重庆交通大学学报（自然科学版）

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考虑风浪流影响的船舶路径规划及算法

谢新连1，王余宽1,2，何傲1，潘伟1，许小卫1

2022, 41(07): 1-8. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2022.07.01

摘要 ( )

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针对船舶路径规划中较少考虑海洋气象环境影响的问题，以保证航行安全为前提、以航行耗时最短为目标，建立一种风浪流作用下船舶路径智能规划方法。首先，计算风、波浪和水流的干扰力导致的船舶失速。其次，考虑碍航区边界不规则特性利用凸包算法构建安全航行空间，基于Maklink法和Dijkstra算法求解初始路径。然后，为提高算法收敛速度设计了交叉变异算子自适应进化的改进遗传算法，采用主从并行机制实现自适应遗传算法对初始路径优化。最后，对该方法进行仿真实验，并与未考虑水深限制和风浪流干扰的情况对比。结果表明：该方法规划的路径能够成功避开不安全航行水域，并使航行耗时缩短，有助于提升船舶航行效率，助力船舶智能化发展。

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基于ARIMA模型和K-means聚类分析的动态规划算法

徐建闽1，臧鹏1，首艳芳2

2022, 41(07): 9-13. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2022.07.02

摘要 ( )

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寻找最短路径是实现交通系统最优化的重要步骤之一。为寻找最短路径，利用历史和实时的浮动车数据，建立基于ARIMA模型和K-means聚类分析的动态规划算法。算法使用滴滴出行数据并在成都市二环区域内进行了测试。研究表明:新的算法以较低的计算量提供了高质量的时间解，运算时间均低于2.010 min，平均绝对百分误差低于6.5%，无效值比率小于20%。

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基于双向拍卖机制的共享泊位分配与定价研究

韩艳，段晓宁

2022, 41(07): 14-19. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2022.07.03

摘要 ( )

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考虑泊位空间属性和服务时间弹性调整需求下的共享泊位双向拍卖机制的设计，对于提高共享参与者的参与度和系统效率具有重要意义。设计考虑共享泊位时空属性的双向拍卖机制，以社会福利最优为目标，构建基于双向拍卖机制的共享泊位分配模型；为保证用户能够真实竞价，基于VCG (vickery-clarke-groves)拍卖定价机制构建共享泊位定价模型，设计算法并开展算例分析。算例计算分析表明：相较于传统的共享预约模式，双向拍卖机制在交易成功率、成功交易单元数和平台收益分别提升了25%、28%和198元。

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基于分位数回归的交通流速度-密度关系随机基本图模型

潘义勇，管星宇

2022, 41(07): 20-26. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2022.07.04

摘要 ( )

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为了准确模拟仿真交通流速度-密度关系，基于分位数回归建立交通流速度-密度关系随机基本图模型。利用分位数回归对速度-密度曲线进行参数拟合，获得不同分位数水平的速度-密度曲线簇，对参数值进行了假设检验和置信区间的计算，并对拟合结果进行数值分析。计算结果表明：提出的模型可以反映不同分位数水平下交通流速度和密度的关系，其中Northwestern分位数模型相较于Greenshields分位数模型和Newell分位数模型误差值分别降低了54.1%和33.6%；所提出的方法为交通流随机基本图模型构建提供了一个方法论，可以推广到其他未来交通流模型,在交通流理论中有非常重要的应用。

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一种新的V2I下车速规划与模型预测控制方法

刘平1,2，李振鹏1,2，蒋平3，舒航1,2，刘自斌1,2

2022, 41(07): 27-33. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2022.07.05

摘要 ( )

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为了改善城市交通路口信号灯的周期变更引起的汽车频繁切换“停-走”状态而造成的舒适性和经济性不良影响，在V2I场景下将车速规划与模型预测控制相结合，设计了一种提高通行效率的车速规划方法，并提出了面向汽车车速控制的变权重模型预测控制方法。针对所提出的方法，利用Prescan和MATLAB/Simulink建立联合仿真模型，并分别对车速规划方法及车速控制方法进行比较分析。结果表明：在通行效率方面，网联客车能维持在较高车速且不发生路口怠速，相比传统客车节省更多的时间；在舒适性方面，与网联-PI控制策略相比，网联-MPC控制策略的最大加减速度分别降低了79.22%和93.26%，最大加减速冲击度分别降低了92.73%和96.38%，改善了客车的驾驶舒适性；在经济性方面，与网联-PI控制策略相比，网联-MPC控制策略的平均制动力和最大制动力分别降低了49.79%和96.77%，使得更少制动情况发生，且制动情况更为缓和，改善了客车的经济性。

