重庆交通大学学报（自然科学版）

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刘平, 刘伟汉, 梁栋

2023, 42(6): 1-8. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.06.01

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为提高桥梁钢构件的安装精度，建立了基于改进果蝇优化算法的BP神经网络，实现了对钢构件空间坐标的精确预测。在果蝇算法中，引入Logistic映射以优化果蝇种群初始位置，增加混沌动态权重和多种群协同搜索用于加强算法的全局搜索和局部探索能力，有效改进了BP神经网络在处理复杂工程问题时训练时间长和精度低等问题。改进后的BP神经网络可对影响钢构件定位的多个变量进行识别，并筛选出其中的关键变量。结合某波形钢腹板-预应力混凝土组合梁矮塔斜拉桥的工程实例，利用优化后的神经网络对即将施工节段的钢腹板和钢锚箱的空间坐标进行预测。研究表明：经过施工过程验证，该桥钢锚箱与波形钢腹板开孔连接件的孔轴误差、钢锚箱拉索套管误差等问题得到了大幅改善，体现了改进的BP网络在准确预测钢构件的空间坐标。

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基于遗传算法的斜拉桥成桥索力优化应用研究

王涛1，胡宇鹏2，张兴标1，王路1

2023, 42(6): 9-17. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.06.02

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为研究智能优化算法在斜拉桥索力优化中的应用，将遗传算法与有限元算法进行嵌入式融合，以自主开发的有限元程序为基础，使用杆、梁单元构建大跨度公铁两用斜拉桥全桥三维有限元计算模型，讨论了索力对于各个单元节点弯矩的影响矩阵计算方法。建立了2种索力优化目标函数，使用MATLAB集成的遗传算法工具箱进行求解，同时给出了可以直接应用的计算代码，探讨不同目标函数的优化计算结果差别；使用多项式拟合方法对索力优化结果进行调整，讨论了考虑、不考虑几何非线性效应的成桥状态计算结果差别。研究结果表明：使用基于遗传算法的智能随机搜索可有效地求解与索力相关的目标函数极值，辅助桥梁设计人员得到最优的斜拉桥成桥索力。

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钢管拱切线拼装坐标修正在ANSYS中的实现方法

周水兴, 周琳淇, 刘增武

2023, 42(6): 18-23. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.06.03

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钢管混凝土拱桥钢管拱肋多采用分段安装，可采用ANSYS的生死单元进行过程分析，受到未激活单元虚位移影响，节段单元在ANSYS程序中并非在切线位置上激活。针对桁式断面的钢管混凝土拱桥，提出用悬臂端节点位移平均值作为拱肋整个截面的位移来修正激活前的单元坐标，使其处在前一节段的切线位置上；给出了坐标修正的计算公式，编制了钢管拱安装计算命令流，用于一座320 m跨钢管混凝土拱桥施工中。结果表明：在实现扣索一次张拉的前提下，实测扣索力与理论索力的误差在3%以内，上、下游拱肋高程差控制在5 mm内，成拱后的拱肋线形与裸拱自重线形吻合良好。

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基于挠度监测的简支空心板梁桥安全监测与评估

李晓娅1，2，王旭燚1，2，曹素功1，2，3

2023, 42(6): 24-31. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.06.04

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选取了单一挠度监测指标，提出了挠度长期监测数据有效性系数β计算公式，确定了中小跨径简支梁桥跨中挠度采样频率f；基于铰缝损伤对简支空心板梁桥的影响，确定了铰缝损伤评估指标；设置了单梁承载能力与铰缝损伤的三级预警阈值；对某简支空心板梁桥开展了安全监测与评估。结果表明：通过简支空心板梁桥跨中挠度监测可进行单梁承载力和铰缝损伤评估；中小跨径简支梁桥挠度活载效应的最大监测值与桥梁跨径、采样频率、车辆行驶速度相关，建议跨中挠度采样频率 f ≥ 9 Hz；可用各梁板所承担的外荷载变化率来衡量铰缝损伤程度；采用三级预警机制对简支空心板梁桥进行监测预警效果良好。

