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2021年  第21卷  第2期

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综述
2020年度交通与运载工程学科国家自然科学基金管理工作综述
王之中, 张鹏
摘要: 国家自然科学基金委员会于2020年新增交通与运载工程一级学科(E12)。介绍了学科成立首年科学基金项目的申请、受理、评审和资助情况；描述了学科资助领域、二级代码及内涵；介绍了学科规划、未来发展、重点及以上类别的项目布局，阐述了推动成果转化与未来申请代码调整等学科管理工作。2020年度交通与运载工程学科接受各类项目申请1 241项，受理项目申请1 231项，未通过形式审查不予受理的项目仅占申报总量的0.8%；2020年度交通与运载工程学科涉及申请依托单位共计260家，申请数前三的依托单位分别为同济大学、长安大学和西南交通大学，面上项目、青年基金项目和地区基金项目的整体上会率分别为23.9%、26.5%和21.2%；2020年度交通与运载工程学科共资助197项，合计经费8 970万元，面上项目、青年基金、地区基金各资助102、81和10项，直接经费平均资助强度分别为58万元、24万元和35万元；未来学科将进一步针对学科研究力量分布、关键科学问题、发展趋势、中远期发展、实现“交通强国”面临的重大瓶颈问题以及科学代码的优化调整等方面开展战略调研，为学科未来发展和决策提供支撑；未来对学科代码及研究方向的优化和调整将进一步突出交通行业特色，引导科技工作者聚焦不同交通运输系统自身发展特点与“卡脖子问题”背后的科学问题，加快研究成果落地，促进交通行业技术进步，支撑“交通强国”建设。更多>
2021, 21(2): 1-6. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.02.001
摘要(1102) HTML (422) PDF (1011KB) (230)
驾驶特性的识别评估及其在智能汽车上的应用综述
郭烈, 马跃, 岳明, 秦增科
摘要: 研究了驾驶特性的识别方法、驾驶人接管能力评估的进展、驾驶特性在智能汽车领域中的应用；将驾驶人状态监测划分为驾驶人疲劳监测、分心监测和不良驾驶行为监测，总结了驾驶人状态监测研究的目标、方法、精确度、判断标准以及优缺点；对比了驾驶人疲劳监测中不同检测信号之间的差异；评析了基于模糊识别和隐马尔可夫模型的驾驶人意图识别与预测方法；梳理了驾驶风格分类与辨识的主要步骤、典型辨识方法的特点；分析了驾驶人接管能力的影响因素与评判标准；阐述了驾驶特性用于开发用户接受度高和人机交互性能好的辅助驾驶系统的主要方式；概括了在人机共驾协同控制中考虑驾驶特性的途径。研究结果表明：基于多种传感器信号融合的驾驶人状态监测可有效避免基于单一传感器信号的弊端，提高了检测精度，减少了误警报；将传统预测模型与混合智能学习相融合的方法能够为驾驶意图在线识别与预测提供解决方案；应该重点研究复杂工况下的驾驶特性辨识；驾驶人接管能力的研究有待理论化和系统化；未来的发展趋势是开发基于驾驶特性的集成辅助驾驶技术、实现多种典型路况下驾驶人与辅助驾驶系统进行意图和控制策略的交互；将个性化驾驶人的驾驶特性融入共驾系数的设计中，从而提高人机共驾系统的个性化、智能化水平和环境适应性能。更多>
2021, 21(2): 7-20. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.02.002
摘要(1507) HTML (733) PDF (1301KB) (244)
自动驾驶测试场景研究进展
王润民, 朱宇, 赵祥模, 徐志刚, 周文帅, 刘童
摘要: 阐述了目前形成的自动驾驶测试场景的5种定义，并在梳理测试场景、基元场景、场景要素之间逻辑关系的基础上提出了自动驾驶测试场景及有关概念的定义；对比了目前业界较为认可的3种自动驾驶测试场景架构；从场景数据来源梳理了国内外开展的交通事故数据与自然驾驶数据采集与研究现状；概括了利用已知数据、专家数据、测试需求、测试对象以及自动驾驶技术特征等开展未知自动驾驶测试场景构建与自动生成研究的成果。研究结果表明：自动驾驶测试场景的定义及架构与自动驾驶场景的构建与自动生成关系密切；自动驾驶场景可以认为是自动驾驶汽车的行驶环境、交通参与者与驾驶行为等场景要素的有机组合与综合反映，自动驾驶测试场景除包含场景的所有要素外，还应包含场景起始状态、场景发生的态势以及场景结束时造成的影响和结果等内容的动态语义描述；现有测试场景架构已较为完善，但难以满足不同测试目标及测试方法的需求，其优化应充分考虑测试场景设计的流程；交通事故数据采集精度及有效数据特征不一，自然驾驶场景数据难以完全采集，且采集规范不统一，其面向自动驾驶测试场景构建的有效性还有待进一步论证，自动驾驶测试数据有望成为重要补充；提升场景覆盖度、加速测试进程是自动驾驶测试场景构建的重要研究目标，人工智能技术在自动驾驶场景生成领域的深度应用有望满足测试场景的完全覆盖或高覆盖需求；面向不同自动驾驶等级的测试场景分级及面向自动驾驶加速测试场景构建方法将是自动驾驶测试场景构建下一步研究的重要方向。更多>