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隧道路面颜色对行车安全的影响研究

林志1，李佳奇1，赵耀2，陈梦婷2，苏培循1

2022, 41(07): 34-38. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2022.07.06

摘要 ( )

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随着我国隧道建设的发展，隧道交通安全问题愈加突出和严峻。通过分析汽车的制动机理发现缩短驾驶员的反应时间对于降低交通事故率有着极其重要的作用。设计了一种测量不同路面颜色条件下驾驶员反应时间的系统，在对真实的隧道行车环境进行模拟的基础上，通过试验得到不同路面颜色条件与驾驶员反应时间的关系。试验结果表明，在目前使用最广泛的黑色、灰色路面条件下，驾驶员的反应时间最长，不利于隧道行车安全。本文结合试验结果及交通色彩视觉心理理论进行综合分析，深入研究了不同隧道路面颜色对行车安全性的影响，最终发现黄色条件下驾驶员的反应时间较短，且黄色的色彩视觉心理效应更加适用于隧道行车环境，是理想的隧道路面颜色。

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基于老年人行为特性的行人过街信号优化

张旭1，杨晓光2，戴佩家3，李英帅3

2022, 41(07): 39-45. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2022.07.07

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为了解决老年人在通过人行横道时因步速慢而在过街绿灯信号总时长内不能安全过街的问题，对行人过街信号进行了优化。选择兰州市的3个信号控制交叉口，用摄影法及人工调查法采集了老年人过街实地数据；分析了绿闪信号、年龄对老年人过街步速的影响程度；建立了年龄和绿闪信号双因素影响下老年人过街时间模型；对现有人行横道信号配时进行了优化。研究表明：绿闪信号对老年人过街步速有显著影响；提出了人行横道两阶段（即安全绿闪时长 + 最短绿闪时长）绿闪信号模式，确保老年人安全过街。

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基于潜变量的出行者出租车与网约快车选择研究

司杨1，关宏志2

2022, 41(07): 46-50. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2022.07.08

摘要 ( )

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为研究潜变量对出行者选择行为意向的影响机理，以出租车和网约快车为例，选择方便性、安全性、可靠性、舒适性、经济性为外生潜变量，知觉价值、行为意向为内生潜变量，设计了出行者出行方式选择行为调查问卷，进行网上调查；建立了结构方程模型（SEM），研究了出行者出行方式选择行为与各潜变量之间的关系。结果表明：知觉价值对出行者出行方式选择行为意向有显著正影响，经济性和舒适性是影响知觉价值的重要因素；出行者在选择出租车出行时，更加注重方便性，在选择网约快车出行时，更加注重安全性。

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变运营环境下基于混合主成分分析的结构损伤识别方法

黄海宾1,2，臧敬刚1

2022, 41(07): 51-58. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2022.07.09

摘要 ( )

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运营环境变化通常会引起结构动力特性随之变化，进而掩盖损伤引起的变化。在工程实际中，剔除运营环境变化的影响对结构损伤识别至关重要，当前较多采用主成分分析实现该目的。然而，传统的主成分分析仅当数据近似满足高斯分布且线性相关时非常有效，当数据中存在非高斯分布和非线性相关等情形时则效果较差。为此，提出一种基于混合主成分分析的结构损伤识别方法，首先，利用高斯混合模型将多维(非高斯分布且非线性相关)数据的联合概率密度函数拟合为多个局部高斯分量的线性组合；其次，对所有高斯分量分别建立相应的主成分分析模型；最后，对所有主成分分析模型的残差部分分别计算马氏平方距离和欧氏平方距离，经加权标准化后作为结构的综合损伤指标。采用质量弹簧系统仿真数据和木桁架桥试验数据对所提方法进行验证，结果表明：该方法可有效处理损伤特征数据中的非高斯分布和非线性相关等问题，从而剔除运营环境变化的影响以显著提升结构损伤识别的能力。

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虚拟荷载法在钢-混凝土组合梁计算中的应用

李雪峰，陆元春，周良

2022, 41(07): 59-63. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2022.07.10

摘要 ( )

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研究了虚拟荷载法在钢-混凝土组合梁应力计算中的应用。推导了基于虚拟荷载法的简支组合梁温差应力计算式；结合有效弹性模量法，推导了基于虚拟荷载法的简支组合梁收缩应力计算式；以某一45 m跨径工字简支钢-混凝土组合梁为例，分别采用虚拟荷载法、ANSYS有限元法及TBJ 24—89《铁路结合梁设计规定》推荐的计算式计算组合梁的温差应力及收缩应力，并进行了对比分析。研究表明：对于组合梁温差应力计算结果，虚拟荷载法与ANSYS有限元法的误差为1.6%，说明虚拟荷载法能准确计算组合梁温差应力；与TBJ 24—89《铁路结合梁设计规定》计算式的计算结果相比，虚拟荷载法应力计算式对收缩应变的考虑更为充分。

