重庆交通大学学报（自然科学版）

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基于MPC的无人驾驶拖拉机轨迹跟踪控制

严国军1,2,3 ,贲能军1 , 顾建华1 , 杨彦1

2019, 38(09): 1-6. DOI: 10.3969/j.issn.16740696.2019.09.01

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针对无人驾驶拖拉机在给定行驶路径的情况下，通过对建立的拖拉机运动学非线性模型进行线性化处理，得到线性时变系统，运用模型预测控制算法对拖拉机转向进行控制达到轨迹跟踪的目的；为了优化控制器运算速度，提出自适应MPC控制器，该控制器的预测时域能够根据参考轨迹曲率的变化自动调节，在确保轨迹跟踪效果的前提下，降低控制器的运算时间，保证控制系统的实时性。研究结果表明，基于MPC设计的轨迹跟踪控制器能够使拖拉机在车速为10 m/s行驶时有效跟踪既定的行驶轨迹，距离误差小于0.03 m，航向角误差小于0.015 rad。

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海上施工水域船舶航线规划数学建模及求解

谢新连，刘毅，何傲

2019, 38(09): 7-12. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2019.09.02

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海上施工水域是船舶在航行中风险较大的区域，为了解决船舶在施工水域中的船舶航线规划问题，建立了以航线总长度最短为目标函数，以不可航行区域和船舶转向角等为约束方程的航线规划数学模型。在建立航线规划的数学模型的基础上，重点研究了模型求解的具体方法。在求解施工水域航线规划的数学模型时，首先利用图论的方法将可自由航行区域通过链接线将其拆分为若干个凸多边形。其次将链接线的中点两两相连，形成海上施工水域中的Maklink航线网络。然后再采用两阶段优化方法求解，第1阶段利用Dijkstra算法求解出能够避开所有危险区域的初始航线；第2阶段利用蚁群算法，对初始航线进行优化。最后通过蚁群算法的优化，求得了航线总长度更短而且转向角更小的最优航线。

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飞机性能的航路网络通行能力优化

王莉莉，王航臣

2019, 38(09): 13-19. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2019.09.03

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针对目前空域利用率低、管制员分配空中交通流量依靠自身经验，缺乏量化模型提供决策和面对突发事件处理能力不足等问题，从民航管制实际运行特点出发，改进了系统最优分配模型，并基于多品种流理论将不同性能的飞机流转化为网络上多品种流，建立了一个考虑了三流协同的数学模型，设计了阶段式的近似求解算法，从而降低求解难度。首先，考虑了大型机、中型机与小型机尾流强度不同的特点，说明了以不同品种流区别飞机性能差异的必要性；其次，考虑航路长度、速度和燃油系数等因素构建了航路随流量变化的费用函数；再次，针对空中交通的运行特点，以航路网络中总航行费用最小为目标，考虑了航路容量、管制员负荷、网络连通性和三流的优先级建立了最优化模型。同时，针对Ford-Fulkson算法求解多品种流计算效率低的问题，结合航路网络费用动态变化的特点，设计了一种实时阶段性分配空中交通流量的近似算法。最后以华北管制区的部分空域为例构建了算例，仿真结果表明：模型能够在大流量下实时的完成3种交通流的协调，比起传统的算法在大规模运算时具有效率优势。

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基于尺寸效应的钢筋混凝土梁剪切强度研究进展

罗林1,2，周胤呈2，向博2，龚拯2

2019, 38(09): 20-28. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2019.09.04

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针对钢筋混凝土梁剪切破坏机理复杂、尺寸效应理论不统一等问题，对基于尺寸效应的钢筋混凝土梁剪切强度研究进行了综述。在概述尺寸效应的几种不同理论之后，并重点介绍了基于尺寸效应的无腹筋钢筋混凝土梁和有腹筋钢筋混凝土梁剪切强度基础理论研究和试验研究所取得的成果。在收集整理已有钢筋混凝土梁剪切强度试验基础上，得到包含250个试验数据的基于尺寸效应的钢筋混凝土梁剪切强度试验数据库。最后，在归纳总结基础上，对基于尺寸效应的钢筋混凝土梁剪切强度的发展进行了展望。