2021, 21(2): 21-37. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.02.003
摘要(3991) HTML (2233) PDF (3314KB) (767)
驾驶分心综述
葛慧敏, 郑明强, 吕能超, 陆颖, 孙辉
摘要: 构建了文献质量评价指标体系，筛选出288篇相关文献，综合分析了文献数据获取方式、指标选取、识别方法和研究结论；以驾驶行为为主要研究对象，结合统计学方法，系统阐述了驾驶分心试验数据的获取方式，总结了其多样性和两极化的原因；梳理了驾驶分心识别指标的研究成果，总结了其使用效能和优缺点；对比了不同驾驶分心识别模型的准确率，分析了其差异性的根源；提出了未来驾驶分心数据获取方式、指标选取、识别方法的研究趋势。分析结果表明：试验是驾驶分心数据获取的主要方式，自然驾驶数据集、视频录像是新的数据获取方式，路边观察和调查问卷的数据获取方式关注度较低；对照、跟车、超车、变道场景及添加其他危险事件的复杂度较高的场景是研究较多的驾驶分心场景；驾驶分心次任务的设置说明目前驾驶分心研究的类型和主题较集中；融合指标是使用频次最高的驾驶分心识别指标，且以驾驶绩效指标和眼动指标、驾驶绩效指标和反应指标这两类融合指标较多，驾驶绩效指标是使用最多的单类指标；支持向量机模型是使用最多的驾驶分心识别模型，但识别准确率标准差较大，性能不稳定，深度学习算法模型的识别准确率较高，且稳定性好；未来的驾驶分心研究需均衡研究主题，扩展人机共驾的分心场景，深化驾驶分心类型研究，构建标准化指标体系和选取原则，强化模型构建识别不同类型和严重程度的驾驶分心。更多>
2021, 21(2): 38-55. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.02.004
摘要(2200) HTML (702) PDF (1313KB) (413)
道路与铁道工程
机场拦阻系统泡沫混凝土海水侵蚀性能劣化规律
曾志军, 徐文, 谢德擎, 缪昌文
摘要: 为评价工程材料拦阻系统(EMAS)在海岛机场的适应性，研究了拦阻系统中泡沫混凝土在高温、高湿和高盐环境中的性能劣化规律；研制了可自动控温、鼓风与补水的全(半)浸泡一体试验装置，分别研究了泡沫混凝土浸泡在30 ℃清水、30 ℃与60 ℃模拟海水中吸水率、变形、压溃强度与半溃缩能等宏观性能的衰变规律；借助X射线断层扫描技术获取了泡沫混凝土的微结构信息，并利用X射线衍射分析技术表征了泡沫混凝土受溶液侵蚀后物相种类与含量的变化。研究结果表明：泡沫混凝土耐海水侵蚀性能较差，在30 ℃清水中浸泡90 d后，其压溃强度降低了11.5%，而浸泡在30 ℃与60 ℃模拟海水中，其压溃强度分别降低了19.9%与52.1%；全浸泡在30 ℃清水与30 ℃模拟海水中时，泡沫混凝土的吸水率性线增大，90 d时约为280%；模拟海水温度升高至60 ℃时，泡沫混凝土浸泡10 d后的吸水率快速增大并稳定在350%左右；泡沫混凝土内部孔隙率为70%，平均孔径为2.0 mm，二维贯穿深度约为8.4 mm，导致溶液极易侵入泡沫混凝土；泡沫混凝土中孔径较大，盐水很难在毛细作用下向上传输，表面未出现盐结晶现象，数次吸水膨胀与风吹干燥收缩循环致使泡沫混凝土表面粉化严重；溶液侵入泡沫混凝土内部，同时引起基体软化、钙溶蚀与离子侵蚀反应，加速了泡沫混凝土的骨架损伤，使其压溃强度降低；工程实践中应尽可能避免海水拍打、礁石撞击单元体，并对单元体及泡沫混凝土做防水处理，以确保EMAS长期稳定有效。更多>
2021, 21(2): 56-65. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.02.005
摘要(730) HTML (411) PDF (22265KB) (111)
基于三维模型重构技术的公路预制构件尺寸检验评价方法
石雪飞, 徐梓齐, 朱荣, 傅青松
摘要: 为使公路工程异形混凝土预制构件的制造尺寸检验评价适应工业化建造要求，应用三维模型重构技术检验评价了异形混凝土预制构件尺寸，提出了高精度、自动化异形混凝土预制构件尺寸检验评价方法，包括三维模型重构、点云数据处理和检验评价体系3个环节；总结了基于三维摄影的点云模型重构技术的原理和关键环节，研究了基于坐标转换和包围盒的无关点云自动剔除算法，并通过2个实例验证了该算法的效果；研究了点云整体配准和3类局部配准方法，针对不同形状的构件和不同位置的细部构造，结合工程需求进行对照；考虑工程需求并与配准方法对应，提出了基于彩色误差云图和数理统计方法进行构件尺寸检验评价的3种判异原则，包括误差均值和标准差判异原则、误差极值判异原则、综合判异原则；综合分析彩色误差云图和误差分布，利用判异原则对箱型涵洞侧墙和管型涵洞侧墙实例的尺寸进行了检验评价。研究结果表明：3种判异原则分别适合对预制构件进行整体宏观、局部单项和先整体后局部的检验评价；采用三维模型重构技术建立的异形混凝土预制构件点云模型，与实际构件相比其长度和宽度的误差均值约为1.5 mm，三维模型重构技术可以替代人工测量；能够自动化剔除无关点云，并执行更为严格且符合工程需求的构件尺寸检验评价。更多>
