• ISSN 0258-2724
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2012年  第25卷  第5期

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论文
青藏高原东缘进藏高等级道路面临的挑战
姚令侃, 邱燕玲, 魏永幸
2012, 25(5): 719-734. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.05.001
摘要:
随着国家"十二五"西部深度开发战略的实施,从青藏高原东缘进藏的高等级道路建设已开始分步启动,有关全线控制性问题与相应关键技术的研究急待开展.介绍了青藏高原东缘进藏交通廊道的概况,在此基础上提出了横跨南北平行岭谷地形的选线设计、海洋性山谷冰川的长程威胁、过断层蠕滑变形带的线路工程设计等我国高等级道路兴建遇到的新问题.最后,以鲜水河方案为例,提出了个体工程布置采用简易工程减少工程损失,方案比选采用期望年换算工程运营费的地震风险调控程式;针对深切峡谷沿河线沟谷灾害链风险,建议采用沿河线走高位的风险绕避策略,从而建立了基于选线设计宏观决策层面的特大灾害风险调控策略框架,可供东缘进藏髙等级道路建设以及康定至林芝段的方案论证参考.
一种轻型可展军用桥梁的设计与动力学分析
关富玲, 周益君, 况祺, 钱利锋
2012, 25(5): 735-740,747. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.05.002
摘要(1654) PDF 730KB(342)
摘要:
为保障人员迅速跨越沟渠、谷地等人工或天然障碍,研制了一种新型的轻型可展军用桥梁.该桥采用剪式铰和套筒可展机构实现轴向展开,用电机牵引主动索,展开至设计位置后锁定成工作状态.分析了预应力索和加劲桁架机构在减小桥梁变形、提高承载力方面的作用;制作缩比模型并进行了展开试验验证.研究结果表明:预应力索的设置使桥梁挠度从1/114减小到1/386,加劲桁架使桥梁承载力提高35.1%;该结构形式能稳定展开并投入使用,模型试验结果与展开的仿真结果吻合.
鄂东长江大桥施工过程非线性稳定性分析
赵雷, 孙才志, 杨兴旺
2012, 25(5): 741-747. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.05.003
摘要(1169) PDF 867KB(574)
摘要:
为探讨大跨度混合梁斜拉桥施工过程中结构非线性稳定性的变化规律及其影响因素,以鄂东长江大桥为研究对象,按照结构型式及施工工序的特点,采用LSB和ANSYS有限元软件计算大桥施工过程非线性稳定安全系数并获得结构失稳形态,分析了非线性因素对静力稳定性的影响规律.此外,探讨了混合梁斜拉桥设计与施工工程参数——钢混结合部位置、索梁锚固方式、施工临时荷载及横向风荷载与大桥施工过程非线性稳定性的关系.结果表明,上述工程参数对施工过程非线性稳定性有不同程度的影响,但总体上并非其控制性因素.
含缺陷结构上限极限分析的弹性模量缩减法
张伟, 刘利文, 杨绿峰, 吴文龙
2012, 25(5): 748-753. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.05.004
摘要(1190) PDF 726KB(318)
摘要:
为获得含缺陷结构的极限荷载,提出了含缺陷结构上限极限分析的弹性模量缩减法.研究了适用于应力集中条件下的基准承载比算法,建立了含缺陷结构极限分析的弹性模量调整策略,能结合线弹性有限元法构造逼近该类结构极限状态的机动位移场和允许应力场;引入结合虚功原理和基准体概念的上限极限荷载乘子算法,可获得满足上限分析数学规划模型的最优极限荷载解.算例分析表明:该方法可用于含裂纹和凹坑缺陷结构的极限分析;通常可在30个迭代步内得到与解析法及其他数值解相差在5%以内的极限分析结果.