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预应力锚索不均匀受力原因分析及对策

邢晓飞1, 师亚龙1, 沈文辉2, 卢颖明3

2019, 38(09): 29-33. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2019.09.05

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针对吉隆坡地铁大马城北站在张拉预应力锚索过程中，发现的部分预应力锚索受力不均匀，偏心现象严重，甚至有的偏心受力多达80%以上，严重影响基坑支护结构的安全性的情况。笔者首先分析了引起锚索不均匀受力的影响因素，然后提出了在锚垫板下添加一种辅助纠偏装置，并通过现场试验进行多次张拉试验进行验证。试验结果表明：在未安装该纠偏装置前，多数锚索存在较大不均匀受力；安装该纠偏装置，可以有效降低锚索的不均匀受力；结合该车站锚索设计资料提出锚索的最大偏心受力不宜大于30%。

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弹性波理论在简支桥面板中的应用研究

梁栋1, 2，邹轩1

2019, 38(09): 34-38. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2019.09.06

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针对公路桥梁越来越宽的实际情况，为弥补既有结构动力学振动方程对计算非轴向位置振动响应的不足，基于弹性波理论中的球面波动方程推导了二维波动方程，用于计算横桥向车-桥耦合时桥面任意点振动情况，并利用有限元软件ANSYS建立模型与二维波动方程进行结果对比分析。研究表明：二维波动方程能有效计算非轴向位置的振动响应，且计算过程简便，弥补了经典方法中结构动力学公式无法对横桥向振动状态进行较精确计算的不足。

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GPS动态观测中的信号滤波方法研究

黄国斌1，谭兴龙2

2019, 38(09): 39-44. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2019.09.07

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将小波分析滤波、EMD滤波应用于GPS动态观测数据滤波，并提出一种EMD小波组合滤波方法，该方法将小波滤波和频谱分析应用于EMD分解。将3种滤波方法应用于桥梁动态监测数据处理，结合评价指标分析，计算结果表明:EMD小波组合滤波方法滤波效果优于小波滤波、EMD滤波。

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氧化石墨烯与石墨烯复掺对水泥砂浆性能影响研究

袁小亚1，曾俊杰1，高军2，肖桂兰1

2019, 38(09): 45-50. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2019.09.08

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石墨烯(G)极易在水中聚沉，氧化石墨烯(GO)是G的衍生物且在水中具有很好的分散性，二者同时掺入水泥浆中既可发挥各自的优势亦可增强G在水泥浆中的分散性，将G与GO复掺加入的水泥砂浆并研究其力学性能以及在硫酸钠溶液中的抗腐蚀性能。研究结果表明：G与GO复掺加入到水泥砂浆中能提高水泥砂浆的强度，当G与GO的掺量分别为0.075%、0.03%时，水泥砂浆28d抗压强度相对基准试件提高了49.34%，28d抗折强度相对基准试件提高了40.21%；硫酸钠溶液浸泡试验表明复掺G与GO的水泥砂浆试件耐硫酸盐腐蚀性能有明显提高；扫描电镜(SEM)和光电子能谱分析(EDS)分析表明复掺GO和G后不仅可以减少砂浆中的AFt以及AFm的生成，而且可以降低硫酸根和铝离子含量在试件中的含量；孔隙度测试结果表明GO与G的复掺可有效降低水泥砂浆孔隙率，密实砂浆内部结构。

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沥青混合料空隙率与渗透系数相关性试验研究

杨大田1，周乾2

2019, 38(09): 51-56. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2019.09.09

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为了研究不同试验方法得到的沥青混合料空隙率之间、空隙率与渗透性之间的相关性，选择SMA-13、AC-13、AC-16和AC-20等4种沥青混合料，制备了直径100 mm、高50 mm的圆柱体试件，分别采用表干法、真空密封法试验得到了4种沥青混合料试件的表干法空隙率Vssd、真空密封法空隙率Vvac和有效空隙率Ve；采用自制的柔性壁变水头渗透仪进行试验，得到4种沥青混合料试件的渗透系数k；对Vssd、Vvac和Ve进行了线性方程拟合研究及双样本等方差假设分析，对Vssd、Vvac、Ve与渗透系数k的关系进行了指数函数拟合研究。结果表明：Vssd与Vvac具有较强的相关性和显著性差异，空隙率越大，两者之间差值越大，数据拟合直线越偏离对角线；Vvac与Ve的关系也具有类似规律；Vssd、Vvac、Ve与渗透系数k之间具有较强的相关性；得到了临界空隙率Vcrit、临界渗透系数kcrit2个参数，参数可作为沥青混合料组成设计、施工质量控制及沥青混合料耐久性评价的指标。