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锈蚀钢绞线混凝土黏结滑移本构模型研究

谢发祥，张川龙，李文祥

2022, 41(07): 64-71. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2022.07.11

摘要 ( )

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针对锈蚀钢绞线混凝土黏结滑移性能问题，利用拉拔试验分析不同锈蚀率及保护层厚度对试件破坏形态、裂缝数量及宽度、荷载-位移曲线形状、极限黏结强度和极限相对滑移的影响，建立了改进后的黏结滑移本构模型。研究结果表明：锈蚀率相同时，随着保护层厚度增大裂缝数量和宽度呈减小趋势，极限黏结强度及极限相对滑移量与保护层厚度呈线性正相关；同等保护层厚度下，裂缝数量随锈蚀率的增加基本不变，裂缝宽度随锈蚀率增加而增大；极限黏结强度及极限相对滑移量随锈蚀率增大呈线性减小趋势；仿真结果显示，提出的锈蚀钢绞线混凝土黏结滑移本构模型可以较好地描述锈蚀钢绞线混凝土试件黏结滑移退化行为。

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强震区跨断层桥梁桩基动力响应及避让距离研究

冯忠居1，关云辉1，张聪1，孟莹莹1，董芸秀1，2

2022, 41(07): 72-80. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2022.07.12

摘要 ( )

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为研究强震区跨断层桥梁桩基动力响应及避让距离，依托海文大桥实体工程，选取4种类型地震波——5010波、5002波、Kobe波和El-Centro波；采用MIDAS/GTS有限元分析软件，建立了桩-土-断层相互作用模型，研究了断层上下盘桩的峰值加速度响应、桩顶水平位移响应和桩身弯矩响应的变化规律，以及桩基与断层之间的安全避让距离取值对桩基础力学变形特性的影响。结果表明：4种地震波作用下，断层上盘桩基的动力响应均较断层下盘的大，呈现显著的“上盘效应”；覆盖层土体对桩身峰值加速度有明显的放大作用和滤波作用；桩顶峰值加速度响应具有滞后性；比较而言，El-Centro波作用时桩顶峰值加速度及峰值加速度放大系数最大，5002波作用时桩顶水平位移峰值最大，Kobe波作用时桩身弯矩峰值最大。建议在桥梁桩基抗震设计时，应着重考虑断层上、下盘桩基的差异和地震波类型对桩基承载力的影响；推荐强震区跨断层桥梁桩基安全避让距离值为20 m（10D）。

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碱激发胶凝多孔混凝土抗硫酸盐浸蚀性研究

高晶晶1，樊兴华2

2022, 41(07): 81-88. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2022.07.13

摘要 ( )

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针对两种碱活化粉煤灰（AAFA）和碱活化矿渣（AASL）多孔混凝土的耐硫酸盐浸蚀性进行研究，采用传统试验指标，包括质量损失、横截面尺寸、抗压强度分析，结合X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）等微观测试手段，研究不同多孔混凝土试件养护龄期、硫酸盐溶液浓度及浸蚀时间对碱激发胶凝材料多孔混凝土耐硫酸盐浸蚀性能的影响。结果表明：不同碱激发胶凝材料具有不同的劣化方式，普通多孔混凝土（OPC）主要体现在质量和横截面尺寸的衰减，AASL主要表现为质量的增加以及横截面尺寸的膨胀，且OPC和AASL浸蚀后的主要产物为石膏；AAFA没有明显的质量及横截面尺寸变化，其浸蚀过程为硅铝酸钠结晶的脱铝和碱化以及少量石膏的生成，伴随着抗压强度的降低。

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缓释型沥青自愈合胶囊的优化制备与修复效果研究

陈琨1，袁妙2，刘全涛3 ，王全磊4

2022, 41(07): 89-95. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2022.07.14

摘要 ( )

