交通运输系统工程与信息

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基于连续体近似法的特大城市公交系统规划研究

刘雪杰, 荣朝和, 欧阳彦峰, 卡洛斯·F·达冈佐, 朱家正, 马腾腾

2021, 21(6): 1-8. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2021.06.001

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公交普线规划因服务对象时间、空间的分散性，是大城市公交系统中最难规划的部分。本文分析了大规模多中心城市地区公交网络分层级功能及规划次序，重点针对普线网提出基于运营商和用户广义成本最低的连续体近似法模型搭建方法。通过确定区域网络的普线总服务距离，总停靠站数，以及发车间隔等决策变量的最佳值，使公交运营企业和乘客在单位时间内的广义预期成本最小化。利用本文提出的方法，对北京市进行区域划分，重新优化普线网，并基于北京市路网和兴趣点分布，校核规划的理想网络，得到能够实施的设计网络。相比现状网络，优化后的方案在成本控制和乘客出行体验方面都得到明显提升，分别减少企业运营成本5%，减少乘客出行时间21%，达到了降本增效的目标。

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数据驱动的共享单车停放区规划方法研究

郭彦茹, 罗志雄, 王家川, 何方

2021, 21(6): 9-16. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2021.06.002

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从宏观和微观两个角度研究共享单车停放区规划方法，宏观层面解决停放区选址定容问题，微观层面进一步优化每个停放区内部的停车位布局问题。宏观层面利用DBSCAN对共享单车停/取点进行聚类分析得到停/取需求点；然后考虑共享单车使用者路径选择、停/取点选择和停放区服务能力约束，建立混合整数线性规划模型优化停放区选址及容量。微观层面充分考虑行人、自行车与汽车之间的影响，其中行人和自行车采用改进社会力模型进行仿真，并考虑共享单车使用者最优停放区选择；汽车采用智能驾驶模型进行仿真。停车位布局通过仿真通行效率及混合交通流风险进行评价，并基于代理模型进行优化。该方法应用于北京市崇文门地铁站周边共享单车停放区规划，验证了方法的有效性，该方法可提高混合交通流通行效率，降低交通风险。

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基于不确定需求的电动汽车共享系统规划方法

李嫚嫚, 杨京帅, 赵建有, 赵博选, 丁楠

2021, 21(6): 17-24. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2021.06.003

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电动汽车共享有助于解决交通拥堵和环境污染问题。为提高电动汽车共享系统效率，保障系统的可持续性，本文考虑共享需求的不确定性，提出单向电动汽车共享系统最优配置方法。首先，以多情景处理共享需求的不确定性，以车站和状态集计车辆和调度员，考虑需求价格弹性，构建共享电动汽车系统配置模型。然后，针对3类共享出行需求价格弹性函数，根据需求为整数的特点，设计基于割线的外逼策略，提出用于模型求解的外点法。最后，算例证实了考虑共享需求不确定性的必要性，分析了共享需求方差、弹性以及需求量对共享电动汽车系统利润的影响。研究结果表明，共享电动汽车系统利润随需求量和需求方差的增加而增加，随需求弹性绝对值的增加而减少。

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城市轨道交通客流与精细尺度建成环境的空间特征分析

高德辉, 许奇, 陈培文, 胡佳俊, 朱宇婷

2021, 21(6): 25-32. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2021.06.004

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既有研究对城市轨道交通客流与土地利用依赖关系的分析较为充分，然而针对建成环境特征对客流影响的研究仍不够细致。本文采用开发强度、混合用地、慢行交通环境、公共交通可达性和可获得性等变量刻画城市轨道交通TOD(Transit-Oriented Development, TOD)建成环境的 5D特征，基于多源地理大数据提出其计算方法，并利用多尺度地理加权回归研究TOD建成环境对早高峰出站客流影响的空间特征。针对北京的案例研究表明：TOD建成环境特征的空间分布具有显著空间异质性，多尺度地理加权回归能够刻画客流与上述特征变量依赖关系的空间异质性及其影响尺度，其估计结果更为可靠。TOD建成环境对早高峰出站客流的影响效果呈现显著的区域差异特征。两者关系的空间非平稳性表明：不同区域车站的TOD开发应采取差异化发展政策。郊区车站更适合强调规模和强度的发展策略，而中心城区车站则较难通过进一步提高规模和强度以改善客流效果，而应更强调发展的质量。

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基于图自编码-生成对抗网络的路网数据修复

徐东伟, 彭航, 商学天, 魏臣臣, 杨艳芳

2021, 21(6): 33-41. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2021.06.005

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完整的交通路网数据是实现智能交通系统的前提，故本文提出一种基于图自编码-生成对抗网络的方法对路网中缺失数据进行修复。首先，通过降噪图变分自编码器提取路网缺失数据的时空特征，使其能最大程度捕获原始路网信息；其次，基于该时空特征利用生成对抗网络生成路网数据，加入重建损失并优化生成对抗网络的目标函数，实现对缺失数据的有效插补；最后，采用西雅图(Seattle)和加州(PEMS04)路网速度数据集，针对不同缺失类型和缺失率下的数据修复进行对比实验。当随机缺失率在 10% ~70%时，Seattle 数据集的 MAE 指标在 2.38~3.25 之间， PEMS04 数据集的 MAE 指标在 1.46~2.38 之间；当聚集缺失率在 10%~70%时，Seattle 数据集的 MAE指标在2.51~2.82之间，PEMS04数据集的MAE指标在1.52~1.54之间。对比结果表明，本文提出的路网数据修复方法均优于BP、DSAE、BGCP等模型。

