重庆交通大学学报（自然科学版）

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基于改进A*算法的高速公路选线决策辅助模型

陈雨人，黎东丰，余博，高健强

2024, 43(9): 1-8. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.09.01

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为提高山区高速公路选线的智能化水平，基于改进A*算法对高速公路选线决策辅助模型进行了分析。提出了高速公路选线的平面约束指标和纵断面约束指标；根据山区高速公路选线实际情况，从估价函数、搜索范围、搜索方向、数据结构、优化方法等方面对传统A*算法进行了改进，建立高速公路选线决策辅助模型；并通过实际案例验证了该模型的有效性。研究结果表明：与传统A*算法相比，改进A*算法在搜索时间、搜索次数、搜索节点数方面分别降低了约75%、48%、44%；路线优化后的总转折角度和长度分别降低了约83%和17%；高速公路选线决策辅助模型能有效地处理自然环境复杂条件下的选线问题，具有较高的实用价值。

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基于响应面法和ARO算法的桥梁有限元模型修正

杨宏印1,2，姜良维1，顾箭峰1，曹鸿猷3，吴楠昊1

2024, 43(9): 9-17. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.09.02

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针对桥梁结构模型修正过程中计算量大、全局寻优难等问题，提出一种基于响应面法和人工兔优化算法（artificial rabbits optimization，ARO）的桥梁有限元模型修正方法。该方法通过F检验法明确对结构响应影响显著的参数并建立响应面模型作为桥梁有限元模型的代理模型进行迭代计算，然后通过静动力联合修正法基于特征响应的响应面模型计算值和试验值构建目标函数，并通过人工兔优化算法对目标函数进行迭代计算进而获得精确的有限元模型参数。采用该方法对变截面连续刚构黄河特大桥有限元模型进行修正，结果显示：基于显著性分析结果建立的桥梁响应面模型相关系数大于0.98，且平均绝对误差低于0.05；模型修正后主梁关键截面竖向位移最大相对误差由32.97%降至5.72%，平均相对误差由20.67%降至3.61%，桥梁前3阶竖向自振频率平均相对误差仅为0.18%。可见，采用所提方法修正的模型能用于评价桥梁结构实际受力性能。

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基于Sobel算子桥接的双编码器路面裂缝检测网络

蓝章礼1，徐元通1，赵胜薇1，张洪2，黄大荣1,3

2024, 43(9): 18-24. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.09.03

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为提高道路路面裂缝的检测精度，针对路面裂缝的多态性和噪声复杂等问题，提出了一种基于Sobel算子桥接的双编码器路面裂缝检测网络，双编码器由原图编码和梯度编码两部分组成，以解决单编码器容易丢失梯度信息的问题。首先，原图编码结果通过桥接Sobel算子计算8个方向产生梯度编码的编码信息；然后，将原图编码结果与梯度编码结果通过一个多尺度的边缘信息弥补模块，以增强裂缝的边缘信息；最后，引入动态通道图卷积获得通道之间存在的拓扑关系，以突出重要通道的语义特征。研究结果表明：所提出的方法在DeepCrack、CamCrack789和CFD这3个基准数据集上取得较好的结果；综合指标ODS在DeepCrack、CamCrack789和CFD数据集分别为87.75%、85.05%、78.83%。

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大直径嵌岩灌注桩承载特性试验与有限元模拟

白晓宇1，刁浩杰1，银吉超1，桑松魁1，张亚妹1，张胜凯2

2024, 43(9): 25-33. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.09.04

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基于青岛某工程的4根大直径嵌岩灌注桩，在现场开展了单桩竖向抗压静载试验和桩身完整性测试，以明确大直径嵌岩灌注桩在竖向荷载下的承载特征，拟揭示不同荷载水平下嵌岩灌注桩的承载力发挥机制。结合不同嵌岩深度的单桩承载性能有限元模拟，重点分析了单桩在不同嵌岩深度下的竖向抗压承载特性和桩土位移分布特征。研究表明：在笔者试验条件下，大直径嵌岩灌注桩单桩竖向抗压承载力具有一定离散性，桩头部位的损坏会极大影响单桩承载力的有效发挥；加载完成后，数值模拟得到的桩顶沉降量为31.56 mm，约为现场实测值的1.1倍，模拟结果与实测结果较为吻合；通过不同嵌岩比的模拟结果对比发现，嵌岩深度越大桩端阻力占桩顶荷载的比例越小，且桩端阻力占比的变化速率随着嵌岩比的增加逐渐减缓；嵌岩深度取2.5倍桩径为宜。

