重庆交通大学学报（自然科学版）

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基于粒子群优化算法的机场群航班优化配置研究

朱金福1 ，马睿馨1,2，彭安娜1，严琛1

2021, 40(09): 1-8. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.09.01

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针对我国机场群发展不平衡、航线同质化程度高等问题，建立了以航班准点率、航空公司市场份额、旅客损失时间和航班功能定位指标最大化的航班时刻优化模型，将一级国际枢纽机场运行效果差的航班分配至周边机场。笔者在满足机场群内各机场起降容量限制、航班唯一性和航班连续性的条件下，设计改进的粒子群优化算法进行求解。以长三角机场群的航班时刻资源为例进行实例验证。研究表明：模型能够有效调整枢纽机场的低效航班至周边机场，使得机场群内各机场航班分布较为均衡，有效控制各时段航班架次的变化趋势，优化效果显著。

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基于贪心策略下混合蚁群算法的无人机航迹规划

曹建秋,徐鹏,张广言

2021, 40(09): 9-16. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.09.02

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针对复杂环境下无人机航迹规划中航行误差的校正问题，提出一种改进的蚁群算法。该算法在蚁群算法的基础上，首先将粒子群算法中的适应度作为启发值引入信息素更新中，改进了原始的信息素更新模型；其次使用贪心策略在选择校正点时进行剪枝运算，优化了算法的选择策略；最后使用A*算法替代原始算法的随机初始化，修改了信息素的更新方式，优化了生成路径的质量。对规划路径，使用Dubins曲线对航迹进行光滑，光滑后航迹既能满足航迹约束，也能满足飞行器的性能约束。研究结果表明：在参数设置上，当蚁群数量较大时，设置较小的启发值常数能获得更好的结果；对贪心蚁群算法使用A*算法进行初始化，能有效加速蚁群算法收敛速度，提高解的质量，实验显示改进后航迹长度减少了约6%，时间减少了约25%。

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基于改进正余弦算法的机器人路径规划

马莹莹1，杜暖男2

2021, 40(09): 17-23. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.09.03

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针对正余弦算法（sine cosine algorithm，SCA）性能低、精度差等缺陷，设计了混合正余弦算法（hybrid sine cosine algorithm，HSCA），并将HSCA运用于机器人路径规划（robot path planning，RPP）问题。HSCA融合了基于反向学习方法的初始解构造方法。同时，HSCA通过融入模因分组和TLBO（teaching-learning-based optimization）的进化机制来强化后续解的信息交流，力求增强搜索性能。针对RPP问题，HSCA在路径曲线规划过程中引入了Spline插值方法，旨在确保求解精度的同时降低当前问题的优化维度。最后，开展了函数寻优和路径规划测试，实验结果表明, HSCA比对比算法具有更好的性能。

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基于六边形元胞自动机的船舶追越过程模拟研究

付玉慧，马鹏森

2021, 40(09): 24-29. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.09.04

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在分析、比较现有基于元胞自动机的船舶交通流模型的基础上，参考基于正六边形元胞自动机的行人疏散模型和道路交通流模型，提出一种基于正六边形元胞自动机的船舶追越模型。该模型中船舶运动空间根据实际情况分成大小合适的正六边形元胞，每艘船舶有包括静止在内的7个运动方向。取船舶速度的近似整数比作为元胞移动速度，基于船舶危险领域、船舶领域、动界制定更新规则,使用MATLAB仿真了开阔水域和受限水域2种情景下的船舶追越过程。研究结果表明：相较于受限水域，开阔水域船舶追越距离和横距更大、所用时间更长；该模型可较真实地反映实际的船舶追越过程，可为真实的船舶追越和评估航路规划起到一定的参考作用。

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博弈模型下政府行为对港口竞合关系的影响

刘翠莲，黄玉明

2021, 40(09): 30-35. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.09.05

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港口是提供货物换装位移服务的节点，承担着大量的货物流转作业，研究港口间竞合关系以实现港口企业健康发展是今后的重要研究方向。影响港口间关系的因素较多，通过引入政府的作用，采用演化博弈理论建立政府与港口企业博弈模型，分析政府与港口之间的相互作用关系，并且运用MATLAB软件进行仿真实验。研究表明：演化的方向主要与政府收益和港口企业的调整费用大小相关，通过控制这两个参数的大小，可以调节港口市场的竞合关系。

