Proceedings of the 1st Conference on Transportation and Energy Integration Technologies
Volume I
- 2026
- Buch
- Herausgegeben von
- Limin Jia
- Peng Jia
- Buchreihe
- Lecture Notes in Electrical Engineering
- Verlag
- Springer Nature Singapore
Über dieses Buch
Dieses Buch spiegelt die neuesten Forschungstrends, Methoden und experimentellen Ergebnisse im Bereich Transport- und Energieintegrationstechnologien wider. Es deckt eine Fülle hochmoderner Forschungstheorien und -ideen ab. Als lebenswichtiges und hochrelevantes Forschungsfeld umfasst es Lösungen für Transport und Energieintegration, Integrationsmodelle zwischen Transportausrüstung und sauberer Energie, Integrationsmodelle zwischen Transportinfrastruktur und sauberer Energie, typische Lösungen für die Integration von Transportinfrastruktur und sauberer Energie, typische Integrationsfälle zwischen Transportausrüstung und sauberer Energie sowie Schlüsseltechnologien für Transport und Energieintegration. Ziel des Vortrags ist es, ein wichtiges interdisziplinäres Forum für Forscher, Ingenieure, Wissenschaftler und Industriefachleute zu bieten, um innovative Forschung und Entwicklung in den Bereichen Transport und Energieintegration zu präsentieren. Ingenieure und Forscher aus Wissenschaft, Industrie und Regierung werden Einsichten in Lösungen erforschen, die Ideen aus verschiedenen Disziplinen in diesem Bereich kombinieren. Diese Bände dienen als hervorragendes Nachschlagewerk für Forscher und Doktoranden in den Bereichen Transport und Energie.
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Über dieses Buch
This book reflects the latest research trends, methods, and experimental results in Transportation and Energy Integration Technologies. It covers an abundance of state-of-the-art research theories and ideas. As a vital and highly relevant field of research, it covers solutions for transportation and energy integration, models of integration between transportation equipment and clean energy, models of integration between transport infrastructure and clean energy, typical solutions for the integration of transport infrastructure and clean energy, typical cases of integration between transportation equipment and clean energy, and key technologies for transportation and energy integration. The objective of the proceedings is to provide a major interdisciplinary forum for researchers, engineers, academics, and industrial professionals to present innovative research and development in Transportation and Energy Integration. Engineers and researchers from academia, industry, and government will explore insights into solutions combining ideas from multiple disciplines in this field. These volumes serve as an excellent reference work for researchers and graduate students in transportation and energy.
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Inhaltsverzeichnis
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Frontmatter
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Research on Energy-Saving Control of Electric Buses Based on Instantaneous Energy Consumption Prediction
Mengqi Gao, Lulu Cai, Boyue Bu, Zhanjun Xu, Xue Wei, Shuai Guo, Xu WeiDieses Kapitel befasst sich mit innovativen Strategien zur energiesparenden Steuerung von Elektrobussen, wobei der Schwerpunkt auf dem Hybridformer-Modell und dem adaptiven Optimierungsalgorithmus AO liegt. Der Text untersucht die Beschränkungen bestehender Vorhersagemethoden für den Energieverbrauch und stellt das Hybridformer-Modell vor, das kurzfristige Aufmerksamkeitsmechanismen mit verbesserten langfristigen Vorhersagemodulen kombiniert. Das Modul zur dynamischen Sequenzzerlegung ermöglicht es dem Modell, Trend- und periodische Muster von Zeitreihendaten zu erlernen, während das Kurzzeitaufmerksamkeitsmodul lokale, sich schnell ändernde Muster erfasst. Das Modul für langfristige Prognosen nutzt einen Autokorrelationsmechanismus, um periodische Abhängigkeiten bei der Energieerschöpfung zu erfassen. Das Fusionsmodul für Lang- und Kurzzeitvorhersagen ermöglicht es dem Modell, den Fokus auf kurz- oder langfristige vorhergesagte Ausgabewerte automatisch zu bestimmen. Der AO-Optimierungsalgorithmus verbessert die Trainingseffizienz und Vorhersagegenauigkeit des Hybridformer-Modells, indem er Hyperparameter vernünftig setzt. In diesem Kapitel wird auch das Design des Energiesparreglers PEOC diskutiert, der vorhergesagte Werte für eine a priori Steuerung verwendet und die Betriebsstrategien dynamisch anpasst. Simulationstests bestätigen die Vorhersagegenauigkeit des Hybridformer-Modells unter verschiedenen Arbeitsbedingungen und vergleichen es mit anderen Modellen wie Transformer und LSTM. Die Ergebnisse zeigen die überlegene Vorhersagegenauigkeit und energiesparende Leistung des vorgeschlagenen Ansatzes und unterstreichen seine Durchführbarkeit und Wirksamkeit. Das Kapitel schließt mit einer Diskussion über das Potenzial realer Fahrzeugtests und weiterer experimenteller Validierung.KI-Generiert
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AbstractThe energy crisis and environmental pollution have constrained the development of China’s automotive industry, making new energy-saving technologies a key focus. With the advancement of intelligent transportation and vehicle intelligence, the application of intelligent traffic information to achieve energy-efficient driving has attracted significant attention. This paper proposes an energy-saving technology for electric buses equipped with an instantaneous energy consumption prediction system. Based on the Hybridformer model, this system predicts energy consumption by integrating short-term and long-term prediction modules through dynamic sequence decomposition methods. The AO algorithm is employed to train the model, optimizing hyperparameters with adaptive mutation rates and non-elite elimination strategies. A predictive energy-optimized control (PEOC) controller is designed based on the prediction results to dynamically adjust speed and power, thereby reducing energy consumption while ensuring comfort and punctuality. Simulations on the Carsim-Simulink platform across three driving conditions demonstrate that the AO-optimized Hybridformer model achieves high prediction accuracy and that the PEOC controller significantly enhances the energy-saving performance of electric buses. -
