重庆交通大学学报（自然科学版）

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何兆益1，张宇2，宋刚2，许滌平3，伍洲3

2024, 43(11): 1-10. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.11.01

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沥青路面施工过程中，压实质量是影响其使用性能的重要因素，压实不足或压实过度均会使得沥青路面过早出现损坏。为推动探地雷达（GPR）在沥青路面压实度检测领域的发展，更全面地评价沥青路面的压实质量，系统阐述了探地雷达检测原理、系统组成及数据处理方法；对探地雷达在沥青路面压实度检测领域的研究现状进行了归纳和总结。研究结果表明：沥青混合料的介电特性受其组成成分体积比、雷达频率及路面温度等因素的影响；通过建立复合介电模型可以预测沥青混合料的压实度，但其精确性和适用范围仍有待提高；对于含水沥青混合料，水的存在会使得介电常数测量值偏大，从而影响密度预测的准确性。未来可优化探地雷达信号处理手段，提升探地雷达对沥青混合料介电常数的检测精度；进一步建立具有广泛适用范围的复合介电模型，提高密度预测的精确性和适用范围；将探地雷达与压路机进行结合，建立完善的沥青路面压实度实时监测系统。

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基于天牛须优化算法的相关向量机边坡稳定性分析

张研1,2，唐北昌1，孟庆鹏1,2

2024, 43(11): 11-17. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.11.02

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为了快速、准确地预测边坡稳定性，及时控制边坡危害，提出了一种基于天牛须(beetle antennae search, BAS)优化算法的相关向量机(relevance vector machine, RVM)边坡稳定性分析模型。基于RVM模型，建立了边坡影响因素与稳定性的非线性映射关系；采用BAS算法对RVM模型参数进行优化，提出了基于BAS算法的RVM边坡稳定性分析优化模型；并将该模型应用于京新高速公路的边坡稳定性分析。分析结果表明：与实际值相比，基于BAS-RVM模型的最大绝对值相对误差为3.90%；在相同学习样本下，与RVM模型、支持向量机(support vector machine, SVM)模型和径向基函数(radical basis function, RBF)模型的预测值相比，BAS-RVM模型预测结果的可信度和拟合度更好、精度更高，其平均绝对值误差(mean absolute error, EMA)、均方根误差(root mean square error, ERMS)、相对均方误差(relative root mean square error, ERRMS)远低于其他3种模型。

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考虑环境因素的桥梁动力学特性识别方法

李阿坦1，朱逸尘2，张立奎1，熊文2，赵先民1

2024, 43(11): 18-26. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.11.03

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在长期结构健康监测（SHM）中，运营模态分析（OMA）技术通常用于识别结构的动力学特性（桥梁固有频率和阻尼比）。然而，传统的OMA方法没有考虑环境变化的影响，这会影响结构参数识别的准确性。数据驱动模型虽然能够评估和预测环境变化趋势，但无法反映结构参数的物理意义。针对上述问题，笔者提出了一种考虑环境因素的桥梁动力学特性识别方法，可将运营模态分析与数据驱动模型相结合，在考虑环境变化的同时识别动力学参数，采用了贝叶斯概率框架，允许将数据中的不确定性和相关性纳入模型并通过模拟数据验证了该方法的合理性，还将其应用于一座大跨度悬索桥的吊索监测数据。结果表明：该方法可以在不同温度条件下提供较为一致的模态参数估计，同时所识别出的温度相关参数均在所预测的0.95置信区间内，并与预先发现的温度影响趋势一致，该方法能够在考虑环境因素的同时有效识别桥梁动力学特性。

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基于精细模型的波形钢腹板斜拉桥收缩徐变效应分析

许世展,马浩凯,马迎港

2024, 43(11): 27-36. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.11.04

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为了解决按龄期调整有效模量法计算混凝土徐变时存在卸载后徐变即恢复的缺陷，以及通用计算程序ANSYS等软件没有专用混凝土徐变分析模型的问题，提出了基于按龄期调整的修正模量法以确定蠕变系数的混凝土徐变计算方法，推导了混凝土徐变系数的求解公式，编制了计算程序；结合已有理论与试验数据验证了计算方法的有效性；计算了波形钢腹板箱梁无背索斜拉桥收缩徐变效应。结果表明：在收缩徐变效应影响下，结构内力重分配明显，多数结构响应在成桥1年内充分发展至10年增量值的60%以上；徐变作用下有索跨跨中底板、主梁根部截面底板、主塔有索侧根部位置应力逐步增加，应重点关注其受力安全问题。