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面向多目标跟踪的密集行人群轨迹提取和运动语义感知

游峰, 梁健中, 曹水金, 肖智豪, 吴镇江, 王海玮

2021, 21(6): 42-54. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2021.06.006

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针对基于视频监控的密集行人群识别难度大，运动轨迹提取困难，运动语义信息挖掘不足等问题，本文提出基于多目标跟踪FairMOT框架及K-means聚类的行人轨迹捕获和运动语义信息感知方法。首先，利用多目标跟踪算法提取视频中行人群目标过街时的运动轨迹特征向量；然后，通过分析轨迹坐标的数值分布特点，设计了一种协方差滤波算法STCCF，以检测和剔除“准静态轨迹”，得到行人群目标运动轨迹簇；最后，针对已提取的轨迹簇，应用K-means聚类方法，选取 S系数(Silhouette Coefficient)和DB指数(Davies Bouldin Index)两个指标，感知行人聚集和消散点等场景语义特征。实验分析表明，算法从提取到的2689条轨迹中辨识出179条“准静态轨迹”，检出率为81.73%；视频场景中的行人目标源点和消失点的解析结果与人工辨识结果吻合，验证了密集行人群轨迹提取和运动语义信息感知方法的有效性。本文研究可为数据驱动的行为预测和轨迹建模提供基础。

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基于分类车头时距的城市道路大型车影响分析

李君羡, 沈宙彪, 童文聪, 吴志周

2021, 21(6): 55-62. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2021.06.007

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为量化大型车对城市道路交通运行的影响，提出基于大量车牌识别(License Plate Recognition, LPR)数据研究路段、交叉口左转、交叉口直行这3类车头时距，分析大型车影响的方法。首先，将LPR数据按采集位置划分，提出差异化数据预处理流程，得到用于考察不同车道条件下4类过车组合的车头时距集合；然后，以高斯混合模型(Gaussian Mixed Model, GMM)、对数正态混合模型及高斯/对数正态混合模型这3类共13个子模型分别对上述所有集合建模，以最大期望算法求解参数；之后，以Kolmogorov-Smirnov检验排除不满足要求的模型，综合赤池信息准则与最小描述长度准则对剩余模型择优；最后，基于最优模型参数定量评价大型车对不同类型车道的影响。以某城市区域多个卡口与电子警察设备采集的大量LPR数据验证方法有效性。结果表明：路段与交叉口、交叉口各功能车道的车头时距不符合同一分布，宜区分建模；3个密度分支的 GMM拟合各类车头时距集合均有最佳表现，其他模型在不同阶段体现出不适应性；各种车道条件下，大型车对相关过车组合的车头时距均值及标准差均有不同程度的影响，且该影响按照路段、交叉口左转、交叉口直行的顺序依次递减。拟合结果可供大型车影响评价借鉴。

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快速路入口匝道与衔接交叉口联动控制优化方法

宋现敏, 张璐雨, 白乔文, 王鑫

2021, 21(6): 63-73. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2021.06.008

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针对快速路入口匝道排队过长造成的衔接交叉口拥堵问题，提出一种快速路入口匝道和衔接交叉口的联动控制优化方法。分析快速路匝道排队溢出原因，提出基于交通状态估计的入口匝道与衔接交叉口的系统控制策略。以系统总通行能力最大和交叉口车均延误最小为目标，分别从交叉口配时、匝道调节及系统排队长度这3个方面构建系统约束方程，建立快速路入口匝道与衔接交叉口联动控制优化模型。以长春市典型快速路和交叉口为例，选择高峰、平峰、低峰这3种交通环境，运用联动控制优化模型进行仿真实验，并与经典优化方法进行对比分析，结果表明：不同交通状况下，联动控制优化方法均能有效改善快速路运行情况，缓解入口匝道排队溢出现象，同时提高衔接交叉口通行效率；特别是在饱和交通状态下，联动控制优化方法表现优异，系统整体车均延误和排队长度分别降低了5.67%和19.25%。

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面向单向交通路网的绿波协调设计方法

卢凯, 周志洁, 张勇刚, 赵世杰, 徐广辉

2021, 21(6): 74-83. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2021.06.009

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为提高单向交通路网运行效率，本文提出了一种单向交通路网绿波协调控制方法。首先，分析不同类型的单行环路特征，考虑行人专用相位，建立单行环路中的路段行驶时间与交叉口信号配时参数之间的约束关系，推导环路偏移绿信比的计算公式，以所有路段平均偏移绿信比最小作为优化目标，给出最佳公共信号周期优化算法；然后，分析环路偏移绿信比与各路段偏移绿灯时间的关系，根据约束关系将各个最小环路的偏移绿信比分配到环路上的单向路段，推导绿波带宽大小计算方法；随后，以单向交通路网平均带宽占比最大为目标优化交叉口绿信比，给出交叉口相位差计算方法，实现单向交通路网信号协调控制方案的优化求解；最后，以一个3×3的单向交通路网为例进行案例分析，结果表明：利用本文方法求得的信号配时方案可以获得明显的绿波效果，能够使所有交叉口的带宽占比均在70%以上，总体绿波效果优于SYNCHRO方案。针对未饱和状态下的3种不同流量输入条件，利用VISSIM仿真实验，发现与SYNCHRO方案相比，本文提出方案的路网直行车辆平均延误时间分别降低了9.0%、16.4%、26.1%，平均停车次数分别降低了 31.2%、48.8%、41.6%，路网的服务水平明显提升，有效验证了本文方法的可行性与优越性。