Parametric Design of Oil and Gas Springs Based on Multimodal Knowledge and Creo Secondary Development
Xu Wei, Mengyan Xu, Yafeng Zhang, Huahua Wang, Mengqi GaoDieses Kapitel vertieft sich in die parametrische Auslegung hydropneumatischer Federn, wobei der Schwerpunkt auf der Integration multimodalen Wissens und der sekundären Entwicklung von Creo liegt. Der Text untersucht das System-Framework, das eine Unterstützungsebene mit einer 3D-Modellbibliothek, einer Wissensbasis für das Modelldesign und einer grundlegenden Datenressourcenbibliothek sowie eine auf der Plattform Creo 2.0 entwickelte Anwendungsebene umfasst. Die Implementierung des Systems wird diskutiert, wobei der Einsatz von Pro / Toolkit für die Sekundärentwicklung und MFC für das interaktive Interface-Design hervorgehoben wird. Im Kapitel wird auch eine Fallstudie über den parametrischen Entwurf einer Einzylinder-Hydropneumatikfeder vorgestellt, die die Berechnung und Anpassung von Schlüsselparametern wie Zylinderaußendurchmesser und Kolbenstangendurchmesser demonstriert. Darüber hinaus wird in dem Text die Überprüfung der Effektivität des Systems diskutiert, was eine deutliche Verringerung des Produktdesignzyklus zeigt. Die Schlussfolgerung betont die praktischen Implikationen des parametrischen Designansatzes, einschließlich verbesserter Designeffizienz, verringerter menschlicher Fehler und verbesserter Standardisierung des Designprozesses.KI-Generiert
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AbstractIn response to the challenges of cumbersome model modification steps and low efficiency in the repetitive design process of gas springs, a parametric design method combining multimodal knowledge is proposed. This approach involves exploring the relationship between requirement index parameters and geometric control parameters while organizing the geometric control parameters and model variation relationships based on traditional parametric modeling methods. The requirement index parameters are used as system inputs, and a parametric modeling system is programmed based on multimodal knowledge by integrating formulas, design manuals, and standards. Taking the design of a single-tube gas spring as an example, the above design method was applied, and the Creo 2.0 platform was further developed using the Pro/Toolkit package to construct a parametric design system for gas springs. Validation results indicate that this method is both feasible and efficient, addressing issues in previous parametric design systems, such as difficulties in sourcing geometric control parameters and low design flexibility. -
Wind-Resistant Control for Proximal Berthing of USV Towards Ship Wireless Charging Applications
Chunlai Yu, Zhanpeng Luo, Hongliang Liu, Yancheng Liu, Siyuan Liu, Qinjin Zhang, Chengzhi Yu, Chenxi ZhangDieses Kapitel geht den Herausforderungen nach, die eine präzise und zuverlässige Anlegestelle für unbemannte Oberflächenfahrzeuge (USVs) für kabellose Ladeanwendungen, insbesondere bei böigem Wind, mit sich bringt. In der Studie wird ein in Windkraftanlagen integriertes lineares System zur aktiven Störungsabwehrkontrolle (WF-LADRC) vorgestellt, das dazu entwickelt wurde, Windstörungen schnell zu kompensieren und eine präzise Bahnverfolgung sowie hohe Andockerfolge sicherzustellen. Schlüsselthemen sind die Prinzipien der proximalen USV-Anlegestelle, die mathematische Modellierung von USVs und das Design des WF-LADRC-Controllers. Simulationsexperimente mit dem "Red Arrow" USV zeigen die überlegene Leistung des WF-LADRC im Vergleich zu herkömmlichem ADRC und LADRC und unterstreichen seine Robustheit und Effektivität bei der Abschwächung plötzlicher Windstörungen. Das Kapitel schließt mit einem praktischen Ladeschema für kabelloses Laden, das technische Referenzen für technische Anwendungen im Bereich des kabellosen Ladens auf Schiffen bietet. Die Leser erhalten Einblicke in fortschrittliche Kontrollstrategien für USVs, die Auswirkungen von Windstörungen auf die Anlegegenauigkeit und die Vorteile der Integration von Feedforward-Kompensation mit LADRC für verbesserte Dockzuverlässigkeit.KI-Generiert
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AbstractShip wireless charging technology, characterized by its low carbon emissions, has emerged as a research focus in the field of green shipping. Among various approaches, robotic arm-based docking wireless charging has become a mainstream technical pathway. However, during the proximal berthing process of unmanned surface vehicles (USVs) approaching the robotic arm, gusty winds often cause deviations from the prescribed berthing path. This leads to the actual trajectory exceeding the robotic arm’s reachable range, posing a risk of shore collision and significantly compromising the docking efficiency of wireless charging systems. The core issue lies in the inability of heading angle errors to converge rapidly under wind disturbances. To address this, a linear active disturbance rejection controller (LADRC) integrated with wind feedforward compensation is proposed. This controller enables USV to rapidly stabilize heading angle errors and closely track the prescribed path even under sudden wind disturbances. Simulation results demonstrate that the wind feedforward-enhanced LADRC exhibits remarkable wind disturbance resistance, effectively reducing shore collision risks while improving the reliability of proximal berthing and the docking efficiency of charging robotic arms. -
Railway Intrusion Small Object Detection Based on Improved YOLOv8
Dekai Liu, Teng Long, Zhujun Nie, Yao Wang, Baoqing GuoDieses Kapitel untersucht die Weiterentwicklung des YOLOv8-Modells zur verbesserten Erkennung kleiner Objekte in Eisenbahnszenen, wobei der Schwerpunkt auf der Sicherheit von Fußgängern liegt. Die Studie führt neuartige Module wie PinwheelConv, LSKA und Dysample ein, um die Erkennungsgenauigkeit und Effizienz zu steigern. Schlüsselthemen sind die Methodik hinter diesen Verbesserungen, der Datensatz, der für die Ausbildung verwendet wird, und die experimentellen Ergebnisse, die die überlegene Leistung des Modells belegen. Die Ergebnisse zeigen eine deutliche Steigerung der Präzision und des Rückrufs sowie eine Verringerung der Anzahl der Parameter, wodurch das Modell leichter und effizienter wird. Diese Studie bietet eine vielversprechende Lösung zur Verbesserung der Eisenbahnsicherheit, indem sie die Anzahl der durch Fußgänger verursachten Bremsvorfälle verringert.KI-Generiert
