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2020年 第3期

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交通安全
基于三维动态领域的水上飞机与船舶碰撞危险度研究
翁建军, 秦亚非, 袁丹, 周阳
2020, 38(3): 1-7,31. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2020.03.0011
摘要(314) PDF(4)
摘要:
为保障水上飞机起飞安全,研究起飞过程中的水上飞机与船舶的碰撞危险度.基于水上飞机与船舶的运动特点和安全需求,在已有船舶领域研究的基础上,将水上飞机滑行阶段和爬升结合起来,构建水上飞机三维动态领域;引入动界概念,根据目标船与水上飞机领域、动界的位置关系,建立滑行阶段水上飞机与船舶的碰撞危险度模型;综合考虑水上飞机与船舶在水平方向和垂直方向的碰撞危险,建立爬升阶段水上飞机与船舶的碰撞危险度模型.以湛江某水上机场为例进行验证,结果表明,该模型可有效确定水上飞机起飞过程中与船舶的碰撞危险.采用三维动态领域计算水上飞机与船舶的碰撞危险度,既涵盖了滑行过程,又涵盖了爬升过程,具有较好的完整性,可为水上飞机起飞避碰决策提供参考.
基于眩光时变特性的东西朝向公路隧道接近段安全性分析
张晓坚, 梁波, 何伟, 刘宁伟
2020, 38(3): 8-16. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2020.03.002
摘要(339) PDF(3)
摘要:
东西朝向公路隧道接近段由于朝向因素,隧道受到东升西落阳光的照射而使得隧道入口内外亮度差异增大,进而产生接近段眩光.为了分析东西朝向接近段眩光对行车安全所产生的影响和改善隧道接近段的行车视觉环境质量,基于洞外亮度L20(S)的20°视场内由于隧道内外景观引起的间接眩光和亮度差异进行分析,并得到接近段眩光时变特性及其对行车安全性的影响.研究结果表明:①东西朝向接近段眩光时变特性为先增后减,分别于上、下午达到极大值;其与隧道内外亮度差异比变化趋势一致;②当隧道内外亮度差超90%时,接近段易出现由于间接眩光所产生的不舒适乃至难以容忍的眩光,进而影响行车安全性.③可通过避免出现间接眩光、降低隧道内外亮度差和改变20°视场内景观构成来提高接近段行车安全性.
基于风险价值的危险品运输路径优化方法
魏福禄, 刘攀, 李志斌, 孙锋, 郭永青, 赵利英
2020, 38(3): 17-23. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2020.03.003
摘要(471) PDF(6)
摘要:
考虑危险品事故发生概率和事故后果等主要因素,研究了危险品运输路径优化设计问题.通过分析不同危险值计算模型的性能特点,选用TR模型计算危险品运输的危险值,通过设定必要限制条件对KSP最短路径搜索算法进行改进,建立危险品运输最短路径集;考虑危险品运输事故发生概率受到多因素影响,具有一定的随机性和不确定性,引入金融领域用于风险管控制的风险价值理论,构建危险品运输路径风险价值模型,求解危险品运输网络在某置信水平下的最小风险值,从而提出了基于风险价值的危险品运输路径优化设计方法,并以长春市加油站为实例进行了模型检验和对比分析.结果表明:①随着置信水平的提高,对应的VaR值也在提高,最佳路径也会有所不同;②当置信水平在[0.9950,1.0000]时,最佳路径为路径6,此时不仅保证了路径最短,也保证了在可接受水平内的危险最小;③与传统最短路径模型相比,所建立危险价值模型能够不同置信水平下的危险路径选择方案,能有效降低运输危险.