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基于乘客感知的多模式公交服务质量差异性研究

朱兴林, 姚亮, 刘泓君, 叶拉森∙库肯, 克然木∙司马义

2021, 21(6): 84-95. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2021.06.010

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针对多模式公交服务质量的差异性，提出一种以TAN贝叶斯网络与支持向量机(SVM)为基础的多方法组合评价模型，评价各模式公交服务质量，并预测检验了指标优化效应。首先，采集2015—2018年市区线路、郊区线路、快速公交、定制公交的服务质量调查数据，基于公交方式截面，使用TAN贝叶斯网络推理得出各因素对乘客满意度的影响能力及潜在影响关系；其次，结合 IPA分析方法，基于时间截面定位分析各模式公交选取指标的服务水平，辨识各模式公交需优化的主要指标；最后，选取多层感知器(MLP)、长短时记忆神经网络(LSTM)与SVM进行对比，验证了SVM回归预测的精准度，并采用SVM与OAT方法预测得到各模式公交满意度变化及指标敏感性，参照因素间潜在的影响关系提出优化方案。结果表明：4种公交模式的服务质量影响关系网络具有差异性，各模式公交均存在车厢拥挤问题，市区线路的指标优化效果最佳，正效应为 36.4%；市区和郊区线路均应与其他模式公交匹配发车计划，通过缩短乘客候车时长可分别提升 39%、32.2%的乘客满意度；快速公交需提升车辆行驶的稳定性，定制公交需要调整线路规划，减少乘客乘车总时长，优化为整体服务质量提升带来的正效应分别为42.7%和37.4%。

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公交驾驶员心理状况影响因素分析与疾病判别模型

张名芳, 马艳华, 吴初娜, 王力

2021, 21(6): 96-104. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2021.06.011

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为对公交驾驶员心理疾病实现精准干预，维护乘客生命及公共交通安全，本文通过分析公交驾驶员心理状况影响因素构建心理疾病类型判别模型。选用由基本信息、身体状况、生活状态、驾驶行为、组织认同感、人格特征以及职业压力与工作倦怠问卷组成的公交驾驶员心理健康状况调查问卷，对400名城市公交驾驶员展开问卷调查研究，通过皮尔逊相关性检验分析心理状况影响因素，利用K-means聚类算法和多元Logistic回归模型判别和分析心理疾病，提出相应干预措施。结果表明：人格冷怒和驾驶行为、身体状况、生活状态、组织认同感显著正相关，职业压力与工作倦怠和这4个影响因素显著负相关，相关性均较强，因此，构建心理疾病判别模型时排除与多个影响因素均呈较强相关性的人格冷怒、职业压力与工作倦怠这两个影响因素；被调查的公交驾驶员中，心理状态良好型、轻度心理疾病型、严重心理疾病型占比分别为52%、34%、14%；公交驾驶员心理疾病类型与身体状况、驾驶行为以及生活状态显著正相关，与驾驶行为的相关性最强，身体状况次之，生活状态最弱。

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人车路综合风险场模型构建及驾驶风格评估

熊坚, 施锦浩, 万华森

2021, 21(6): 105-114. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2021.06.012

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为帮助驾驶人正确认知自身的安全驾驶能力，揭示“人-车-路”相互作用关系并衡量各要素对车辆驾驶安全性的影响，构建了考虑驾驶风格因子的综合风险场模型。首先，针对现有风险场模型在人因要素刻画不足，将车辆加速度方差和方向盘转角方差转化为驾驶风格因子，表征驾驶人潜在驾驶习惯；然后，根据事故风险的突发性和短时性特征，利用希尔伯特-黄变换(HilbertHuang Transform, HHT)将驾驶全域风险分解为平稳阶段和局部突变阶段风险信号能量，作为评价驾驶能力内在属性的关键依据；最后，开展行人横穿风险场景的驾驶模拟试验验证。结果表明：驾驶风险能量在空间形态上呈“椭圆形”圈层分布，沿物理轮廓中心高边缘低，风险演变过程能量大小“爬山式”递增效应显著。对风险能量聚类可获得比主观问卷更加细致可量化的分类结果，对比发现，驾驶人存在“认知-操纵”偏差(问卷安全型-模型危险型/危险倾向)同时丰富的驾驶经验对薄弱的安全意识有补偿作用(问卷危险型-模型安全型/安全倾向)。研究成果可以为识别危险驾驶人群，提高安全驾驶能力提供一种新方法。

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基于不确定理论的常规公交车辆调度优化

薛运强, 郭军, 钟蒙, 安静

2021, 21(6): 115-122. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2021.06.013