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AbstractThe issue of railway intrusion has always been a major concern for railway safety. Solving this problem not only ensures safety, but also effectively avoids situations where trains slow down or even brake urgently due to encountering obstacles, thereby reducing the additional carbon emissions caused by braking. To further improve the detection accuracy of pedestrians in railway intrusion problems, this study proposes a novel model based on the YOLOv8 model for improvement. This study introduces attention mechanism, new convolution method and upsampling method based on the original model, and adds a small object detection layer to specialize the model’s perception of small objects, improve the accuracy of small object detection, and solve the problem of low recognition accuracy caused by pedestrian objects being too small due to various reasons. At the same time, it also achieved lightweighting of the model, making it easier to configure on the detection site. Through improvement, This study has significantly improved the performance compared to the original model, achieving 82.1% precision and 76.8% mAP50, while reducing the number of parameters by 22%. This fully demonstrates the superiority of the improved model performance. -
Research on the Navigation Pricing Strategy for Hydraulic Hubs Based on a Bilevel Dynamic Game
Xinyue Liu, Shun Liu, Yu ZhangDieses Kapitel vertieft die Herausforderungen von Frachtstaus an Schifffahrtsdrehkreuzen und konzentriert sich insbesondere auf das Ungleichgewicht zwischen freien, aber kapazitätsbeschränkten schiffbaren Strukturen und kostspieligen, aber zeitsparenden Dammumgehungen. Die Forschung hebt die Ineffizienzen hervor, die durch das Fehlen eines differenzierten Managements und die Notwendigkeit dynamischer Regulierungsmechanismen verursacht werden. Die Studie führt ein zweistufiges dynamisches Spielmodell ein, das dynamische Preisgestaltung beinhaltet, um ein differenziertes Schiffsmanagement zu ermöglichen und eine verfeinerte Planung an hydraulischen Hubs zu unterstützen. Das Modell geht davon aus, dass die Schiffe zwischen schiffbaren Strukturen oder straßenbasierten Dammumfahrungen wählen, wobei Entscheidungen durch Preisaktualisierungen in Echtzeit beeinflusst werden. Die Analyse umfasst eine detaillierte Untersuchung der Dammdurchfahrtskosten unter Berücksichtigung von Faktoren wie Treibstoffverbrauch, Zeitkosten und Bearbeitungsgebühren. Die vorgeschlagene dynamische Preisstrategie kombiniert Staugebühren und Rückerstattungen, um die Effizienz des Systems zu verbessern. Die Studie präsentiert auch einen Hybrid Variable Neighborhood Search Genetic Algorithm (HVNGA) zur Lösung des zweistufigen Mixed-Integer-Programmiermodells, das im Vergleich zu herkömmlichen Genetischen Algorithmen eine überlegene Leistung zeigt. Eine Fallstudie des Drei-Schluchten-Hubs veranschaulicht die Effektivität der dynamischen Preisstrategie und zeigt eine signifikante Senkung der Systemkosten und eine verbesserte Ressourcenallokation. Die Forschungsergebnisse kommen zu dem Schluss, dass angemessene Preisstrategien die Schiffswahl effektiv verändern, Staus verringern und die Kapazitätsauslastung verbessern können, was zu einem ausgewogeneren und effizienteren Navigationssystem führt.KI-Generiert
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AbstractIn response to the congestion issues encountered in inland waterway navigation at hydraulic hubs, a bilevel dynamic game optimization model is developed. By incorporating a congestion charging mechanism along with a fee refund policy to adjust and optimize the distribution of ship passages over dams, a Hybrid Variable Neighborhood Search Genetic Algorithm (HVNGA) is proposed to solve the bilevel programming problem. A simulation study using the Three Gorges Hub as a case example demonstrates that the optimized pricing strategy reduces the total system cost by 11.79% and achieves budget balance for the managing authority. Furthermore, compared with a conventional Genetic Algorithm (GA), HVNGA improves solution quality by 2.31% while reducing computational time by 55.3%, thereby exhibiting superior efficiency and stability. These findings provide theoretical support for the formulation of refined scheduling and differentiated pricing policies at hydraulic hubs, promoting the efficient and sustainable development of the navigation system. -
Energy Efficiency Analysis and Design Research of Hydrogen Fuel Cell Powered Ships
Yupeng Li, Zhe Wang, Mingyu Li, Yulong Ji, Fenghui HanDieses Kapitel befasst sich mit der Analyse der Energieeffizienz und dem Design von Schiffen mit Brennstoffzellenantrieb, einer transformativen Chance zur Energieeinsparung auf See. Es untersucht systematisch die Arbeitsmechanismen von Wasserstoff-Brennstoffzellen und die Kopplungseigenschaften von Schiffsantriebssystemen und erstellt ein integriertes mathematisches Modell. Der Text schlägt eine Berechnungsmethode für einen für Schiffe mit Wasserstoffenergie anwendbaren Designindex für Energieeffizienz vor, die auf dem traditionellen EEDI-Parametersystem beruht. Es untersucht die Einflussfaktoren der EEDI für Schiffe und betont die Komplexität von Schiffskonstruktion, -konstruktion und -betrieb. Das Kapitel präsentiert außerdem eine detaillierte Fallstudie eines 38800DWT Massengutfrachters, der mit Wasserstoff-Brennstoffzellen ausgerüstet ist und spezifische Leistungsparameter und Berechnungsergebnisse zur Energieeffizienz liefert. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass niedrigere EEDI-Werte einen geringeren Energieverbrauch und weniger Kohlendioxidemissionen bedeuten, was direkt mit den globalen Zielen zur Reduzierung von Treibhausgasen korreliert und die wirtschaftliche Effizienz des Schiffsbetriebs steigert.KI-Generiert
