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2021年  第39卷  第1期

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人物介绍
2021, 39(1).
摘要(322) PDF(1)
摘要:
特邀专稿
交通运输与物流业、旅游业发展耦合协调度分析——以武汉市为例
葛修润, 汤华, 李昆耀, 褚端峰
2021, 39(1): 1-6. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.01.0001
摘要(866) HTML (568) PDF(22)
摘要:
研究城市交通与其他系统间的协调性问题具有重要意义。为研究交通运输与物流业、交通运输与旅游业发展的协调程度, 构建反映3个系统发展水平的指标体系, 在此基础上构建耦合协调度模型、分析系统间的耦合协调状况。以武汉市2010-2017年交通运输系统与物流业、旅游业发展为例, 进行综合实证分析。结果显示, 3个系统之间综合评价值总体上均呈现出持续上升发展之势。其中, 交通运输业与物流业的协调耦合度从2010年的0.0841上升至2017年的0.9301, 交通运输业与旅游业的协调耦合度从2010年的0.1197上升至2017年的0.9314, 均经历了从严重失调到高度协调的阶段。研究结果与武汉市实际发展情况一致, 可证明所提方法的有效性。
综述
智能船舶的研究现状可视化分析与发展趋势
张笛, 赵银祥, 崔一帆, 万程鹏
2021, 39(1): 7-16, 34. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.01.002
摘要(3082) HTML (1075) PDF(281)
摘要:
为了更好地把握智能船舶研究领域的前沿问题及发展现状, 针对智能船舶领域相关主题, 基于中国知网(CNKI)和Web of Science数据库中2010-2020年的文献检索结果, 运用知识图谱从计量统计的角度从时间、作者、机构以及关键词4个方面系统地呈现了智能船舶领域发展的趋势、前沿和热点。在此基础上, 从智能船舶的态势感知、智能避碰、智能控制、网络通信和法律规则研究5个研究方向分析了智能船舶研究趋势和热点问题, 并提出了智能船舶人机共融及决策技术研究、编队航行风险研究以及传统/智能船舶混行风险评价研究这3个重点研究方向。研究结果表明, 从2015年开始, 智能船舶相关研究文章快速增长, 增长幅度在每年14篇以上, 平均增长率达58%; 国内智能船舶主要研究机构包括武汉理工大学、大连海事大学、上海交通大学等, 国外主要研究机构包括挪威科技大学和代尔夫特理工大学; 智能船舶领域的研究热点包括态势感知、智能避碰、智能控制、网络通信安全和法律安全。
交通安全
基于车辆加速度数据的互通立交匝道驾驶风险分析
丁瑞, 刘俊, 蒋艳, 徐进
2021, 39(1): 17-25. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.01.0003
摘要(774) HTML (463) PDF(32)
摘要:
为明确互通立交匝道的运行特性和驾驶风险，在重庆市南山立交和江南立交开展了超过30位被试者的小客车实车驾驶试验，通过Speedbox和Mobileye等车载高精度仪器采集了小客车在4条迂回式匝道上的连续运行数据，包括行驶速度、横向加速度、纵向加速度等，明确了迂回式匝道的车辆运行状态，然后运用表征横、纵向加速度关系的G-G图分析了匝道行驶过程中的驾驶风险，确定了立交匝道不同位置的危险等级及危险驾驶行为的高发路段。研究结果表明：①立交匝道上小客车的横向加速度与速度呈三角形分布，纵向加速度与速度呈椭圆形分布；②小半径曲线匝道上出现危险驾驶行为的比例要高于大半径曲线匝道；③通过统计不同断面的危险驾驶行为点占比，将匝道的危险断面分为低风险、中风险、高风险3个等级；④男性驾驶员在立交匝道上的危险驾驶行为占比要高于女性驾驶员，冒险型驾驶员的危险驾驶行为占比要高于其他驾驶风格的驾驶员；⑤立交匝道的危险高发路段通常位于速度变化剧烈的路段，即入弯减速段和出弯加速段。
基于SEM的自动驾驶汽车接受度模型与风险分析
李继朴, 贺宜, 孙昌鑫, 彭建华, 陈韬
2021, 39(1): 26-34. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.01.0004
摘要(1182) HTML (488) PDF(94)
摘要:
为了探究社会大众对自动驾驶汽车的接受度及其影响因素，通过对自动驾驶汽车的风险评估，基于TAM模型增加外部变量，改进感知易用性与感知有用性，建立自动驾驶汽车接受度研究模型。将研究模型中假设的外部变量、潜在变量、认知变量与自动驾驶汽车社会接受度的关系进行Pearson相关性与Kendall相关性检验。基于相关性检验剔除无关因素变量，建立线性回归模型，对相关因素与自动驾驶汽车接受度的关系进行了探究，并以此建立接受度结构方程模型，对各个变量与自动驾驶汽车社会接受度之间的因果关系进行了进一步研究论证。结果显示，法律伦理的认知对自动驾驶汽车接受意向产生（E =0.038，P < 0.001）显著正影响。驾龄、驾车频率对接受意向产生（E =-0.044，P < 0.001）显著负影响。学历通过促进公众对自动驾驶汽车正面的认知、抑制负面认知，从而对公众接受意向产生（E =0.172，P < 0.001）显著正影响。功能的认知会促进公众对自动驾驶汽车正面影响的认知，从而对接受意向产生（E =0.444，P < 0.001）显著正影响。
基于PMI与BTM的船舶事故原因文本挖掘
于卫红, 付飘云, 任月, 王庆武
2021, 39(1): 35-44. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.01.0005
摘要(1135) HTML (608) PDF(31)
摘要:
为了实现从海量的船舶事故调查报告中自动提取出水上交通安全知识，提出了从词语和主题2个层面对船舶事故调查报告进行语义挖掘的方法，并以100份船舶自沉事故调查报告为语料进行具体挖掘。在词语层面，使用PMI算法从事故原因文本中挖掘频繁共现的词语模式，通过文本特征词的共现揭示事故致因要素间的关联。在主题层面，使用BTM算法对事故原因文本进行主题建模，通过主题对数似然、主题一致性评估建模结果的优劣。通过主题建模，对表征自沉事故原因的特征词进行聚类，并根据主题在文档集合中的分布初步量化出每种原因的发生概率。根据使用500组新数据集对主题模型预测能力的测试，所构建的主题模型能够100%识别出领域无关的词并自动忽略；对于语料库中85.6%的词语，所构建的主题模型能够明确地将其归属于代表某一原因的主题；另14.4%的词主题边界不明显，难以将其单独以较大的可能性明确归属到某一主题下。
基于事故特征耦合影响的城市道路交通事故影响分析
何雅琴, 邹家翠
2021, 39(1): 45-51, 63. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.01.006
摘要(945) HTML (538) PDF(29)
摘要:
城市道路交通事故发生后，由于事故车辆占用车道，使得车辆通行的车道数目减少，道路的通行能力降低，造成排队和交通拥堵，对交通运行产生一定的影响。以双向6车道的城市道路为例，运用Vissim仿真软件模拟交通事故下的交通运行，分析车流量、占道类型、事故持续时间以及借道超车4种因素下的交通影响。结果表明，流量越大、事故持续时间越长、占道数目越多，事故对交通的影响越大。当流量达到3 400 veh/h（D级服务水平），占1个车道的车辆延误显著增加，直至流量达到4 000 veh/h时才逐渐趋于平稳，且占据车道2比占据车道1和占据车道3的延误要大；当流量达到1 900 veh/h（B级服务水平），占2条车道的车辆延误显著增加直至流量达到2 700 veh/h时才逐渐趋于平稳，占据车道1和3的车辆延误要小于占据车道1和2以及占据车道2和3的延误；在相同占道情况下，不同事故持续时间下的车辆延误随流量变化的趋势大体是一致的；当事故道路服务水平为D/E/F级，对向道路服务水平在A/B/C/D级时（事故占用内侧1个车道），以及当对向道路服务水平在A/B/C级时（事故占据内侧2个车道），进行借道超车均能有效减少事故路段车辆延误。
交通信息工程与控制
基于模型预测控制的船舶纵向航速协同控制方法
吴文祥, 初秀民, 柳晨光, 毛文刚
2021, 39(1): 52-63. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.01.0007
摘要(989) HTML (400) PDF(35)
摘要:
多船协同航行在海事搜救、资源勘探、极地航运等领域中具有显著优势，其中纵向航速协同控制是实现船舶协同航行的关键。通过分析船舶螺旋桨转速、加速度与航速之间的关系，构建了考虑风力影响的船舶纵向动力模型，为实现前后船加速度与跟驰距离的关联，引用基于变时距策略的船舶间距模型。设计了考虑航速、加速度等多约束的多船航速控制目标函数，并利用模型预测控制方法实现了最优化问题的实时求解。通过Matlab进行仿真验证，结果表明，提出的基于模型预测控制方法的船舶纵向航速协同控制方法在前船加速、减速、匀速等工况下，后船均能实现对前船的精确稳定跟驰，其距离跟踪误差分别为0.092 5 m，0.192 8 m，0.166 2 m，与PID方法相比具有更好的收敛性、跟踪精度和抗干扰能力。