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残余应力对桥梁波形钢腹板屈曲性能的影响

郑尚敏，吴志强

2024, 43(11): 37-42. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.11.05

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以一座1200型波形钢腹板桥梁为研究对象，基于有限元软件建立了考虑残余应力的波形钢腹板数值分析模型，以此来研究残余应力对桥梁的波形钢腹板屈曲性能影响。考虑残余应力对波形钢腹板屈曲性能的影响情况，通过分析波形钢腹板的厚度、长高比以及钢材强度变化，提出了考虑残余应力时波形钢腹板极限屈曲荷载的简化计算方法。研究结果表明：残余应力降低了波形钢腹板的极限屈曲荷载，使得波形钢腹板在屈曲后破坏速度加快；随着厚度及钢材强度的增大，波形钢腹板屈曲极限荷载对残余应力的敏感程度呈增大趋势；随着长高比的增加，波形钢腹板屈曲极限荷载对残余应力敏感程度呈减小趋势；可采用折减系数法来计算焊接残余应力对波形钢腹板屈曲性能的影响。

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考虑时间成本的机场场面拖曳调度优化研究

张艺凡1，乔国晅1，李孺一2，管浩含2，李海丰1

2024, 43(11): 43-51. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.11.06

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大型枢纽机场普遍存在近机位资源短缺与拖曳效率低等问题，导致靠桥率无法满足实际需求，其根本原因在于缺乏高效合理的拖曳调度方案。为避免机场人工拖曳调度方式造成拖曳调度分配不合理、近机位利用率低与综合拖曳成本高昂等问题，提出了考虑时间成本的拖曳调度优化方法。首先根据机场实际运行数据和业务规则，综合考虑机位空间分布和拖曳时间成本等因素，以提高靠桥率、降低拖曳时间成本为优化目标，考虑拖曳有效性、时段内拖曳量、航班保障时间窗等约束条件，建立拖曳调度优化模型；然后设计改进禁忌搜索算法求解模型；最后采用北京大兴国际机场实际历史航班数据与机位场景，验证了利用该模型构建机场拖曳调度方案的有效性。研究结果表明：所构建拖曳调度方案可以使靠桥率提升4.2%，拖曳时间成本降低10.2%，能够有效改善现有拖曳调度方式。

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基于改进A*算法的西北航道多目标航路规划

潘家财，陆蒙洁，杨朝棚，魏凯，贾世灏

2024, 43(11): 52-59. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.11.07

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全球气候变暖导致北极海冰消融，西北航道进行商业运输活动的船舶数量越来越多。针对北极西北航道复杂冰情下船舶航行安全及经济性的需求，充分考虑了海冰特性、船舶破冰能力以及实际航行风险，以船舶燃油消耗和航时为优化目标，构建了基于动态加权A*算法的多目标冰区航路规划模型。提出了一种考虑安全距离的动态加权A*算法，引入指数衰减因子调整A*算法的搜索策略，减少不必要的搜索空间，并将其应用于冰区航路规划模型，进行西北航道航路规划仿真分析。仿真实验结果表明：该方法能够在确保船舶航行安全的基础上规划出燃油消耗及航时较优的航路，有效解决了船舶与海岸线、恶劣冰区边缘之间的安全距离问题，确保冰区航行的安全性。

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基于灰色马尔科夫模型的温州港货物吞吐量预测

常祎妹1，林忆婷1，丁天明2

2024, 43(11): 60-67. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.11.08

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温州港地处东南沿海黄金海岸线中部，在过去的40 a里，温州港从单一小港，跃升为全国沿海主要港口和国家综合运输体系的重要枢纽，逐步融入全球贸易。为了更好地帮助温州港有关部门和港口企业进行港口生产运营与建设规划指导，首先, 建立了基于灰色马尔科夫的港口货物吞吐量预测模型，对温州港货物吞吐量的趋势和变化进行研究；然后，利用温州港2002—2022年货物吞吐量数据对建立的模型进行验算，结果表明，优化后的灰色马尔科夫预测模型较单一的灰色预测模型精度更高，优化后模型的平均相对误差约为2.1%；最后，对温州港2023—2027年的港口货物吞吐量进行预测，预测结果表明：温州港货物吞吐量呈现逐年波动上升的趋势，这一态势将对温州港的战略定位与长远发展规划产生深远影响，并将进一步推动温州港集疏运体系构建、深水泊位建设和港口辐射网络水平的提升。