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大型通航隧洞建设发展现状分析与拖曳通航演进趋势

王齐1，吴俊2，王伟3，黄龙江1，周世良2

2024, 43(9): 34-42. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.09.05

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通航隧洞作为打通山区航道关键卡口及实现通航建筑物间有效衔接的通航方式，成为了乌江等多条高等级航道枢纽提档扩能的首选方案。笔者调研了大型通航隧洞的行业需求与发展现状，分析了自航式通航隧洞面临的断面尺度要求高、施工开挖难度大、船舶通航安全不可控等技术瓶颈；针对自航式通航隧洞技术瓶颈，总结了顶部拖曳式、岸侧拖曳式等拖曳式通航隧洞方案，对比分析了各种方案在隧洞断面尺度、安全风险、通航效率、环境友好等方面的适用特点，针对拖曳式通航隧洞内船水复杂流固耦合作用分析，提出了亟待解决的4个层面的关键技术难题；展望了通航隧洞将船舶“自航方式”向“非自航拖曳方式”转变带来的4个“标准化”要求；最后，通过1:40的拖曳通航隧洞物理模型试验得出：在隧洞宽度30 m，不同水深条件下，船舶拖曳航行总阻力随弗劳德数增大而增大，相同拖曳速度下，船舶拖曳航行总阻力随水深的增加而减小。为通航隧洞在乌江航道扩能提供了些许思路。

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基于改进DQN算法的考虑船舶配载图的翻箱问题研究

梁承姬，花跃，王钰

2024, 43(9): 43-49. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.09.06

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为了满足船舶配载图的要求，减少场桥翻箱次数，提高码头运行效率，对考虑船舶配载图的集装箱翻箱问题进行了研究。此问题是在传统集装箱翻箱问题的基础上，又考虑到船舶配载图对翻箱的影响。为了求解此问题的最小翻箱次数，设计了DQN算法进行求解，同时为了提高算法求解的性能，又在原算法的基础上设计了基于启发式算法的阈值和全新的奖励函数以改进算法。通过与其它文献中的实验结果进行对比，结果显示：在计算结果上，改进的DQN算法在各个算例上的结果均优于目前各个启发式算法的最优结果，并且规模越大，结果越好；在训练时间上，改进的DQN算法极大的优于未改进的DQN算法，并且规模越大，节省的时间也更显著。

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机场航班延误恢复的强化学习算法

丁建立，刘德康

2024, 43(9): 50-58. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.09.07

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机场出现航班延误会导致飞行器和乘客滞留机场，若航班延误恢复调度不当会扩大延误造成的损失。针对航班延误恢复调度的损失最小化问题，设计了延误总损失计算的目标函数，构建航班延误恢复马尔科夫决策过程，建立了机场航班延误恢复重排班模型。为了解决计算的复杂性问题，采用深度学习神经网络参数化策略函数对减小延误损失目标函数值的策略进行参数化，利用奖励函数和优势函数对其进行训练，提出了一种机场航班延误恢复强化学习算法。研究结果表明：该算法能够将航班延误总损失降低7.83%，将旅客延误时长降低7.23%，相比于其他算法，该算法在时间和性能上均取得优势。

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2013—2022年我国危险货物道路运输事故特征挖掘

任翠萍，杨梦瑶，刘佳硕

2024, 43(9): 59-67. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.09.08

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为全面且持续挖掘我国危险货物道路运输事故特征，研究以2013—2022年间的道路危险货物运输事故为例，综合数理统计与事件树，从时间与空间分布、形态特征与连锁反应、事故原因与危险货物类别等维度展开研究。结果表明：各月份事故数明显不同，其中6—8月事故频发，2—8月时事故后果最为严重；各区域化工个数与事故率、事故起数与受伤人数均存在强正相关，事故起数与死亡人数存在中度正相关，化工发达区域事故突出，但单个化工企业引发的事故后果并不显著；单车、泄漏事故最为常见，其中泄漏是事故连锁反应的关键节点；人员是导致危险货物道路运输事故的首要因素，危险货物自身不易引发事故，但其中以柴油、汽油为代表的第3类易燃液体与以液化石油气、天然气为代表的第2类气体造成事故后果较为严重。