考虑桥梁伸缩的纵连底座板配筋计算方法
陈小平
2012, 25(5): 754-760. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.05.005
摘要(1342) PDF 893KB(578)
摘要:
为优化桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道纵连底座板配筋设计,推导了纵连底座板刚度折减计算方法.分析了纵连底座板上的纵向力,提出其配筋设计应考虑伸缩力,并确定了伸缩力的组合系数.基于极限状态法,建立了考虑伸缩力的纵连底座板配筋计算方法,并给出了大跨度连续梁桥纵连底座板配筋的算例.研究结果表明:考虑伸缩力的纵连底座板配筋计算方法对提高其耐久性更有利,特别是对大跨度连续梁桥.
基于个体最优位置的自适应变异扰动粒子群算法
刘志刚, 曾嘉俊, 韩志伟
2012, 25(5): 761-768. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.05.006
摘要(1307) PDF 955KB(643)
摘要:
针对粒子群算法在寻优时容易陷入局部最优的不足,提出了一种基于个体最优位置的自适应变异扰动粒子群算法AMDPSO (adaptive mutation disturbance particle swarm optimization).该算法以粒子群算法为基础,加入扰动,当满足自适应条件时,粒子以个体最优位置为依据进行变异操作.将该算法运用于6个测试函数,并与惯性权重粒子群算法、收缩因子粒子群算法以及差分进化算法进行了比较,结果表明:AMDPSO能在寻优过程中让粒子跳出局部最优,保持种群多样性,具有更好的收敛速度和优化性能.
基于加权核密度估计的自适应运动前景检测方法
蒋鹏, 金炜东
2012, 25(5): 769-775. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.05.007
摘要(1137) PDF 873KB(441)
摘要:
为解决监控视频背景初始化过程中前景干扰的问题,提出了一种基于加权核密度估计(KDE)的自适应运动前景检测方法.该方法对时间域变化稳定的像素值进行加权,并利用核密度估计构建背景模型,避免了背景初始化过程中前景的干扰.基于该背景模型,提出了一种新的阈值设定策略.该策略根据前景空间分布的连续性自适应获得前景阈值,填充前景中的"孔",并更新阈值.实验结果表明:即使场景中存在运动前景,该方法能够在多种场景下获得90%以上的查准率和查全率,其性能优于传统的背景差法.
计算机辅助飞机公差优化设计的实现
郭长虹, 战再吉, 王振玉
2012, 25(5): 776-783. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.05.008
摘要(1118) PDF 926KB(314)
摘要:
为了解决飞机公差设计计算机化的问题,探讨了飞机公差模型的建模技术;在UG(UniGraphics)平台上采用UG的二次开发技术和VC++,开发了计算机辅助飞机公差优化设计模块,实现了飞机公差的计算机辅助分析和分配功能;建立了实用、可靠的飞机公差数据库,实现了飞机公差的计算机自动查询功能.通过飞机公差分析和公差分配的具体设计实例,验证了研究成果的正确性,初步实现了飞机公差设计的计算机化,为飞机公差设计的数字化提供了技术参考.
交叉口机动车运动轨迹特征提取与标定
江晟, 王殿海, 曲昭伟, 胡宏宇
2012, 25(5): 784-789. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.05.009
摘要(1016) PDF 698KB(351)
摘要:
为探讨机动车在交叉口的运行特性,采用复合特征提取算法获取图像上机动车运行的轨迹特征;在多边形线性扫描算法的基础上,考虑摄像机成像畸变的影响,引入中心偏移因子,提出了考虑中心偏移的多区域扫描标定算法,将运行轨迹图像特征转化为真实的运动特征;最后,与多边形线性扫描算法的计算结果及实测数据进行了对比,结果表明:该算法能够有效地提取交叉口机动车的运行轨迹,准确地表征机动车在交叉口的相关运行特性;与实测车速相比,计算得到的机动车速度误差小于4%.