基于ADAS联网时空数据的路段交通参数估算模型
马天奕, 文家强, 王丽园, 吕能超, 王玉刚
2021, 39(1): 64-75. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.01.008
摘要(570) HTML (463) PDF(14)
摘要:
交通参数实时获取是道路交通管控的重要基础。针对固定检测器观测范围受限和浮动车数量需求大的问题，研究了1种利用车载ADAS联网数据进行路段交通参数估算的方法。通过分析车载ADAS感知的前向目标参数与交通参数的关系，结合广义交通量定义，并考虑多车道条件下ADAS车辆及其邻近前车的相对运动变化特性，建立了1种非稳态交通条件下的交通参数估算模型。在仿真实验环境下获得定参数据集和验证数据集，完成对模型的参数标定和验证，并探讨时空分辨率和ADAS车辆渗透率对模型估算精度的影响规律。基于实验数据分析，结果表明，时间分辨率降低5 min，所提模型估算误差平均减小3.4%，降低时间分辨率可以提升所提模型的估算精度；空间分辨率降低500 m，流量和密度的估算误差平均减小1.68%，却可能导致速度估算误差平均增加5.19%；ADAS车辆渗透率的增长可以增强估算交通参数和观测交通参数在路段时空区域的契合程度。在ADAS逐渐装车应用的背景下，所提的交通参数估算模型可快速、精准获取路段连续时空范围内的交通量信息。
基于数据驱动的人机混驾多车协同控制算法
王会鲜, 李波, 郑洪江, 陈伟
2021, 39(1): 76-86. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.01.009
摘要(744) HTML (576) PDF(22)
摘要:
针对多车协同控制系统中，传统控制算法需要准确获取系统中与驾驶员驾驶行为相关的参数以及与车辆系统动力学相关参数等问题，提出基于数据驱动的自适应动态规划控制算法。以有人与无人驾驶车辆混行的多车协同控制系统为研究对象，通过分析系统的横纵向控制模型，推导出系统状态方程，采用递推数值方法在线逼近最优解，并通过对最优反馈控制矩阵进行优化求解，得到最优控制输入。该算法简化了系统的控制输入参数，仅仅利用V2X通信获得的车辆的前轮转角以及车辆期望的纵向加速度作为控制输入，即可实现无人驾驶车辆的优化控制。基于Carsim和Simulink进行联合仿真测试验证，结果表明，该算法控制参数简单、收敛速度快、控制精度高、适应性强，能够控制无人驾驶车辆在多车系统中保持期望的车速并且与前车保持期望的车间距，同时在任意曲率道路上行驶时与车道中心线之间的横向误差趋于0。
基于NAIS的AEB系统路口测试场景研究
张诗波, 何治剑, 廖静倩, 李平飞, 肖凌云, 许倩源
2021, 39(1): 87-96. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.01.010
摘要(660) HTML (270) PDF(37)
摘要:
为建立适合中国道路的自动紧急制动系统路口测试场景。对国家车辆事故深度调查体系（NAIS）数据进行筛选得到582起路口车-车事故案例，运用聚类方法对事故数据进行分析，并根据事故样本数和事故伤亡程度对聚类结果进行典型参数提取，得到17类典型路口车车事故场景。在典型事故场景的基础上分析并加入2车最高碰撞车速、碰撞角度和碰撞类型3个关键参数，使最终得到的测试场景比已有的研究更能准确地反映实际的事故统计情况。
交通规划与管理
出行者环保意识对低碳交通政策支持度的影响
刘丽华, 王炜, 刘建荣, 华雪东
2021, 39(1): 97-102. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.01.011
摘要(596) HTML (354) PDF(15)
摘要:
为减少汽车尾气污染，政府部门应制定交通政策推动出行者采用低碳出行方式。有效的交通政策需要深入了解影响出行者低碳出行的心理因素。通过实证分析，研究出行者环保态度、环保行为、公交偏好等潜在变量对低碳交通政策支持度的影响。基于结构方程模型（SEM模型）的基本原理，建立模型假设，并通过Mplus进行数据分析。研究发现，环保态度会直接影响环保行为、公交偏好，环保行为直接会影响公交偏好，公交偏好会直接影响低碳交通政策支持度；但环保态度和环保行为对低碳交通政策支持度没有直接效应。在95%的置信水平下，性别、婚姻状况、私家车拥有情况、房产拥有情况、是否开车上班对结构方程模型均无显著影响；但在90%的置信水平下，性别、教育程度对结构方程模型的影响显著。
基于空间滞后模型的公共自行车出行特征及影响因素分析
于二泽, 周继彪