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不同受力模式下沥青混合料动态模量应变依赖特性研究

周维锋

2019, 38(09): 57-62. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2019.09.10

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采用美国简单性能SPT和法国M2F梯形梁试验设备对AC13-SBS、AC20-SBS两种沥青混合料在不同受力模式下进行频率扫描试验；利用非线性最小二乘法拟合得到沥青混合料在不同应变水平下的动态模量主曲线，并在此基础上通过数学推导和数值拟合建立沥青混合料在弯拉和压剪两种不同受力状态下的动态模量应变依赖模型。结果表明：基于Boltzmann函数模型构建得到的沥青混合料动态模量应变依赖模型可靠度高，能够准确描述温度、频率、应变水平对沥青混合料动态模量的影响；沥青混合料作为一种整体性材料，在不同受力模式下呈现出不同的应变依赖特性。

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BIM技术在公路边坡的应用探究

孙建诚，朱双晗，蒋浩鹏

2019, 38(09): 63-67. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2019.09.11

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针对BIM技术在公路边坡的应用还不成熟现状，基于IFC标准功能层和数据传输规则，给出了公路边坡BIM模型设计、施工和运维管养规范化技术路线。结合工程实例，对Revit和Civil 3D在公路边坡BIM的应用中进行了对比。研究表明：这两款软件从不同建模思路出发，在参数设置、信息量化、模型分析等技术功能上各有侧重。研究成果为BIM技术在我国公路边坡设计和应用中提供了技术路线和技术经验。

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多线船闸口门区及连接段通航水流条件试验研究

李霞1,2，左宁1，彭永勤1

2019, 38(09): 68-73. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2019.09.12

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为研究船闸不同规模和尺度下口门区及连接段的通航水流条件，以长江上游某规划枢纽为依托，采用整体水工模型试验和船模试验相结合的方式，从流速、流态等方面对双线小船闸、双线大船闸和三线大船闸3种方案船闸引航道口门区及连接段的通航条件进行了研究。结果表明：枢纽运行方式、船闸规模等因素对通航水流条件影响显著：双线小船闸方案口门区及连接段通航水流条件较好，但船闸有效尺寸小，通过能力有限；三线大船闸方案通过能力可满足未来50年货运量的增长需求，虽口门区最靠近主流通航条件略差，但通过泄洪闸和电站机组的优化调度，口门区及连接段的水流条件基本能满足通航要求；双线大船闸方案的通过能力和水流条件均介于其他两方案之间。

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三峡库区分汊河段细沙起动试验研究及数值模拟

肖毅，李文杰，杨胜发

2019, 38(09): 74-80. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2019.09.13

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三峡水库蓄水以来，常年回水区部分河段细沙淤积幅度远远超过论证阶段的研究成果。采用典型分汊河段(忠县黄花城)的细沙样本进行了临界起动条件的水槽试验；根据4 种现有细沙起动流速公式建立了考虑水压力与分子力的、适应于三峡库区的细沙起动流速公式；考虑了三峡库区细沙运动的物理过程，对现有平面二维水沙模型的细沙模块控制方程源项进行了改进；采用改进后的细沙模块对黄花城分汊河段的冲淤过程进行了模拟，对比分析了黄花城河段断面流速分布、细沙冲淤变化以及断面地形变化的模拟值与实测值。结果表明：改进后的细沙模块能够较为准确地反映三峡库区河道细沙输移过程；可将改进后的平面二维水沙数值模型应用于三峡库区细沙河道的冲淤预测中，为航道治理维护提供参考。

