重庆交通大学学报（自然科学版）

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海洋气象环境影响下的复杂水域船舶路径规划

谢新连，刘超，魏照坤

2021, 40(02): 1-7. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.02.01

摘要 ( )

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为提高复杂水域船舶自动生成路径的安全性与经济性，将海洋气象环境因素考虑在内，以船舶避开障碍物为前提，设计了以航行时间最短为目标的路径规划算法。在建立环境模型的基础上采用改进MAKLINK图生成可行路径，根据矢量合成及拟合模型分析海流及风浪对船舶航速的影响，从而确定路径权值，通过Dijkstra算法进行初始路径规划，采用改进粒子群算法进一步优化及平滑初始路径。以一艘集装箱船通过规划海域为例验证算法的有效性，并对风向和风级进行了敏感性分析。结果表明：考虑海洋气象环境影响生成的路径既可安全避开障碍物，又可节省航行时间，改进粒子群算法在缩短路径航行时间的同时可提高路径的平滑性。

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基于未确知测度理论的高速公路交通安全评价

贺玉龙，陈兵硕，高鹏旺，刘磊，迟佳欣

2021, 40(02): 8-12. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.02.02

摘要 ( )

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针对高速公路行车安全影响因素多且难以量化评价的问题，为有效评价高速公路行车安全性，笔者利用未确知测度方法进行研究。从天气、线形、路面、交通状况4个方面选取指标，构建未确知测度函数，通过信息熵法计算权重，根据置信度识别准则判断风险等级，最后将此方法应用于湖南省高速公路交通安全评价研究。研究结果表明：使用未确知测度理论能够准确评价高速公路路段的危险程度，方法可靠，应用性强。研究对高速公路交通管理部门有借鉴作用，促进高速公路运营更加安全、高效。

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机非标线分隔道路电动自行车越线风险模型

李岩1，南斯睿2，胡文斌3，汪帆1，陈宽民1

2021, 40(02): 13-20. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.02.03

摘要 ( )

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为分析电动自行车越线行为产生的机理，建立了基于生存分析的越线风险模型，以评估各影响因素下电动自行车的越线风险。通过应用越线车速作为自变量，建立生存函数明确越线车速与累积越线比例的关系；应用Kaplan-Meier非参数回归分别分析非机动车道宽度、相邻机动车道交通流状况对越线速度的影响，建立COX比例风险模型获取上述影响因素下电动自行车越线的相对越线风险值。通过对西安市不同宽度和交通流状况的道路实测数据的分析，得出结论。研究结果表明：越线风险可通过电动自行车的车速体现，当车速从20增长到35 km/h时，累积生存比例从71.2%快速下降至16.4%；非机动车道宽度及相邻机动车道交通流状态对越线速度影响显著，非机动车道宽度为260和220cm道路的车辆越线风险分别为180cm道路的0.688倍和0.859倍，自由状态车辆越线的风险为非自由状态的2.445倍，高密度非机动车道的越线风险是低密度状态的2.590倍。研究结果可为含电动自行车的混合交通流环境下的交通设计及交通管理提供理论依据。

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基于混合有序Probit模型的货车翻车驾驶员伤害程度研究

李俊辉1，汤左淦2

2021, 40(02): 21-27. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.02.04

摘要 ( )

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为深入研究货车翻车驾驶员伤害程度的影响因素，考虑驾驶员伤害程度的有序特性和安全因素对驾驶员伤害程度影响的异质性效应，以2016年美国德克萨斯州3 476起货车翻车事故为研究对象，从人、车、路、环境四要素中选取共24个安全因素作为自变量，以驾驶员伤害程度为因变量，分别构建有序Probit模型和混合有序Probit模型。研究结果表明：男性、驾驶员年龄、系安全带、安全气囊起爆、饮酒或吸毒、被甩出车外、未按规定车道行驶、重型货车、车辆右转、不良天气、道路限速值以及车辆出厂年龄与驾驶员伤害程度显著相关。此外，混合有序Probit模型的拟合优度较有序Probit模型的高，并且混合有序Probit模型发现，男性、饮酒或吸毒、被甩出车外以及车辆右转变量对驾驶员伤害程度的影响具有异质性效应。

