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2021年  第39卷  第4期

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征稿
2021, 39(4). doi: 10.3963/j.issn.1674-4861.2021.04.020
摘要(155) PDF(1)
摘要:
综述
全球疫情下的航空安全前沿问题与研究趋势
何鹏, 孙瑞山
2021, 39(4): 1-8. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.04.001
摘要(432) HTML (295) PDF(31)
摘要:
安全是决定交通运输系统竞争力与可持续发展的关键因素。新冠疫情对全球航空运输业带来了巨大的冲击, 全球航空运输安全形势严峻, 疫情危机下运行安全与运行新模式, 受到业界与学术界的广泛重视。在分析航空运输安全形势的基础上, 围绕航空安全的研究前沿, 综述了飞行疲劳检测、安全数据分析、单一飞行员驾驶(SPO)安全性等3个研究热点, 根据现有安全研究中存在的问题, 指出跨指标疲劳快速测量技术、基于安全Ⅱ与多源多维数据融合的数据分析技术、SPO系统可靠性与验证性研究是航空安全领域的研究趋势。
交通安全
视线遮挡条件下面向弱势道路使用者的避撞策略研究
吴子祥, 黄合来, 陈吉光, 郑德红, 查武平
2021, 39(4): 9-15, 34. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.04.002
摘要(299) HTML (163) PDF(37)
摘要:
由于视线障碍物造成的“鬼探头”事故已经成为当前城市道路交通事故的主要类型之一。针对汽车碰撞视线遮挡条件下横穿的弱势道路使用者(VRU)的场景, 设计了1种基于碰撞时间比和安全制动距离的避撞策略, 建立车辆与VRU的交通状态数学模型, 分析“鬼探头”场景下的制动避撞临界距离。结合临界距离和车辆与VRU的碰撞时间比, 将可以避免碰撞的场景分为3种工况, 分别采用不同的制动减速度, 建立自动紧急制动避撞策略。通过Euro NCAP CPNC测试场景对该策略与传统TTC制动算法进行比较分析。结果表明, 在Euro NCAP CPNC测试场景中, 自车利用该避撞策略在理想情况下能够在更高的车速情况下完成避撞; 在不能避免碰撞的高速行驶工况中较传统TTC算法能够更加有效降低碰撞速度, 同时降低事故重伤风险和死亡风险, 提高车辆的安全性。
基于LightGBM的驾驶人风险感知能力判别方法
李青, 景云超, 朱彤, 朱秭硕, 李海梅
2021, 39(4): 16-25. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.04.003
摘要(470) HTML (149) PDF(43)
摘要:
碰撞风险与风险感知能力有关, 为准确评估驾驶人风险感知能力, 设计考虑危险源个数与类型的驾驶模拟试验, 采集危险场景下的驾驶人驾驶行为与眼动特征等数据。利用Mantel-Haenszel检验分析危险源因素、驾驶人个人特性在不同风险感知水平人群下的差异性, 借助Spearman相关性分析探索驾驶行为、眼动特征与风险感知能力之间的关系。结果表明: 危险源个数、类型与风险感知能力负相关。驾龄、车速、纵向加速度、刹车深度、制动反应时间及位置等与风险感知能力显著相关。风险感知能力迟钝的驾驶人车速偏高且加速度更大, 刹车深度更深, 从发现危险事件到采取行动需要更多的反应时间。构建综合风险感知能力评价指标集, 借助Random Forest算法对特征进行重要性排序, 在此基础上利用LightGBM算法建立驾驶人风险感知能力判别模型, 分析不同特征个数输入对模型性能的影响。结果表明: 与SVM和AdaBoost等算法相比, 基于LightGBM算法的模型F1值达到86.07%, 精度为86.14%, 可以有效地对不同风险感知等级的驾驶人进行分类。
基于防疫常态化的驾驶员疲劳状态检测方法