2021, 21(2): 66-81. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.02.006
摘要(797) HTML (345) PDF (20795KB) (107)
聚丙烯纤维加筋黄土的抗剪强度和崩解特性
卢浩, 晏长根, 贾卓龙, 兰恒星, 石玉玲, 杨晓华, 张志权
摘要: 为检验聚丙烯纤维加筋黄土对边坡坡面的防护效果，基于室内直剪试验和崩解试验，研究了纤维含量、纤维长度及含水率对加筋黄土抗剪强度和抗崩解特性的影响，获得了加筋黄土的最佳配比，并以此为基础开展了现场坡面防护试验。研究结果表明：相比于素黄土，聚丙烯纤维加筋黄土的黏聚力最高提升113.8%，内摩擦角最高提升23.3%，崩解速率最高降低87.5%，聚丙烯纤维可有效提高黄土的抗剪强度和抗崩解特性；随着纤维含量和纤维长度的增长，聚丙烯纤维加筋黄土的黏聚力分别呈现先增大后减小和先急剧增大后增幅趋缓的变化趋势，崩解速率分别呈现先减小后增加和持续减小的变化趋势；从抗剪强度方面考虑，聚丙烯纤维加筋黄土的最佳纤维含量为0.3%，最佳纤维长度为15 mm，从崩解特性方面考虑，聚丙烯纤维加筋黄土的最佳纤维含量为0.5%，最佳纤维长度为19 mm，相比较而言，两者崩解速率的相对变化明显小于其抗剪强度的相对变化，故确定聚丙烯纤维加筋黄土的最佳纤维含量为0.3%，最佳纤维长度为15 mm；随着含水率的增加，聚丙烯纤维加筋黄土的黏聚力、内摩擦角和崩解速率均呈现减小趋势，其变化关系符合三次多项式函数或Logistic函数关系；现场测得聚丙烯纤维加筋黄土防护坡面平均侵蚀深度约为3 mm，说明聚丙烯纤维加筋黄土的坡面防护效果明显。更多>
2021, 21(2): 82-92. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.02.007
摘要(802) HTML (368) PDF (12884KB) (112)
大跨度绿泥石片岩隧道大变形机理与控制方法
陈建勋, 陈丽俊, 罗彦斌, 王传武, 刘伟伟
摘要: 依托宝鸡至汉中高速公路连城山隧道(双洞六车道)，基于隧道变形和支护结构受力现场测试，分析了大跨度绿泥石片岩隧道大变形灾害特征和机理，总结了隧道大变形灾害综合控制方法，建立了大跨度绿泥石片岩隧道大变形分级标准，提出了各变形级别对应的支护参数。分析结果表明：大跨度绿泥石片岩隧道在开挖过程中以沉降变形为主，主要表现为拱部初期支护的整体沉降；在初期支护闭合后，主要表现为边墙的挤出变形和墙脚下沉引起的仰拱底鼓；大变形灾害主要表现为掌子面失稳垮塌、初期支护变形侵限破坏、锁脚锚管脱焊失效、二次衬砌开裂、边墙下沉以及仰拱回填隆起开裂；绿泥石片岩极其软弱、破碎及仰拱基底遇水软化，是造成隧道大变形灾害的根本原因；隧道开挖跨度大(最大开挖跨度为19.6 m)、断面扁平、拱脚地基承载力不足而缺乏有效约束，加剧了隧道支护变形侵限和失稳破坏；初期支护承载能力有限，围岩荷载不断传递至二次衬砌，是导致二次衬砌开裂的直接原因；围岩变形机制为拱部岩体黏聚力难以克服自重而产生不断向下的滑移和松动机制，以及墙脚和仰拱部位围岩低强度应力比引起的软岩塑性流动机制；通过采用“三台阶留核心土法+大预留+双层HK200b钢架分次支护+大直径锁脚锚管+围岩径向注浆+加深仰拱”的大变形灾害综合控制方法，同时对隧道大变形进行分级管理，有效避免了隧道大变形灾害的发生。更多>
2021, 21(2): 93-106. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.02.008
摘要(1158) HTML (308) PDF (28004KB) (94)
激光扫描盾构隧道断面变形快速检测
刘新根, 陈莹莹, 刘学增
摘要: 针对人工检测效率低、变形检测车定位不准、噪点剔除困难、数据处理滞后等技术难题，基于盾构隧道管片环缝灰度图像数学形态特征，通过图像滑窗方式，利用直方图均衡化、缩放、阈值判定等方法快速自动识别环缝，并依据环缝已知位置反向修正隧道里程; 基于距离最小二乘法椭圆曲线拟合，建立了盾构隧道激光扫描噪点三次迭代自动剔除方法; 通过对管片环上各单环激光扫描数据拟合椭圆进行均值处理，并与隧道设计参数或上次检测结果比对，确定了隧道断面变形; 以轨检小车为载体，集成断面三维激光扫描仪、倾角仪、编码器、测距轮和计算机等设备，研制了盾构隧道断面变形快速检测车，开发了配套的数据采集和处理软件，并进行了工程试验和实际应用。研究结果表明：检测时速为5 km·h-1时，检测车系统隧道内水平和垂直方向直径复测差值绝对值小于2 mm的占比分别为98.41%和96.21%，小于1 mm的占比分别为82.36%和71.92%，系统复测精度为2 mm，多数可达到1 mm，说明环缝识别、噪点剔除、整环收敛变形算法和检测系统具有较高的稳定性和重现性; 检测车可自动采集和处理数据，检测作业后24 h可输出检测分析报告，结果准确可靠，可为盾构隧道结构健康评定和养护提供参考。更多>