基于蒙特卡洛方法的飞机襟翼不对称风险预测
马超, 张雄飞, 徐建新
2020, 38(3): 24-31. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2020.03.004
摘要(367) PDF(4)
摘要:
为了研究民航飞机在飞行时后缘襟翼不对称引起的飞行安全问题,基于蒙特卡洛模拟方法,利用飞行QAR数据建立了后缘襟翼不对称风险预测模型.使用某航空公司机型为B737-800的2架飞机航班数据作为模型样本数据,运用Matlab编程进行8000次模拟抽样试验,得到了飞机在稳定飞行状态下,后缘襟翼不对称风险预测曲线,根据曲线分布特征将风险值定量划分为4个等级.研究结果表明,飞机稳态飞行时,不同飞机同一风险值下对应的后缘襟翼左右角度差值并不相同.通过制定风险值等级,确定差异化的监控阈值,可以更准确有效地监控后缘襟翼不对称故障,为航空公司关于襟翼不对称超限事件维修工程管理提供一定的技术参考.
交通信息工程与控制
基于多目标优化的公交运行速度优化控制方法
王旭, 蒋佩玉, 张汝华
2020, 38(3): 32-39,66. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2020.03.00501
摘要(389) PDF(4)
摘要:
为了在保证城市公交运行准时性的基础上提高燃油经济性,研究了基于多目标优化的公交运行区间速度控制方法.基于公交车辆运行与信号灯交叉口和公交站点之间的动态时空关系,建立了公交到站准时性区域判断模型;采用基于车辆比功率的油耗模型,建立了公交燃油经济性优化模型;利用分层序列法,设计了基于多目标优化的区间速度优化控制方法.在基于Matlab软件搭建的公交运行仿真平台开展了仿真实验,结果表明,所提出的方法在多种参数组合下不同控制场景中均可给出可靠速度建议;在所有场景中均降低了时间偏差,最大降低值为26 s,提升了公交线路服务可靠性;所提出方法平均降低燃油消耗7.32 mL,在一定程度上节约了公交运营成本,进一步证明了所提出方法的有效性和适用性.
高速公路施工区自动车辆行驶轨迹优化方法
李晓虎, 麦乐, 任杰, 刘浩学, 朱彤
2020, 38(3): 40-47. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2020.03.006
摘要(325) PDF(5)
摘要:
为改善高速公路施工区路段车辆运行状态,建立了一种集合优化换道比例和可变跟车时距的换道控制策略.通过引入交通运行效率和冲突风险目标函数并进行在线求解,从而对施工区车辆行驶轨迹进行优化,提高了车辆的平顺性.在网联自动车环境下,以施工区上游路段车辆平均速度为目标函数,借助遗传算法遍历交通流状态集合,求解换道比例,以此调整施工区上游车辆分布.以施工区汇入路段车辆交通效率和冲突风险为可变跟车时距模型的目标函数,调用CPLEX/Matlab求解器得到汇入路段可变跟车时距.为了在线计算和可视化建立了Matlab/Vissim_COM的仿真平台,通过Matlab编程技术以单步仿真的方式提取Vissim车辆信息,将CPLEX求解器和Vissim的封装环境以函数调用的方式与遗传算法结合,对车辆信息进行优化计算和参数反馈.在总仿真次数达到400次时,模型控制得到最优.结果表明,与未实施控制相比,在最优控制中,当仿真时长达到800 s时,每条车道交通量输入达到700 veh/h,优化效果较为明显,即全局车辆在汇入路段"曝光"次数减少,车辆行驶轨迹变的"平滑",全局运行速度提高了48%,速度标准差的变化幅度降低,全局车辆的速度离散性得到改善,以后侵入时间表征冲突风险,冲突次数降低了39%,高速公路施工区车辆运行状态得到了改善.