2021, 39(1): 103-110. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.01.0012
摘要(543) HTML (380) PDF(13)
摘要:
为充分挖掘公共自行车时空出行特征，探讨城市空间环境与骑行需求的潜在联系。以宁波市中心城区为案例，基于公共自行车IC卡数据获取出行时空变化规律，在验证租、还车需求具有空间自相关性的基础上，通过建立空间滞后模型，分析了人口密度、道路分布、公共交通、站点配置和建成环境因素对骑行需求的影响。研究表明：①工作日、非工作日内租、还车需求的全局Moran's I分别为0.294，0.281，0.272和0.271，表现出显著的空间正相关性；②各模型的拟合优度R2分别是0.431，0.424，0.412，0.401，具有良好的拟合效果与解释性；③道路分布、建成环境变量对公共自行车使用的影响效应存在时间差异，其中公交专用道里程与非工作日内的站点需求量呈负相关，工作日内POI混合度对租、还车需求具有正向引导作用。
COVID-19在公交网络传播模型及防疫策略有效性分析
牟振华, 李想, 闫康礼, 郭继杰
2021, 39(1): 111-117. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.01.0013
摘要(759) HTML (344) PDF(17)
摘要:
城市公交系统是空气传播型病毒进行人际传播的重要潜在空间，研究病毒在公交系统中的传播，能精确的指导公交防疫策略的制定。基于双层公交网络模型，耦合出行规则和SEIR模型建立了公交网络传播模型，以某虚拟的区域空间和公交线网为背景，根据双层网络模型的特点，分析了公交车上及公交站点病毒传播的过程，制定宏观和微观2种防疫策略并分析效果。研究发现，公交出行会导致病毒大范围传播，公交车上和公交站点是最重要的传播环节。对公交防疫策略效果的分析中，宏观控制策略的切断公交线路比例φ1 >0.5或者停运公交站点比例 φ2 >0.4时，最终免疫人群比例会下降至0.3以下。微观调节策略则需要同时调整发车间隔 td < 4且满载率α < 50%，则最终免疫人群比例小于0.4，防控效果最显著。
铁路集装箱运输动态服务网络设计及Benders分解算法
江雨星, 牛惠民, 高如虎
2021, 39(1): 118-127. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.01.014
摘要(623) HTML (328) PDF(19)
摘要:
充分考虑箱流的中转方案，研究铁路集装箱运输动态服务网络的设计方法。以总成本最小为优化目标，构建了铁路集装箱运输动态服务网络设计的线性规划模型。根据模型特点，采用Benders算法进行求解，将问题分解为服务网络设计的主问题及箱流分配的子问题，通过计算子问题的对偶模型不断产生主问题的割平面，由此进行迭代求解。为克服算法收敛速度慢的缺点，在主问题模型中添加有效不等式，使主问题更加紧致。以北京、郑州等集装箱办理站构建的运输网络为例，验证了模型和算法的有效性。算例结果表明，对于求解大规模的集装箱运输动态服务网络设计问题，改进后的算法运行46 s得到优化解，GAP为1.56%，未改进的Benders算法运行相同时间后，GAP为45.17%，改进策略的运用有效提高了计算效率; 所得服务网络的总成本比所有箱流均采用直达运输模式服务网络的总成本减少了20%;与现有集装箱班列开行方案相比，优化后的班列发车时段、开行频率在满足运输需求的同时，保证了各组箱流能在规定运到期限内送至目的站。
“车联网与车路协同”专栏
网联通信时延下的混合队列控制特性分析
许庆, 王嘉伟, 王建强, 李克强, 高博麟
2021, 39(1): 128-136. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.01.015
摘要(1329) HTML (585) PDF(79)
摘要:
针对CACC协同自适应巡航控制技术，探究其在车联网通信时延影响下，与驾驶员驾驶汽车共存而构成的混合队列系统的性能。从微观跟车行为角度，基于频域传递函数，推导通信时延下的CACC队列稳定最小跟车时距的理论表达式，并通过数值验证指出CACC队列稳定最小跟车时距随通信时延增大而增大的特性。从交通激波特性角度，针对无时延CACC、有时延CACC和时延过大而退化后的ACC自适应巡航3种情形，给定相同的跟车时距，进行不同渗透率下的大规模交通仿真实验，实验结果表明，在无时延和1 s时延这2种情形下，CACC在20%及以上的渗透率时均能显著降低交通扰动，削弱激波，性能差别不明显; 相比而言，退化后的ACC性能明显恶化。