基于结构光的多投影显示系统图像对准算法
肖朝, 杨红雨, 苏显渝
2012, 25(5): 790-796. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.05.010
摘要(1192) PDF 969KB(449)
摘要:
为了解决多投影显示系统的图像对准问题,提出了一种基于结构光投影技术的对准算法.该算法通过求取等相位线的交点来建立投影机图像与相机拍摄图像间的映射关系,对于投影机图像上任一像素点,有水平和垂直2个相位值.在相机图像的水平相位展开图中找出与该点水平相位值相等的离散坐标点的位置,拟合出一条水平等相位线,同理,可以得到它的一条垂直等相位线;求出水平和垂直等相位线的交点,即为该点对应于相机图像中的像素点.该算法无需知道显示墙的解析表达式和相机的内部参数,适用于任意光滑的曲面显示墙.对准后图像与原始图像的对比实验表明:峰值信噪比达到27.904,结构相似度为0.972 4,说明该算法能有效提高图像的对准精度.
用于无线通信系统的信号强度检测电路设计
何晓丰, 马成炎, 叶甜春, 甘业兵, 金玉花
2012, 25(5): 797-805. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.05.011
摘要(1234) PDF 946KB(455)
摘要:
为了解决传统的信号检测电路准确度不高,对温度和工艺变化抵抗能力不够的问题,建立了信号强度检测电路的系统模型.推导得到限幅放大器增益与信号强度检测单元误差的关系以及降低信号强度检测单元误差的方法.通过分析,得到在提高准确度的前提下减小限幅放大器增益随温度和工艺变化的方法.基于以上分析,引入增益加强结构,以提高限幅放大器增益的准确性和抵抗温度及工艺变化的能力.采用0.18 μm体硅(CMOS)工艺,1.8 V供电电源,面积为500 μm×200 μm的电路进行测试,结果表明:测试温度从-40 ℃变化到85 ℃时,该信号强度检测电路都可以提供55 dB的动态范围和大于55 MHz的带宽,其检测误差小于1.5 dB,电路功耗为1.89 mW,检测精度高达1.5 dB.
基于多Agent的贯通同相供电系统协调控制
赵彦灵, 李群湛
2012, 25(5): 806-813. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.05.012
摘要:
为满足高速和重载列车对牵引供电系统在电能质量、电分相等问题上的需求,提出了构建基于多智能体的贯通同相供电系统的思路,探讨了系统的基本框架和实现途径与方法,设计了系统中各级Agent的结构功能,并讨论了多Agent之间的通信、协调和协作方法.设计了变电所之间的协调控制策略,以解决贯通同相供电系统中牵引变电所并网运行和变电所之间的潮流调度问题.最后,以京沪高速铁路为例进行了仿真.仿真结果表明,采用协调Agent参与分区协调的2级自治控制策略明显优于其他方式,能实现牵引变电所之间的潮流调度,并将受扰后的节点电压恢复到初始值,确保供电系统的整体电压水平.
基于阻抗变换的稳频高效非接触电能传输系统
夏晨阳, 张彦兵, 伍小杰, 孙跃, 左兰, 李朝伟
2012, 25(5): 814-819. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.05.013
摘要(1495) PDF 696KB(407)
摘要:
为提高非接触电能传输系统在变负载工作模式下的频率稳定性和效率,提出了基于阻抗变换的稳频高效非接触电能传输系统设计方法.根据开关变换器可实现阻抗变换,在非接触电能传输系统副边结构中加入开关变换器,通过控制开关变换器中开关管占空比进行负载电阻的等效变换,并优化设计系统谐振补偿参数;通过对系统谐振网络以及阻抗变换电路的分析,推导出了系统关键参数设计的计算公式及阻抗变换电路占空比与负载电阻之间的函数关系.研究结果表明:当负载电阻在1~10 Ω范围内变化时,通过实时调节开关管占空比,能够始终保证系统效率达到67.0%.
牵引电动机无速度传感器带速重投解决方案
熊成林, 冯晓云, 宋文胜
2012, 25(5): 820-825,831. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.05.014
摘要(1067) PDF 705KB(508)
摘要:
为了解决无速度传感器交流牵引传动系统带速重投问题,在分析列车运行状态及牵引电机带速重投问题产生原因的基础上,提出了在列车正常运行中利用再生发电状态取代惰行工况的解决方案,并利用Matlab/Simulink仿真验证了该方法的有效性.以动车组CRH3和电力机车HXD3的参数为例,计算了该方案对列车速度和运行时分的影响.研究结果表明,相对于惰行过电分相,该方法对速度大于200 km/h的动车组造成的速度损失和时间损失均小于2%;对速度大于60 km/h的重载货运列车造成的速度损失和时间损失均小于7%.