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新型城镇化下小城市道路网功能结构优化体系

方松1,2，马健霄1，黄婧1

2021, 40(02): 28-34. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.02.05

摘要 ( )

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为适应新型城镇化的发展需求和缓解其带来的交通问题，以满足小城市居民不断发展的多样化交通出行需求、实现道路的多重功能为目标，分析了小城市道路网功能结构现状；探讨小城市道路功能结构的影响因素及划分因子；从宏观角度研究了小城市道路网等级功能结构，从微观层面优化了小城市道路网的断面设计参数。提出了小城市道路网功能结构优化体系，研究结果可对新型城镇化背景下的小城市道路网规划建设提供参考。

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基于马尔科夫链-BP神经网络模型对公路运量的预测研究

裴同松1，裴彧2

2021, 40(02): 35-41. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.02.06

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选取河北省某地区1998—2017年公路运量数据为例，采用BP神经网络模型进行预测并用马尔科夫链修正预测值，将公路运量实际值与BP神经网络预测值及马尔科夫链修正值作对比分析并预测了2018—2019年的公路运量数据。使用马尔科夫链修正后的BP神经网络预测模型可以将公路客运量和货运量的平均相对误差分别下降至2.07%和2.14%。修正后的模型不仅可以准确的对公路运量做出预测，而且可以为未来公路运输发展提供有利意见。

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出行者对出行方式服务属性的感知差异研究

常四铁，严飞，左康

2021, 40(02): 42-46. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.02.07

摘要 ( )

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解析出行者对服务属性的感知差异能够为提升城市公交服务水平提供理论依据。基于上海市居民出行意愿调查，建立考虑行程时间与车内拥挤度交叉项、可靠性的出行方式选择效用；根据多项Logit模型和混合Logit模型的通用参数和选项特定参数估计结果，量化出行者对出行方式服务属性的感知差异。结果表明：拥挤有座时的时间价值是不拥挤有座时的1.41倍，拥挤无座时的时间价值是不拥挤有座时的1.56倍；地铁的可靠性价值显著高于私家车和常规公交；同一车内拥挤程度水平下，常规公交的时间价值大于地铁。

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信号交叉口智能网联车车队速度引导策略研究

石琴，陈沪江，陈一锴

2021, 40(02): 47-53. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.02.08

摘要 ( )

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为降低交叉口车辆油耗，提高交叉口通行效率，以智能网联车车队作为引导对象，提出固定引导时长的车队车速引导策略。考虑车队初始速度和车队内车辆数的随机性，采用蒙特卡洛仿真获取单车平均油耗和平均行程时间。通过构建路段综合出行费用，对固定引导距离和固定引导时长两种策略进行了比较。研究结果表明：固定引导距离策略中，引导距离为350 m时综合出行费用最低；固定引导时间策略中，引导时间为6 s时综合出行费用最低；两种最优方案相比，后者油耗比前者低16.3%，后者行程时间比前者低7.2%，路段综合出行费用后者比前者低了10.2%；固定引导时长的车队车速引导策略可有效减少交叉口的车辆延误和燃油消耗。

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基于差异系数的城乡客运一体化评价模型修正

郑淑妮，白鸿宇，周文华

2021, 40(02): 54-60. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.02.09

摘要 ( )

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将差异性原则引入城乡客运一体化服务水平评价，通过TOPSIS模型，归一化处理城镇化率、乡镇常住人口等7个指标，计算得到各指标与理想解之间的距离值和贴近度，以此确定不同城市之间的差异系数，从而修正城乡客运一体化发展水平评价模型，并将实例数据代入模型，验证模型的可靠性。通过对5个县级市进行实例分析，结果表明：该模型能够较客观地预测城乡客运一体化水平，且比较充分的考虑了由城市经济、人口、规模等对评价结果带来的影响，可适用于县级城市之间的城乡客运一体化发展水平对比。

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农村公路治超站选址与治超车路径优化研究

蒋劲羽1，赵旭1，李铖钰1，杨忠振2

2021, 40(02): 61-68. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.02.10

摘要 ( )