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为提高公交车的利用效率，本文将公交车辆调度方案划分为高峰型和平峰型。在考虑乘客候车时间与站间运行时间不确定的现实条件下，综合考虑不同车型的运营成本和乘客候车成本；基于不确定理论建立混合车型下的双重不确定多目标规划模型，并通过遗传算法的python编码求解。以南昌市211路公交上行为例，进行sumo仿真结果表明：在保证公交持续运营的前提下，调整车辆调度方案有助于降低成本和提高运行效率；在高峰期，将发车间隔降低25%，公交车统一使用纯电动客车，总成本降低5%，平均延误减少4%；平峰期，总成本降低10%，平均延误降低3%。两组仿真结果发现，考虑不确定因素的公交车辆合理调度安排有利于充分利用公交车辆资源和提高运行效率。

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时间阈值对公交不平等评价结果的影响

姚志刚, 殷子娟, 傅宇豪, 汪勇杰

2021, 21(6): 123-130. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2021.06.014

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时间阈值对公交可达性计算结果的影响，是否进一步影响到公交不平等评价结果，尚不明确。以浙江省海宁市为例，用一种改进的两步移动搜索法(E2SFCA)计算公交可达性，得到 10~90 min共9个时间阈值下研究区域的总体、市区和农村公交服务的基尼系数，比较了不同时间阈值下的基尼系数差异；按市区和农村两个群组对总体基尼系数进行分解，分析在时间阈值下群组内和群组间不平等对总体公交不平等的影响。结果发现：随时间阈值增大而基尼系数逐渐减小，公交不平等评价由“差距悬殊”变为“相对合理”；总体公交不平等的主要来源为群组内不平等且贡献率在10~40 min时逐渐下降，在50~90 min时逐渐上升。研究表明，不同时间阈值会使公交不平等评价结果出现偏差甚至得到相反的结论，有必要进一步研究消除时间阈值影响的方法。

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基于站点实时关联度的短时公交客流预测方法

王福建, 俞佳浩, 赵锦焕, 梅振宇

2021, 21(6): 131-144. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2021.06.015

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为探究公交站点之间的关联度并对公交客流进行更精准的实时预测，本文提出基于 Attention的交通预测核心算法(Traffic Forecast Model Based Attention，TFMA)，结合数据预处理和站点信息编码完成基于站点实时关联度的短时公交客流预测方法。该方法首先创新性地提出了站点实时关联度，可实现对目标站点客流量更精准的预测；其次，在公交站点的编码信息中融入线路站点信息、客流变化率、天气、日期等关联因素；接着，该方法依靠Attention机制计算站点实时关联度；核心算法中使用multi-headed机制、增加通道和残差连接进一步提升预测能力；最后，以苏州市公交数据进行验证。结果显示：在准确率上，对比多元线性回归的53.8%、GRU(Gated Recurrent Unit)的66.9%和LightGBM(Light Gradient Boosting Machine)的81.2%，本文提出的基于站点实时关联度的短时公交客流预测方法的准确率在90%以上，表明该方法具备优秀的短时公交客流预测能力。

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考虑车辆调度和调度员分配的共享汽车混合车队规模优化

蒋阳升, 吴佳媛, 胡路

2021, 21(6): 145-152. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2021.06.016

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针对电动汽车存在充电续航问题与传统燃油汽车存在环境污染问题的矛盾，本文提出共享汽车混合车队规模优化方法。首先，在不考虑成本条件下，分析动态车辆调度和实时调度员分配对共享汽车系统需求满足和车辆利用的影响。然后，针对由传统内燃汽车、混合动力汽车、插入式混合动力汽车和纯电动汽车构成的混合共享汽车系统，考虑车辆调度和调度员分配，以运营商利润最大化为目标，CO2排放量和道路拥堵为约束，构建混合车队规模优化模型。通过Matlab 调用Gurobi求解器求解上述混合整数线性规划模型。最后，以成都市为例，分析不同CO2排放量约束，以及车辆调度对共享汽车运营商利润、不同类型的车队规模、车辆利用率和用户需求满足率的影响。同时，比较单一车队和混合车队共享汽车系统，结果显示，混合车队和单一插入式混合动力车队可以实现经济效益和环境效益的双赢，是目前最适合共享汽车系统发展的模式。

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车辆跟驰的随机优化速度模型及其稳定性分析

刘中华, 舒思朝, 吴子强, 吴新烨

2021, 21(6): 153-159. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2021.06.017

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传统优化速度模型(OV)中把驾驶员的灵敏度系数设定为相同的常数值，而在真实驾驶情况下，驾驶员的灵敏度系数会在跟驰过程中发生随机性变化。为描述这个交通流的随机行为，将驾驶员的灵敏度系数模型化为高斯白噪声过程，建立随机优化速度模型(Stochastic Optimal Velocity，SOV)。然后，运用随机动力学稳定性分析中的矩稳定性理论分析SOV模型的稳定性，得到一阶和二阶矩稳定性条件的解析解，解析式表明：SOV模型的稳定域由灵敏度系数的均值和噪声强度，以及车头间距共同决定。最后，应用蒙特卡洛法进行数值模拟，模拟结果验证了矩稳定性条件的有效性。与确定性OV模型进行数值模拟对比，结果表明：SOV模型中灵敏度系数的噪声强度会增加交通系统产生拥堵的可能性，在扰动传播过程中的影响体现在扰动演化的波动振幅上。

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甩挂运输模式下新增运输任务的干扰管理模型

王清斌, 于江宁, 郑建风

2021, 21(6): 160-166. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2021.06.018

摘要 ( )