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基于车路协同的快速路合流区可变限速控制方法

邬岚1, 2，任斯奇1，陈茜2，韩辰球3

2024, 43(9): 68-77. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.09.09

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针对快速路合流区通行效率低的问题，利用车路协同环境下实时信息采集与交互技术，基于Gipps安全距离模型，对METANET模型进行改进；将动态安全距离融入可变限速控制中，建立起主线可变限速的控制方法和模型，引导匝道车辆利用主线可插间隙汇入，提高了快速路合流区的通行效率和匝道汇入的成功率；利用VISSIM与MATLAB联合搭建仿真控制环境，在不同流量下对所提出的控制策略进行仿真评估。研究结果表明：在中、高流量下，可变限速的控制策略使得速度分别提升了8.75%、 9.28%，密度分别降低了9.45%、 9.77%，行程时间分别降低了9.29%、 8.88%；延误分别降低了9.21%、 8.84%；证明了该可变限速控制策略能提升合流区通行效率，改善交通流运行状态。

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基于多头注意力时空图神经网络的交通流预测

肖琳1,2，陈洪超1,2，邹复民3

2024, 43(9): 78-85. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.09.10

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准确的交通预测对于智能交通系统(ITS)至关重要。然而，由于复杂的时间和空间依赖关系，现有的交通流预测方法未能有效捕获路网的时空特征，并且忽略了路网交通数据的相关性在空间维度和时间维度上表现出的较强动态性。为了进一步提高预测精度，提出了一种基于多头注意力的时空图神经网络模型。首先，该模型构造了一个自适应图结构学习组件，该自适应图结构学习组件可以有效地捕获图结构的动态时空相关性。其次，该模型基于注意力机制分别设计了时间多头注意力模块和空间多头注意力模块，所设计的时空多头注意力模块可以有效地对路网的时空特征进行提取。最后，利用堆叠的时空卷积层对未来的交通状况进行预测。在开源数据集上的实验结果表明：该模型在时空特征提取以及长期预测方面表现优异，并且比基线方法取得了更精确的预测结果。

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基于改进NaSch模型的网联异质交通流特性分析

张萌萌1,2，宋家恕1,2,3，解树坤1,2

2024, 43(9): 86-91. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.09.11

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为研究智能网联环境下异质交通流演变规律，设计典型场景驾驶模拟实验，采集传统车辆（human driven vehicle,HDV）与智能网联车辆(connected vehicle,CV）驾驶行为特征指标，对异质交通流关键参数进行分析和标定；构建考虑HDV与CV驾驶行为差异的异质交通流元胞自动机模型；并基于改进的NaSch模型进行仿真实验，解析智能网联环境下交通流基本图，分析异质交通流特性。研究结果表明：较于HDV，CV驾驶员捕捉道路信息和反应时间提升约11.4%；自由流状态下，CV车速比HDV车速提升了7.4%，且同一车速下安全跟驰距离缩短了18.2%；随着CV所占比例由20%增至80%，交通流基本图显示交通流平均车速显著提升，交通流率增加，时空轨迹图显示局部拥堵状况明显改善。

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基于Stackelberg博弈的停车场管理策略

李洁1，胡演诚1，秦晨洋2

2024, 43(9): 92-101. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.09.12

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为了解决城市停车难问题，基于Stackelberg博弈论提出了停车场运营者与交通管理者共同决策的城市停车场管理策略。针对停车者、停车场运营者和交通管理者的交互关系，从博弈论角度分析了这三方参与者之间的影响，并建立了这三方参与者的相应效用函数；以交通管理者与停车场运营者利益主体矛盾最小化为目标，基于Stackelberg博弈建立了这三方的博弈模型，确定了实时停车场进出管理原则；基于数值仿真将差分进化算法与Kriging代理模型进行联立对博弈模型进行求解，得到相应停车预约管理方案及三方效用；通过数值仿真将基于Stackelberg博弈得到的方案与停车场运营者利益最大化方案进行对比分析。研究结果表明：在主线流量大、中、小三种情景下，基于Stackelberg博弈方案是各方利益矛盾最小的方案。