2021, 21(2): 107-116. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.02.009
摘要(1043) HTML (314) PDF (10975KB) (125)
基于ANSYS-MATLAB联合仿真的大跨铁路悬索桥行车分析
周智辉, 刘瑞涛, 朱志辉, 龚威, 余志武
摘要: 针对大跨铁路悬索桥结构复杂、几何非线性显著的特点开展行车动力分析，提出了一种ANSYS与MATLAB实时交互、联合仿真的列车-轨道-桥梁耦合振动分析方法; 在ANSYS内建立悬索桥和轨道结构精细有限元模型，在MATLAB内基于多刚体动力学理论组装车辆质量、阻尼和刚度矩阵，并将轨道结构动力微分方程系数矩阵导至MATLAB中; 分别建立悬索桥子系统、轨道-车辆子系统的动力微分方程，然后基于异步长策略，以大时间步长在ANSYS内考虑主缆几何刚度，并通过更新结构刚度矩阵来求解悬索桥子系统振动响应，以小时间步长在MATLAB内考虑轮轨空间接触关系，并通过施加轨道不平顺来求解轨道-车辆子系统动力响应，2种计算软件通过实时交换数据实现子系统之间的耦合求解; 通过分析某单跨铁路简支梁桥的实测数据验证了该方法的正确性，并利用该联合仿真方法对主跨为660 m的某铁路悬索桥进行了行车动力计算。分析结果表明：随着车速的提高，桥梁动力响应增大，行车安全性与平稳性趋于恶化; 在车速不大于180 km·h-1的工况下，该悬索桥能够满足行车安全性要求; 在列车动力荷载作用下，不考虑悬索桥几何刚度会导致跨中竖向位移产生7.4%的计算误差; 考虑几何刚度、不更新桥梁刚度矩阵导致的桥梁与列车响应计算误差均不超过1%，能够满足工程计算精度需求。可见，提出的联合仿真方法可用于大跨柔性铁路桥梁的行车动力分析。更多>
2021, 21(2): 117-128. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.02.010
摘要(806) HTML (509) PDF (12709KB) (199)
载运工具运用工程
基于路面识别的主动馈能悬架多目标控制与优化
李以农, 朱哲葳, 郑玲, 胡一明
摘要: 针对主动悬架减振性能和馈能特性在不同等级路面适应性较差的问题，建立了非线性电磁主动悬架模型; 考虑车辆在行驶过程中悬架簧上质量存在不确定性，提出了一种主动悬架自适应滑模控制器; 基于不同路面下悬架动力学响应数据，采用自适应模糊神经网络算法识别路面等级，确定控制器目标系数，实现了主动悬架安全性和舒适性之间的协调; 研究了电磁主动悬架馈能特性及其切换控制策略，在此基础上，考虑电磁主动悬架安全性、舒适性和节能性的矛盾关系，采用多目标粒子群优化(MOPSO)，以悬架动力学性能和馈能特性为设计目标综合优化控制器和悬架结构参数，并通过模糊集理论对多目标优化后的Pareto解集进行最优解选取。研究结果表明：模糊神经网络对不同等级路面下非线性电磁主动悬架的最大识别误差能够控制在10%以内，满足识别准确性要求; 在C级路面条件下，优化后的主动悬架与传统被动悬架相比，簧上质量振动加速度减小了35.3%，轮胎动行程增大了7.7%，但可以控制在10%的安全范围内; 与原主动悬架相比，优化后悬架簧上质量振动加速度减小了10.5%，馈能效率增大了1.7%，优化后自适应滑模控制器能够更好地协调悬架馈能特性和减振特性; 建立的非线性电磁主动悬架模型可实现不同路面等级下悬架系统安全性、舒适性和节能性的综合最优。更多>
2021, 21(2): 129-137. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.02.011
摘要(811) HTML (335) PDF (5500KB) (143)
轮缘推进器水润滑橡胶弹支可倾瓦推力轴承均载特性
宁昶雄, 严新平, 欧阳武
摘要: 为了探讨船舶轮缘推进器(RDT)橡胶垫支撑水润滑推力轴承的均载特性，提出了推力轴承均载特性参数测试方法；在多功能立式水润滑试验台上，以用于RDT的内径124 mm、外径196 mm水润滑橡胶垫支撑推力轴承为试验对象，在盘面上选取轴承平均半径的截面，对称布置1个微型压力传感器和1个微型温度传感器，随着轴一起旋转，采用无线遥测技术分别获取全瓦水膜压力分布和推力盘温度；通过预设瓦块高度差和推力盘静态倾斜量模拟偏载的情况，研究了载荷和转速变化对试验轴承水膜压力分布、摩擦因数和推力盘温度的影响规律。研究结果表明：弹支的均载效果会随着工况的变化而变化，当转速不变时，载荷增大会增加各瓦橡胶垫的变形，从而增强均载效果；而推力盘倾斜程度会随着转速增加而增强，从而加剧了瓦块载荷的不均性；开展RDT橡胶弹支可倾瓦结构均载设计时，除了考虑推力盘和瓦块不平的制造和安装因素，还需考虑轴承的转速和载荷；从轴承各瓦压力分布随工况变化的关系看，在转速为100 r·min-1、载荷为0.35 MPa时，轴承接触承载比例升高，因此，水膜压力测试为判别轴承润滑状态提供了一条新途径。更多>