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基于循环甩挂运输模式，针对甩挂运输过程中新增任务出现对原方案造成干扰的问题，运用干扰管理思想，分析新增任务出现对成本和服务时间的影响进行扰动度量，将新增运输任务与既有最优甩挂运输方案合并考虑，建立以干扰事件对原方案造成的广义费用偏离最小为目标的非线性规划模型，引入虚拟客户点概念并对虚拟客户点的参数进行调整，并行遗传算法求解模型，运用算例进行求解比较，验证模型有效性。结果表明：本文干扰管理方案不仅可以为甩挂运输组织节省资金，还可以更好地减少对客户服务时间的偏离，在考虑客户服务体验的情况下，本文的干扰管理方案与新派车辆和全局重调度方案相比，广义总费用偏离明显降低，并且可以在较短的时间生成车辆路径调度方案。

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越江越海隧道入口段追尾事故风险预测模型研究

陈丰, 张婷, 黄雅迪, 陈慈河, 张曙光, 吕明

2021, 21(6): 167-175. DOI: 0.16097/j.cnki.1009-6744.2021.06.019

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针对越江越海隧道入口段追尾事故风险问题，本文首先基于上海长江隧道入口处路侧监控视频提取车速数据，通过聚类算法得到不同交通流状态下的实际平均速度，作为设置实验参数的依据。然后在驾驶模拟实验中，分别在晴天、雨天、雪天等不同环境下设置拥堵流、拥挤流、自由流3种交通流状况，并且在不同环境下分别设置一次追尾事故高危风险情境，获取驾驶行为数据。通过相关性分析和随机森林方法进行变量筛选和重要性排序，发现车头时距最小值、两车速度差最大值、急躁、加速度标准差、拥堵流这5个变量对事故风险有显著影响。最后，引入随机过采样方法优化不平衡数据问题，构建随机森林模型，结果表明，基于随机过采样策略的随机森林预测模型AUC指标提高了6.8%，且对比随机森林、XGBoost、支持向量机模型，基于随机过采样- 随机森林算法的短时追尾事故风险预测模型效果最佳。

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“无人机-车辆”配送路径优化模型与算法

柳伍生, 李旺, 周清, 迭纤

2021, 21(6): 176-186. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2021.06.020

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基于城市配送的发展趋势，提出一种“无人机-车辆”联合配送模型，以无人机为主导，分3 步进行路径分配，无人机每次配送可以服务多个顾客点，车辆不用在固定点等待无人机。进行单次路径规划时，让顾客需求点尽可能多的得到服务，最后，以总配送距离最小为目标，对整体路径进行优化。此外，设计了3种不同的配送场景，构建的模型能同时适用于这3种场景。采用带末端优化的模拟退火算法求解问题，结果验证了模型的可行性。考虑到未来无人机技术的进一步提高，对无人机的最大载重量和飞行距离进行灵敏度分析。结果表明，无人机的配送能力受载重量和飞行距离影响，增大配送能力可以使无人机服务更多的顾客需求点，均衡提升载重量和飞行距离可以充分发挥无人机的配送能力，更好地完成农村地区的物流配送。

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时间依赖型绿色车辆路径问题研究

珠兰, 马潇, 刘卓凡

2021, 21(6): 187-194. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2021.06.021

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城市配送系统中考虑交通拥堵和环境污染车辆路径问题的时间依赖性体现在：不同道路拥堵程度下车辆运行速度不同，则不同出发时间对应的运输总时间也不同，导致运输成本和造成的环境污染也有较大差异。因此，本文提出一个时间依赖型绿色车辆路径模型，通过优化运输路径和出发时间降低运输成本、减少环境污染。模型的目标函数最小化包括油耗成本在内的运输总成本，其中，车辆油耗的度量基于综合模式排放模型，其创新之处在于，定义了允许车辆在节点处等待的情形，使车辆选择合适的时间出发以规避拥堵，即通过优化车辆路径以及路径上各节点处的出发时间寻求成本最优的运输方案。本文提出嵌套遗传算法求解模型，外层遗传算法优化路径，内层遗传算法优化路径上各节点处的车辆出发时间。并通过响应面分析法(RSM)调试算法关键参数，得到适用于模型的最佳参数搭配，算法性能测试结果表明了本文算法的高效性。本文基于污染-路径问题实验数据库进行数值实验，结果证明，允许车辆在客户处等待并选择合适时间出发，可以在一定程度上降低燃油消耗和总成本。此外，目标函数中引入油耗要素，可以有效降低决策方案的燃油消耗，减少环境污染。

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城轨线路列车时刻表与车站客流控制协同优化方法

卢亚菡, 杨立兴, 孟凡婷, 夏东阳, 戚建国

2021, 21(6): 195-202. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2021.06.022

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在轨道交通网络化运营条件下，针对高峰期车站拥挤问题，综合考虑站外到达乘客的持续性到达特征和换入客流的脉冲性到达特征，研究换入客流影响下的列车时刻表与客流控制问题。具体的，以最小化乘车延误人数为目标，考虑乘客换乘约束、列车容量约束等，构建城轨列车时刻表与客流控制协同优化非线性规划模型，并引入0-1决策变量将其转化为整数线性规划模型。为验证模型有效性，以某轨道交通线路实际运营数据为背景，借助优化求解器CPLEX对模型进行求解。结果表明，本文所提方法具有良好的优化效果和计算效率，与优化前相比，乘车延误人数可显著降低；与仅优化列车时刻表方案相比，协同优化方法可使乘车延误人数减少17.69%，可有效提升轨道交通的服务水平，为城市轨道交通系统高质量运营提供一定的理论支撑。