交通规划与管理
时变网络下轨道交通出行路径动态选择模型——以武汉市为例
王冠, 钟鸣, 李建忠, 孙贻璐
2020, 38(3): 48-56. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2020.03.00701
摘要(442) PDF(5)
摘要:
轨道乘客出行路径选择模型在轨道站台设计、线网规划、运营管理等领域应用广泛.为解决传统换乘路径分配方法在考虑乘客出行自主性方面及在应对供需动态演化方面存在不足的问题,提出一种基于时变网络载体的轨道交通出行路径动态选择模型,可用于真实模拟不同时段的客运强度与设施服务对路径选择的影响.并结合全网乘客进出站信息、轨道运行时刻表、人工调查、静态线网结构等数据,分析个体出行与网络整体满载情况的相关性.在此基础上,将基于站点的轨道网络简化为基于换乘区间的拓扑结构,并结合客流指标获取算法,进行武汉市轨道乘客出行特征仿真测试.实验结果表明,该模型强调网络环境的时效差异,能够更加精细、完备地模拟出行偏好,模型具有普适性,并具有与轨道交通规划、土地利用规划等专项规划相结合的潜力.
“极地航行”专栏
我国北极航运研究的现状与热点分析
付姗姗, 胡子正, 张笛, 席永涛
2020, 38(3): 57-66. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2020.03.008
摘要(531) PDF(11)
摘要:
全球气候变化和北极海冰融化使得北极航道的开发与利用受到了越来越多的关注,中国学者积极参与了北极航运的一些研究.为了整体把握中国北极航运研究现状与热点,从中国知网(CNKI)核心期刊数据库选取了2000—2019年与北极航运相关的230篇文献为数据源,借助SPSS统计软件和VOSviewer文献计量软件平台,从载文量、期刊分布、研究机构、学者、关键词等方面对文献进行分析,并在此基础上从极地船舶设计、北极航线开发与利用、北极船舶航行、北极政策与地缘政治研究4个研究方向分析北极航运研究趋势与热点问题.研究表明,中国北极航运研究热点聚焦在极地船舶冰载荷计算、船舶运输经济性分析、通航环境分析、北极航线开通的影响分析、冰区航行风险识别与评价、北极水域船舶航行自由有关法律与政策分析和北极航运国际治理对策研究等方面.
北极水域船舶航行风险管理研究现状分析
席永涛, 付姗姗, 陈伟炯, 秦庭荣, 王建忠
2020, 38(3): 67-76. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2020.03.009
摘要(467) PDF(3)
摘要:
全球气候变暖使得北极水域作为航运通道成为可能,作为连接中欧的最短海上运输通道,北极航道正融入我国"冰上丝绸之路"战略.然而北极水域通航环境复杂多变、脆弱敏感,给船舶安全带来了很多非传统安全风险.为明晰目前北极水域船舶航行风险管理现状,通过对北极船舶航行风险管理文献进行梳理,从风险管理的公约/规则和技术2个方面分析和探讨当前的研究现状和未来的研究方向.研究表明,北极水域船舶航行风险管理研究技术受限于数据的缺乏和不确定性.随着未来北极基础建设和装备的研发,基于模型的、静态的、层次的风险识别、分析和评估研究将朝着数据化、动态化、系统化的风险预测、预报和预警的方向发展.
北极东北航道航行实践与安全性研究
蔡梅江, 曹伟
2020, 38(3): 77-83. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2020.03.010
摘要(325) PDF(8)
摘要:
自北极东北航道夏季呈现可通航窗口期以来,中国远洋海运集团积极开展北极航行探索和实践.基于历年航次信息,对目前极地航行存在的问题进行分析,提出具体的解决问题措施并在航行实践中得以验证.梳理国内外的研究成果,对现阶段的北极航行风险进行分析.目前极地航行存在五大风险:通航环境恶劣、冰区编队航行经验不足、船冰碰撞及冰困、船员疲劳驾驶、冰情预报的不确定性等风险.从实际航行实践的角度出发,分析船舶航行操作风险以及应对措施.目前东北航道的基础设施尚不完善,环北极国家合作不够密切,未来应结合国家"冰上丝绸之路"战略目标,推动北极科考事业发展,加大基础设施建设,构建近北极国家战略合作平台.