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为了降低超载运输车辆对农村公路的损坏，保证农村公路的服务质量和减少农村公路因超载产生的额外养护费用，以治超站为基地对农村公路实施移动治超。为了以最小成本实现所有超载路段的监控和超载治理，构建了同时确定治超站数量、治超站选址以及以治超站为基地治超车的巡游路径优化模型；针对具有大规模候选点集和最大可设置设施数不确定的选址-路径问题，设计了二级嵌套的蚁群算法对模型求解；利用实际数据进行案例分析。结果表明：治超站被选在矿产资源丰富、施工场地密集的地区，周边矿运货车和渣土车的超载运输现象明显；治超车的巡游路线包含多条货车流量大的省县干道。

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基于时序分析的锈蚀RC拱损伤识别：仿真与验证

唐启智1,辛景舟1,2,周建庭1,付雷1,3,张俊4

2021, 40(02): 69-77. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.02.11

摘要 ( )

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针对钢筋锈蚀导致的钢筋混凝土（RC）拱桥结构损伤问题，提出了基于加速度数据时序分析的锈蚀RC拱桥损伤识别方法。首先，考虑钢筋锈蚀等材料劣化因素，建立了钢筋锈蚀与结构刚度退化的映射关系；其次，借助ANSYS软件平台，建立了考虑初始刚度损伤的劣化RC拱肋有限元模型，并与试验数据进行了对比，验证了锈后有损结构有限元仿真的有效性；随后，基于经试验验证后的数值模型，得到了不同损伤工况下的RC拱加速度响应；然后，利用加速度响应建立时序模型，将待识别工况与完好工况的模型残差的方差之比作为损伤特征指标，获取了锈蚀率与损伤特征指标之间的定量关系，给出了针对不同钢筋直径的计算模式；最后，将室内模型试验的实测数据送入所建立的定量关系进行预测，计算结果与实测结果相差2.86%，进一步验证了所提方法的有效性。

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带钢端头的装配式混凝土梁柱中节点滞回性能试验研究

戎贤1,2，杨洪渭1，张健新1,2

2021, 40(02): 78-82. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.02.12

摘要 ( )

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为解决装配式混凝土梁柱中节点连接复杂的问题，提出采用钢端头进行连接。设计了3个带钢端头连接的装配式混凝土梁柱中节点ZGJ-1、ZGJ-2和ZGJ-3，开展了低周反复荷载试验，研究了水平连接板间腹板的设置及伸入预制梁内钢端头的长度对中节点滞回性能的影响。结果表明：带钢端头的新型装配式混凝土梁柱中节点抗震性能良好；伸入预制梁内钢端头的长度对中节点性能影响不大；水平连接板间设置腹板能较大程度提高中节点的抗震性能。

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泡沫沥青冷再生混合料路用性能综合评价

陈谦1，宋亮2，王帅1，问鹏辉1

2021, 40(02): 83-88. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.02.13

摘要 ( )

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为进一步科学化评价泡沫沥青冷再生混合料路用性能，对比分析了不同泡沫沥青含量下泡沫沥青冷再生混合料各项路用性能指标。选取了劈裂强度、干湿劈裂强度比、动稳定度、冻融劈裂强度比、残留稳定度和疲劳寿命等6项技术指标作为评价指标，建立了基于功效系数法的泡沫沥青冷再生混合料路用性能评价模型，科学评价了泡沫沥青冷再生混合料路用性能，并确定了泡沫沥青冷再生混合料中泡沫沥青的最佳含量。结果表明：沥青最佳发泡条件为：温度155 ℃，用水量3.0%；最佳含水率为6.8%；基于功效系数法的泡沫沥青冷再生混合料路用性能综合评价体系较为准确、可靠，5种方案总功效系数大小顺序为A3＞A2＞A4＞A1＞A5；泡沫沥青含量为3.0%时，泡沫沥青冷再生混合料的路用性能相对更好。