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针对海藻酸钙胶囊的制备方法优化问题，研究了海藻酸钠溶液浓度、乳化剪切速率和油水比等制备参数对海藻酸钙胶囊的粒径、屈服强度和修复剂含量的影响规律，优化了海藻酸钙胶囊的制备参数，并探究了其对沥青混凝土的修复效果。研究结果表明：海藻酸钙胶囊的最佳制备参数为2.0%浓度分数的海藻酸钠溶液、5 000 r/min的乳化剪切速率和1∶10的油水比；采用最佳制备参数合成的海藻酸钙胶囊粒径为2.16 mm、屈服强度为13.23 N、修复剂含量为76.03%；该胶囊掺入沥青混凝土后能够在循环荷载作用逐渐释放修复剂，从而软化沥青、显著提升沥青混凝土的自愈合性能。

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PVA纤维搅拌分散运动场分析

曹源文1，李成1，周博1，黄兴生1，曾建民2

2022, 41(07): 96-103. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2022.07.15

摘要 ( )

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单丝状PVA纤维可以极大的提升水泥基材料的各项性能，在实际工程中PVA纤维常以束装形式存在于水泥基材料中，这在很大程度上限制了PVA纤维的作用。为提高PVA纤维在水泥基材料中的分散质量，设计了双轴卧式PVA纤维搅拌分散装置，建立了PVA纤维搅拌分散运动场模型并进行运动场分析，得到了PVA纤维混合物的速度与湍流动能特性，以及随搅拌轴转速和PVA纤维与粉煤灰质量比的变化规律，进而得到了该搅拌分散装置的理想搅拌轴转速和理想质量比。结果表明：该搅拌分散装置能够有效提高PVA纤维在水泥混凝土中的分散质量；随着搅拌轴转速和质量比的提高，PVA纤维混合物的速度和湍流动能均逐渐增强，增幅先剧烈后缓慢，为节约资源且确保PVA纤维的搅拌分散均匀性，确定理想搅拌轴转速为700 rpm，理想质量比为1∶45。

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公路隧道改路堑对衬砌结构的安全影响分析

韩风雷1,2，刘宗韩1,2，王益3，肖东辉4，秦臻1,2

2022, 41(07): 104-111. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2022.07.16

摘要 ( )

PDF(7074KB) ( )

为了研究路堑开挖卸荷对运营隧道衬砌结构的安全影响，以某浅埋小净距隧道拆除改建公路路堑工程为背景，采用Drucker-Prager弹塑性本构模型，基于数值仿真，分析了路堑开挖卸荷下既有运营隧道衬砌结构变形、受力和安全系数的演变规律，提出了路堑开挖施工的安全影响分区。结果表明：受路堑开挖卸荷和围岩弹性抗力作用，隧道整体上浮且两边墙向内挤压，以竖向变形为主，最大位移在拱顶为36.77 mm。衬砌结构受拉区由仰拱向上逐渐扩展到拱顶，埋深20 m时拉应力达3.47 MPa，拱脚易出现应力集中。衬砌结构安全系数波动较大，拱脚位置安全系数最小值为1.91，尤其需加强对两洞拱脚位置的监测。参考规范及衬砌结构各指标计算值，采用计算残留埋深比划分了路堑施工对隧道安全影响的3个分区，并给出各分区施工建议。

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考虑爆破作用的隧道爆破楔形体稳定性分析

王林峰1，胡才龙2，曾韬睿1，程平1，吴发友1

2022, 41(07): 112-119. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2022.07.17

摘要 ( )

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隧道楔形体危岩稳定性分析是隧道危岩灾害防治的依据。根据爆破峰值加速度衰减规律及楔形体结构面的假定，通过牛顿第二定律确定作用于楔形体峰值爆破荷载，并对其进行修正得到时程爆破惯性力，建立了隧道楔形体危岩稳定性分析的物理模型及计算模型，提出了楔形体稳定性分析的动态极限平衡方法，该方法得出了楔形体稳定系数的计算公式，并分析了不同因素对稳定系数的影响。计算结果表明：边墙楔形体在爆破荷载作用下，楔形体随时间而出现压力和拉力的变化，整个作用时间持续0.3~0.4 s左右；边墙楔形体在爆破荷载作用下最大峰值荷载达到410.52 kN,最小峰值荷载为-285.69 kN；洞顶楔形体在爆破荷载作用下最大峰值荷载达到140 kN,最小峰值荷载为-95.23 kN；边墙单滑面爆破荷载作用稳定系数最大增加了93%，最大减少了63.3%；边墙双滑面稳定系数最大增加了75%，最大减小了47.4%；洞顶单滑面在爆破荷载作用下稳定系数最大增加了75.5%，最大减少了56.4%，洞顶双滑面最大增加了81.5%，最大减小了57.8%；当爆心距由2 m增加到5 m时，两者稳定系数最大相差1.92；当滑面倾角由28°增加到58°时，天然稳定系数降低了1.5，爆破对稳定系数的影响最大减小了4.5；当炸药量由28 kg增加到58 kg时，稳定系数最大增加了1.65；当面积由8 m2增加到20 m2时，稳定系数最大增加了0.75。因此，该楔形体稳定系数计算方法能较好的反映和评价爆破荷载下隧道楔形体的稳定性。