黄玲, 洪佩鑫, 吴泽荣, 刘建荣, 黄子虚, 崔躜
2021, 39(4): 26-34. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.04.004
摘要(329) HTML (239) PDF(28)
摘要:
疲劳驾驶检测是交通安全领域的研究分支, 而新冠疫情形势下口罩的佩戴又提出了新的挑战。为此通过基于ResNet-10的SSD模型检测驾驶员人脸, 并使用MobileNet-V2轻量级模型判断是否佩戴口罩, 测试集验证该分类器可以达到98.50%的判断精度。在未佩戴口罩的情况下采用传统图像HOG特征结合SVM分类器检测驾驶员人脸。在后续处理中利用级联回归器定位特征点和提取时间窗口内的疲劳指标, 采用二次判定对疲劳状态采取文字和声音预警, 而在清醒状态下会调整各项判断阈值。对算法在预采集的视频样本和NTHU-DDD测试集下进行测试, 验证了该框架能以18.42帧/s的总体速度实现92.65%和86.09%的检测精度。实验结果表明, 该框架应对佩戴眼镜、脸部姿态变化和光照条件差异具有强鲁棒性, 而且能够兼顾疲劳检测的口罩干扰和实时性。
雨天高速公路纵坡对驾驶员心率及行车速度影响
吴艳霞, 刘剑, 黄帅, 乔建刚
2021, 39(4): 35-42. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.04.005
摘要(314) HTML (155) PDF(24)
摘要:
为了探究降雨时高速公路纵向坡度对行车安全的影响, 以驾驶员的心率增长率(HRGR)和行车速度做为特征参数, 量化分析晴朗和降雨天气下行车速度与驾驶员心率和纵向坡度之间的关系。开展实地驾驶试验采集基础数据, 提取特征参数进行数据融合, 在控制其他因素不变的情况下, 对比晴天和雨天驾驶员HRGR和车辆行驶速度表现的异同, 并确定纵坡路段的研究特征点; 分析晴天和雨天行车速度表现与驾驶员HRGR变化规律, 建立晴天和雨天驾驶员HRGR和行车速度与道路纵向坡度之间的量化关系模型。结果表明: 道路条件相同时, 驾驶员HRGR与行车速度在晴天和雨天的变化规律是分别一致的, 但雨天驾驶员HRGR变化幅度更大, 减速次数更多; 随坡度增大(坡度区间为[1.0%, 4.0%]), 驾驶员HRGR在下坡路段满足指数增长模型, 在上坡路段满足对数增长模型; 行车速度在上坡路段是呈负指数下降趋势, 但在下坡路段, 行车速度在晴天呈指数型增长, 在雨天却呈现出二次多项式先增长再下降的变化规律。
基于T-S模糊故障树和贝叶斯网络的重特大交通事故成因分析
郑来, 顾鹏, 卢健
2021, 39(4): 43-51+59. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.04.006
摘要(1072) HTML (341) PDF(186)
摘要:
重特大交通事故是最严重的交通事故类型, 为了识别此类事故的主要致因, 融合T-S模糊故障树和贝叶斯网络对其进行深入分析。建立了以重特大交通事故为顶事件, 人、车、路、环境4个因素为中间事件, 24个子因素为基本事件的T-S模糊故障树, 将其转化为贝叶斯网络, 进而双向推理基本事件的重要度和后验概率, 确定主要致因。结果表明: 融合T-S模糊故障树与贝叶斯网络的方法通过正、反向推理提高了重特大交通事故成因分析结果的准确性和可靠性, 确定了操作不当、超速、防护设施不完善、弯坡组合、路面湿滑、未按规定行驶为重特大交通事故的6个主要致因, 并对这6个主要致因之间的组合关系进一步分析, 得到了操作不当和超速对于重特大交通事故更为关键。
突发事件下公路应急物资调度优化
都雪静, 王爱辉, 孙菲菲
2021, 39(4): 52-59. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.04.007
摘要(300) HTML (164) PDF(14)
摘要:
为了减少突发事件造成的人身伤亡和财产损失, 考虑事故发生后道路被破坏、应急物资需求量不确定和各事故点需求紧迫度不同的情况, 研究突发事件下公路应急物资调度优化。根据事故后道路破坏状态, 确定救援车辆修正后的行驶速度; 利用三角模糊理论, 将事故点的模糊应急物资需求量转化为确定值; 在传统TOPSIS法的基础上, 利用主客观方法相结合的方法来确定指标的权重, 并且采用B型关联度来客观描述评价对象与正、负理想解之间的距离, 利用改进的TOPSIS法通过以上方法得到各事故点的需求紧迫系数, 以保证配送的公平性。在此基础上, 针对三级调运网络, 建立多目标应急物资调度优化模型, 结合雅安地震实例, 利用带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)求解模型。研究结果表明: 重大突发事件下, 引入需求紧迫度的公路应急物资调度, 不仅能实现对需求紧迫度较高的事故点优先配送, 而且得到的应急物资调度方案使配送时间节省了21%, 车辆运输成本减少了25%, 物资需求满足度达到100%;同时考虑灾后道路破坏和模糊需求的情况, 使得应急物资调度优化更加符合现实情况。
交通信息工程与控制
基于轨迹数据的道路客运班车停留站点位置提取方法
李军, 解超, 王林, 高中灵
2021, 39(4): 60-67. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.04.008
摘要(260) HTML (135) PDF(16)
摘要:
识别并提取道路客运班车停留站点的位置, 可为道路客运的客运站站址优化、定制出行乘降站点设置、出行信息服务等提供依据和支持, 然而当前获取班车停留站点位置的方法存在成本高、周期长的问题。通过分析道路客运班车停留轨迹数据的典型特征, 以班车轨迹数据为数据源, 基于DBSCAN算法检测位于停留站点的点簇进而提取停留站点位置。同时, 针对DBSCAN算法具有高时间复杂度的问题, 通过建立格网索引对算法进行了改进。基于京津冀区域的136条道路客运班线的班车轨迹数据进行了实证分析, 结果表明: 改进DBSCAN算法提高了算法执行效率, 平均执行时间减少了59.72%, 且所生成的班车停留站点数量与传统算法基本一致; 在提取得到的282个班车停留站点中, 256个为真实的班车停留站点, 班车停留站点提取的正确率为90.78%。
融合XGBoost和图谱修正的公交通勤乘客目的地预测方法
梁泉, 翁剑成, 胡娟娟, 韩冰
2021, 39(4): 68-76. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.04.009
摘要(517) HTML (241) PDF(32)
摘要:
准确把握公共交通通勤乘客的目的地, 有助于明确乘客出行需求, 提升公共交通服务水平。基于北京市1个月的公共交通出行数据和RP调查数据, 通过关联分析乘客公交卡号与公共交通刷卡数据和线站数据, 匹配获得563名通勤乘客完整出行链数据, 并利用关联规则实现302名公交通勤乘客高、中、低出行稳定性辨识。引入XGBoost集成学习算法, 分别以不同公交出行稳定性乘客出行目的地显著影响因素为输入变量, 以下次出行目的地为输出变量, 通过模型参数调优, 分类构建了公共交通通勤个体乘客下次出行目的地预测模型, 高、中、低稳定性乘客出行目的地预测准确率分别为90%, 66.67%和50%。借助个体乘客出行图谱转移概率对模型预测结果进行修正, 将预测准确率分别提升至91.2%, 83.21%和69.5%, 可以有效提升中、低稳定性乘客出行目的地的预测准确性。采用公交都市系统记录的目的地数据对下次出行目的地预测聚合结果进行对比验证, 客流预测值与真值变化梯度的绝对百分误差小于10%。因此, 在划分通勤乘客出行稳定性的基础上, 融合XGBoost和图谱修正的公交通勤乘客目的地预测预测方法具有较高准确性。
基于粒子群和LSTM模型的变区间短时停车需求预测方法
刘东辉, 肖雪, 张珏
2021, 39(4): 77-83. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.04.010