2021, 21(2): 138-149. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.02.012
摘要(448) HTML (289) PDF (22592KB) (76)
基于重庆道路试验的车辆行驶工况影响因素分析
吴胜利, 邢文婷, 邵毅明, 简晓春, 赵树恩
摘要: 采用车辆道路试验方法，利用VBOX、尾气采集系统与陀螺仪对车辆行驶状况进行数据采集; 基于投影寻踪动态聚类的方法，结合带有精英控制策略的NSGA-Ⅱ对不同参数指标进行处理; 定量研究了参数指标对车辆燃油经济性和排放特性的影响程度，分析了特定工况下不同参数指标影响特性的变化规律。研究结果表明：在整个行驶工况中，加速度对车辆燃油经济性的影响权重为65.52%，对车辆比功率(VSP)特性的影响权重为35.03%，其中转弯半径对车辆VSP特性的影响权重为37.86%;在车速小于10 km·h-1时，对车辆燃油经济性影响最大的是转弯半径，影响权重为80.74%，对车辆VSP特性影响最大的是加速度，影响权重为82.82%;车速为10~40 km·h-1时，对车辆燃油经济性和VSP特性影响最大的是加速度，影响权重分别为34.01%和48.59%;当车速大于40 km·h-1时，对车辆燃油经济性影响最大的是坡度，影响权重为75.59%，对车辆VSP特性影响最大的是速度，影响权重为80.17%;当车辆处于下坡工况时，坡度对车辆燃油经济性的影响权重为69.84%，车速对车辆VSP特性的影响权重为56.37%;当车辆处于上坡工况时，加速度对车辆燃油经济性和VSP特性的影响权重分别为54.62%和94.24%。定量分析不同因素对车辆燃油经济性和VSP特性影响权重，不仅为提高车辆燃油经济性和改善车辆VSP特性提供实践支撑，同时也为智能车辆控制算法提供了重要理论依据。更多>
2021, 21(2): 150-158. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.02.013
摘要(465) HTML (206) PDF (11458KB) (90)
交通运输规划与管理
综合交通系统“多网合一”交通分析模型与算法
王炜, 华雪东, 郑永涛
摘要: 为解决综合交通体系中不同交通方式各自为政、条块分割的问题，研究了综合交通体系融合发展中缺乏一体化交通分析技术的瓶颈，提出了以交通枢纽为关键，覆盖铁路、公路、水运、航空、管道以及城市道路的“多网合一”的物理网络与虚拟网络拓扑结构模型; 构建了服务各交通运输方式、结果量化可比的交通阻抗函数模型与优势运输距离模型; 研发了异质交通网络环境下的一体化交通分配模型与算法，提出了综合交通系统客运组合出行与货运多式联运的交通量分析方法，形成了服务于综合交通系统一体化融合发展的交通分析模型与技术体系; 通过完全自主的“交运之星——TranStar”综合交通版交通仿真分析软件，搭建了综合交通系统虚拟仿真平台，实现了对大规模综合交通网络规划建设与运行管理的快速响应，并验证了分析模型与算法的可行性。研究结果表明：相比传统分析方法，提出的交通分析模型与算法可满足“多网合一”条件下综合交通系统的各类分析需求; 利用提出的交通分析模型与算法对综合交通网络的交通流量进行分析，相对误差不超过3%，平均误差不超过2%，分析结果精度高，满足工程实践要求。更多>
2021, 21(2): 159-172. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.02.014
摘要(1353) HTML (425) PDF (6877KB) (232)
考虑开行比例的大小交路列车开行方案优化
许得杰, 毛保华, 陈绍宽, 巩亮, 曾俊伟
摘要: 分析了城市轨道交通的大小交路列车开行比例关系，划分了2种典型的大小交路列车开行比例; 基于跨交路乘客对直达列车的选择偏好与换乘行为，提出了2种开行比例模式下乘客的广义出行费用计算方法; 考虑共线区段列车运行间隔的匹配关系，计算了运营车底数量; 以乘客出行费用和企业运营费用最小化为目标，构建了适用于多编组的大小交路列车开行方案优化模型，并针对开行方案编制流程和模型特点，设计了开行时段优化算法和遗传算法对模型进行求解; 以上海地铁8号线为例，研究了全日列车开行时段划分及其最优开行方案; 考虑固定编组和多编组与大小交路的组合运营模式，分析了单一交路运营与组合运营模式下的最优方案及其运营指标; 研究了乘客选择偏好和时间价值对开行方案和小交路折返站的影响。研究结果表明：与单一交路运营模式相比，大小交路运营模式下的乘客候车时间成本增幅超过11%;固定列车编组条件下，开行比例1:1模式下的小交路长度比开行比例2:1模式下的小交路长4个区间; 多编组运营的早高峰系统总成本降幅超过1.87%，比固定编组运营更具优势; 乘客对直达列车的选择偏好对多编组开行方案的影响较固定编组更大，当选择偏好概率大于0.3时，多编组开行方案的小交路折返站位置向外围延伸; 当时间价值增至原来的1.8倍及以上时，固定编组的运营模式由大小交路变为单一交路。更多>