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城市轨道交通系统动态风险模态分析建模

范博松, 邵春福

2021, 21(6): 203-209. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2021.06.023

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城市轨道交通突发事件给系统运营和居民出行带来不利影响。为了分析导致突发事件的关键风险因素和突发事件给运营造成的滞后时间长度，本文提出基于复杂网络的有向权重动态风险模型。为了分析模型的拓扑特性，首先引入动态风险模态的概念，将每一时刻突发事件的风险因素、滞后时间长度和事件等级有机组合为动态风险模态，以从不同角度整体反映这一时刻城市轨道交通系统的风险状态。其次，提出相关性-时间敏感系数，分析在一定的滞后时间区间内，前序风险因素与后序事件等级的显著关系，进而表征不同风险模态的相关性。最后，将动态风险模态及其演化过程映射为基于复杂网络的动态风险模型，根据复杂网络模型的特性进行节点强度分析，提取动态风险模态的关键信息，用以指导轨道交通风险管理工作。

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考虑海上意外时间和合作协议的班轮运输船期设计鲁棒优化

杨华龙, 赵帅奇, 方旭, 段静茹

2021, 21(6): 210-216. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2021.06.024

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针对考虑海上意外时间的集装箱班轮运输船期设计问题，依据海上意外时间经验数据，设置航行缓冲时间比例系数。运用连续最优控制原理，求解各航段船舶航行时间细分区间上燃油消耗最小的优化航速。结合多时间窗、多起讫时刻和多挂靠港口装卸效率合作协议，以班轮运输服务总成本最小为目标，构建班轮运输船期设计非线性混合整数规划鲁棒优化模型，设计分段离散化线性逼近算法求解模型。以AWE1(远东-美东1)航线为例，运用100个场景的数值进行模拟验证。结果显示：与不考虑海上意外时间或无合作协议相比，考虑海上意外时间和合作协议的班轮运输船期设计分别降低班轮运输服务总成本14.65%和3.54%。研究表明，在恶劣天气和海况对船舶航行影响较大的航线上或季节里，基于合作协议，设计考虑航行意外时间的鲁棒性船期，可实现船公司、港口和客户三方共赢。

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基于顾客到达拟合的立体车库搬运器待命位设计策略

李建国, 杨波, 马尚鹏

2021, 21(6): 217-225. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2021.06.025

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为提高立体车库服务效率，依据实际工程数据，对顾客存车到达过程与车辆库内停留时长进行拟合，将拟合结果与存车到达优先的出库策略结合，作为预测下一任务为存车或取车可能停放位置的判断依据；建立车库搬运设备调度及运行环境模型，利用Dijkstra算法确定搬运设备到各可能出库位置节点的最短路径节点集合，通过确定集合分叉节点设计出库待命位置。仿真结果表明：以顾客存取车到达拟合结果为预测的下一待命位设计，相较原地待命策略减小了顾客平均等待时间、平均服务时间，增加了搬运器平均能耗、平均利用率，符合待命位设计原理，显著提高了立体车库服务效率；相较以最小化至各可能出库车辆位置最短路径的出库待命位设计更优，表现为顾客平均等待时间、搬运器平均服务时间、平均能耗及平均利用率分别减小9.2%、19.2%、 25.6%及13.5%；顾客到达率水平不同，待命位策略的适用性不同，本文设计待命位策略更适用于顾客到达率较低水平。

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基于条件生成对抗网络的扇区复杂度评估

张魏宁, 胡明华, 杜婧涵, 尹嘉男

2021, 21(6): 226-233. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2021.06.026

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扇区复杂度作为管制员工作负荷和动态空域配置的重要参考依据，需要事先准确地对其进行评估。本文针对有监督复杂度数据集存在的小样本问题，提出基于条件生成对抗网络的扇区复杂度评估框架。首先，构建交通流量、航空器性能和潜在冲突这3类复杂度指标，并结合主观复杂度等级得到标定样本；其次，利用条件生成对抗网络设计有标记样本生成算法，获得增广数据集；最后，分别采用逻辑回归、支持向量机和随机森林算法建立复杂度评估模型。以中南区域扇区为例，从定性和定量的视角验证生成样本的有效性，并在多种训练集配置下对比各模型评估结果。研究结果表明：条件生成对抗网络在200次迭代后逐步收敛至稳定；生成样本与真实样本的绝大多数指标在均值上的相对误差小于5%，在标准差上的相对误差大于5%；在多分类评价指标下，增广数据集对3种模型整体评估精度分别提升11.77%、11.04%和8.34%。本文提出的评估框架可以在有限数据条件下提高样本多样性，是解决扇区复杂度评估问题的一种有效方法。

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碳中和目标下氢能源在我国运输业中的发展路径

毛保华, 卢霞, 黄俊生, 何天健, 陈海波

2021, 21(6): 234-243. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2021.06.027