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基于IWOA的高速列车运行曲线节能优化研究

侯涛，周文琪

2024, 43(11): 68-75. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.11.09

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为降低高速列车运行能耗，使列车经过变坡点和变曲率点的附加阻力计算更精确、更贴近实际，提出了一种改进的鲸鱼优化算法(improved whale optimization algorithm, IWOA)，对高速列车的运行曲线进行节能优化。首先，建立高速列车多质点附加阻力模型；其次，考虑满载率对列车运行能耗的影响，以准时、准点、限速为约束条件，构建新的能耗模型；然后，用IWOA对中间线路牵引-惰性工况转换点的最优位置进行搜索，IWOA引入混沌映射策略、自适应收敛因子和哈里斯鹰围攻机制，能有效提高算法的收敛速度和寻优精度，全局搜索能力显著增强，从而实现高速列车进一步节能运行的目的。最后，以合肥站—蚌埠站线路参数与CRH3型高速列车参数为实例，基于MATLAB平台进行仿真。仿真结果表明：采用PSO算法、GA算法和IWOA对高速列车运行曲线进行节能优化，优化后的曲线使列车运行能耗分别降低了7.81%，10.16%和15.95%。因此，IWOA对列车节能优化效果更加明显。

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突发公共卫生事件下应急医疗物资配送路径优化模型研究

陈超，王佳苗，马鑫晟

2024, 43(11): 76-83. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.11.10

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重新构建了一个泛化更强的应急医疗物资配送路径优化模型，使之能快速应用于突发公共卫生事件下应急医疗物资配送的路径规划问题。新模型的边际贡献包括两方面：①在假定多配送中心联合配送情况下，同时考虑了应急医疗物资配送最重要的3个目标，即配送路径最短、总成本最小、紧迫需求未满足度最小；②更新了应急医疗物资配送路径的模型参数，主要体现在使用了相对成熟的应急医疗物资需求紧迫度评价指标体系，利用新陈代谢GM(1,1)模型预测感染人数，采用层次分析法和熵值法确定权重，应用灰色关联度-TOPSIS方法计算应急医疗物资需求紧迫度。以西安市新冠肺炎疫情发生后的应急医疗物资调度为例对新模型进行验证，利用NSGA-Ⅱ算法对该模型进行求解，确定了西安市应急医疗物资配送的8条车辆最佳路径。

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基于消费行为预测的前摄性电动车辆路径问题

葛显龙1,姜云云1,尹秋霜1,杨育树2

2024, 43(11): 84-94. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.11.11

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针对海量、分散、随机到达的电商物流订单需求，提出基于需求预测的前摄性物流服务模式。结合商品属性、用户行为及其交互特征等消费行为轨迹数据预测客户潜在购买意愿，将预测订单需求前置到客户就近仓库，建立“中心仓-仓配中心-客户”两级电动汽车网络优化模型。鉴于问题的复杂性，设计两阶段混合启发式智能优化算法，第1阶段采用二边逐次修正方法获取初始解，第2阶段设计混合模拟遗传算法对初始解迭代寻优。研究结果表明：前摄性配送的一级网络运输总距离、总成本分别节约106%和101%，而二级网络总成本增加仅为9%。

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城市道路网联混驾车辆分阶段动态轨迹控制方法

赵欣1,2，马佳宝1,2，周姝含1,2，袁旺1,2

2024, 43(11): 95-102. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.11.12

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随着城市的进步和不断发展，智能驾驶车辆逐渐代替路段中的部分人工驾驶车辆，但在未来较长时间内人工驾驶车辆并不会被完全取代，此时出现网联车与人工驾驶车辆的混驾环境，即目前以及未来时间内我们面临的驾驶环境。网联车与人工驾驶车辆驾驶行为在路段内相互干扰，造成混合车流行驶效率低下。为减弱2种车辆间的相互作用，提出一种分离混驾环境下网联车和人工驾驶车辆的分阶段动态车道引导算法（dynamic lane guidance algorithm for separating CAVs and HDVs in mixed traffic environment, SCHME）。通过该算法分离在交叉口上游路段的混合流车辆集合，调整智能驾驶车辆的行驶路线并进行实时动态更新，在满足运动学约束收敛的条件下，人工驾驶车辆根据网联车的动态路线进行相应调整，实现在每辆车广义安全损失成本最小的情况下提高路段内混驾环境下车辆运行效率。通过MATLAB模拟车辆在进入交叉口前的车辆运行状态，结果表明，SCHME算法可在广义安全损失成本最小的情况下提高路段内平均车辆通行效率（17.29%），同时当车辆优化数组越大，车辆集合距离交叉口越远时，智能驾驶车辆渗透率越低，每辆车的道路广义安全损失成本越低。

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考虑变论域模糊转角补偿和网络时滞的智能车辆路径跟踪控制

章杰1,3，林华2，高建杰3，周星星4, 周军超5

2024, 43(11): 103-113. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.11.13