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不同高度下摊铺路面的数字图像差异性研究

周建昆1，曹源文2，温永杰2，赵江1，白丽萍3

2021, 40(02): 89-94. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.02.14

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数字图像处理技术具有高效、实时、定量化、成本低的优点，为沥青路面摊铺质量检测与评价提供了新的研究方向。针对不同采集高度对应数字图像实际区域的尺寸和集料颗粒数量存在的差异性问题，通过自制图像采集设备，在50~100 cm图像采集高度下，分别采集20张沥青混合料数字图像，通过对现场不同高度采集图像与实际对应路面宽度进行回归分析，提出采集高度与图像对应实际路面尺寸的函数关系；并通过对数字图像预处理后的沥青混合料二值图像中9.5 mm以上集料颗粒增加量和尺寸精确性进行研究，提出最佳的图像采集高度。研究结果表明：随着图像采集高度的增加，图像对应区域实际路面宽度成比例增加；综合不同采集高度下图像集料颗粒增加量结果和集料颗粒识别精确度结果，确定70~80 cm的高度范围为最佳图像采集高度。

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饱和砂层泥水平衡盾构隧道开挖面稳定研究

蒋加兵1，陈子龙2，徐涛3

2021, 40(02): 95-100. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.02.15

摘要 ( )

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饱和砂层盾构隧道掘进过程中，不当的开挖面支护可能导致开挖面坍塌或挤出破坏。为保证开挖面稳定，压力泥浆通常用来平衡开挖面上的土压力和水压力。因为压力仓中的泥浆压力大于地层中的静水压力，泥浆会向开挖面周围地层入渗。在这种情况下，部分有效支护力转化为超孔隙水压力，导致开挖面上的有效支护压力减小，从而降低开挖面的稳定性。因此，设计支护压力时必须考虑泥浆入渗作用和超孔隙水压力的影响。另外，地层成层情况也会影响开挖面稳定性。结合饱和砂层盾构掘进引起的超孔隙水压力计算模型和室内泥浆入渗试验结果，分析泥浆入渗和超孔隙水压力对开挖面稳定的影响，并讨论地层的分层情况和开挖面水力梯度对开挖面微观稳定的影响。研究结果表明：在设计支护压力必须附加额外压力以弥补泥浆入渗过程中有效支护压力的损失；通过对比均质承压水层和半封闭承压含水层中开挖面上的水力梯度发现，相较均质承压含水层而言，盾构隧道在半封闭承压含水层中掘进时开挖面更加稳定；在没有泥浆支护的情况下，开挖面上的水力梯度很难维持开挖面上土颗粒的稳定，因此建议压力泥浆用于饱和砂层盾构隧道开挖面支护。

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基于明色铺装对隧道照明质量的研究

李志勇，黄桦

2021, 40(02): 101-107. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.02.16

摘要 ( )

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利用雨花石和钢化废玻璃两种明色材料，拟定10种铺装方案对隧道铺装路用性能和照明节能性能进行研究。结果表明：在沥青混合料中嵌入明色材料后，虽混合料水稳定性略有下降，飞散质量损失较普通AC-13要多，但仍能满足规范要求，并且抗滑性却略有提升。此外，利用自主研发的隧道模拟装置，通过亮度指标、路面反射系数对这10种铺装方案进行评价分析，发现嵌入钢化废玻璃使隧道路面的平均亮度提高13%~20%，浅色雨花石可提高7%~17%，反射系数随明色材料掺入的粒径和掺入量的增多而增加。利用小目标可见度和反应时间的室内模型试验研究明色铺装对隧道照明质量的影响，发现用明色材料替换4.75粒径档次铺装方案，既能有效提高路面平均亮度的同时也保证了路面总均匀度，同时能提高隧道照明质量和隧道行车安全。

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基于改进变权-TOPISIS的锚固边坡失稳风险评估

叶险峰，韩以江，祝敕捷，程雍

2021, 40(02): 108-115. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.02.17

摘要 ( )