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基于逆向多属性在线拍卖的运输服务采购机制

王雅娟1,2，李敏1，邵嫄3

2021, 40(09): 36-42. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.09.06

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针对运输服务采购效率低，无法满足承运人即时运输的需求，笔者利用在线拍卖方法，基于运输时间、服务质量等多属性要求，对运输服务采购机制进行了研究，建立了以社会福利最大化为目标的机制模型，进而设计了逆向多属性在线拍卖的运输服务采购机制。研究结果表明：该机制不仅能实现托运人的即时决策，允许承运人随时获取运输服务，提高交易效率，而且能吸引承运人自愿参与拍卖，激励承运人披露真实的运输成本、运输时间、服务质量以及到达和离开时间，有助于实现运输服务公平、有效的分配。最后，通过算例演示了此机制在实际中的应用。所提机制为运输服务采购的实践提供了理论基础，方法指导和技术支撑。

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基于公交车右转内轮差效应的范围研究

李英帅1，闫琦若1，赵聪2

2021, 40(09): 43-48. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.09.07

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针对大型车辆右转内轮差引发的恶性事故问题，笔者利用数学建模的方法，通过对南京市公交车交叉口右转弯的实际情况进行调研，建立了3种逐步趋向于实际的理论模型。对3种理论模型进行分析计算，用不同函数表示内前轮和内后轮的行驶轨迹，进而得到公交车内轮差的3个禁停区域。以南京市某交叉口作为案例进行分析，给出3种模型禁停区域范围：①模型一、二、三禁停重合区域，即最宽处1.0 m月牙形区域为绝对禁止驶入的区域；②模型一、二重合区域，即最宽处1.7 m月牙形区域为相对危险的区域，在驶入时要严格注意转弯车辆状况；③模型三禁停区域，即最宽处2.5 m的月牙形区域为提高注意力区域，道路使用者应提高注意力，在有公交车转弯时也应严禁驶入该区域。研究结果可为交叉口施划出针对非机动车、行人的不同危险等级的禁停区域提供参考，以减少交叉口处公交车事故数量，提高公交车在交叉口的安全性、通过率以及道路交通设施的可靠性。

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基于Trucksim的弯坡组合路段临界车速确定方法

阎莹1，刘革1，田敏1，刘佳乐1，穆岩2

2021, 40(09): 49-54. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.09.08

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为探究不同弯坡组合与车辆失稳时临界车速之间的关系，选取6轴铰接列车为实验车型，通过Trucksim软件建立人-车-路耦合系统，进行不同弯坡组合工况下车辆失稳仿真实验。基于最小二乘原则，通过对仿真结果拟合与回归分析，建立了弯坡组合路段临界车速预测模型；并在某特定工况下验证了该模型的合理性。结果表明：该模型预测临界车速与Lusetti模型相近，并且在某特定工况下计算误差最小。该研究为车辆在弯坡路段临界车速预测提供了一种安全、有效的方法参考。

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高速公路改扩建期间强制变道行为驾驶模拟的有效性研究

孙智1，张彦宁2，孟凌霄1，刘学强3

2021, 40(09): 55-59. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.09.09

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为了验证驾驶模拟技术应用于高速公路改扩建期间施工路段强制变道行为分析的有效性，开展了实车驾驶和驾驶模拟2种实验。首先，采集车辆的速度和位置信息，计算了强制变道的断面车速v、特征断面间距Δd和特征断面时距Δt等行为指标；然后，分别采用非参数统计方法与回归模型来检验各行为指标的绝对有效性与相对有效性。结果表明：驾驶模拟技术能有效地应用于高速公路改扩建期间强制变道行为分析；变道开始断面的车速、越线点与施工路段起点之间的间距和时距、变道结束点与施工路段起点之间的间距和时距均显示出驾驶人在驾驶模拟环境中具有更激进的驾驶行为。