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暴雨条件下高速公路超高缓和段积水深度分布模型构建

张驰1，周郁茗1，张昆仑2，张敏3

2023, 42(6): 32-39. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.06.05

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暴雨条件下高速公路超高缓和段积水易造成行车安全问题。研究超高缓和段的积水深度分布情况，能为道路设计提供理论指导。通过引入流体力学中的圣维南方程和曼宁公式，提取道路几何模型并划分道路网格，利用有限元方法对道路网格单元间的径流传递特征和径流深度进行分析，构建暴雨条件下的超高缓和段积水深度分布模型，并对双向四车道高速公路的超高缓和段进行试验分析。结果表明，积水深度分布模型能够客观反应不同道路纵坡、超高横坡、降雨强度下的超高缓和段积水深度分布状况，研究结果为道路超高缓和段排水不良路段的线形优化设计提供借鉴与指导。

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基于胎路动态摩擦行为的沥青路面抗滑性能预估模型研究

余苗1,2，张强1，石林3，唐欧迪1

2023, 42(6): 40-46. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.06.06

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为探究路面纹理（宏观纹理、微观纹理）、荷载、速度、滑移率、胎压对沥青路面摩擦系数的影响规律，利用自主研发的轮胎-路面动态摩擦测试系统对成型的9种车辙试件进行动态摩擦试验。结果显示，宏观纹理对沥青路面摩擦系数的影响极其显著，速度、微观纹理、荷载次之，胎压的影响并不显著。其中，宏观纹理作为影响摩擦系数的主要因素，影响着胎路的接触面积和应力集中度，纹理丰富度增加，摩擦系数增大；摩擦系数在初期随滑移率的增大而增大，随后趋于稳定；相反，摩擦系数随速度的增大而变小；胎压对胎路接触时摩擦系数的贡献较小。最后结合BP神经网络建立沥青路面摩擦系数预估模型。

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无机微粉改性沥青及混合料的路用性能分析

贾晓东1,2，梁乃兴1，彭义雯3

2023, 42(6): 47-54. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.06.07

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为了研究无机微粉消石灰和水泥对沥青及混合料的路用性能影响作用，利用自主研发的超声波风压分散仪制备了改性沥青及混合料，再通过软化点、针入度、测力延度、扫描电镜、冻融劈裂试验、低温弯曲梁试验和间接拉伸疲劳试验分析了两类6种微粉对沥青及混合料的水稳定性、低温抗裂性和疲劳性能影响规律，并对其影响机理进行了深入分析。研究结果表明：两类无机微粉均可提高混合料的水稳定性和疲劳性能，且随着微粉粒径的减小(比表面积增加)，水稳定性和疲劳性能改善效果越明显；相同粒径下，水泥水稳定性好于消石灰、但疲劳性能则相反；两类微粉对混合料的低温性能有不利影响，但随着粒径的减小，不利影响逐渐减小，消石灰的对混合料低温性能的不利影响小于水泥。

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钢渣水泥基地聚合物固化湿软黄土力学特性与微观机制

陈锐，张星，朱月

2023, 42(6): 55-61. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.06.08

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采用低碳环保的地聚合物对湿软黄土进行固化处理，通过无侧限抗压和一维固结试验研究了地聚合物掺量和龄期对固化土强度和变形的影响，并结合微观特征分析（X射线衍射XRD、红外光谱分析FTIR和电镜扫描SEM）研究了其固化机理。试验结果表明：固化土的无侧限抗压强度q随龄期增加而增大，得出了q随龄期变化的预测公式；地聚合物掺量由5%增大到10%时，固化土的q随之增大，但掺量增加到20%时，其强度略微减小；当掺入比为10%和20%时，固化土压缩性显著降低，且呈现出明显的结构性特征。地聚合物的水化产物中主要包含水化硅铝酸钠与水化硅酸钙复合凝胶，水化产物随龄期明显增多。地聚合物的胶结与充填效应可视为一种化学结构性，是提高固化土力学性能的根本原因。结合宏微观试验结果，提出了地聚合物固化湿软黄土的机理模型。