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泥石流危险性评价的权重赋值概率学优化方法

李莉1，张仕昕1，强跃1，郑州1，汪魁2

2022, 41(07): 120-125. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2022.07.18

摘要 ( )

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泥石流危险性评价是典型的多准则决策问题。针对泥石流危险性评价问题中权重赋值方法上的不足，从概率学角度提出了一种权重赋值改进方法。在改进方法中，将权重视为一个有界的均匀随机变量，边界条件由等权重法、熵权法及变异系数法计算得到；在边界条件内通过蒙特卡洛模拟策略获取样本权重集，并以最小偏差为优化目标求解最终权重；采用改进方法对云贵高原乌东德地区的20条泥石流危险性进行了评价。评价结果表明：使用单一的权重赋值方法具有一定局限性，对不同类型的泥石流并不具有普适性；改进方法对各评价因子的权重赋值结果更加客观，评价中有5条泥石流危险等级高于传统的刘希林模型结果。

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载重车辆翻新轮胎承载变形特性研究

王强1，张建富2，姜莉1，王云龙1，惠盛峰3

2022, 41(07): 126-136. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2022.07.19

摘要 ( )

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为了有效提高翻新轮胎的使用性能，利用ANSYS软件对12R22.5翻新轮胎承载变形特性进行了有限元仿真分析，并利用承载变形试验系统对翻新轮胎承载变形特性进行了试验研究，获得了胎压为530～830 kPa、径向载荷为10～35 kN多种工况下的翻新轮胎和同型号新轮胎的径向变形、侧向变形、接地形状及接地面积等承载特性变化规律；利用多元线性回归原理，提出了翻新轮胎承载径向变形数学模型计算公式，并对比分析了翻新轮胎与新轮胎的承载变形特性、接地面积特性的差异性及成因。研究结果表明：翻新轮胎与同型号新轮胎承载变形特性变化规律存在一定的差异性；当胎压一定时，翻新轮胎及新轮胎径向变形、侧向变形及接地面积均随着径向载荷的增加增大，其中变形增大趋势近似线性规律，接地面积增大趋势近似非线性规律；在相同胎压及径向载荷工况下，翻新轮胎的径向变形、侧向变形及接地面积均比同型号新轮胎小；在胎压一定、低载工况下，翻新轮胎的径向刚度和新轮胎径向刚度相近；在胎压一定、高载工况下，翻新轮胎径向刚度比新轮胎径向刚度大，且随着载荷的不断加大，径向刚度差异性越来越大；即废旧轮胎胎体橡胶老化程度越严重，其翻新后的轮胎承载变形特性越差，翻新轮胎剩余使用寿命将会越短。

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机车轴箱弹簧断裂失效分析及疲劳寿命评估

张子璠1，王克肖1，杨广雪2

2022, 41(07): 137-143. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2022.07.20

摘要 ( )

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针对某型电力机车轴箱弹簧出现疲劳断裂的现象，采用断口分析，线路动应力测试以及有限元仿真探究其断裂原因。结果表明：弹簧失效为疲劳断裂失效模式，裂纹源始于第1圈、第2圈之间的接触磨损位置；车轮第19阶不圆频率与弹簧第3阶模态主频重合，从而发生共振导致弹簧的疲劳等效应力增大；过大的应力以及因磨损造成的疲劳强度降低是造成弹簧过早出现疲劳失效的原因。

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基于新型死区补偿的永磁同步轮毂电机矢量控制研究

胡启国，张祥

2022, 41(07): 144-150. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2022.07.21

摘要 ( )

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为了改善车用永磁同步轮毂电机矢量控制系统的控制性能，针对该系统逆变器中死区时间、开关等元器件的非线性死区效应问题，对死区效应的产生机理和对电流谐波产生的影响进行了分析；在不需要电流极性检测的基础上，提出了一种新的死区补偿方法；根据前馈控制的思路，通过建立死区扰动电压观测器并与线性补偿法相结合的方式，来抵消死区效应对永磁同步轮毂电机矢量控制系统的影响；利用MATLAB/Simulink仿真软件建立了基于新型死区补偿的永磁同步轮毂电机矢量控制仿真模型。仿真结果证明：该死区补偿方法能有效地抑制逆变器死区效应带来的影响，提高了矢量控制系统的稳定性。

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