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考虑服务半径的城市区域充电站布局优化研究

谌微微1，张茜梅1，韦玉东2，杨雯敬1，蒋玉安1

2024, 43(9): 102-108. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.09.13

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充电站优化布局对新能源汽车产业持续高质量发展具有重要意义。以最大覆盖模型为基础，充分考虑因充电站服务半径缩短而导致充电需求覆盖可能性减小的问题，将充电站覆盖用户需求概率作为充电服务半径的分段函数，把概率覆盖引入到充电站布局优化中，建立了新的充电站随机概率覆盖模型；以重庆市南岸区为例，通过爬取兴趣点（point of interest, POI）数据，采用遗传算法进行求解，并对候选充电站综合效用进行了敏感性分析。研究结果表明：随着服务半径缩短，需求覆盖量也随之减小；通过新建充电站能有效地提高充电需求覆盖量。

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基于电流偏差的PMSM滑模自抗扰解耦控制

杜海明，陈奇，胡智宏，范明杰

2024, 43(9): 109-117. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.09.14

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针对永磁同步电机运行过程中存在电流耦合以及电感参数失配时动态解耦效果不佳的问题，提出一种基于电流偏差的永磁同步电机滑模自抗扰解耦控制方法。该方法基于d、q轴同步旋转坐标系下的电机数学模型，采用偏差解耦控制对电机d、q轴的电流耦合项进行补偿；为加快启动时系统趋于稳定的时间并降低输出抖振，采用积分滑模控制引入双曲正切函数设计了一种包含系统状态量的新型趋近律；将电流估计值与实际值的差值作为扩张观测量对扰动进行综合观测和补偿，从理论分析证明了该控制器的稳定性，仿真和试验结果表明，该方法提高了电机的快速性和动态控制性能，进而实现d、q轴电流近似完全解耦。

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基于CSO-AUKF的锂电池SOC估算方法

吴华伟1, 2，洪强1, 2，陈运星1, 2，马毓博1, 2

2024, 43(9): 118-126. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.09.15

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电池荷电状态(SOC)估算是电池管理系统(BMS)的关键技术之一。针对锂电池提出了一种基于猫群(CSO)算法和自适应无迹卡尔曼滤波(AUKF)算法相结合的电池SOC估算方法；建立了基于二阶RC等效电路模型的锂电池状态方程，采用CSO算法提高电池辨识精度，联合AUKF算法对SOC进行估算；基于混合脉冲功率测试工况(HPPC)和间歇恒流放电工况下的数据对该方法有效性进行了验证。研究结果表明：基于CSO-AUKF估算，SOC最大误差小于1.64%，估算精度及稳定性均好于遗传算法。

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履带车辆液压悬架抗俯仰互联模式研究

刘刚，陈天宇，张宝徕，张弘扬

2024, 43(9): 127-134. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.09.16

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针对独立悬架式履带车辆在俯仰工况下减振性能较差的问题，提出利用油管将车身同侧不同轴的减振器进行互联的方案。首先，提出俯仰工况下的3种互联模式，模式1、模式2、模式3分别为第1及第2轴减振器互联、第1及第6轴减振器互联、第2及第6轴减振器互联；其次，建立1/2履带车辆减振器机-液-热模型；然后，根据谐波叠加法利用MATLAB和RecurDyn编译E级路面模型；最后，利用AMESim和RecurDyn搭建液压互联悬架模型和整车动力学模型的机-液-热联合仿真平台，与装有独立悬架的履带车辆进行E级路面下的抗俯仰性能进行对比分析。仿真结果表明，安装3种模式的液压互联悬架履带车辆降低了车身俯仰角均方根值，降幅分别为3.97%、5.96%、3.53%，模式2的车身俯仰角最大值相较于独立悬架降低了0.010 4 rad，降幅为14.11%，抗俯仰性能最优。

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