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不同配比土石混合体压实特性及颗粒破碎特征研究

马丽娜1,2，乔丹阳1，王起才1,2，段运1，郭杰3

2023, 42(6): 62-71. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.06.09

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为探讨土石混合体填料的压实特性及击实后混合体内部的颗粒破碎程度，在室内进行了不同含石量(P5)的击实试验及颗粒破碎试验。研究结果表明：当P5含量不变时，改变细粒料组成成分及比例对最优含水率的影响较最大干密度更明显；不同级配下土石混合体试样的初始含石量是影响颗粒破碎的关键因素；击实前后颗粒级配曲线所围成的面积可以表征粒径变化程度，粒径发生变化的主要区间为2.5~20 mm，且粒径变化大小程度随着粒径减小呈递减小趋势；击实后分形维数与最大干密度和最优含水率有良好的拟合关系，最优含水率对击实后分形维数的影响较最大干密度更为显著；根据分形理论，击实后的分形维数较击实前均增大，且击实前后分形维数的差值与破碎指标都能够在某方面表征混合体的颗粒破碎程度；混合体的相对分形维数随着含石量的增加而增大，即相对分形维数越大，颗粒破碎程度越大。

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MBR技术在乡村生活污水处理中的应用实践研究

张占梅1,2，黄紫然1，张中天1，石瑞琦1，任筱雨1

2023, 42(6): 72-75. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.06.10

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以上海市崇明岛某镇生活污水处理工程为例，结合当地的污水特征和地质地形特点，采用一体化MBR技术，按照分散式处理模式设计建设了生活污水处理系统；对一体化MBR生活污水处理系统在运行阶段的成本及出水水质进行了分析。结果表明：一体化MBR生活污水处理系统不仅运行稳定，出水水质满足GB18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准，而且占地面积小、维护管理工作量少、自动化程度高。

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消力槛对船闸闸室单明沟消能特性的影响研究

陈明1，马鑫林1，段黎明2，黄海津1

2023, 42(6): 76-83. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.06.11

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针对船闸闸底长廊道侧支孔输水系统，通过改变消力槛高度和消力槛距侧支孔距离，采用三维紊流数值模拟方法，研究了消力槛对闸室单明沟消能的影响特征。研究结果表明：在单明沟内增设一道消力槛后的消能效果优于无消力槛方案，且当消力槛高度为侧支孔高度的一半，消力槛距侧支孔距离为明沟宽度的0.4~0.6倍时闸室内消能效果较佳。同时阐明了单明沟与消力槛的协同消能机理。

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基于改进DBSCAN算法的受限航道船舶会遇规律挖掘研究

张新宇, 姚沅辛, 齐壮, 黄力, 杨琼

2023, 42(6): 84-92. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.06.12

摘要 ( )

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受限航道船舶会遇态势复杂多变，为了识别潜在航行风险，提出一种基于SO-DBSCAN(self-optimal DBSCAN)算法的受限航道船舶会遇规律挖掘方法。首先，构建了基于船速比修正的受限航道动态船舶领域模型，考虑受限航道船舶安全间距以及航速对交通流的影响，引入船速比修正因子改进藤井模型；其次，提出一种基于动态舷角的会遇态势划分方法，结合国际海上避碰规则相关条款要求，采用船舶间动态舷角关系及航行速度作为引导划分出14种会遇态势；最后，引入Silhouette Coefficient和Calinski-Harabasz评估指标，并以加权和最大为目标函数自主求解最优的聚类策略，通过采集天津港受限航道的AIS数据进行实例验证，挖掘会遇时空规律并识别会遇热点。研究表明：该水域内船舶在15：00—17：00时间段内会遇较为频繁，会遇关键区域主要集中在42#~48#灯浮和22#~32#灯浮附近，结果符合航海实际；基于SO-DBSCAN算法的受限航道船舶会遇规律挖掘方法不仅能够解决传统基于密度聚类算法调参复杂的问题，还能够有效识别会遇高风险区域。