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针对不同的变权函数有不同的适用范围，当决策评估对象中包含组态失衡度相差较大的多组状态值时，传统的变权函数适应性较低的问题，构造了一种基于组态失衡度和状态值的混合型状态变权函数。在实际应用中，因激惩平衡区间划分，使得状态值离散度无法准确体现组态失衡度，为此提出了一种基于状态值到激惩平衡区间边界的距离的组态失衡度度量方案，将TOPISIS法与改进的变权函数相结合构成变权评估模型，并应用于基于多期监测数据的锚固边坡失稳风险评估中。研究结果表明：所提出的变权评估模型适用于锚固边坡失稳风险评估，同时其变权调节度与组态失衡度大小变化方向能保持完全一致，对优势和劣势状态敏感度更高，适用性更高、效果更好，为包含多组状态值的决策评估提供一种方法参考。

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不同填筑材料对尾矿坝漫顶溃决过程影响试验研究

刘杰，李学伟，马海萍

2021, 40(02): 116-122. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.02.18

摘要 ( )

PDF(7217KB) ( )

选取高钛渣、山沙及河沙作为尾矿坝填筑材料，采用试验与理论分析方法研究了相同级配下的3种不同材料填筑尾矿坝在洪水漫顶作用下溃坝过程差异。研究结果表明：高钛渣填筑尾矿坝溃坝后最终溃口宽度最小，坝体侵蚀率最低。山沙和河沙填筑尾矿坝溃坝过程溃口材料损失率和下游洪水含沙率高于高钛渣填筑尾矿坝。将断面平均流速与水流表面流速比值定义为表面流速系数k，泥沙浓度和溃口尺度通过影响k值间接影响溃口流量。理论推导表明当泥沙浓度介于0.05~0.15时存在一个最小k值，当溃口尺寸增大时，k值随之增大。

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基于隐马尔科夫模型的滚动轴承性能衰退评估

郝刚1,2，金涛1

2021, 40(02): 123-128. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.02.19

摘要 ( )

PDF(1312KB) ( )

针对滚动轴承全寿命周期内健康状态的变迁和性能衰退的识别和评估问题，引入隐马尔科夫模型（hidden Markov model，HMM），利用Baum-Welch算法对滚动轴承全寿命周期振动信号数据进行建模，利用Viterbi算法解算和检验模型，最后通过Forward-Backward算法计算测试数据的概率分布；通过校验数据概率分布的隐含序列和观测序列分别表示状态变迁概率和性能衰退评估结果。研究结果表明：该方法能够快速解算滚动轴承状态迁移的概率分布，有效识别性能衰退状态，为预防性维修提供参考。

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跨座式单轨弓网耦合主动控制研究

刘朝涛,狄科宏,杜子学,杨震

2021, 40(02): 129-135. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.02.20

摘要 ( )

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单轨列车高速行进中，弓头往往会发生较大振动冲击刚性接触网，降低弓网受流质量与寿命，为此提出一种改善弓网关系的主动控制方法。在此基础上，首先分别建立了单轨弓网耦合的线性二自由度动力学模型，以及无刷直流电机的双闭环控制驱动模型；然后结合分数阶PID控制算法，完成了整个主动控制系统的建模；最后对比分析了列车不同时速下受电弓被动控制和主动控制接触力的响应以及弓头的抬升量，并分析了主动控制的响应速度。研究结果表明：该主动控制方法的响应速度能够完全满足高速状态下弓网关系的调节要求，且能够明显降低接触力波动，缓解弓网碰撞，减少弓网磨损，提高其使用寿命。

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基于分段式双幂次趋近律的迭代滑模航向控制

赵月林，门茂峰，孙壮

2021, 40(02): 136-142. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.02.21

摘要 ( )

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应用滑模变结构控制方法设计了一种简单高效的船舶航向控制器。为解决滑模变结构控制器方法中的收敛速率慢和抖振强的难题，提出一种分段式双幂次趋近律。数学验证表明提出的趋近律的收敛速率更快。同时，在未知海况干扰下为使控制器时刻保持在最佳状态，引入RBF神经网络对控制器参数实施在线估计，增强自适应性。仿真结果表明：分段式双幂次趋近律削弱抖振效果明显，基本无抖振；依此方法设计的控制器对外界风浪干扰有更强的鲁棒性。

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