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氢能是未来能源系统清洁转型的重要二次能源。本文首先调研分析了美国、欧盟、日本既有的氢能研发总体战略及其实施情况；结合氢能源的优势和未来全球碳减排的任务，分析了氢能关键技术研发、产业化发展、交通运输行业推广应用情况；从技术角度比较了美国、欧盟、日本的氢能技术推广策略，指出我国氢能研发技术的国际差距。结合实际统计数据，分析了我国铁路、公路、水运和民航等运输方式的碳排放水平。在氢能既有特性参数基础上，测算了氢能在道路、铁路等不同领域应用的碳减排效果。结果发现：氢能替代公路货运10%，可减碳7000万t；1000万t 氢用于替代道路货运可获得近1亿t的碳减排量。本文研究提出了氢能研发与应用策略，建立可再生能源与氢能综合互补调节机制，如近期利用西部地区可再生发电的弃电降低电解水制氢成本，利用灰氢替代燃油，中远期推广扩大氢燃料电池市场等。本文还研究了交通运输业适合氢能发展的重点领域，分析表明：2060年氢能在道路交通中的应用如能达到4000万t，可望实现交通运输业减碳约4亿t。本文结合我国国情提出了碳中和目标下将氢能技术与产品推广到大功率、长距离以及冬季低温地区客货运输领域，与既有电动汽车发展战略一道打造绿色交通体系的对策与建议。

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碳达峰下城市交通运输减排治理策略研究

胡晓伟, 包家烁, 安实, 唐鹏程

2021, 21(6): 244-256. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2021.06.028

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随着我国城镇化和机动化进程的不断加快，交通运输行业的污染排放问题愈发严重，已经成为碳排放的主要来源之一。通过政策手段有效治理城市交通运输污染排放是实现城市可持续发展和2030年碳达峰目标的关键。本文在分析城市交通系统结构和各个要素因果关系的基础上，将城市交通能耗与排放系统划分为：人口、经济、私家车、公共交通、物流与货运、交通基础设施、能源消耗与排放等7个子系统，利用系统动力学方法建立城市交通减排治理决策模型，以哈尔滨市为例进行策略仿真。在对模型进行方程设置、参数估计和有效性检验之后，利用Vensim软件仿真模拟不同交通减排治理策略实施效果，并探讨如何通过不同策略组合实现城市交通碳达峰目标，为碳达峰下城市交通减排治理提供决策依据和策略方案。

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碳达峰视角下的机场航空器碳排放预测

胡荣, 王德芸, 冯慧琳, 刘志昊, 张军峰

2021, 21(6): 257-263. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2021.06.029

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机场的航空器碳排放是民航碳排放的主要来源之一，早日实现机场航空器碳排放达峰有助于加快推进绿色民航建设。以厦门高崎国际机场为例，首先采用改进的ICAO方法测算了2019 年机场航空器碳排放量；然后，运用情景分析与蒙特卡洛模拟方法预测了厦门机场航空器碳排放达峰可能性、峰值与影响因素。结果表明：2019年厦门机场航空器在起降循环阶段共产生碳排放 33.8万t，2035年碳排放最多可达45.3万t；在绿色发展和技术突破情景下，2035年前均可实现航空器碳排放达峰，且技术突破情景下达峰更早、峰值更低；航空器滑行时间和生物燃油替代率是碳达峰的最重要影响因素；机场可从优化场面运行、加强规划引领等方面减少机场航空器碳排放，实现机场航空器碳排放顺利达峰、早日达峰。

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基于实测数据的地铁列车能耗特征分析

郑晓彬, 柏赟, 周姗姗

2021, 21(6): 264-271. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2021.06.030

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基于车载装置实时采集的北京地铁6、8、13号线列车牵引能耗、辅助能耗及再生能等分项能耗和牵引变电所电表记录的统计能耗，探析了地铁牵引系统能耗构成及影响因素特征。得到如下结论：列车运行能耗中38%~60%用于克服阻力和电机效率损失，9%~20%用于辅助设备，再生能占比约20%~49%。影响车公里牵引单耗的因素包括站间距、纵断面、列车性能、技术速度及满载率等。随站间距减小，牵引单耗呈幂级增长；纵断面设计为“高站位、低区间”的节能坡形式有利于减少单耗；质量轻、阻力小、电机效率的列车更节能，不同车型能耗差异可达10%；技术速度增加引起牵引单耗增长，平峰时段可适当降低技术速度。满载率每降低10%，可减少牵引单耗 2%。影响再生能的因素主要包括站间距与制动初速度，站间距越小则再生能产生量越多，但摩擦制动产生的动能损失也越大，总体不利于车公里单耗的降低。影响辅助能耗的主要包括气温与客流，辅助能耗随气温或客流增长而增高，地下线辅助能耗随气温增长变化幅度较地上线更小。

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基于比功率分布的排放因子速度修正误差控制研究

宋国华, 吕海欧, 李祖芬, 黄健畅

2021, 21(6): 272-282. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2021.06.031