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公路隧道施工围岩支护碳排放量化分析与减碳路径研究

李红镝, 杜一凡

2023, 42(6): 93-102. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.06.13

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公路隧道施工需要消耗能源与材料，并向大气中排放大量温室气体。围岩支护作为公路隧道施工的关键工序，其能源、材料消耗占比较大，但目前对隧道围岩支护碳排放与具体减碳方法关注较少。因此，笔者标准化研究了碳排放计算口径与碳排放计量模型，根据40座不同围岩级别与长度的隧道支护施工碳排放计算结果，分析出重点碳排放源，并依此建立了隧道支护施工碳排放预测模型，提出了包括优化施工机械配置、使用再生材料的具体减碳路径，最后通过案例进行了减碳效果分析。研究结果表明：2项减碳措施分别至多可减少碳排放7.62%与24.83%。

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基于SIS传播理论的城市交通拥堵传播模型

陈玉婷1，晏启鹏1，毛剑楠1，黄豪1，刘澜1,2

2023, 42(6): 103-110. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.06.14

摘要 ( )

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为研究城市交通拥堵传播的机理与特性，建立了基于SIS传播理论的城市交通拥堵传播模型。首先，确定了路段交通状态的判别方法，并比较分析了不同判别标准下拥堵传播效率和消散效率的数值变化；其次，考虑了出行时间的差异性并在经典SIS理论中加入了时间偏差参数；随后，研究了拥堵路段比例随时间的变化趋势以及拥堵路段比例与其变化率间的关系，并将其作为描述拥堵传播特征的依据；最后，以成都市道路交通网络作为研究路网，以早高峰真实数据对模型进行标定与验证。结果表明，模型可以精确地描述拥堵路段比例与其变化率之间的关系。

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车联网环境下的可变单向交通控制算法研究

赵红专, 李林, 周旦, 陈建鹏, 展新

2023, 42(6): 111-118. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.06.15

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为解决双向两车道场景下不均衡交通流通行需求不满足、时间分布不规律的问题，提出了一种可变单向交通控制算法。将路侧获取的交通密度、排队长度信息作为约束，利用模糊控制与滚动交通切换因子方法形成优化切换模型，通过Q学习清空算法获取可变路段多个区域的最优过渡清空方案。仿真验证表明：以90 s为一个检测步长实时采集生成切换方案，准确率达91.5 %，过渡清空模块根据实时状态生成划分区域最优清空方案，减少了空放时间；在方向不均系数为1.5和5.0时，相比现状路网整体延误降低29.4 %、25.2 %，平均运行速度提高6.8 %、9.1 %，车辆绕行时间减少6.2 %、7.9 %，显著提升了整体服务水平。

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高速公路入口处同向车道分隔带开口计算模型

王红，王洪涛，吴景安，李琪霖，朱顺应

2023, 42(6): 119-127. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.06.16

摘要 ( )

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在国内外对“车和路”因素研究的基础上，增加“驾驶人”换道行为因素，对高速公路入口处的同向车道分隔带开口进行研究。基于驾驶人的心理和反应，提出强行、协作、竞争强行、竞争协作4种换道交互行为；运用可接受间隙理论及车辆运动学理论等构建了同分带的开口位置净距及与换道行为相应的最小、一般、适中和理想的4种开口长度计算模型；运用模型计算了“四改八”高速公路设计速度为120、100、80 km/h时的同分带合理开口位置净距值以及4种开口长度值。采用VISSIM和SSAM微观交通仿真软件，运用聚类分析和模糊评价方法，对4种开口长度值和位置净距值的安全性进行仿真分析。仿真结果表明：基于模型计算的位置净距，驶入高速公路车辆在进入同分带开口前的路段发生冲突较少，开口位置设置合理；基于强行换道的最小同分带开口长度处于临界安全与较安全之间；基于协作、竞争强行、竞争协作的开口长度皆处于较安全至安全级别之间，且安全性依次提高，4种长度基本符合最小、一般、适中和理想的等级预期。

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交叉口车路协同控制方法研究综述

孙立山1，张康宇1，许琰1，王淼1，张鑫2，孔德文1

2023, 42(6): 128-137. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.06.17

摘要 ( )