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AbstractHydrogen energy, with zero-carbon emissions and high energy density, shows promise for maritime decarbonization. This study focuses on energy efficiency analysis and design for hydrogen-powered vessels, exploring hydrogen fuel cell (HFC) operation principles and ship propulsion system coupling. An integrated mathematical model of HFCs and propulsion systems was developed to simulate interactions. By refining parameters and improving algorithms, we proposed a simplified EEDI calculation method tailored for hydrogen ships, building on the conventional EEDI framework. Using MATLAB, dynamic HFC models, thermodynamic cooling/lubrication models, and a ship resistance model were constructed. Input data combined theoretical calculations with real-ship measurements, ensuring applicability to newbuilds and existing vessels. The study innovatively enabled rapid EEDI computation and optimization for hydrogen ships by simulating resistance and energy consumption under varying conditions, validating the model’s accuracy and practicality. This research provides a theoretical foundation and simulation platform for hydrogen ship energy efficiency assessment, guiding low-carbon maritime technology development. -
A Survey of an Energy-Efficient Railway System
Yani Sun, Zhe Zhang, Limin JiaDieses Kapitel untersucht die entscheidende Rolle energieeffizienter Eisenbahnen im nachhaltigen Verkehr, wobei der Schwerpunkt auf der Optimierung des Zugbetriebs und der Infrastruktur liegt. Es geht um energieeffiziente Fahrstrategien, Fahrplanoptimierungen und integrierte Optimierungsansätze für den Zugbetrieb. Außerdem werden Fortschritte bei der energieeffizienten Eisenbahninfrastruktur überprüft, darunter die Optimierung der Stromqualität und die Integration erneuerbarer Energiequellen. Das Kapitel untersucht auch energieeffiziente Bahnhöfe und beleuchtet die Forschung zu Klimaanlagen, Beleuchtung und vertikalen Transportsystemen. Die Schlussfolgerung betont die Bedeutung einer gemeinsamen Optimierung von Zugbetrieb und Infrastruktur sowie die Notwendigkeit weiterer Verifikationen theoretischer Methoden in der realen Welt. Durch die Lektüre dieses Kapitels erhalten Fachleute Einblicke in aktuelle Trends, Technologien und Best Practices im Bereich energieeffizienter Eisenbahnen sowie in zukünftige Richtungen und Chancen in diesem Bereich.KI-Generiert
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AbstractAs the global demand for rail transportation continues to grow, energy consumption and environmental impacts have increased; thus, improving the energy efficiency of rail research is necessary. Energy-efficient railways include energy-efficient trains and energy-efficient railway infrastructure. Energy-efficient driving strategies and timetable optimization are the main energy-efficient train operation measures. In addition, innovative solutions such as regenerative braking, energy storage systems and photovoltaics have been explored and implemented, and the optimization of station loads has become increasingly popular. In this paper, a framework for energy-efficient railways is proposed on the basis of previous research, and some important works on energy-efficient train operation and energy-efficient railway infrastructure are reviewed. We find that the joint optimization of energy-efficient train operations, which are related to the energy load, and energy-efficient railway infrastructure, which provides energy, is a potential way to establish energy-efficient railway systems. -
RAMS Assessment for Highway Traffic Integrated Multi-microgrid Self-Contained Energy Systems
Lingzhi Zhang, Xiaoyi Wang, Ruifeng ShiDieses Kapitel befasst sich mit der Integration von Multi-Microgrid-Systemen mit dem Straßenverkehr und konzentriert sich dabei auf die Verbesserung der Energieeffizienz und Zuverlässigkeit. Es führt ein umfassendes RAMS-Bewertungssystem (Reliability, Availability, Wartbarkeit, and Safety) ein, um die Systemleistung sowohl auf Sub-Microgrid-Ebene als auch auf Systemebene zu bewerten. Die Studie hebt die Vorteile der Vernetzung mehrerer Mikronetze hervor und zeigt signifikante Verbesserungen bei Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit, Wartbarkeit und Sicherheit auf. Eine Fallstudie, die die Ridu Service Area, die Bangjetang Service Area und die Milashan Tunnel entlang der Autobahn G318 in Westchina umfasst, bietet praktische Einblicke. Die Forschungsergebnisse kommen zu dem Schluss, dass die Zusammenschaltung zwar Stromknappheit verringert und die Gesamtleistung des Systems verbessert, bestimmte Einschränkungen jedoch bestehen bleiben, insbesondere innerhalb von Mikronetzen mit inhärenten Erzeugungsbeschränkungen. Künftige Forschungsarbeiten sollten sich auf die Optimierung von Speicherkonfigurationen und die Verfeinerung von Strategien zum Energiemanagement konzentrieren, um die Widerstandsfähigkeit und Autarkie von Multi-Microgrid-Systemen weiter zu stärken.KI-Generiert
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AbstractWith the rise of renewable energy, multi-microgrid systems have become key to enhancing energy resilience, especially in remote settings like highways and tunnels. Compared to single microgrids, they involve greater complexity due to diverse generation and dynamic loads. This study proposes a RAMS-based assessment framework tailored to multi-microgrid self-contained systems, highlighting the role of interconnection and mutual support. A case study on the G318 Highway’s Lalin section demonstrates the framework’s effectiveness and applicability. -
EKF-PLL-Based Harmonic Tracking Algorithm for Rail Transit Power Supply Systems
Wu Wei, Liu Yuming, Zeng Dehui, Lu JiajunDieses Kapitel geht den Herausforderungen der harmonischen Umweltverschmutzung in den Stromversorgungssystemen des Eisenbahntransports nach und beleuchtet die Grenzen traditioneller Nachweismethoden wie FFT. Es führt eine hybride Erkennungsarchitektur ein, die einen verbesserten Extended Kalman Filter (EKF) mit einer Dual Decoupling Synchronous Reference Frame Phase-Locked Loop (DDSRF-PLL) kombiniert, um eine hochpräzise Verfolgung dynamischer Oberwellen und Interharmonischen zu erreichen. Der Text untersucht die Rekonstruktion von Zustand und Raum, das Frequenzdriftmodell und das adaptive Rauschkovarianzdesign, die Schlüsselinnovationen der vorgeschlagenen Methode. Darüber hinaus präsentiert es den Workflow der Algorithmenimplementierung und verifiziert seine Leistung durch umfassende Tests unter stationären und dynamischen Bedingungen. Die Ergebnisse zeigen signifikante Verbesserungen bei der Nachverfolgung von Geschwindigkeit und Fehlern im Vergleich zu herkömmlichen Methoden, wodurch der vorgeschlagene Algorithmus für die Online-Überwachung und dynamische Kompensation in Schienenverkehrssystemen sehr gut geeignet ist.KI-Generiert