尾部隔板影响圆柱绕流场的二维层流数值模拟
何川, 段志强
2012, 25(5): 826-831. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.05.015
摘要(1582) PDF 689KB(398)
摘要:
为了探讨尾部隔板对圆柱绕流场的影响,采用有限体积法、非结构化网格和层流模型求解二维不可压缩N-S方程.在雷诺数为200的条件下,对背流面沿流动方向的对称线上,带薄板的圆柱绕流场进行了数值模拟,得到了流场速度云图、斯特劳哈尔数及平均阻力系数随隔板长度的变化情况.研究结果表明:在圆柱尾部加入的隔板能有效改善旋涡的脱落情况,削弱尾迹区的能量耗散,同时降低绕流的斯特劳哈尔数.在板长与圆柱直径比为L/D≥7的情况下,加入的隔板使圆柱尾部的旋涡被拉伸为扁平结构并限定在隔板两侧,在扁平对涡的外侧形成类似流线型的流场结构;尾部的隔板也使绕流的阻力系数呈现下降的趋势,当L/D=7时,平均阻力系数下降了约40%.
三角翼破裂涡流的非定常特性
张明禄, 杨翊仁, 吕志咏
2012, 25(5): 832-835. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.05.016
摘要:
为了研究飞机的三角翼前缘涡破裂后,破裂涡流的非定常特性,在风洞中进行了75°后掠三角翼的动态测压实验.实验结果表明:三角翼翼面的压力脉动强度变化和翼面上前缘涡的流态是正相关的,在前缘涡破裂迎角区,上翼面的压力脉动强度最高达到33 Pa,抖振强度随迎角的变化趋势与上翼面的压力脉动随迎角的变化趋势相同.通过对压力信号的分析得出,三角翼翼面上的压力脉动主要是由破裂涡流中的螺旋波引起的,螺旋波产生了三角翼机翼抖振.
超声波在轮轨材料中传播的数值模拟
邓维礼, 永远
2012, 25(5): 836-841,848. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.05.017
摘要(1503) PDF 677KB(469)
摘要:
为进一步研究超声波的声场分布特性,增强超声波在高速铁路中轮轨探伤、列车安全监测等方面的应用,设计了轮轨有限元模型,模拟了不同声源尺寸下不同频率超声波在轮轨材料中传播时的声场分布,绘制了声源轴线上的声压分布曲线,在此基础上,分析了超声波近场长度、指向性、超声波频率及声源大小之间的关系.研究结果表明:在相同声源直径的模型中,频率为1.0 MHz的超声波近场长度最长,指向性最好;相同超声频率的模型中,声源直径为40 mm的超声波近场长度最长,指向性最好.
基于PI控制器的船舶加速过程负荷控制
黄斌, 王永生
2012, 25(5): 842-848. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.05.018
摘要(1252) PDF 728KB(474)
摘要:
在Matlab/Simulink软件中建立了某"柴-燃"联合推进系统仿真模型,利用实船试航数据对模型的准确性进行了验证,对现行的加速过程控制方法进行了仿真和机动性评估.针对应急加速过程中主机严重超负荷、正常加速时主机功率冗余过大及机动性差的问题,提出了用PI控制器设计加速过程"机-桨"联合控制的方法.该方法用主机的功率冗余量作为控制器的输入,对加速过程中主机的转速和螺距的增加率进行调控.研究结果表明,使用该方法对加速过程进行控制时,避免了主机超负荷工作,且航速增加率比现行控制方法的航速增加率提高了近70%.