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为了深入了解智能网联下交叉口车路协同控制方法，从控制方法的角度系统回顾了交叉口车路协同控制研究的发展脉络。根据车路协同技术本质特点，归纳了车路协同控制基本方法；考虑到当前与未来交叉口协同技术的发展现状与趋势，分别从信控类型及协同控制的交叉口数量出发，阐述了交叉口车路协同控制方法及其差异性。在单交叉口方面：分析了信号与无信号控制交叉口协同控制特征，阐述了信号灯与车辆之间的联动控制机理及车辆与车辆、车辆与虚拟代理之间的时空冲突疏解方法；在多交叉口方面：对比分析了多交叉口协同控制优势，并从局域交通流的均衡调控方面归纳了多交叉口协同控制研究进展。最后提出了当前交叉口车路协同技术的难点问题和推广应用的建议措施。研究结果表明：通过对当前交叉口车路协同控制方法的梳理为未来应对复杂化、特殊化、过渡阶段的交叉口协同控制研发和评估工作提供一定的指导性参考。

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不确定条件下点融合系统进场排序研究

王莉莉，熊子睿

2023, 42(6): 138-145. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.06.18

摘要 ( )

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针对进场过程中航空器过点时间不确定导致延误传播的问题，为提升排序方案在实际运行中的鲁棒性和实用性，基于点融合系统分别建立了可对冲不确定性影响的静态和动态排序模型。静态排序模型以排序边延误时间最小和最大飞行时间最小为目标，采用结合了随机机会约束的改进NSGA-II算法进行优化；动态排序模型以最小化总飞行时间为目标，采用基于滑动时间窗的启发式算法对初始方案进行优化。仿真结果显示：具有额外缓冲区的静态和动态排序模型的排序边延误时间相比于传统方法分别降低了38.8%、 20.8%；在37.5 s的缓冲时间下，静态排序模型的总飞行时间、排序边延误时间、最大飞行时间相比动态排序模型分别降低了4%、 19.9%、 7.1%。通过损失较少的运行效率能够有效地缓解汇聚航路点的延误传播；其中，静态排序模型相比动态排序模型航空器序列改变量更多，动态排序模型的鲁棒性能更好。

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基于多目标协同优化算法的单轴式单轨车辆系统参数优化研究

文孝霞，高爽,杜子学，杨震，邬浩鑫

2023, 42(6): 146-154. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.06.19

摘要 ( )

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为提高单轴式单轨车辆的稳定性能，分析了带空间杆系结构的单轴式转向架跨座式单轨车辆结构，建立了带空间杆系结构的单轴式单轨车辆非线性动力学模型。利用全局灵敏度方法，开展了单轨车辆空间杆系结构定位参数、悬挂参数对单轴式单轨车辆稳定性能灵敏度分析。以单轴式单轨车辆车体侧滚角和轮重减载率为目标，以车辆曲线通过性为约束，基于改进型遗传算法（NSGA-II）对单轴式转向架空间杆系结构定位参数及系统悬挂参数开展优化研究。优化结果显示：参数优化后，单轨车辆车体侧滚角减少了6.695%，轮重减载率减少了9.262%，提升了单轴式单轨车辆的运行稳定性。

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基于模糊推理的换道决策与仿真验证

冯樱，乔宝山，江子旺，袁显举

2023, 42(6): 155-162. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2023.06.20

摘要 ( )

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换道决策是汽车换道过程中的重要环节，合理的决策模型可以有效减少由于车辆危险换道行为所引发的交通事故。为使换道模型能适应动态交通道路环境，以美国交通部联邦公路管理局NGSIM项目采集的实时数据为依据，提取车辆换道时交互车辆的相对距离、车速等相关特征参数并分析，基于模糊推理理论建立车辆换道动态决策模型；通过搭建的Prescan与MATLAB/Simulink联合仿真平台，采用NGSIM实测数据对换道决策模型进行验证。结果表明，基于模糊推理的二元决策换道模型准确率达到85%，能准确判断换道时机，可为智能车换道提供理论基础。

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