2021, 21(2): 173-186. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.02.015
摘要(1441) HTML (415) PDF (2440KB) (213)
边远海域救援船舶与直升机联合搜救优化
林婉妮, 王诺, 高忠印, 吴迪
摘要: 以救援船舶行驶路线、释放救援直升机时刻与救援直升机搜索方案为优化内容，以搜救时间最短和发现概率最大为目标，建立了海空联合搜救双目标优化模型，并结合地理信息系统和智能算法设计了模型求解算法; 利用地理信息系统模拟了复杂海洋环境中风、浪因素影响下的救援船舶和遇险船舶运行状态，采用自适应混沌搜索替代随机搜索，改进了传统粒子群算法; 以从南海永兴岛出发前往边远海域执行搜救任务为算例，验证了搜救优化模型。研究结果表明：利用地理信息系统与智能算法结合的海空联合搜救方法得到的搜救行动总时间为4.4~16.9 h，发现概率可达45.12%~99.76%;与传统的粒子群算法相比，改进后的粒子群算法在发现概率分别为85.00%、90.00%与95.00%的情况下，搜救总时间分别减少1.5、1.3与1.1 h，减少幅度分别为18.07%、14.28%与10.57%，改进后的算法在计算速度、计算稳定性与结果优化方面均效果良好; 海空联合搜救方案优化与传统的多目标路径优化问题有所不同，需要建立特定的海空联合搜救模型，结合新的技术手段开展研究; 未来建议发展不同船型、机型参与的海空联合搜救优化方法，以适应不断提高边远海域搜救行动效率的发展要求。更多>
2021, 21(2): 187-199. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.02.016
摘要(570) HTML (284) PDF (4265KB) (97)
隧道群明暗转换对暗反应时间的影响
崔洪军, 王玉帛, 朱敏清, 李霞
摘要: 在设计的暗室中测得42名被试人在不同明暗转换次数下的暗反应时间，研究了明暗转换次数、隧道类型与连接段类型影响下的驾驶人暗反应时间变化；利用重复测量的一般线性与线性混合模型，分析了不同影响因素下的驾驶人暗反应时间；基于隧道类型和连接段类型对驾驶人暗反应时间变化速率的影响，研究了明暗转换次数、隧道类型与连接段类型对驾驶人暗反应时间的交互影响，建立了明暗转换次数、隧道类型与连接段类型的混合线性模型。研究结果表明：驾驶人暗反应时间随明暗转换次数的增加而减少，在经历3次明暗转换后达到最小值并趋于稳定；明暗转换次数、隧道类型与连接段类型对驾驶人暗反应时间交互影响显著，随明暗转换次数的增加，隧道长度与驾驶人暗反应时间的减少速率呈正相关，连接段长度与驾驶人暗反应时间的减少速率呈负相关；明暗转换次数越多，连接段长度越短，驾驶人黑暗辨识错误率越高; 明暗转换次数越多，连接段长度越短，隧道长度越长，驾驶人暗反应时间越短，越有利于交通安全，但频繁的明暗转换与极短的连接段会降低驾驶人的累计黑暗辨识正确率，存在安全隐患。更多>
2021, 21(2): 200-208. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.02.017
摘要(522) HTML (263) PDF (3384KB) (91)
交通信息工程及控制
自动驾驶环境下驾驶人接管行为结构方程模型
姚荣涵, 祁文彦, 郭伟伟
摘要: 为提取自动驾驶环境下驾驶人接管行为的关键影响因素，使用驾驶模拟器和眼动仪进行自动驾驶环境下驾驶人接管试验；采集了11个受试者对5种接管情境的反应数据，包括车辆运行数据和眼部运动数据，并调查了受试者的个人属性；基于实测数据定性分析和情境差异定量分析的结果，利用AMOS软件建立了描述驾驶人接管行为的结构方程模型；假设纵向接管行为、横向接管行为和眼部运动行为是3个潜在变量，找到可以表征这3个潜在变量的9个观测变量；根据修正指数多次修正得到最终的结构方程模型，由此获得表征驾驶人接管行为的各变量间的关系及对应的参数。研究结果表明：驾驶人接管自动驾驶车辆的全过程可分为5个阶段，即感知反应、减速避让、加速回升、稳定恢复以及稳定运行；当左前方车辆汇入当前车道，此时驾驶人接管风险较高；横向驾驶行为与纵向驾驶行为、眼部运动行为均显著负相关，相关系数分别为-0.226和-0.223，纵向驾驶行为与眼部运动行为正相关，相关系数为0.152；平均速度、总体横摆角均值、一秒内扫视时间可分别高度解释驾驶人接管自动驾驶车辆时纵向、横向及眼部的潜在行为。可见，此模型能有效揭示驾驶人接管自动驾驶车辆的整体行为与局部行为，有助于改进人机交互模式与自动驾驶接管请求提示。更多>
2021, 21(2): 209-221. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.02.018
摘要(982) HTML (344) PDF (3113KB) (154)