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高速公路隧道进出口彩色路面视觉特征研究

袁景玉，刘晓健，姚胜，高源，张志涛，王智德

2021, 40(09): 60-67. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.09.10

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高速公路隧道铺设彩色路面被认为是提高道路交通安全的有利措施之一。为获取更加合理的色彩路面铺设设计方案，提高驾驶员的行车注意力，采用虚拟驾驶实验方法，选择红黄两色作为彩色路面颜色，与原始路面形成对照组，利用SketchUp和Lumion软件建立符合实际工程要求的模型以及测试视频，研究受试者模拟驾驶时的视点注视图及轨迹图、瞳孔面积变化特征等。结果表明：在隧道进出口段铺设彩色路面有助于提高驾驶员在行车时的注意力；彩色路面接近段与出口段驾驶员视觉特征存在差异，在隧道接近段铺设黄色路面后驾驶员视点比红色路面更加集中，出口段差别较小，其中红色路面集中程度稍高。

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重庆市生态保护红线内的生态系统服务动态变化评估

官冬杰，黄大楠，殷博灵

2021, 40(09): 68-77. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.09.11

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采用生态系统服务评估与权衡(InVEST)模型分别计算2015年和2018年重庆市生态保护红线区域的固碳功能、水源供给功能、土壤保持功能这3大生态系统服务。研究结果表明：①2015—2018年重庆市生态保护红线区域碳储存量增加，2015年的碳储存量为6.8×107 t，2018年碳储存量上升至7.1×107 t，变化率为+3.54%；②2015—2018年期间水源供给量略有降低，从2015年的2.8×1010 mm下降至2018年的2.6×1010 mm，变化率为-7.70%；③2015—2018年土壤保持量减少，从2015年的9.7×1010 t降低到2018年的7.8×1010 t，变化率高达-19.74%；④研究区域的综合生态系统服务功能降低，2015年生态保护红线生态系统服务综合评估得分为6.02分，2018年得分为5.57分。

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基坑开挖对下卧盾构隧道变形影响的计算分析

徐国元，黄思源

2021, 40(09): 78-85. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.09.12

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针对矩形基坑开挖对下卧隧道变形影响这类课题，基于Mindlin经典解，考虑了坑底残余应力及围护桩效应的影响，推导了基坑开挖卸荷作用在隧道处附加应力的计算公式。对于埋深超过1.5倍隧道外径的盾构隧道，通过在Pasternak模型上部增加一层弹簧层来考虑上覆土层对隧道的约束作用，建立起地基梁的挠度微分方程。采用有限差分的方法把隧道离散为独立的节点单元，从而求解出隧道纵向的竖向位移和水平位移，最后与有限元数值模拟、工程实测得到的隧道变形数据对比分析。研究表明：在考虑深埋盾构隧道与土体的相互作用时，相对于Pasternak模型方法，笔者方法更能反映两者之间真实的力学行为，得到的解析解更接近于数值解，与实测值吻合度也较高，证明了方法的合理性和优越性；另外，笔者方法省去了大量的建模工作，在设计方案时能够用于初步评估基坑开挖引起下卧盾构隧道纵向变形的影响。

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暗挖地铁隧道下穿高速铁路隧道保护措施研究

周丁恒1，田雪娟1，李长安1，马永峰2，郎瑶1

2021, 40(09): 86-91. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.09.13

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以北京地铁12号线大钟寺站—蓟门桥站区间暗挖隧道下穿京张高速铁路隧道为工程背景，在高速铁路隧道保护设计的基础上，建立了暗挖隧道下穿京张隧道三维有限元数值模拟，总结了京张隧道竖向位移和横向位移随施工步变化特征。通过现场监测，对暗挖隧道拱顶沉降和结构收敛监测结果以及京张隧道竖向位移、横向位移、结构收敛及自动化监测等结果进行了详细分析。研究结果表明：京张隧道竖向位移变化过程为两阶段“S”型曲线；京张隧道中心前16 m和后14 m范围内是穿越施工显著影响区域；先行和后行隧道施工引起的京张隧道竖向位移分别占总竖向位移的68.3%和31.7%，先行隧道施工是铁路隧道保护关键阶段；数值计算和现场监测表明后施工隧道对铁路隧道竖向位移的空间位置变化作用明显；京张隧道横向不均匀沉降明显，最大值为1.267 mm；综合现场监测结果，暗挖隧道和京张隧道相关位移不超过容许值的44%，可认为暗挖隧道设计参数和施工保护方案符合铁路隧道保护要求。