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AbstractThis paper proposes an integrated framework that synergistically combines a phase-locked loop (PLL) and an enhanced extended Kalman filter (EKF) to address dynamic harmonic and interharmonic tracking challenges in rail transit power supply systems. In the proposed method, the PLL is employed to quickly and accurately lock the fundamental frequency, thereby providing a stable reference for the EKF. This significantly reduces the difficulty in tracking fundamental wave parameters within the EKF state model. A frequency drift constraint term is introduced to describe the unsteady characteristics of interharmonics, thereby improving the model’s adaptability to time-varying harmonics. Finally, by dynamically adjusting the process noise covariance matrix combined with the Sage-Husa adaptive algorithm, the anti-disturbance capability of the algorithm under complex working conditions such as traction load mutations and electromagnetic interference is enhanced. Experimental results indicate that under complex operating conditions where the fundamental frequency drifts and interharmonics are present, the algorithm proposed in this paper exhibits fast tracking speed and high accuracy for the amplitude and frequency of harmonics/interharmonics, making it highly suitable for online monitoring of harmonics/interharmonics in rail transit power supply systems. -
From Human Mobility to Energy Demand: A Data-Driven Approach to Urban EV Charging Analysis
Shaojia Yuan, Yuan Zhu, Man Li, Ruiwen XuDieses Kapitel untersucht die Rekonstruktion des Bedarfs an städtischen Elektrofahrzeugen anhand mobiler Signaldaten von Hohhot. Durch die Analyse von Reisewegen und die Identifizierung typischer Reisemuster für Elektrofahrzeuge schafft die Studie einen datengestützten Rahmen für die Schätzung des öffentlichen Ladebedarfs. Die Methodik umfasst die Extraktion von Reisepfaden, ihre Segmentierung in Reisesegmente und die Verwendung von DBSCAN-Clustern, um ähnliche Flugbahnen zu identifizieren. Die Studie rekonstruiert dann die täglichen Reiseketten und entwickelt ein EV-Energieverbrauchsmodell, um die Dynamik des Batteriezustands (SOC) zu simulieren. Eine Fallstudie in Hohhot zeigt, dass die Ladeaktivitäten zwischen 16: 00 und 19: 00 Uhr ihren Höhepunkt erreichen, wobei eine starke positive Korrelation zwischen der Reiseaktivität und der Ladenachfrage besteht. Die räumliche Verteilung der Ladenachfrage spiegelt die Reiseintensität wider und hebt Gebiete mit höherem Mobilitätsvolumen hervor. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass die abgeleiteten Ladenachfragemuster zwar robust sind, Datenbeschränkungen wie das Fehlen tatsächlicher Ladestationsnutzungsdaten und Echtzeit-Fahrzeuginformationen jedoch vereinfachte Annahmen erfordern. Die Ergebnisse bieten wertvolle Einblicke in die Ladedynamik städtischer Elektrofahrzeuge und fließen in die Infrastrukturplanung ein.KI-Generiert
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AbstractWith the rapid growth of private electric vehicle (EV) ownership, the resulting charging load has become an increasingly important issue requiring attention from urban planners and policymakers. Effectively coordinating the layout of EV charging networks with users’ charging behaviors has emerged as a key challenge in this field, while advancing relevant optimization studies necessitates access to charging demand data with high spatiotemporal resolution. This study developed a data-driven framework based on 460,000 cellular base station records. By systematically analyzing the signaling data of hundreds of thousands of mobile users, users’ frequently traveled trajectories within the study area were inferred. Building on the reconstructed travel behavior, an EV energy consumption model was introduced, and the Monte Carlo method was applied to simulate energy consumption dynamics and estimate the potential spatiotemporal distribution of charging demand. This study proposes a feasible approach for deriving intra-day mobility patterns and estimating potential charging demand distributions from large-scale mobile signaling data, providing a data foundation for understanding the dynamic characteristics of urban EV charging demand and optimizing the deployment of public charging infrastructure. -
Research on the Symbiotic Development of Low-Carbon and Economy in Port-City Based on Composite System Theory: Evidence from Lianyungang
Nan Zhang, Hao Li, Ke-ao Bao, Jinshan DaiDieses Kapitel untersucht das dynamische Zusammenspiel zwischen Hafenwirtschaft und kohlenstoffarmer Entwicklung in Hafenstädten und konzentriert sich dabei auf die symbiotische Beziehung, die nachhaltiges Wachstum antreibt. Durch die Brille der Theorie des Verbundsystems und der Symbiosetheorie analysiert die Studie, wie Häfen und Städte zusammenarbeiten können, um ökologischen Wandel und wirtschaftlichen Wohlstand zu erreichen. Die Forschung nutzt ein umfassendes Bewertungssystem, einschließlich statischer und dynamischer Symbiosemodelle, um die koordinierte Entwicklung des Hafens von Lianyungang und seiner umliegenden städtischen kohlenstoffarmen Wirtschaft zu bewerten. Zu den Schlüsselthemen gehören die theoretische Grundlage der Theorie des Verbundsystems, der Aufbau von Subsystemen für Hafen- und kohlenstoffarme Volkswirtschaften und die empirische Analyse der Entwicklung Lianyungangs von 2010 bis 2019. Die Studie zeigt verschiedene Phasen der Symbiose auf und beleuchtet die Auswirkungen nationaler Strategien, der globalen Handelsdynamik und des Ausbaus der Infrastruktur auf die Beziehung zwischen Hafen und Stadt. Die Schlussfolgerung unterstreicht, wie wichtig es ist, industrielle Entwicklung und Infrastruktur mit den Zielen der Hafenerweiterung in Einklang zu bringen, um eine qualitativ hochwertige Koordinierung und nachhaltiges Wachstum zu erreichen. Dieses Kapitel bietet wertvolle Einblicke in die Mechanismen und operativen Prinzipien, die der kohlenstoffarmen Entwicklung von Hafenstädten zugrunde liegen, und bietet praktische Wege und politische Empfehlungen für Fachleute auf diesem Gebiet.KI-Generiert