摘要(226) HTML (110) PDF(23)
摘要:
停车信息是智能停车诱导系统得以成功实施的关键与基础, 被广泛认为能够有效解决当前停车难问题。鉴于停车信息在解决停车问题中的重要性, 研究了基于粒子群和LSTM模型的变区间短时停车需求预测方法。为充分发挥数据在提高模型预测精度的作用, 提出了以马尔可夫生灭过程为基础概率转移模型, 将停车到达率、离开率量化车随时间变化的停车需求, 通过标定实际的停车到达率和离开率, 确定预测模型的动态预测间隔与时段; 采用LSTM网络作为基础预测模型, 并利用粒子群优化算法优化网络参数。以吉林大学南岭校区停车场为研究对象, 按工作日与非工作日分别对停车数据进行预测并与其他预测模型进行对比分析。结果表明: 提出的停车需求预测模型在工作日的预测平均绝对误差为2.53辆, 均方误差为11.89辆; 非工作日的预测平均绝对误差为2.32辆, 均方误差为10.89辆。
基于列车运行时间偏差惩罚的高速列车节能优化方法
马阳阳, 孟学雷, 贾宝通, 任媛媛, 秦永胜
2021, 39(4): 84-91. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.04.011
摘要(256) HTML (84) PDF(8)
摘要:
合理的安排列车在区间的运行方式能够有效的降低列车运行能耗。采用基于区间限速的列车工况确定策略确定列车区间运行工况, 以列车运行能耗为优化目标, 以列车运行距离、时间和列车限速等为约束条件, 在目标函数中加入列车运行时间偏差惩罚项, 建立基于列车运行时间偏差惩罚的高速铁路列车运行节能优化数学模型, 采用基于高斯变异和混沌扰动的改进人工蜂群算法对优化模型进行求解。以CRH3-350型动车组数据为例对模型与算法进行验证, 求解结果显示: 考虑列车运行时间偏差惩罚比不考虑列车运行时间偏差惩罚能耗可节省2.5%, 改进人工蜂群算法与基本人工蜂群算法、粒子群算法相比, 在目标值方面分别提高了4.2%和4.1%。采用基于区间限速的列车运行工况确定策略结合能耗优化模型能够满足不同限速和不同区间运行时分要求下的列车运行情况。表明所建模型和设计的算法有良好的求解效率和优化质量。
网联自动驾驶车辆通过信号交叉口的速度轨迹优化
陈壮壮, 罗莉华
2021, 39(4): 92-98, 156. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.04.012
摘要(516) HTML (187) PDF(47)
摘要:
以网联自动驾驶汽车(Connected Autonomous Vehicle, CAV)为研究对象, 研究了CAV车队通过城市信号交叉口的速度轨迹优化控制策略。基于最优控制理论, 采用CAV的自动驾驶模型描述车间相互作用, 以所有CAV车辆在行驶过程中的总油耗为优化目标, 根据信号灯的配时信息建立模型约束, 通过优化CAV头车的速度轨迹, 保证整个CAV车队在绿灯相位下快速通过交叉口并实现油耗最小。为了对该优化控制进行高效求解, 采用离散Pontryagin极小值原理建立最优解的必要条件, 利用基于神经网络训练的弹性反向传播(Resilient backpropagation, RPROP)算法设计了数值求解算法。多个典型场景的仿真结果显示: 整个CAV车队均能在不停车的情形下通过信号交叉口, 避免因在红灯时间窗到达停车线造成的停车、启动等过程, 总油耗量最高可减少69.74%。该控制方法利用网联自动驾驶技术的优势, 显著改善了城市交通通行效率和燃油经济性。
基于行人认知规律的地铁引导标识信息优化
郝亚睿, 雷斌, 张源, 孙盈娅
2021, 39(4): 99-107. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.04.013
摘要(211) HTML (111) PDF(13)
摘要:
地铁引导标识担负着引导行人出行的重要功能, 目前许多引导标识设置混乱, 信息过载, 导致认知率较低。为了使行人更高效地从引导标识获取信息, 从行人认知规律出发, 分别针对行人的瞬时记忆、短时记忆遗忘规律设计了室内认知试验, 通过对引导标识信息进行组块划分, 对不同组块数量标识的瞬时记忆容量进行研究; 采用“Brown-Peterson”法对短时记忆中信息的遗忘规律进行探究。研究结果表明: 行人3 s瞬时记忆量在4±1个信息块; 行人在没有复述的情况下, 信息记忆可以保持15~20 s。在西安市地铁2/3号线的换乘站小寨站进行行人跟踪试验, 观察行人行为特征, 分析引导标识设置存在的问题。观察结果与室内认知试验研究一致, 验证了室内认知试验的科学性。
交通规划与管理
离散视角下单线铁路列车运行调整优化
张正坤, 朱昌锋, 马文虎
2021, 39(4): 108-116. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.04.014
摘要(196) HTML (138) PDF(6)
摘要:
针对单线铁路多等级列车共线运行调整问题, 从系统仿真角度, 构建了考虑技术作业类型及车站到发线数量等关键约束的离散系统仿真模型。为提高系统在模拟多级列车运行调整过程中的时效性, 在既有列车行进策略的基础上, 设计了能够避免调整策略在列车区间运行及在站最小作业时间内重复执行的事件转移函数。考虑到多级列车对冲突疏解造成的困难, 利用分层决策在预测越行站和会让站等方面的优势, 设计离散仿真系统的同级列车有限随机调整策略和多级列车分层随机调整策略, 以提高仿真系统在列车运行调整过程中的全局搜索能力。最后, 通过实例分析验证了离散系统仿真模型及调整策略的有效性和合理性。结果表明: (1)本文设计的调整策略可以将解的质量提高约5.77%;(2)调整策略中的事件转移函数能将系统仿真时效性提高约34.47%;(3)分层策略虽能确保高等级列车的时效性, 但需以牺牲低等级列车的时效性为代价, 损失系统时效性约45.3%。
预约出行条件下私家车通勤客流分配方法
白紫秀, 焦朋朋, 陈越, 林坤, 云旭
2021, 39(4): 117-124. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.04.015
摘要(184) HTML (77) PDF(15)
摘要:
预约能调整城市交通的供需关系, 最大化利用交通资源。针对私家车通勤引发的交通拥堵, 研究了预约出行条件下私家车通勤客流分配方法。将车辆分为受控的预约车辆和不受控的非预约车辆, 道路状态分为可预约状态和不可预约状态, 给出了道路状态判别及车辆行程时间计算方法, 构建了城市通勤私家车的预约出行模型。以Nguyen-Dupuis网络作为算例, 从行程时间和预约数量2个方面评价车辆实施预约出行的效果。结果表明: 预约比例由0%提升至100%时, 路径的行程时间降低20%~30%, 平均行程时间从610 s降低至466 s; 当预约比例为30%时能获得全部预约比例的80%收益; 全部车辆均期望参与预约时, 由于预约需求的不均衡仍有2%的车辆预约失败。得出结论, 当预约出行的比例达到30%~40%时, 即可达到缓解拥堵的预期效果。
基于海铁联运的集装箱班列服务路径优化
张丰婷, 杨菊花, 于江, 秦永胜, 沈发才
2021, 39(4): 125-133. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.04.016
摘要(457) HTML (172) PDF(27)
摘要:
虑考虑海铁联运过程中影响集装箱班列开行的不确定因素, 结合班列服务客户各自固定需求时间窗的实际需求, 引入不确定规划区间来表示集装箱在客户节点的装卸箱服务时间, 同时将具有时效性要求的需求时间窗设置为软约束, 运用惩罚函数将其作为惩罚项整合到运输成本目标函数中, 选择合理的惩罚系数, 构建以运输成本低、运输时间少为目标的班列服务路径非线性多目标优化模型, 针对不确定变量, 采用机会约束规划转换模型得到考虑模糊时间的多目标路径优化模型, 通过加权求和将多目标合并转化为单目标问题, 并设计人工蜂群算法求解所构建的班列服务路径优化模型, 并以盐田港海铁联运为实例进行了模型检验和对比分析。结果表明: (1)在硬时间窗约束下运输时间减少了88%, 但成本增加了97%, 充分表明了软时间窗设置的优势; (2)考虑不同的运输目标时, 只考虑运输费用时, 运输时间增加了5.3%;只考虑运输时间时, 运输费用增加了67.8%。所建模型和算法能够很好的满足不同客户不同运输时效性的需求, 在运输费用方面具有明显的优越性。