北极航道的船舶组合导航方法
吴建华, 江心博, 王辰, 付鹏, 杜威, 聂根政
2020, 38(3): 84-91. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2020.03.011
摘要(282) PDF(3)
摘要:
为解决新开辟的具有重要经济价值及战略意义的北极航道船舶航行安全保障问题,建立适用于北极航道的船位推算导航模型.在获取精确的初始船位前提下,利用航向、航速连续推算船舶船位,同时利用卡尔曼滤波修正累积推算误差,以获取高精度、高可靠性的推算船位.针对高纬度下的陀螺罗经航向误差较大的问题,采用卫星罗经或光纤罗经替代陀螺罗经;而对卫星定位信号异常而无法获取船位的问题,提出了自动雷达定位技术.在GPS正常时,选择GPS卫星罗经+GPS滤波的组合导航方案;在GPS异常时,选择光纤罗经+自动雷达定位滤波的组合导航方案,可为船舶在北极航道航行提供连续、准确、可靠的导航定位保障.研究结果表明,前者得到的推算船位与GPS实测船位的误差很小,均差在4.5 m左右;后者可为船舶提供2 h推算误差在50 m以内较高精度的船位.
海冰影响下船舶北极水域航行风险评估方法
李壮, 付姗姗, 高郭平, 席永涛, 胡甚平
2020, 38(3): 92-98. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2020.03.012
摘要(352) PDF(4)
摘要:
北极东北航线的开通大大缩短了亚洲至欧洲的航行距离,而海冰是船舶北极航行的主要威胁.针对海冰影响下船舶北极水域航行风险研究,提出基于客观监测数据的贝叶斯动态风险评估方法.通过分析船舶北极水域航行所面临主要风险因素,基于控制理论构建北极东北航道船舶航行风险评价模型.在此基础上,结合贝叶斯网络评价分析方法,根据北极水域海冰动态监测数据,实现船舶北极航行动态风险评价研究.以"永盛轮"北极航行为研究对象,对所研究航线上的航行风险变化进行仿真.评估结果表明,所提方法可实现对船舶北极水域航行风险的动态评估,并突出海冰冰情对船舶极地航行风险的影响,其中,完全无冰和完全有冰状态下的航行风险差值达0.14,模型灵敏性高.
破冰船护航条件下的船舶安全域划分方法
张伟斌, 邓雨亭, 邹紫瑶, 冯姚瑶
2020, 38(3): 99-104. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2020.03.013
摘要(286) PDF(3)
摘要:
在高纬度地区的冬季,由于海冰的原因船舶航行变得较为困难,往往无法自主航行,需要破冰船进行护航和引导.在破冰船护航的狭窄冰道中,破冰船及跟随船之间存在一定的碰撞风险.因而,探究破冰船与跟随船之间安全距离与相对速度之间的相互制约关系,对破冰船护航下的船舶安全域进行划分是研究的重点.有别于传统开放水域安全模型,该研究对冰区船舶航行的最小静态安全距离进行了定义,并结合实际案例进行了安全域的分析.并将高斯混合分布的EM聚类算法应用于适合冰区护航中不同航行状态下的船舶安全域的划分.研究结果表明通过对船舶速度和安全距离数据的研究能够较好的区分出船舶的安全域,对破冰船护航下的安全航行操作提供了参考.
北极东北航道经济性及未来发展趋势分析
蔡梅江, 曹伟, 胡冰
2020, 38(3): 105-111,147. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2020.03.014
摘要(268) PDF(2)
摘要:
北极航线的开通,使中欧之间的航程缩短,节省船舶航行时间,大大降低航运成本.针对北极东北航线,结合中远北极历史航次数据,从航行里程、燃油消耗、护航费用等角度,分析海冰对航线经济性的影响,并从航行里程、节省船期的角度论证北极航线的经济性优势.在经济效益研究的基础上,分析未来北极的船型趋势,干散货船、集装箱船、LNG船等将会成为北极航线商业航行上方面主流船型.鉴于海冰因素对航次的经济性影响较大,高冰级船舶将成为未来冰区船舶的设计特点.在中俄共建"冰上丝绸之路"的大背景下,极地船舶设计、极地航行保障服务、北极转运港口建设是未来北极航道的开发建设方向.