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开挖边坡变形监测及稳定性分析

孙元1，田维强1，林德洪1，杨晴雯2，杨峥3

2019, 38(09): 81-87. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2019.09.14

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对支挡边坡的变形监测是检验支挡结构效果和预测边坡变形趋势的有效手段。以贵州某城区开挖支护边坡为例，在对坡体结构详细勘探基础上，分析2015年6月—2017年6月位移和地下水位监测数据。结果表明：①边坡支档初期(2015年6月—8月)变形较为显著，变形速率随着时间增加而减小；②边坡走向、岩层倾向、覆盖层厚度影响边坡变形特征；③研究区地下水位明显受大气降雨影响，地下水位在边坡支护初期对边坡变形大小有显著影响；④2016年10月后边坡变形逐渐收敛，表明支护边坡处于稳定状态。

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雾天环境对高速公路车辆跟驰安全的影响

刘兆惠1，虞春滨2，王超1，李倩1

2019, 38(09): 88-94. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2019.09.15

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为构建雾天高速公路车辆跟驰安全系统，针对高速公路车流特性，采用理论分析和仿真分析相结合方式，探讨了雾天环境对跟驰模型影响，并建立了行车安全标准。理论分析中，从雾天等级判定出发，通过雾情监测系统采集得到高速公路不同路段的气象信息，运用模糊聚类分析法对雾天等级进行划分，并对处于不同雾天等级的路段分别进行研究；通过重点考虑能见度对车速影响和路面湿度对摩擦系数影响，利用非线性拟合方法得出具体关系式，从而建立起雾天高速公路不同路段的跟驰安全距离模型。基于此，根据高速公路车辆运行特性，对模型适应性进行分析，并通过数据融合技术得到不同路段行驶速度和安全距离参考值，为驾驶员行驶安全提供理论依据。仿真分析中，分别利用MATLAB对气象信息进行聚类分析和Origin对非线性拟合结果进行误差分析，最后采用自适应加权平均算法和专家法得到行驶安全值。研究结果表明：雾天环境对于能见度和湿度影响相对较大，理想状态下的跟驰模型将不再适用，需及时更新车辆跟驰距离和限速值，可通过对跟驰模型进行修正来得到适应于不同雾天等级下的行车安全理论距离值。

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高速公路单向双车道车辆群行车风险度量研究

容颖，温惠英，赵胜

2019, 38(09): 95-100. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2019.09.16

摘要 ( )

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为了探讨局部车辆流的安全性及其对道路安全性的影响，从“车辆群”的角度研究了高速公路行车风险度量。提出了高速公路单向双车道“车辆群”范围的划分方法；分析了“车辆群”内可能存在的侧向碰撞、侧面刮擦、追尾碰撞等冲突类型，针对各冲突类型选取了“车辆群”风险度量的碰撞时间TTC和后侵入时间PET这2个指标，提出了双车道“车辆群”行车风险度量模型，并用VISSIM对模型进行了仿真分析。结果表明：由于车辆换道的影响，双车道“车辆群”并不仅仅是两个单车道相邻车辆的对应合并；对道路上的车辆流进行“车辆群”划分后再评估车辆的行车风险，可以缩小道路上潜在危险区域的排查范围，提高高速公路行车风险识别效率；出现冲突风险警告的“车辆群”内车辆速度的偏差程度远远大于其他的“车辆群”，从而验证了模型的有效性。

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Simpson改进的灰色神经网络在汽车保有量中的预测

吴文青1，夏杰2

2019, 38(09): 101-108. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2019.09.17

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针对汽车保有量数据具有非线性和随机性的特点，建立基于Simpson公式的灰色神经网络模型对汽车保有量进行预测研究；利用Simpson公式对经典GM(1,1)灰色系统的背景值进行改进以提高模型的预测精度；通过相关性分析，确定国民总收入、人均国内生产总值、总人口、固定资产投资、进出口总额、钢材产量、社会消费品零售总额7个因素为汽车保有量的影响因素，并将7个影响因素作为BP神经网络的输入建立BP神经网路模型；根据灰色系统和BP神经网络预测误差大小确定组合模型的权重，构建灰色神经网络组合模型；对比分析经典GM(1,1)、Simpson公式的GM(1,1)、BP神经网络、灰色神经网络、Simpson公式的灰色神经网络模型的计算结果。研究表明：基于Simpson公式的灰色神经网络预测精度最高，其相对误差均在3%以内，相对误差的方差为3.2780，小于灰色神经网络模型和单一预测模型。