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AbstractThis paper examines the symbiotic relationship between low-carbon growth and the port economy in coastal towns, utilizing composite system theory and focusing on Lianyungang, China, as a case study. This study analyzes the evolutionary aspects of the connection from 2010 to 2019 by developing static and dynamic symbiotic evaluation models. The data indicate a sequential transition: starting with disorder (2010–2012), the system advanced through phases of slight imbalance (2013–2015) and moderate coordination (2016–2017), ultimately reaching high-quality coordination (2018–2019). Key drivers included policy interventions and industrial restructuring, though the port economy’s reliance on traditional bulk cargo transport initially constrained low-carbon potential. However, obstacles remain, such as infrastructural deficiencies and the protracted development of low-carbon industries. This research provides a quantitative methodology for evaluating port-city sustainability in the context of transportation and energy integration, offering policy insights for achieving carbon neutrality while ensuring economic growth. Future research could enhance forecast precision by incorporating nonlinear dynamics. -
Collaborative Optimization for Economic Operation of Integrated Photovoltaic-Energy Storage-Charging Battery Swapping Stations of Electric Mining Truck Fleet
Honghui Zou, Yuanbo Zhang, Wenzhuo Du, Akynkali Darmenov, Xiaolei MaDieses Kapitel befasst sich mit der Integration von Photovoltaik (PV) -Systemen, Energiespeichern (ESS) und Batterietauschstationen für Elektro-Mining-LKWs (EMTs) in den Tagebau. Er hebt die Herausforderungen hervor, die durch die Unterbrechung von PV-Systemen und die Dynamik von Batteriewechselereignissen entstehen, die zu Diskrepanzen zwischen Energieangebot und -nachfrage führen können. Die Studie stellt ein hochauflösendes Lastumwandlungsmodell vor, das die Zufälligkeit von EMT-Batteriewechselereignissen und deren Auswirkungen auf die Stromnachfrage erfasst, wobei sowohl schnelle als auch langsame Ladeübergänge berücksichtigt werden. Ein umfassendes kollaboratives Optimierungsmodell für Energiesysteme auf der Grundlage gemischt-ganzzahliger nichtlinearer Programmierung (MINLP) wird entwickelt, um die Leistung von PV-Anlagen, die ESS-Planung und die Netzinteraktion zu koordinieren. Das vorgeschlagene Rahmenwerk wird anhand realer Daten aus einem Tagebau in der Inneren Mongolei, China, validiert und demonstriert seine praktische Anwendung und wirtschaftlichen Vorteile. Die Ergebnisse zeigen eine Verringerung der Netzabhängigkeit, eine Minimierung der Verlustausfälle und eine effiziente Nutzung des ESS-Ladezustandes (SOC). In der Studie wird auch ein benutzerdefinierter Lösungsalgorithmus auf der Grundlage adaptiver großer Nachbarschaftssuche (ALNS) eingeführt, um die Nichtkonvexität und kombinatorische Komplexität des Optimierungsproblems zu beheben. Die Leistung des Algorithmus wird mit einer gierigen Basislinie verglichen, die eine Senkung der Netzbeschaffungskosten und eine geringfügige Anpassung der ESS-Einnahmen zeigt. Das Kapitel schließt mit einer Diskussion zukünftiger Arbeiten, einschließlich der Einbeziehung von ESS-Koordinations- und Nachfrageregelungsmechanismen verschiedener Art, um die Robustheit und Wirtschaftlichkeit des Systems weiter zu optimieren.KI-Generiert
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AbstractTo address the challenges of sustainable development in high-energy consumption and carbon-intensive operations in open-pit mining, this paper proposes an economic operation collaborative optimization framework for integrated photovoltaic-energy storage-charging battery swapping stations of electric mining truck fleet. By constructing a high-resolution dynamic load model, the spatiotemporal characteristics of battery swapping events and the impact of state of charge segmented charging behavior on power demand are precisely depicted. The framework integrates a mixed-integer nonlinear programming (MINLP) model to coordinate photovoltaic output, energy storage scheduling, and interaction with the power grid, aiming to maximize renewable energy utilization and minimize grid electricity purchase costs. Given the non-convexity and combinatorial complexity of the model, a custom solution algorithm based on adaptive large neighborhood search (ALNS) is designed to ensure both feasibility and computational efficiency. A case study based on real data from an open-pit mine in Inner Mongolia, China, demonstrates that the proposed algorithm can reduce the grid electricity purchase costs by 5.3% and increase the load share of photovoltaic and energy storage to 32.1% and 23.1%, respectively, validating the effectiveness of the model in optimizing energy scheduling and economic benefits. This study provides theoretical support and practical solutions for the collaborative optimization of integrated energy systems in open-pit mining operations. -
Design and Computational Simulation of High Efficiency NO Oxidation Plant for Ship Exhaust Gas Scrubber Tower
Zhao Zhang, Yankun Zhang, Xiangyu Guo, Jinlu Sheng, Yuguang Wang, Shuai GuoDieses Kapitel untersucht den Entwurf und die Berechnung einer hocheffizienten NO-Oxidationsanlage für Schiffsabgastürme, wobei der Schwerpunkt auf der Integration von O3-vermittelter NO-Oxidation liegt. Die Studie untersucht den Einfluss von O3-Massendurchfluss, Einlassgeschwindigkeit und Deflektorplattenmenge auf die Oxidationseffizienz und -verteilung. Zu den wichtigsten Ergebnissen zählen der signifikante Einfluss des O3-Massenstroms auf die Effizienz der NO-Oxidation, die Veränderung der NO-Reaktionseffizienz und der NO2-Verteilungsmuster durch Anpassung der O3-Eintrittsgeschwindigkeit und die entscheidende Rolle der Deflektorplattenmenge bei der Optimierung der NO2-Verteilung. Die Forschung endet mit praktischen Empfehlungen zur Verbesserung der Effizienz und Gleichmäßigkeit der NO-Oxidation innerhalb des Reaktors und liefert wertvolle Erkenntnisse für die Entwicklung integrierter Entschwefelungs- und Denitrifikationssysteme für marine Anwendungen.KI-Generiert