“重庆交通大学徐进教授团队”专栏
一个新发现:"中等驾驶人"在微观交通世界中的存在性实证
徐进, 潘存书, 符经厚, 王郸祁, 刘俊
2020, 38(3): 112-120,156. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2020.03.015
摘要(207) PDF(3)
摘要:
深入理解驾驶行为的本质特征是道路设计、交通工程、智能车辆等领域的研究基础,驾驶行为也是相关工程和产品设计的基本控制条件——道路线形和交通设施为是以中等驾驶人(中位)或者85th百分位驾驶人的行为作为设计控制依据,但统计意义上的"中等驾驶人"或者85th百分位驾驶人在真实世界中是否真实存在,目前尚未得到实证.在重庆市选择了行驶环境复杂的3条路段作为实验地点,开展了超过70位驾驶人的实车驾驶试验,用车载仪器采集了自然驾驶状态下的车辆运行数据,并用量表获取了被试者的气质类型,然后以行驶速度为中间介质、以相似性为准则,分析了中位以及85th百分位驾驶行为的存在性.研究结果证明了真实世界中确实存在"中等驾驶人",他/她的速度行为特征在包含多个复杂场景的整个路段范围内与中位值速度高度一致;"中等驾驶人"的用户画像为:40岁左右,驾龄10年左右,气质类型多为抑郁质,男性和女性都有.此外,研究结果还证实了"85th百分位驾驶行为"在真实交通世界中的存在性.
高速公路苜蓿叶型立交环形匝道侧滑事故仿真研究
李诗佳, 窦同乐, 徐进
2020, 38(3): 121-128. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2020.03.016
摘要(293) PDF(3)
摘要:
环形匝道是一类事故高发的互通立交匝道,为得到环形匝道的事故发生机制,以宜泸高速公路白鹤林枢纽互通对象,在Carsim软件环境下建立该互通的三维数字模型,模拟车辆在主线-匝道-主线的完整运行过程,在仿真中改变汽车行驶工况和道路运行条件,得到了环形匝道行驶的临界条件并提出了安全改善对策,主要结论如下:超速行驶对车辆匝道行驶稳定性及车辆侧向偏移量有显著影响,超速程度越严重,车辆在匝道上的侧滑风险越高.路面条件对行驶稳定性影响较大,车辆行驶超速20%,在较差的道路条件下(路面有积水、浮雪、霜等),也可以安全行驶,车辆侧滑的风险较低;行驶超速50%,车辆在稍差的道路条件下(路面湿润),可以完成行驶,但存在较高的侧滑风险;超速70%,即使在干燥路面(路面附着系数0.65)行驶也一定会发生侧滑;即超速程度越高,道路附着系数对车辆侧滑影响越大.车辆超速进入匝道时,驾驶员减速操作的起点位置对侧滑存在较大影响,减速起点距离匝道圆曲线越近,侧滑风险水平越高.