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高分辨率的排放因子是进行交通能耗排放测算的重要参数，然而，由于数据采集与质量控制问题，排放因子速度修正曲线常存在异常波动。为提高排放因子速度修正结果的准确性，本文分别从比功率分布和排放率两个角度分析排放因子敏感性和区间容许误差，建立机动车工况数据和PEMS排放数据需求量计算模型。敏感性分析结果表明，个别比功率区间分布误差是造成排放因子速度修正曲线产生异常波动的重要原因；排放率误差会导致排放因子速度修正结果出现整体性误差。数值模拟计算结果表明，在95%的置信水平下，平均速度在20~120 km·h-1内，控制快速路CO2排放因子速度修正误差不超过1%：需采集40 min的排放数据，细化至1 kW·t-1 粒度下各比功率区间数据需求量差异显著；各平均速度下需采集710 min工况数据，相同误差下，80~ 120 km·h-1 内工况数据需求量更低；为进一步消除曲线的异常波动，需大量增加平均速度为64~ 80 km·h-1 范围内的工况数据量。本文的研究结果对工况和排放数据的采集工作有实际指导意义，可有效克服曲线异常波动问题，提高排放因子结果可靠性，为节能减排工作提供支持。

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民航飞机起飞推力对油耗和排放的影响分析

李杰, 杨好天, 王兵, 周晓宁, 孙若飞

2021, 21(6): 283-288. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2021.06.032

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起飞是飞行过程中一个非常重要的阶段。为研究起飞推力对油耗和排放的影响，基于多种数据，建立一种耦合的起飞油耗计算方法，以广州白云机场起飞的B738、A320、A321、B737为研究对象，比较不同方法的起飞油耗计算结果，分析推力对起飞油耗和排放的影响，并对比分析推力调整后起飞排放的变化情况。结果表明：本文方法计算结果准确性较高，与真实数据相比，4 种机型起飞油耗平均相对差值分别为-2.32%、5.41%、2.31%和-3.80%；B738和B737随着推力的增加，起飞油耗先减少后增加，推力在77%和81%时，起飞油耗最低；A320随着起飞推力越大，起飞油耗越少；A321 随着推力越大，起飞油耗越多；采用推力调整后，广州白云机场 B738、B737、 A320、A321这4种机型的年起飞排放量累计可减少2499.3 t，减少率达6.4%；在各种排放物中，碳排放量减少最多，为2471.1 t，占总排放物的98.9%，减少率达6.5%。采用推力调整减少起飞油耗和排放对航空器节能减排有重要意义。

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考虑出行竞争的网约车能源环境效应不确定性研究

吕莹, 郭淳, 孙会君, 支丹月

2021, 21(6): 289-297. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2021.06.033

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在碳中和背景下，交通行业推进节能减排刻不容缓。随着网约车的蓬勃发展，它被认为替代了部分传统出行方式出行量，与传统出行方式形成竞争关系，网约车对绿色出行量的影响引发了人们对其能源环境效应的思考。本文基于反事实思维视角，从网约车对传统出行方式出行量影响的角度建立网约车能源环境效应评估模型；以北京市为案例城市，运用网约车进入北京之前不同指标的数据，推演近年不考虑网约车影响的传统出行方式出行量；结合推演出行量和建立的能源环境效应评估模型得到网约车带来的净碳排放。结果表明，网约车对公交车和地铁出行量产生一定的抑制作用，其能源环境效应具有不确定性特征，并且随着共乘比例的增大，网约车的负能源环境效应削弱，说明网约车仍然具有节能减排的潜力，相关部门需要合理管理网约车。研究结论揭示了网约车的能源环境效应及发展共乘模式的重要性，对以网约车为代表的共享出行可持续发展具有参考意义，为实现碳中和作贡献。

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基于深度特征聚类的高排放移动污染源自动识别

许镇义, 王仁军, 张聪, 王瑞宾, 夏秀山

2021, 21(6): 298-309.

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传统的高排放移动源识别方式是将采集的尾气数据与预先设定的排放阈值进行比较判定，但是，排放阈值的设定很大程度上取决于人为标准，并且忽视了外部因素对尾气排放的影响，无法真正反映移动源排放水平。针对此问题，本文结合机器学习算法，提出一种基于深度特征聚类的高排放移动源识别方法。首先，利用随机森林算法筛选出不同污染物(CO、HC、NO)排放的主要影响特征；其次，对多维影响特征进行聚类分析，获取高排放类别标签；最后，训练得到基于深度森林的移动污染源分类模型，自动识别高排放目标源。通过对比实验，在合肥市机动车污染遥测数据集上验证了所提方法的有效性。

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基于生长曲线函数的货车运营环节碳达峰研究

贾术艳, 宋雨童, 杨紫都

2021, 21(6): 310-318. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2021.06.035

摘要 ( )

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货车是我国大气环境污染的重要来源之一，也是影响我国碳达峰总体目标实现的重要因素。本文从货车运营环节入手，在运用生长曲线函数对货车保有量进行预测的基础上，对不同类型货车的保有量和单车碳排放变化进行研究，并从货车节能技术发展、新能源货车推广和应用进程两方面入手，分3种情景对货车运营环节中产生的碳排放总量趋势进行预判，推演货车运营环节的碳达峰时间。研究结果表明，只有同时加快货车节能技术发展以及新能源货车推广和应用进程，货车运营环节中产生的碳排放总量规模才能得到有效抑制并逐渐减少。若到 2030 年货车单车燃料消耗水平较 2019 年降低 20%以上，新能源货车在货车整体保有量中的占比达到 20%，到 2060 年货车单车燃料消耗水平较 2019 年降低 50%，新能源货车占比达到 50%，则货车运营环节碳达峰时间将缩短至2030年左右实现，2030年后货车运营环节产生的碳排放总量规模将逐渐减少。

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2021年第21卷总目录

2021, 21(6): 319.

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