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海船异常行为检测综述

唐皇，尹勇，神和龙

2019, 38(09): 109-115. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2019.09.18

摘要 ( )

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海船异常行为检测对于海上航行安全、海域的智能监管及港口的发展规划都具有非常重要的意义。整理并总结了现阶段海船异常行为检测领域的相关方法，主要包括聚类分析、统计建模、神经网络以及基于预测等异常检测方法，在船舶位置异常、状态异常和潜在的行为异常检测等方面取得了较为显著的进展。同时梳理了海船异常行为检测领域在数据的时变性、模型的复杂性以及异常行为的语义分析等方面存在的异常检测准确性低、语义分析不明确等问题。并对海船异常检测领域未来在数据的增量学习、实时在线检测、情景语义分析和异常行为可视化等方面所存在的突破点做了展望和介绍。

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基于控制悬挂式单轨车辆侧滚的动力学参数优化研究

唐飞1，马帅2，李耀2，徐笑寒3

2019, 38(09): 116-121. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2019.09.19

摘要 ( )

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针对悬挂式单轨车辆通过曲线时侧滚较大的问题，从车辆设计、系统动力学参数优化的角度出发探索控制车辆侧滚的方法。首先对悬挂式单轨车辆结构进行分析，在此基础之上建立悬挂式单轨车辆拓扑构型关系和动力学仿真模型；然后对车辆系统动力学参数进行灵敏度分析，筛选出对车辆侧滚影响显著的参数；最后以影响显著的系统动力学参数作为优化设计变量，以车辆运行稳定性、曲线通过性和平稳性作为优化约束条件，采用NSGA-II遗传算法作为优化算法，运用ADAMS与mode FRONTIER联合对悬挂式单轨车辆侧滚进行优化分析。优化结果表明：在满足给定约束条件下，当空气弹簧刚度、走行轮胎垂向刚度、水平轮径向刚度达到最优解时，悬挂式单轨车辆的侧滚角降低了15.90 %~17.11 %，悬挂式单轨车辆的侧滚得到了有效控制。

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基于悬架解耦遗传控制的车辆侧倾研究

何锋1，冯子航1,2，吴清3

2019, 38(09): 122-127. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2019.09.20

摘要 ( )

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转向工况下，车轮转向角对车辆的侧倾有很大的影响。为有效减小车辆的侧倾以及振动，建立整车9自由度主动悬架模型和四轮路面激励时域模型，采用微分几何解耦方法，对整车悬架系统进行解耦控制并得到状态反馈，通过对反馈控制器中二阶系统仿真，运用遗传算法对其二阶系数进行全局寻优并获得最优解。仿真结果表明：与被动悬架相比整车悬架经解耦遗传控制后，车身的侧倾角、悬架垂向加速度均方根值、横摆角超调量大幅减小，车辆的稳定性得到有效的控制。

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高速公路上坡路段半挂汽车列车行驶速度特性试验研究

束海波1,2，邵毅明2

2019, 38(09): 128-132. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2019.09.21

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选择高速公路常见的六轴半挂汽车列车为代表车型，在重庆山区高速公路上测试了列车以不同入坡初速度(80、90、100 km/h)驶入不同坡度(2.2%、2.9%、3.5%)路段后的行驶速度，并分析了小轿车追尾半挂汽车列车的追尾特性。结果表明：半挂汽车列车以不同初速度进入同一坡度路段运行时达到最大持续爬坡速度相同；在不同坡度上，车辆的行驶速度下降变化不同，最大持续爬坡速度也不同，坡度越大，速度下降越快，最大持续爬坡速度也越小；小轿车追尾半挂汽车列车的时间随半挂汽车列车入坡初速度的降低而缩短，坡度大小对小轿车追尾半挂汽车列车有影响，但影响较小。

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