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AbstractEfficient O3 oxidation of NO is crucial for integrated removal of NOx and SO2 from marine diesel engines. This study focuses on a wet scrubber for a 140 kW engine, designing an in-scrubber device for O3 oxidation of NO. By controlling parameters such as O3 flow rate, inlet temperature, inlet diameter, and inlet angle, the characteristics of NO/NO2 distribution fields, temperature fields, and velocity fields within the reactor were systematically investigated. Results demonstrate that increasing the O3 flow rate or reducing the O3 inlet diameter effectively enhances NO oxidation efficiency and promotes uniform NO2 distribution within the device. A specific number of deflector plates optimizes both the NO2 distribution field and the internal velocity field. This study provides critical theoretical and practical guidance for integrated wet removal technologies targeting NOx and SO2 in marine diesel engines. -
Integrated Charging Cost Optimization for Electric Bus Fleets Based on Traffic Simulation and Mixed-Integer Programming
Yanan Hu, Yuan Zhu, Shaojia Yuan, Yuchun HuangDieses Kapitel stellt einen innovativen Ansatz zur Optimierung der Ladepläne für Elektrobusflotten vor, der sich auf Kostensenkungen und die Verbesserung der Betriebseffizienz konzentriert. Die Studie integriert Verkehrssimulation mittels SUMO, Echtzeit-SOC-Überwachung und ein MIP-Modell zur Optimierung von Ladezeiten und Energieverteilung. Zu den Schlüsselthemen zählen die Simulation des Betriebs von Elektrobussen, die Modellierung des Ladeverhaltens und die Entwicklung eines Modells zur Kostenminimierung unter Berücksichtigung der Nutzungsdauer. Die Ergebnisse zeigen eine signifikante Senkung der Ladekosten und des Anteils von Hochpreiserhöhungen bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der betrieblichen Machbarkeit. Die wirtschaftliche Effizienz und Robustheit des Rahmens wird durch Experimente auf drei Buslinien in Hohhot bestätigt und seine praktische Anwendbarkeit unter realen Bedingungen unter Beweis gestellt.KI-Generiert
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AbstractBattery electric buses (BEBs) are increasingly used in urban transit due to their environmental and economic benefits. However, the conventional “charge-at-stop” approach often neglects time-of-use (TOU) electricity pricing, charger limits, and battery degradation, leading to cost inefficiencies. This study proposes a simulation–optimization framework that integrates SUMO-based traffic modeling and Mixed-Integer Programming (MIP)-based charging optimization. Real-time monitoring of the state of charge (SOC) and energy data is extracted using Python–TraCI. An MIP model is then developed to minimize total charging costs under TOU pricing and segmented power constraints. Simulation on Hohhot’s bus network shows a 14.56% cost reduction and 92.16% less charging during peak-price periods, confirming the effectiveness of the proposed strategy. -
Electric Mining Truck Fleet Operations and Battery Swapping Scheduling: A Dynamic Collaborative Optimization Framework Based on Discrete-Event Simulation
Jiayuan Lin, Xiaolei He, Minghao Yang, Jinglun Zhou, Yaning Wang, Hao Li, Honghui Zhou, Yuanbo ZhangDieses Kapitel geht auf die kritischen Herausforderungen ein, vor denen Elektro-Mining-LKWs (EMTs) im Tagebau stehen, wobei der Schwerpunkt auf der Notwendigkeit eines effizienten Batteriewechsels liegt, um den kontinuierlichen betrieblichen Anforderungen gerecht zu werden. Die Studie führt ein dynamisches kollaboratives Optimierungssystem ein, das diskrete Ereignissimulation (DES) und Mixed Integer Linear Programming (MILP) integriert, um diese Probleme zu lösen. Zu den Schlüsselthemen zählen die Entwicklung eines Rahmenwerks zur rollenden Horizontoptimierung für die Erfassung und Disposition von Echtzeit-Daten, die Verwendung eines DES-basierten multizielorientierten Planungsrahmens zur Simulation ereignisgesteuerter Interaktionen und die Implementierung eines simulationsbasierten NSGA-II-Algorithmus zur Optimierung des Produktionsdurchsatzes und der Wartezeit für den Batterietausch. Die Studie unterstreicht auch die Bedeutung eines hierarchischen Chromosomendesigns und simulationsbasierter Reparaturen, um die Durchführbarkeit zu gewährleisten. Experimentelle Ergebnisse zeigen eine deutliche Verkürzung der Wartezeiten, was die Skalierbarkeit und Anpassungsfähigkeit des Rahmenwerks bestätigt. Die Schlussfolgerung betont das Potenzial zukünftiger Erweiterungen integrierter Dispositionsprobleme und ebnet den Weg für ein umfassenderes intelligentes Dispositionssystem.KI-Generiert
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AbstractThis paper addresses the operation of electric mining trucks (EMTS) and dynamic battery swapping scheduling in open-pit mines, proposing a multi-objective collaborative optimization framework based on Discrete Event Simulation (DES). In response to the limitations of traditional methods in handling the dynamic environment of mining areas and complex constraints, such as queuing behavior and multi-resource dynamic coupling, this study employs a DES model to simulate the fleet’s operation in the mining area, accurately capturing the dynamic interactions between vehicles and facilities. The optimization objectives are set to maximize ore production and minimize battery swapping station queue times. The Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II NSGA-II algorithm, combined with DES, is applied with parallel simulation and repair mechanisms to rapidly solve high-quality scheduling solutions. Additionally, a rolling horizon optimization strategy is introduced to effectively address dynamic disturbances in the mining area. Based on real data from a large open-pit mine in Nei Monggol, China, experimental results show that the proposed method reduces battery swapping queue time from 16.04 min to 8.55 min, achieving a 46.7% reduction for a 17-vehicle fleet. When extended to a 40-vehicle large-scale fleet, the queue time is further reduced from 24.98 min to 13.67 min through parameter optimization, resulting in a 45.3% reduction. The study demonstrates the superior engineering applicability and robustness of the proposed framework, providing an efficient scheduling solution for the electrification transformation of open-pit mining. -