A型喇叭口立交左转半直连匝道的事故形成机制研究
蒋刚, 杜乐兵, 蒋燕, 李诗佳, 徐进
2020, 38(3): 129-137. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2020.03.017
摘要(212) PDF(5)
摘要:
喇叭口型互通立交是高速公路最常用的立交样式,事故调查数据表明一些A型喇叭口左转半直连匝道的事故率显著高于平均水平,汽车频繁撞击位于曲线内侧的中间分隔带护栏.为揭示此类事故的形成机制,建立了A型喇叭口互通立交的三维数字模型,运用"人-车-路"闭环仿真的方法模拟了车辆在立交匝道上的行驶过程,从仿真结果中提取汽车运动学响应和汽车操纵量,确定了安全通过事故匝道的转向需求;然后结合实车驾驶过程中的前方道路环境的视觉影像以及基于道路轮廓的曲率估计,得到了事故的发生机制:从卵形线的小圆驶向大圆时,卵形线的中插回旋线以及前方的大圆在视觉上会误导驾驶人高估道路曲率,导致驾驶人采取了维持转向盘不动或者转向回调量不足的错误操作,使行驶轨迹朝曲线内侧偏离了行车道,进而与中间分隔带护栏发生碰撞.最后,根据事故的发生机制提出了靶向性的安全改善对策,研究成果为降低喇叭口互通立交事故率、改善运营安全水平提供了理论依据和技术支持.
城市道路多车道交织区的微观驾驶行为特性
张雪榆, 潘存书, 徐进
2020, 38(3): 138-147. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2020.03.018
摘要(258) PDF(2)
摘要:
为明确城市道路立交交织区的微观驾驶行为特征,在重庆市主城区南山立交开展小客车实车试验,通过车载高精度GPS和Mobileye采集了32名驾驶员在自然驾驶状态下的交织区实测数据,获得了交织区以及邻近路段范围内的行驶轨迹特征、速度特征、车辆汇入行为、换道时间等微观驾驶行为的变化规律和分布特性,并分析了驾驶人性别、气质类型对微观驾驶行为的影响.结果表明,驾驶人在交织区范围内会经历减速和加速2个阶段,内敛型驾驶人进入交织区时的减速长度显著大于外向型驾驶人,交织区内的加/减速度幅值在±0.5m/s2范围内,交织区进口速度高于出口速度.在交织区范围内,男性驾驶人比女性驾驶人更早执行换道操作;另一方面,男性驾驶人穿越三角区再汇入车流的危险行为占比较大,容易导致交通事故的发生.男性驾驶人和外向型驾驶人通常更偏向以较高的速度通过交织区,并且换道持续换道时间较短;女性和内敛型则相反,速度普遍偏低,且需要更长的换道时间.
基于自然驾驶数据的跨江大桥小客车驾驶行为特征研究
孙子秋, 潘存书, 徐进
2020, 38(3): 148-156. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2020.03.01901
摘要(224) PDF(3)
摘要:
跨江大桥历来都是城市交通的命脉和交通结点,为明确跨江大桥的运行速度特征以及驾驶行为模式,在重庆市菜园坝大桥展开了30位被试的小客车实车驾驶试验,使用航姿测量系统和Mobileye630采集自然驾驶状态下汽车的连续行驶速度、加速度和道路环境信息.基于自然驾驶数据,明确了菜园坝大桥的速度变化模式,分析了车辆合、分流对大桥主线行驶车辆运行特性的影响.研究结果表明,菜园坝长江大桥2个行驶方向都呈"加速-减速-加速-减速"的变化趋势;在自由流状态下,桥头和桥尾15th百分位与85th百分位速度的差值从10 km/h增加到20 km/h,不同驾驶人在大桥上的速度幅值具有较强的离散性,表明车辆之间存在严重的纵向冲突,揭示了跨江大桥车辆追尾事故的本质原因.菜园坝大桥菜苏方向合流区平均减速距离131 m,平均减速度为-0.301 m/s2,分流区平均减速距离213 m,平均减速度-0.406 m/s2,苏菜方向分流区平均减速距离267 m,平均减速为-0.387 m/s2,车辆在合流点附近的减速距离和减速度要低于分流点,合流与分流车辆的换道行为会显著影响大桥主线直行车辆的运行状态,导致驾驶人采取减速行为.匝道出入口与桥头距离越近,车辆速度受到的影响程度就会高,有必要加强分/合流点附近的交通管控和行车引导,提高车辆行驶安全性.

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