多采样率卡尔曼滤波器在汽车状态估计中的应用
周聪, 肖建, 王嵩
2012, 25(5): 849-854,894. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.05.019
摘要(1192) PDF 624KB(400)
摘要:
为了改善复杂系统中单采样率控制策略的控制品质,在深入研究多采样率数字控制系统和卡尔曼滤波算法的基础上,提出了输入多采样率的卡尔曼滤波算法.将该算法应用于汽车主动前轮转向系统中,对横摆角速度、质心侧偏角和纵向车速进行估计,通过Carsim与Simulink的联合仿真以及蒙特卡罗试验,验证了算法的有效性.研究结果表明:多采样率卡尔曼滤波算法有利于融合多个输入量的信息,能改善状态估计器的性能,比单采样率卡尔曼滤波算法具有更高的稳定性,且估计误差减小4.0%~48.7%.
高效馈能半主动悬架设计与性能分析
杨和利
2012, 25(5): 855-860. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.05.020
摘要(1373) PDF 714KB(299)
摘要:
为改善齿轮齿条式馈能悬架的阻尼特性和馈能特性,在普通齿轮齿条式馈能悬架的基础上,采用钕铁硼永磁发电机、变速机构、换向机构和冲击保护装置,设计了高效馈能半主动悬架,并进行了仿真分析和试验研究.与普通齿轮齿条式馈能悬架相比,该高效馈能半主动悬架发电机转子的转动惯量减小71%,体积减小约40%,节省励磁功率20~30 W,死区由-0.22~0.22 m/s减小到-0.04~0.04 m/s,阻尼特性和馈能特性得到改善,能量转换效率由20%左右提高到50%以上;与被动悬架相比,该高效馈能半主动悬架使汽车的轮胎动载荷、簧载质量的垂直加速度和悬架动挠度的最大值均下降20%以上.
基于拓扑判断的海量GPS数据延时地图匹配算法
王志建, 王力, 汪健
2012, 25(5): 861-866. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.05.021
摘要(1085) PDF 783KB(348)
摘要:
由于浮动车数据采集中存在GPS数据周期过长、拓扑关联性较差、数据量大的特点,传统的车载端地图匹配算法难以直接应用,针对车辆无法初次匹配的情况,设计了一种可根据路网拓扑关联性进行判断的延时地图匹配算法.实际数据验证表明,该算法在保证数据完整性和有效性的基础上,可以实时、准确地进行地图匹配,尤其是车辆位于复杂交叉口及高架桥附近区域时车辆真实行驶道路的确定.
高速铁路列车运行冲突判定及其实现
文超, 彭其渊, 陈芋宏
2012, 25(5): 867-873. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.05.022
摘要(1488) PDF 857KB(472)
摘要:
为了提高高速铁路行车调度水平,保障行车安全,研究了车站间隔时间冲突、区间冲突、到发线运用冲突、行车作业与维修作业冲突、列车运行与旅客换乘时间冲突、动车组接续时间冲突和跨线列车跨线时间冲突7类冲突的判定方法.根据高速铁路列车运行冲突的判定依据,运用时间拓扑矩阵理论,建立了事件时间片时态关系的计算准则,实现了列车事件的时间逻辑判断.将高速铁路列车运行冲突判定分为到发线运用冲突判定和其他类型冲突判定,提出了冲突判定的思路和步骤.应用实例表明:利用上述列车运行冲突判定规则和时间拓扑矩阵模型的组合,能够实现各类列车运行冲突的实时判断,满足高速铁路行车指挥的需要.
考虑物流服务水平的物流配送规划多目标模型
过晓芳, 王宇平
2012, 25(5): 874-880. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.05.023
摘要(1032) PDF 870KB(584)
摘要:
为了提高顾客对物流服务的满意度,以最小化物流系统总费用和最大化物流服务水平为优化目标,考虑配送中心现有货物周转能力和产品配送时间对物流服务水平的影响,构建了三级供应链模式下物流配送规划的多目标优化模型.针对多目标优化问题不存在单一最优解的特点,利用预先设定的偏好区域和随机生成的权向量构造了适应度函数,提出了基于偏好的多目标进化算法求解模型.算例结果表明:通过求解多目标优化模型,得到10组非劣解,即10种物流配送方案均处于决策者的主观偏好范围内;各方案的物流系统总费用与服务水平成反比关系.