基于坐席类型动态分配的旅客列车开行方案
代万清, 杨信丰
2021, 39(4): 134-142. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.04.017
摘要(174) HTML (133) PDF(5)
摘要:
为提高铁路部门服务质量和铁路旅客出行体验, 并制定可满足旅客需求多元化的旅客列车开行方案, 考虑坐席动态分配对旅客列车开行方案进行研究。从旅客和铁路运营部门2个角度出发, 分别以旅客动态乘车广义时间最短和铁路收益最大为目标, 以客流守恒、区间通过能力和满足客流需求等为约束建立多目标规划模型。通过Logit模型确定硬座、硬卧、软卧这3类坐席的分担率, 确定列车定员数, 并在求解过程中依据生成的开行方案不断更新3类坐席的分担率以实现3类坐席的动态分配, 直至结果趋于稳定。结合算例采用带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)求解, 并进行算例分析, 计算结果表明: 建立考虑坐席类型动态分配的旅客列车开行方案, 在实现旅客对坐席选择的同时, 铁路旅客服务率提高了3.5%, 铁路部门收益增大了1.5%。
考虑时间窗的定制公交线路时空分层优化模型
温冬, 张萌萌
2021, 39(4): 143-150. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.04.018
摘要(264) HTML (132) PDF(17)
摘要:
研究定制公交线网布局及调度优化对增强公交系统吸引力, 提高乘客出行效率具有重要意义。针对定制公交乘客需求点在时间和空间上分布离散的特点, 构建了考虑时间窗的定制公交时空分层优化模型, 并设计遗传算法对模型进行求解。通过渔网与核密度分析对需求点在时间和空间上进行了热点识别, 并实现热点区域聚类分析以及合乘站点分类。基于合乘站点集合, 综合考虑公交容量、线路长度、乘客出行距离构建了线路空间优化模型, 以乘客的时间花费最小作为优化目标构建了线路时间优化模型。以济南市城区定制公交为例对模型的性能进行评估, 案例结果表明: 模型优化后的线路方案, 乘客平均服务覆盖率可达96%, 服务区域内每个时段的单个乘客的平均节省时间为15 min, 公交的平均满载率为90%。
基于乘客密度的12m城市客车座椅数目确定方法
闫晟煜, 赵转转, 张凯超, 张子健
2021, 39(4): 151-156. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.04.019
摘要(276) HTML (106) PDF(9)
摘要:
为选用合理的座椅布置来适应运营时段内客流的变化, 提高城市客车服务能力, 调查了坐姿乘客在车厢地板上的平均投影面积, 明确了划分不同运营时段的判别准则, 提出了1种综合考虑坐姿和站立乘客的乘客密度指数, 分析了车上人数和高峰流量系数对座椅数目最优解的影响; 提出了公交线路上采用单一座椅布置情形下的12m城市客车最优座椅数目确定方法, 分析了座椅布置与运营时段之间的匹配方法, 运用西安市7条公交线路的客流数据验证了模型的可行性, 分析了3种常见座椅布置对运营时段和线路属性的适应性。结果表明: 坐姿乘客在车厢地板上的平均投影面积为0.35 m2/人; 高峰客流系数是影响12 m城市客车座椅数目的关键因素; 公交线路单一座椅布置的座椅数目推荐值为21~43座; 控制实际座椅数目与最优解的偏差在2个座位以内且满足通用布置原则要求时, 可使座椅布置适配公交线路的效果达到最佳。

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