Research on Truck-Drone Hybrid Delivery with Real-Time Charging Strategies
Fang Chu, Xianyu WuDiese Studie untersucht die Optimierung von LKW-Drohnen-Hybrid-Liefersystemen und konzentriert sich auf Echtzeit-Ladestrategien zur Steigerung der Logistikeffizienz. Die Forschung untersucht drei architektonische Phasen des Truck-Drone Hybrid Delivery Problems (TDHP) und beleuchtet die Entwicklung von stationären Drohnenstationen zu dynamischen pfadgekoppelten Hybridnetzwerken. Die Studie führt ein kollaboratives Liefermodell ein, bei dem LKWs als mobile Plattformen und Energieknoten dienen und die Einschränkungen der Drohnenausdauer durch adaptive Energieversorgung abmildern. Numerische Experimente mit mehreren Szenarien bewerten die Auswirkungen räumlicher Verteilungen, während Sensitivitätsanalysen Parametereinflüsse auf die Systemoptimalität quantifizieren. Die Forschung minimiert die Gesamtlieferzeit des Systems, indem sie Routenplanung, Aufgabenzuweisung und Ladeplanung in ein gemischt ganzzahliges Programmiermodell integriert. Zu den wichtigsten Ergebnissen zählen signifikante Verkürzungen der Bearbeitungszeit von Drohnen-Kooperationssystemen, die Auswirkungen von Echtzeitladebeschränkungen auf die Einsatzdauer und die asymmetrischen Auswirkungen von Laderaten und Batteriekapazitäten auf die Aufgabenzyklen. Die Studie schließt mit umsetzbaren Erkenntnissen zur technologischen Optimierung und zum operativen Gleichgewicht in der realen Welt, die den Weg für zukünftige Fortschritte in der städtischen Logistik ebnen.KI-Generiert
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AbstractThe Truck-Drone Hybrid Delivery Problem (TDHP), a critical derivative scenario of the Vehicle Routing Problem (VRP), centers its research on optimizing spatiotemporal coupling dynamics within logistics systems. However, energy constraints, particularly drone endurance limitations, persist as the principal bottleneck for TDHP performance. Despite rapid advancements in wireless charging technology, existing studies predominantly emphasize battery replacement strategies while overlooking the operational implications of dynamic charging scenarios. To bridge this research gap, this paper proposes a collaborative delivery model integrating real-time charging strategies. By incorporating dynamic energy constraints, the model integrates the dual functions of the truck as a mobile launch/recovery platform and an energy replenishment node, enabling real-time synergy between energy supply and route planning. The study develops a TDHP framework tailored to real-time charging operations, deriving optimal solutions across diverse operational scenarios. Through comprehensive parameter sensitivity analysis, it elucidates the impacts of charging rates, battery capacities, and other critical variables on system optimization, thereby providing theoretical foundations for technological refinement. -
Distribution Pattern and Spatial Structure of Cruise Shipping Network: A Perspectives of Operator
Xumao Li, Chang Li, Zukun Long, Tao LiDieses Kapitel vertieft das Verteilungsmuster und die räumliche Struktur des Kreuzfahrtreedernetzes in Alaska und unterstreicht seine Bedeutung als zweitgrößter Kreuzfahrtmarkt in Nordamerika. Sie untersucht die ökologischen und sozialen Auswirkungen der Kreuzfahrt und konzentriert sich dabei auf die saisonalen Besonderheiten und die Strategien, die Kreuzfahrtanbieter anwenden, um diese Auswirkungen abzumildern. Die Analyse umfasst einen detaillierten Blick auf die Topologie des Netzwerks, Strukturmodelle und die Zentralität der Knotenpunkte und bietet Einblicke in die Komplexität und Effizienz des Kreuzfahrtennetzes. Darüber hinaus untersucht das Kapitel die Migrationsmerkmale von Kreuzfahrtanbietern und enthüllt die saisonalen Muster und die wichtigsten Drehkreuzhäfen, die diese Bewegungen erleichtern. Die Schlussfolgerung unterstreicht, wie wichtig es ist, die räumliche und zeitliche Dynamik des Kreuzfahrtennetzes zu verstehen, um eine nachhaltige Entwicklung in der Region Alaska zu gewährleisten.KI-Generiert
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AbstractThe cruise operator is the main organizer and promoter of the formation and development of regional cruise shipping networks. This paper analyzed the differences between 19 cruise operators in scale, port selection, and cruise shipping network in Alaska. We found that the cruise shipping network is mainly constructed by large-sized operators in Alaska, which had higher complexity, cohesion, and network efficiency. The networks of medium-sized operator were low complicated and massive, but the ring formation rate and degree of integration were high. The networks of small-sized operators were relatively unitary. The ports selected by cruise operators varied significantly, but they usually chose 2–3 hub ports as the core nodes to construct the shipping network. Cruise operators mainly offered flights in Alaska during the spring, summer, and autumn, and migrated to other regions in winter. Cruise ships migrated into and out of Alaska from 5 and 6 directions, respectively, with the West Coast of America and Mexico being the main directions of migration into and out of the region. This study reveals the characteristics and laws in the construction and migration of cruise shipping networks in Alaska from the company, which is conducive to scientific cognition of the spatial structure characteristics of inter-company networks.
- Titel
- Proceedings of the 1st Conference on Transportation and Energy Integration Technologies
- Herausgegeben von
-
Limin Jia
Peng Jia
- Copyright-Jahr
- 2026
- Verlag
- Springer Nature Singapore
- Electronic ISBN
- 978-981-9567-54-6
- Print ISBN
- 978-981-9567-53-9
- DOI
- https://doi.org/10.1007/978-981-95-6754-6
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