带有固定运费的多式联运方式选择
李愈, 赵军, 吴刚, 陈佳琪
2012, 25(5): 881-887. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.05.024
摘要(1201) PDF 892KB(453)
摘要:
为更经济有效地组织多式联运,在同时考虑固定运输费用和变动运输费用的前提下,针对一批货物在其运输路径上各路段运输方式的优化选择问题,以包括运输费用、中转费用和惩罚费用在内的总费用最少为优化目标,以货物送达时间和运输能力为约束条件,构建了混合整数线性规划模型,并设计了相应的整数编码遗传算法.算例结果表明,本文模型比既有不考虑固定运费的模型具备找到更优解的能力;对于15个包括20~100个路段和5~20种运输方式的随机算例,与商业优化求解器LINGO相比,本文算法在设定计算时间60 s内找到了2个大规模算例的更优解,总费用平均节省0.75%,证明了该算法对大规模问题的有效性.
基于最优间距的车辆跟驰模型及其特性
杨达, 蒲云, 杨飞, 祝俪菱
2012, 25(5): 888-894. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.05.025
摘要(1464) PDF 829KB(589)
摘要:
为真实地反应车辆跟驰机理,假设在跟驰状态下,驾驶员倾向于保持最优跟驰间距,在分析最优间距函数的基础上,建立了车辆跟驰模型(optimal distance model, ODM).利用NGSIM数据,对ODM模型和经典Gipps车辆跟驰模型进行参数标定和评价.用仿真方法分析了ODM模型再现宏观交通流现象的能力和加速度特性.研究结果表明:与Gipps模型相比, ODM模型的加速度、速度和距离的仿真精度分别提高了0.36 m/s2、0.99 m/s和0.73 m,并能够再现实际交通流中稳定车流和冲击波等交通现象;在稳定交通流中, ODM模型总是趋向于使车辆间距等于最优跟驰间距,或在其附近小幅度波动.
民航运输航空器着陆阶段偏出跑道事件分析模型
霍志勤, 茹毅, 韩松臣
2012, 25(5): 895-900. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.05.026
摘要(1056) PDF 710KB(334)
摘要:
为了克服故障树分析方法只能描述正常和故障两种状态的缺陷,利用故障树方法的逻辑分析优势,以及贝叶斯网络描述多态事件和计算概率的功能,建立了基于故障树和贝叶斯网络相融合的航空器着陆偏出跑道事件分析模型,提出了故障树与贝叶斯网络之间的转换算法求解该模型.根据1996—2010年中国民航着陆偏出跑道事件的数据,确定了着陆航空器偏出跑道的主要原因,并按重要程度进行了排序.研究结果表明:积水、反喷或减速板故障、复杂气象条件、驾驶术欠缺、前轮转弯卡阻、夜航或受灯光不利影响、对机组资源管理失效、积冰积雪是导致着陆偏出跑道的主要风险因素,其后验概率均大于0.3;应针对主要风险因素,制定针对性预防措施.
基于综合距离指标的单船穿越冲突测量研究
程志友, 刘清, 何德涛, 李志特
2012, 25(5): 901-906. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.05.027
摘要(1108) PDF 800KB(257)
摘要:
为了监控单船穿越船舶流水域的交通风险,在考虑单船穿越动态过程和多关联对象影响的基础上,提出了运用综合距离指标测量单船穿越冲突,并根据综合距离指标与冲突之间的反比关系,建立了单船穿越冲突测量模型;将基于专家问卷数据85%位累计频率分析得出的综合距离指标判定标准与相应情形下综合距离指标实测数据的95%概率区间进行比较,得到了轻微、中等、严重3种单船穿越冲突程度的判定标准.研究结果表明:该测量模型准确反映了综合距离指标中3个参数对单船穿越冲突的影响, 3个参数同时增大时交通冲突值减小,任意1个参数值减小时交通冲突值增大;本文的判定标准适用于内河水域能见度为0.8~6.0 n mile、船舶长度60~180 m、航速3~13 kn、忽略风流浪影响的情形.