基于改进YOLO v3模型与Deep-SORT算法的道路车辆检测方法
马永杰, 马芸婷, 程时升, 马义德
摘要: 针对道路车辆实时检测遮挡严重与小目标车辆漏检率高的问题，提出了基于改进YOLO v3模型和Deep-SORT算法的车辆检测方法；为提高模型对道路车辆的检测能力，采用K-means++聚类算法对目标候选框进行聚类分析，选择合适的Anchor box数量，并在网络浅层增加了特征提取层，可提取到更精细的车辆特征；为加强网络对远近不同目标的鲁棒性，在保留原YOLO v3模型输出层的同时，增加了一层输出层，将52像素×52像素输出特征图经过上采样后得到104像素×104像素特征图，并将其与浅层同尺寸特征图进行拼接，实现车辆目标的检测；为了降低目标遮挡对检测效果的影响，提高对视频上下帧之间关联信息的关注度，将改进YOLO v3模型和Deep-SORT算法相结合，以此来弥补两者之间的不足。试验结果表明：改进YOLO v3模型有效地提高了车辆检测的性能，与在网络浅层增加特征提取层的模型相比，平均精度提高了1.4%，与增加一层输出层的模型相比，平均精确度提高了0.8%，说明改进YOLO v3模型提取的特征表达能力更强，增强了网络对小目标的检测能力；改进YOLO v3模型在引入Deep-SORT算法后，查准率和召回率分别达到90.16%和91.34%，相比改进YOLO v3模型，查准率和召回率分别提高了1.48%和4.20%，同时保证了检测速度，对于不同大小目标的检测具有良好的鲁棒性。更多>
2021, 21(2): 222-231. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.02.019
摘要(1281) HTML (599) PDF (4051KB) (220)
基于多目标优化的智能车辆换道轨迹规划
赵树恩, 王金祥, 李玉玲
摘要: 为提高智能车辆换道轨迹规划的拟人性和实时性，提出了安全、舒适、节能等多目标协同优化的换道轨迹规划算法，该轨迹规划方法的适应性取决于车辆换道时间、纵横向速度及加速度等关键变量的约束条件；基于车辆运动学和动力学理论，分析了动态未知环境下车辆换道安全区域，建立了六次多项式车辆理想换道轨迹模型，并运用遗传算法-BP神经网络理论对换道终止时刻及目标位置进行预测，得到了复杂场景下车辆换道轨迹簇；分析了基于可行解空间的车辆换道安全性、舒适性、经济性等性能评价函数，构建了多性能目标协同优化目标函数和约束条件，运用鲸鱼优化算法对换道轨迹簇进行优化，实现多性能目标协同的智能车辆换道轨迹最优规划；为进一步验证多目标优化轨迹规划算法的准确性，运用L3级智能车辆测试平台对结构化道路场景下多目标优化换道轨迹规划算法进行了试验验证。仿真和试验结果表明：提出的轨迹规划算法在满足各项约束的情况下可成功实现平稳、安全换道，并且与传统驾驶人换道相比，换道过程的安全性、舒适性及多目标综合性能分别提升了5.1%、3.3%和1.7%，有效提升了动态环境下智能车辆换道轨迹规划的拟人性。更多>
2021, 21(2): 232-242. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.02.020
摘要(2148) HTML (891) PDF (6403KB) (342)
基于半监督极限学习机的隧道内车辆RSSI定位方法
林永杰, 黄紫林, 吴攀, 许伦辉
摘要: 为了提高公路隧道突发事件的判别效率，实现道路交通状态全天候监测，以智能公路上泛在无线传感网络为基础，研究了基于信号强度指示值(RSSI)的网联车辆定位问题；考虑到隧道内车辆的连续运动特性，提出了一种带有局部线性嵌入(LLE)算法的半监督极限学习机(SSELM)实现RSSI指纹定位；离线阶段利用LLE对少量已标记位置的RSSI样本和大量无标记样本进行降维处理，辨识表征目标位置信息的高维数据对应的低维流形，再基于改进的半监督学习拟合降维后的RSSI与位置的映射关系；在线阶段将实时采集的RSSI数据进行流形降维后，输入校准好的SSELM中估计目标位置；采用无迹卡尔曼滤波平滑估计位置。试验结果表明：相比于已有半监督学习算法，提出的方法在不同车辆行驶速度和部署间距下均能取得较优的定位性能；当已标记数据占比(减少了50%~90%)、未标记数据数量(0~1 000个)和检测器部署间距(10~25 m)等关键指标变化后，本文方法的定位性能仍然保持最佳，其平均误差最低为3.09 m；计算复杂度上，当已标记数据为30%，即仅采集96个参考点样本时，其平均定位误差为3.8 m，训练时间低至8.7 s。可见，带有局部线性嵌入算法的半监督极限学习机在稀疏或密集传感器部署环境中，对不同行驶速度的车辆均能提供理想的定位性能，且训练时间短、样本依赖性低，是进行隧道内网联车辆辅助定位的一种有效方法。更多>
2021, 21(2): 243-255. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.02.021
摘要(918) HTML (289) PDF (1584KB) (107)