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新型装配式挡土墙稳定性影响因素敏感度分析

吴国印1,汪魁1,易朋莹2,李珂2

2021, 40(09): 92-100. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.09.14

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新型装配式挡土墙相比于传统重力式挡土墙有自重小、地基承载力要求低、适应性强、用料节省、施工时间短等优势，且可实现节能、节水、节材和环保的目的，是挡土墙设计研究的重要方向。相对于传统重力式挡土墙，装配式挡土墙需要更多地考虑墙体自重的减小、装配结构的拼接等导致的变形及稳定性问题，因此重点对装配式挡土墙稳定性问题进行了探讨。首先在对传统重力式挡土墙稳定性研究的基础上，以倾斜式墙背挡土墙为例，按照规范规定计算了挡土墙的相关安全系数；继而利用敏感度分析的方法，逐个分析了墙中填料的容重、墙后填土内摩擦角和墙背倾角在新型装配式挡土墙稳定性中所起的作用；最后分析了各因素对挡土墙稳定性的影响程度，找出了影响挡土墙稳定性的主要因素，并提出了新型装配式斜墙背挡土墙设计中应当注意的各种问题，为新型装配式挡土墙的设计提供了一定的依据。

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封闭和开放的单向冻结条件下饱和砂岩冻胀变形对比试验研究

夏才初1,2，陈钿浩1，李强3

2021, 40(09): 101-108. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.09.15

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为了研究实际工程中寒区隧道围岩的冻胀变形规律，分别进行了封闭和开放的单向冻结条件下饱和砂岩冻胀变形的对比试验，研究饱和砂岩在不同环境工况下冻胀变形的规律并加以对比分析。试验表明：饱和砂岩在封闭和开放的单向冻结条件下呈现不均匀冻胀特性，两组试验的冻胀应变变化过程相同，但在各个温度梯度的封闭条件下冻胀速率和冻胀应变值略大于开放条件下冻胀速率和冻胀应变值；在相同温度梯度下发现开放条件的不均匀冻胀系数略小于封闭条件，但随温度梯度增长速率大于封闭条件；两组试验温度场变化都分为快速下降、缓慢下降、稳定3个阶段；试件冻结方向总变形具有3个阶段特征，前两个阶段两组试验类似，为冷缩和缓慢增长阶段，呈第三阶段开放条件下为快速增长阶段，呈线性增长趋势，封闭条件下进入稳定阶段，变形量趋于稳定；封闭条件下试件产生原位冻胀，开放条件下试件先产生原位冻胀，后由于外界水分的补充产生分凝冻胀。

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高模量沥青性能及其界定标准研究

张争奇1，卢川1，王素青1，2，李乃强3，李宏伟3

2021, 40(09): 109-116. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.09.16

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为确定高模量沥青界定标准，选用3种高模量改性剂对基质沥青改性，通过常规性能试验和流变性能试验，分别对所制备高模量改性沥青的软化点、针入度、延度、黏度、复数剪切模量、车辙因子以及PG分级指标进行测试；采用单轴压缩试验和车辙试验，对相应沥青混凝土的动态模量及动稳定度进行测试。在此基础上，对各项指标规律性、区分度、一致性进行分析，并通过对高模量改性沥青的各项性能指标与高模量沥青混凝土动态模量的关联性分析，建立以复数剪切模量为关键性指标、针入度指标体系为辅助性指标的高模量沥青界定标准。建议高模量沥青的复数剪切模量G* (60 ℃，10 Hz，0.1%)≥66.43 kPa、G*(60 ℃，10 Hz，12%)≥12.8 kPa、软化点≥61.6 ℃。

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超高掺量胶粉改性沥青性能

蔡斌1，余功新2，李彦伟1，薛善光1

2021, 40(09): 117-123. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.09.17

摘要 ( )

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为提高胶粉改性沥青中胶粉掺量，加大废旧胶粉利用率，针对目前胶粉改性沥青中胶粉掺量较低问题，优化胶粉改性沥青制备工艺，制备超高掺量（40%）胶粉改性沥青。采用三大指标、TFOT试验和PAV试验研究超高掺量胶粉改性沥青基本性能与老化性能；基于DSR试验和BBR试验确定超高掺量胶粉改性沥青PG分级性能，采用拉伸试验评价超高掺量胶粉改性沥青黏韧性，通过TGA试验、荧光显微镜试验和SEM试验揭示超高掺量胶粉改性沥青的微观性能。结果表明：超高掺量胶粉改性沥青180 ℃旋转黏度低于4.0 Pa·s，其低温抗裂性和抗老化性能均优于常规掺量胶粉改性沥青；超高掺量胶粉改性沥青高温抗车辙性略有下降，但疲劳极限温度低于常规掺量胶粉改性沥青，确定其性能等级为PG 88-34；超高掺量胶粉改性沥青柔韧性占黏韧性比重为88.0%，是常规掺量胶粉改性沥青的2.1倍；180 ℃环境下，超高掺量胶粉改性沥青热稳定性最好；在保留一定弹性核心的基础上超量胶粉被降解为细小颗粒溶于沥青，决定了其宏观性能上良好的存储稳定性。