摘要 ( )

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在智能车辆路径跟踪控制系统中，网络时滞会直接影响控制器的控制性能，降低车辆行驶稳定性。同时，智能车辆路径跟踪控制通常未考虑未来道路曲率和期望车速信息，导致控制精度较差。为提高智能车辆在路径跟踪时的稳定性和控制精度，针对存在网络时滞的智能车辆路径跟踪控制系统，设计了含有时滞控制的状态反馈控制器，并提出了基于变论域模糊控制的前馈转角补偿控制器设计方法。首先，运用Frenet坐标系原理完成了智能车辆运动学和三自由度动力学建模，同时针对系统存在的时变参数，采用T-S模糊方法进行模型线性化；其次，针对控制器输入端存在的网络传输时滞，设计了包含时滞控制的H∞状态反馈控制器；最后，为提高转向控制精度，以车速和道路曲率为输入，设计了变论域模糊控制进行前馈转角补偿。结果表明：相比于传统控制方法，通过对传输时滞进行控制，并加入变论域前馈模糊转角补偿，能够提高车辆在时滞存在条件下的路径跟踪控制稳定性和控制精度，实现较好的路径跟随效果。

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基于响应面法的半主动悬架天棚控制算法优化

荣兵

2024, 43(11): 114-121. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.11.14

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以CDC减振器阻尼系数可调范围为基础，建立连续天棚控制算法，并结合整车多体动力学模型，搭建整车半主动悬架的阻尼控制联合仿真模型。为优化控制算法中前后悬架天棚阻尼系数，首先建立平衡乘坐舒适性和操纵稳定性的综合评价指标，指标由连续中小激励的悬架隔振指标、单个脉冲激励的悬架降振指标、角阶跃的悬架响应指标组成。其次，采用中心复合有界设计定义试验设计策略，通过仿真计算综合评价指标，构建优化变量与综合评价指标之间的二次响应面模型，以综合评价指标最小为优化目标，优化后的前、后悬架天棚阻尼系数分别为5.39、3.61 Ns/mm。最后，通过仿真对比验证，优化后的连续天棚控制算法，在确保与被动悬架操纵稳定性相当的前提下，可大幅提升乘坐舒适性，连续中小激励下悬架隔振舒适性提升20.44%，单次脉冲激励下悬架冲击舒适性提升56.67%。

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智能商用汽车防侧翻轨迹跟踪集成控制器设计

冯樱，乔宝山，袁显举，邓召文

2024, 43(11): 122-129. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.11.15

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针对智能商用汽车重心高、惯性大，在曲线行驶时易发生侧翻的特点，设计了一种能预测、控制防侧翻轨迹的跟踪集成控制器。基于模型预测控制原理的主动转向系统对车辆轨迹进行跟踪控制，利用模型预测控制的预测功能对车辆侧倾运动状态进行监测；以等效横向载荷转移率作为触发信号，若其小于阈值，防侧翻主动悬架控制不起作用；反之，则会启动主动悬架控制以防止侧翻发生；利用MATLAB/Simulink和Trucksim软件对车辆的典型工况进行联合仿真模拟。研究结果表明：该防侧翻轨迹跟踪系统能保证车辆的跟随精度，可有效地避免侧翻事故发生。

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基于CE-YOLOv8的炮孔识别方法

胡启国1，刘洋1，余芃林1，任渝荣1，余汛2

2024, 43(11): 130-138. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.11.16

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为了实现工程爆破中炸药的自动装填，现针对炮孔检测这一前置任务进行研究。由于实际工程中存在炮孔形状各异、碎石多、检测背景复杂等问题，导致检测过程中易出现遗漏和误判，因此，基于YOLOv8进行了改进，并提出了一种更高效的炮孔检测方法CE-YOLOv8。首先，将骨干网络中的C2f模块替换成C2f_DCN模块，增加了网络的空间变形适应性，从而能更准确地提取到炮孔特征，提高炮孔的检测精度。其次，在YOLOv8特征提取网络中加入改进C-CBAM注意力机制，对CBAM注意力机制的输入特征进行分组，并增加一个并行分支实现多尺度特征处理，最后通过跨空间学习模块将信息进行融合，提升模型的感受野和表征能力。最后，引入了E-IOU作为评估锚定框相互关系的计算方法，克服了传统IOU在梯度传递方面的缺陷，加快了网络的收敛。实验结果表明：改进后的模型对炮孔具有较好的识别效果，其中平均检测精度提升至98.6%，精确度和召回率分别达到95.7%和96.1%。改进的方法在爆破工程中识别炮孔从而实现智能化炸药装填具有较广泛的应用前景。

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