智能汽车两阶段UWB定位算法
朱冰, 陶晓文, 赵健, 柯敏, 王志伟, 李鑫
摘要: 为了提高智能汽车行驶的可靠性，以超宽带(UWB)为研究对象，研究了智能汽车两阶段UWB定位算法；分析了智能汽车UWB定位算法的基本原理与误差来源；建立了测距值筛选与加权位置解算两阶段UWB定位算法，在测距值筛选阶段，采用高斯筛选剔除小概率、大干扰事件，在加权位置解算过程中，根据多测距点的位置坐标加权计算得到最终的位置坐标，以有效减小非视距、多径效应所带来的误差，通过使用抗多径天线以有效减小多径效应所带来的误差，并分别建立了静态补偿和运动补偿策略，以有效减小设备晶振偏差等硬件问题造成的误差；在MATLAB/Simulink仿真平台中搭建一定测距方差约束下的UWB随机测距值仿真环境，对算法进行了仿真测试并与三边定位算法、三边质心定位算法进行仿真比较，分析基站数量对定位精度的影响；搭建实物UWB测试系统，对UWB设备定位精度进行了评估与误差补偿，并对两阶段UWB定位算法进行了实车测试。仿真结果表明：东向和北向的定位误差均值最小分别可达0.382 3、0.447 0 m；补偿后的UWB定位轨迹更接近RT3002所示的轨迹，东向和北向轨迹误差的平均值分别为0.049 2、0.017 8 m，均方根误差分别为0.069 8、0.0264 m。可见，提出的智能汽车两阶段UWB定位算法能够满足智能汽车的定位需求，具有高精度、低成本、稳定性好等优点。更多>
2021, 21(2): 256-266. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.02.022
摘要(983) HTML (580) PDF (13561KB) (139)
高速公路隧道入口区域视线诱导系统有效性研究
王首硕, 杜志刚, 冯守中, 焦方通, 许富强
摘要: 为了达到高速公路隧道入口区域驾驶人早发现、早适应、早决策的目的，分析了隧道入口区域的交通安全现状，提出了一种高速公路隧道入口区域视线诱导系统的改善思路与方法；通过室内驾驶模拟仿真平台，利用眼动仪采集了驾驶人的眼部数据；将驾驶人浏览兴趣区域划分为5类，分析了驾驶人在各区域的眼动参数变化；采用注视点分布位置、视觉敏感区面积等指标，描述了驾驶人视区的变化规律，评价了视线诱导系统改善后的效果。研究结果表明：隧道入口区域视线诱导系统改善后，驾驶人对道路前方远处的浏览时间占比(50.55%)、注视时间占比(53.13%)相比现状方案均有显著的提升，且扫视幅度(5.47°)明显减小；改善后驾驶人的注视点更加集中于前方远处，而道路两侧的注视点减少；现状方案中驾驶人的视觉敏感区面积在距离隧道洞口180 m左右处急剧减小，在隧道内又开始缓慢增大；改善后驾驶人的视觉敏感区面积在距离隧道洞口350 m左右处开始减小，此后一直保持相对平稳的状态；改善后驾驶人的视觉敏感区面积在各隧道区域的变化速度均小于现状方案。视线诱导系统的有效性得到了验证，使得驾驶人更加关注道路前方远处及洞内的交通信息，同时视区变化幅度更小，并且视觉负荷降低。更多>
2021, 21(2): 267-277. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.02.023
摘要(670) HTML (349) PDF (11165KB) (119)
改进SSD模型在高分二号遥感影像中高速公路收费站位提取的应用
王正鸿, 杨川
摘要: 以高分二号遥感影像中的高速公路收费站为研究对象，选取了北京、山西、河南、广东、福建5个省市2019年的高速公路收费站点位和0.8 m遥感影像，通过图像预处理、样本标注、裁切、数据增强、样本集划分的步骤制作训练样本集；引入“多尺度特征融合”的方法对SSD目标检测模型进行改进，通过增加“转置卷积”和“拼接”操作，将高层次特征图像的语义特征赋予低层次特征图像，以增强上采样质量与特征融合能力，从而提升了模型对小目标收费站的检测效果；将改进SSD模型用于2019年福建省高分二号影像中的收费站点位提取，沿福建省高速公路路网矢量对影像进行自动切片，将切片输入模型中进行目标检测；保留有收费站的切片，使用非极大值抑制去除多余的检测框，将剩余的检测框的坐标变换为中心点的坐标，可以直接输出得到高速公路收费站的中心点矢量，从而实现对于收费站点位的端到端自动化提取。研究结果表明：改进SSD模型的精度、召回率及二者的调和平均数分别为0.86、0.88和0.87，均优于传统的SSD, VGG, Faster R-CNN和特征金字塔网络模型。可见，对收费站点位的自动提取可以大大提高公路管理者的工作效率，有效满足公路管理者的实际工作需求。更多>
2021, 21(2): 278-286. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.02.024
摘要(562) HTML (162) PDF (12259KB) (70)

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