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沥青稳定碎石疲劳性能关键影响因素分析

朱洪洲1，2，潘岳1，王大谦1，胡蓝心1，何兆益2

2021, 40(09): 124-130. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.09.18

摘要 ( )

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为了确定影响沥青稳定碎石基层疲劳性能的关键因素，基于ATB25与ATB30两种密集配沥青稳定碎石混合料，选择9种集料级配、3种沥青，以13种混合料试件的10项材料试验数据为参考列，以沥青稳定碎石疲劳方程中的k值与n值为比较列，进行影响沥青稳定碎石疲劳性能的灰熵分析，得到不同参数对沥青稳定碎石疲劳性能影响的显著程度，并在此基础上运用对应分析的统计学研究方法对相关结论进行统一。研究结果表明：沥青混合料的沥青饱和度、油石比这两项因素是影响沥青碎石稳定基层疲劳性能的最关键因素；沥青饱和度影响着沥青体积百分率和矿料间隙率，而油石比的变化会导致沥青饱和度和沥青膜厚度随之变化，从而显著影响沥青混合料的疲劳寿命。

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动态环境下的移动机器人避障策略研究

余腾伟1，刘昌力2

2021, 40(09): 131-136. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.09.19

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近年来针对传统人工势场法（artificial potential field，APF）易陷入局部最小值问题所提出的优化算法依然存在适用性不高、计算效率低等问题，基于部分优化算法的不足，笔者创新性地引入了基于采样的快速扩展随机树算法（rapidly exploring random tree，RRT）在静态已知地图上预先选取数个临时目标点，避免移动机器人在使用人工势场法时陷入局部最小值区域并在动态障碍物环境中进行实时路径规划的避障策略。结果表明：该方法简单易实现，同时结合了RRT算法概率性完备、收敛性良好与APF算法计算小、实时性高等优点，能够适应动态环境变化，满足移动机器人动态避障的要求。

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复杂障碍物环境下基于转向约束的智能汽车路径规划方法研究

姜康，王皓，陈佳佳

2021, 40(09): 137-144. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.09.20

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针对传统路径规划算法中所生成路径不平滑、不安全、生成速度慢等问题，利用双向快速搜索随机树（Bi-RRT）对无人驾驶中的路径规划算法进行了研究。首先利用车辆自身的转向约束构建满足车辆运动学要求的节点扩展空间，随后采用目标偏置采样策略以及双向搜索大大提高了RRT算法的规划速度，同时使用K-D树结合最大曲率约束定义最邻近点，最后对生成的路径剪枝并进行安全碰撞检测和贝塞尔曲线平滑处理，使之更符合车辆的动力学特性。研究结果表明：改进后的Bi-RRT算法的在搜索速度和算法开销上都有显著的提升，生成的路径也更加平缓，证明了该算法的有效性、实用性和适应性。

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角接触球轴承的罚函数粒子群算法优化设计

胡启国1，杜春超1，吴明钦1，杨学蛟1，曹历杰2

2021, 40(09): 145-150. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2021.09.21

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为了提高角接触球轴承的性能，以双列角接触球轴承的额定动载荷和额定静载荷最大为优化目标建立了双列角接触球轴承结构的多目标优化模型。针对普通粒子群算法易于陷入局部最优的缺陷和不能有效解决带约束条件的优化问题，基于标准粒子群算法，在目标函数中加入惩罚项，将带约束条件的优化问题转变成无约束优化问题。最后以3210角接触球轴承为算例，通过提出的罚函数粒子群算法对其进行了优化设计，经优化后，轴承动、静载荷额定值各自提高了66.46%和70.60%。结果表明，采用罚函数粒子群算法能较好的提高角接触球轴承的性能。

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