面向新型混合交通流的快速路合流区通行能力建模
胡笳, 安连华, 李欣
2021, 39(1): 137-144. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.01.016
摘要(1292) HTML (470) PDF(67)
摘要:
面向人类驾驶和具备协同自适应巡航功能的网联自动驾驶组成的新型混合交通流，考虑道路交通特性、道路结构以及匝道汇入前主线交通状态等因素的交互作用机理，基于概率统计理论解析网联自动驾驶渗透率和编队长度间的耦合关系，进一步基于间隙接受理论分析匝道汇入交通对合流区通行能力的折减效应，建立快速路合流区通行能力模型，定量描述不同道路条件下合流区通行能力如何随网联自动驾驶渗透率和编队长度变化。模型中的道路交通特性、道路结构及匝道汇入前部分交通状态参数根据实际道路交通环境标定，提升了模型的通用性与可迁移性。搭建内嵌车辆动力学模块的Vissim仿真平台进行模型评估，结果表明，模型精度在80%以上，且在不同网联自动驾驶渗透率和编队长度条件下皆表现良好。
车联网环境下连续信号交叉口协同控制模型
王庞伟, 冯月, 邓辉, 汪云峰, 王力
2021, 39(1): 145-154. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.01.017
摘要(1245) HTML (575) PDF(93)
摘要:
智能交通信号控制技术是缓解交通拥堵的重要手段。为解决传统强化学习算法应用到连续多交叉口的局限性问题，提出了1种基于上下层神经网络的连续交叉口交通信号控制模型。控制模型由下层神经网络选择当前状态下可能的最优控制策略，再由上层神经网络根据各路口车均延误进行二次调整，将最终控制策略应用到多交叉口的相位配时中。以典型连续3个交叉口为例，通过SUMO仿真平台对模型进行仿真验证，在低与高饱和度下，该控制模型分别对车均延误降低了23.6%和26%，排队长度降低了8.4%和9.4%。实验数据表明，该模型可有效提高连续交叉口道路通行能力，为缓解城市交通拥堵提供了1种有效技术手段。
快速路车路协同场景交通流运行效率仿真评价
孙立山, 陈颖达, 孔德文, 张桐, 宋咏昌
2021, 39(1): 155-163. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.01.0018
摘要(1090) HTML (604) PDF(34)
摘要:
为研究车路协同系统在不同车间信息交互水平下对快速路交通流的影响，采集并提取北京市四方桥快速路段早高峰交通流轨迹，同时分析车路协同场景下快速路车辆运行特征，实现对常规驾驶场景和信息交互场景的车辆行驶模型标定。选取期望速度行驶车辆占比、横向车距收缩比、纵向车距收缩比、通行能力拓展比对车辆运行效率进行评价，提出车辆横向偏移距离缩小比用以评价车辆空间占用状况；搭建仿真模型并进行仿真试验，分析不同信息交互水平对交通的影响程度。结果显示，车辆运行效率随信息交互水平的提升而提升，其中通行能力的提升幅度最为显著，车路协同场景下信息交互水平从4级提高到1级，道路通行能力较常规驾驶场景分别拓展了19.42%，28.06%，46.48%，74.62%，仿真时段内其余指标值提升幅度较小。车间信息交互场景下车辆行驶的横向偏移幅度缩小，且在高水平信息交互下缩小比例达到17.33%，表明相同车道宽度下车辆行驶的横向安全性提升。
基于REINFORCE算法和神经网络的无人驾驶车辆变道控制
闫浩, 刘小珠, 石英
2021, 39(1): 164-172. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.01.0019
摘要(1054) HTML (665) PDF(42)
摘要:
针对无人驾驶车辆变道超车场景，研究基于REINFORCE算法和神经网络技术的无人驾驶车辆变道控制策略。通过车辆动力学模型确定模型的反馈量、控制量和输出限幅要求; 设计神经网络控制器的结构，根据REINFORCE算法设计控制器训练方案; 分析经验池数据数值和方差过大的问题，提出1种经验池数据预处理的方法以改进控制器训练方案; 结合无人驾驶车辆运行场景，分析和研究强化学习过程中产生的奖励分布稀疏问题，并针对该问题提出1种基于对数函数的奖励塑造解决方案; 与PID控制器和LQR控制器进行对比实验验证。实验结果表明，与PID相比，该控制策略有更小的最大误差，变道过程更安全; 与LQR相比，该控制策略性能表现接近，以此证明其用于无人驾驶车辆变道控制任务的可行性。此外，记录在不同平台下该控制策略的执行时间以证明其实时性和在轻量级平台运行的可行性。

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