月出生，重庆市人，工学博士。现任西南交通大学首席教授、博士生导师、地下工程系主任、交通隧道工程教育部重点实验室负责人。国家杰出青年科学基金获得者、教育部创新团队学术带头人、“长江学者”特聘教授、新世纪百千万人才工程国家级人选、享受政府特殊津贴专家。先后担任过国家自然科学基金委学部评审专家、863计划领域主题专家、国家开发银行专家，铁道部铁路专家委员会专家、西部交通建设科技项目咨询专家，任中国岩石力学与工程学会等学会理事。长期围绕铁路隧道、公路隧道、城市地铁等领域开展基础与应用研究工作。主持完成973计划、863计划、国家科技支撑计划、国家自然科学基金以及重大工程建设科研课题多项。作为主要完成人获省部级科技进步一、二等奖10余项，主持获国家科技进步二等奖2项，主持开发的隧道智能监控软硬件系统入选国家火炬计划重点产业化项目和国家重点新产品计划，获授权发明专利11项、软件著作权4项，出版专著6部（合著），在国内外学术期刊发表论文200余篇（被SCI／EI收录100余篇）。先后获詹天佑铁道科学技术成就奖、茅以升铁道科学技术奖、何梁何利基金科学与技术奖。方勇，1981年1月出生，四川大竹人，工学博士，副教授，研究方向为现代盾构隧道技术。近年来主持了国家自然科学基金项目2项、四川省青年科技基金项目1项。主研了国家科技支撑计划、国家863计划、国家973计划、国家火炬计划等多项国家和省部级科研项目。获得省部级科技进步一等奖3项、二等奖2项及2008年度西南交通大学优秀博士论文奖，并入选西南交通大学“埃实之星”及四川省杰出青年学术技术带头人（培育计划）。学术期刊发表论文40余篇，其中EI检索20余篇。李祖伟，1962年8月出生。重庆市人，工学博士。教授级高工，第十届全国人大代表。全国劳动模范，现任重庆市水务资产经营有限公司董事长、党委书记，曾任重庆高速公路集团有限公司董事长、党委书记。新世纪百千万人才国家级人选、享受政府特殊津贴专家、重庆市学术技术带头人、重庆市首批“首席专家”、中国科协委员、重庆市科协常委、重庆市科青联主席，任中国公路学会隧道工程分会理事、重庆公路学会副理事长兼秘书长、重庆市桥梁协会副会长等学术职务。承担国家自然科学基金项目、交通部西部交通建设科技项目、重庆市重大科技攻关项目等科研项目30多项，发表论文40余篇、出版专著3部《合著），获授权专利发明6项，获省部级科技进步奖特等奖1项、一等奖3项、二等奖4项，获得国家西部突出贡献奖和第二届全国金桥工程一等奖。
目录:
前言
第1章绪论1
1.1我国公路隧道的发展现状1
1.2公路隧道营运通风方式10
1.2.1营运通风的目的10
1.2.2营运通风的方式及发展趋势11
1.2.3国内营运通风方式的现状16
1.3公路隧道通风控制方法及发展趋势18
1.3.1公路隧道营运通风控制方法18
1.3.2公路隧道通风控制系统的现状21
1.3.3公路隧道通风控制系统的发展趋势23
1.4前馈式智能通风控制系统原型23
1.4.1系统原型的提出23
1.4.2系统原型的组成25
参考文献27
第2章公路隧道前馈式通风系统的交通流预测29
2.1公路隧道交通流预测概述29
2.1.1交通流三参数及其相互关系29
2.1.2交通流的统计分布特性30
2.1.3公路隧道交通流预测的特点31
2.2基于交通流特征的预测模型32
2.2.1公路隧道交通流特征32
2.2.2基于交通流特征的公路隧道交通流预测模型37
2.3基于权重的预测模型42
2.3.1权重预测模型的基本形式42
2.3.2自适应权重模型44
2.4基于BP算法的神经网络预测模型48
2.4.1误差反向传播（BP）算法简介48
2.4.2基于BP算法的交通流预测模型50
2.4.3预测模型的仿真测试52
2.5基于模糊逻辑的预测模型57
2.5.1交通流的模糊预测方法57
2.5.2交通流模糊预测模型的建立58
2.5.3模糊逻辑预测的仿真测试60
2.6神经网络与模糊逻辑组合预测模型62
2.6.1两种模型的预测效果比较62
2.6.2组合预测模型64
2.7其他预测模型65
2.8本章小结67
参考文献68
第3章公路隧道通风系统的空气动力学模型69
3.1一元稳定流下的基本方程69
3.1.1基本假定69
3.1.2气体流动的连续性方程70
3.1.3流体的流动遵守能量守恒定律71
3.2射流风机升压力的数值模拟72
3.2.1模型建立73
3.2.2射流风机的纵向间距74
3.2.3射流风机的横向距离77
3.3隧道空气流动的力学平衡方程79
3.3.1自然风压79
3.3.2交通通风力81
3.3.3射流风机的增压82
3.3.4通风阻力83
3.3.5力学平衡方程83
3.4需风量的计算84
3.4.1稀释CO的需风量84
3.4.2稀释烟雾的需风量85
参考文献86
第4章公路隧道通风系统的污染物扩散研究87
4.1公路隧道纵向通风污染物扩散模型87
4.1.1传热与流动的控制方程87
4.1.2隧道内污染物扩散的一般形式88
4.1.3稳态扩散模型90
4.1.4动态扩散模型90
4.2污染物扩散方程离散的控制容积法91
4.2.1CFD理论简介91
4.2.2推导方法93
4.2.3分布假设95
4.2.4网格划分96
4.3源项恒定时的污染物浓度分布98
4.3.1一维对流扩散方程的离散格式98
4.3.2初始浓度对隧道污染物浓度分布的影响100
4.3.3污染物浓度分布与车辆在隧道内的位置关系103
4.3.4污染物浓度分布与隧道内平均车辆数的关系106
4.4源项动态变化时的污染物浓度分布110
4.4.1初始条件和边界条件110
4.4.2基于网格节点的差分离散格式110
4.4.3污染源项的计算112
4.4.4污染物浓度的动态分布113
4.5本章小结115
参考文献115
第5章单体公路隧道通风系统的前馈式智能模糊控制117
5.1模糊控制简介117
5.1.1模糊控制的基本思想117
5.1.2前馈通风系统引入模糊控制的必要性118
5.1.3模糊控制系统的组成118
5.1.4模糊控制器的结构120
5.2单体隧道前馈式智能模糊通风控制的系统构成121
5.2.1工程对象121
5.2.2控制目标121
5.2.3控制周期121
5.2.4设备配置121
5.2.5前馈式智能模糊控制系统122
5.3前馈式智能模糊控制器设计123
5.3.1FLC输入量的确定123
5.3.2隶属函数的设定124
5.3.3FLC模糊推理127
5.3.4FLC控制效果130
5.4前馈式智能模糊控制的室内仿真测试131
5.4.1隧道通风控制系统的性能评价指标131
5.4.2仿真测试的基本流程132
5.4.3仿真结果133
5.5通风控制策略及优化135
5.5.1通风系统分级控制策略135
5.5.2降低设备依赖性策略137
5.5.3风量分担及风机保护137
5.6本章小结138
参考文献139
第6章公路隧道群上下游交通流相关关系研究140
6.1高速公路交通流仿真概述140
6.1.1交通流仿真的优缺点140
6.1.2交通流仿真模型的特点141
6.1.3交通流仿真的基本要素141
6.2高速公路交通流仿真的基本模型142
6.2.1交通生成模型142
6.2.2超车模型144
6.2.3跟驰模型145
6.3交通流仿真的实现146
6.3.1数据结构及功能模块146
6.3.2仿真系统的推进方法146
6.3.3仿真程序界面及基本功能介绍147
6.4交通流仿真结果及分析148
6.4.1交通量的影响148
6.4.2交通组成的影响149
6.5上下游交通流相似关系150
6.6本章小结153
参考文献154
第7章公路隧道群通风系统的前馈式智能控制156
7.1公路隧道群的营运管理特点及定义156
7.1.1隧道群的建设现状及带来的问题156
7.1.2隧道群的控制管理模式157
7.1.3公路隧道群的定义158
7.2公路隧道群的前馈式智能通风控制系统160
7.2.1工程对象160
7.2.2隧道群监控设备配置161
7.2.3隧道群前馈式智能通风控制系统构成163
7.3公路毗邻隧道的前馈式智能通风控制系统164
7.3.1毗邻隧道的定义164
7.3.2工程对象166
7.3.3武水高速公路监控设备配置166
7.3.4公路毗邻隧道前馈式智能通风控制系统构成169
7.4万开高速公路隧道群测试结果170
7.4.1隧道群通风控制系统的仿真测试流程170
7.4.2南山隧道通风控制系统仿真测评结果171
7.4.3铁峰山1#隧道通风控制系统仿真测评结果173
7.4.4铁峰山2#隧道通风控制系统仿真测评结果174
参考文献175
第8章公路隧道通风系统基础参数的现场测试176
8.1北碚隧道交通流特性调查176
8.1.1北碚隧道交通量调查176
8.1.2北碚隧道交通组成调查研究184
8.1.3北碚隧道行车速度调查研究190
8.2隧道空气物理学参数的测试190
8.3隧道风速系数的现场测试192
8.3.1测试原理及方法192
8.3.2测试方案193
8.3.3测试结果及分析195
8.4隧道通风压力及分布的现场测试197
8.4.1测试原理及方法197
8.4.2测试方案200
8.4.3测试结果及分析201
8.5隧道阻力系数的现场测试202
8.5.1测试原理及方法202
8.5.2测试方案204
8.5.3测试结果及分析206
8.6隧道自然风速的现场测试209
8.6.1测试原理及方法209
8.6.2测试方案210
8.6.3测试结果及分析211
8.7本章小结211
第9章公路隧道通风控制系统的效果测评213
9.1北碚隧道污染浓度的现场测试213
9.1.1测试原理213
9.1.2测试方案214
9.1.3测试结果及分析215
9.2北碚隧道污染物浓度水平的自动监测217
9.2.1左右线污染状况对比217
9.2.2左线隧道出口污染物浓度特性分析219
9.2.3左线隧道中间与出口烟雾浓度检测值比较221
9.3交通流预测效果222
9.4智能通风控制效果现场测试的理论基础224
9.4.1测试方案的确定224
9.4.2远期交通量下的Q-v关系225
9.4.3近期交通量与远期交通量的关系225
9.4.4与普通后馈式通风控制的对比227
9.4.5评价指标228
9.5北碚隧道左线智能通风实测结果分析229
9.5.110月23日测试结果229
9.5.210月24日测试结果230
9.5.310月27日测试结果233
9.6本章小结235
参考文献236

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