交通运输系统工程与信息

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《交通运输系统工程与信息》期刊2022年卷首语

《交通运输系统工程与信息》编辑部

2022, 22(1): 1.

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城市公共交通服务水平研究回顾和展望

毛保华, 王敏, 何天健, 陈海波

2022, 22(1): 2-13. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.01.001

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系统梳理交通系统服务水平概念的发展，指出服务水平的内涵已从道路设计层面拓展到多方式、运营领域，提出公共交通服务水平构成要素分为效率、舒适度两大部分，两者分别主要关联于运输产品设计和出行者主观感受。回顾和评述了公共交通系统服务水平的评价与分级研究，这些评价方法与服务水平构成要素相对应，分为以运输效率为主的客观评价和以感受调查与分析为主的主观评价；指出了由于国情差异，既有的以美国运输研究委员会发布的相关服务水平分级未必具有普适性。之后，回顾了我国公共交通服务水平的研究与实践，指出当前我国既有规范中未明确公共交通服务水平的内涵、缺乏适用于我国的系统分级。从公共交通服务水平的形成具有全局性、评估因素的复杂性、涉及乘客出行环节多、需要政府支持投资等角度剖析了服务水平改善的难点。指出了未来值得深入研究的3个领域：基于全出行链的公共交通服务水平内涵及评估；考虑服务质量不均衡分布的公共交通系统服务水平测算方法；关注乘客感知差异化的满意度调查和基于现代信息技术的服务水平评估方法。最后，提出了以服务水平为抓手推进公共交通运行质量与效率建设战略的建议。

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长大货物多式联运网络风险传播动力学仿真

张英贵, 肖杨, 雷定猷, 陆强

2022, 22(1): 14-23. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.01.002

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长大货物多式联运组织具有高风险特征，为掌握长大货物多式联运风险网络传播规律，提升联运网络的风险防控能力，统筹考虑长大货物多式联运特征及其风险传播的影响因素，分析长大货物多式联运网络风险传播过程，构造长大货物多式联运网络风险传播函数，分别建立不考虑时滞、考虑时滞和外部因素的长大货物多式联运网络风险传播模型，明晰其动力学传播过程。仿真结果表明：相比路径决策因子，装载加固因子对长大货物多式联运网络风险传播的影响更大，更安全的装载加固方案可有效抑制联运风险初期传播峰值；降低风险传播率，提高风险治愈率可有效控制长大货物多式联运网络风险传播的速率与规模；时滞的延迟程度对长大货物联运网络风险传播影响较为显著，呈非线性、正向相关关系；外部因素的随机干扰可在一定程度上弱化风险传播程度；在长大货物联运网络风险扩散平衡点失稳时滞前，及时采取适当措施能防止因风险失控导致的联运网络崩溃。

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生命周期视角下货运通道能耗测度与节能潜力分析

诸立超, 甄伟, 刘昭然

2022, 22(1): 24-29. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.01.003

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货运能耗的系统测度和节能潜力分析，对制定有效的节能策略至关重要。本文从生命周期视角出发，构建货运能耗系统测度和节能潜力分析框架，量化供给侧和需求侧各因素对货运能耗的影响，从而识别关键因素。鉴于不同区域资源禀赋及货运供需特征差异，将该框架应用于义乌-宁波集装箱货运通道。结果表明：忽视生命周期和运输链次要活动，特别是前者，会显著低估货运能耗，导致各节能策略真实贡献评估有偏；综合能耗的公路运输直接能耗弹性为 0.67，远高于供给侧和需求侧其他能耗影响因素，是中短期货运节能的重中之重；现有条件下“公转铁”策略单独实施的节能效果欠佳，建议中短期搭配直接能耗节能策略，而中长期宜搭配间接能耗节能策略。

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考虑资金约束的中欧班列运价与运量决策分析

张晓明, 徐芳, 江文辉, 蒋朝哲

2022, 22(1): 30-36. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.01.004

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针对围绕中欧班列业务而产生的中小企业资金约束问题，本文考虑运输价格和运输服务质量双重需求特征，构建由中欧班列和国际货代公司组成的二级物流服务供应链博弈模型，分别求解无资金约束、银行融资、中欧融资及集中决策这4种情景下双方的运价决策和利润函数。以利润函数最大化为目标，探究货代公司自有资金、中欧班列运输服务质量对双方定价与融资决策影响的作用机理，验证不同融资模式选择的可行范围，并进行数值分析。研究表明：资金约束使得中欧班列运输价格升高，但相比银行融资模式，中欧融资模式能够提供更低的运输价格。中欧融资模式下，双方利润受货代公司自有资金的影响，只有当自有资金小于某临界值时，双方才会选择该融资模式，且中欧融资模式下，供应链整体绩效高于银行融资模式。

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考虑多车影响的分子动力学智能网联跟驰模型

宗芳, 王猛, 贺正冰

2022, 22(1): 37-48. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.01.005

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为研究含智能网联汽车(Connected and Automated Vehicle, CAV)和人工驾驶汽车(Regular Vehicle, RV)混行交通流下CAV跟驰行为的控制问题，考虑前后多车的速度、车头间距、速度差、加速差等参数，采用分子动力学定量表达不同周边车辆对主体车的影响，得到可用于描述CAV在混行交通流中的跟驰过程。稳定性分析结果表明，与全速度差模型相比，本文提出的考虑前后多车信息的CAV跟驰模型有利于提高交通流的稳定性。数值仿真与模型验证结果表明，与PATH 实验室的CACC(Cooperative Adaptive Cruise Control)模型相比，本文建立的CAV跟驰模型平均速度最大误差减小了0.19 m∙s-1 ，平均误差减小26.79%，拟合精度提高了0.91%。同时，在CAV和 RV组成的混行交通流中，随着CAV比例的逐渐增加，车队的平均速度和交通流量逐渐增加。迟滞回环曲线表明，与全速度差(Full Velocity Difference, FVD)模型相比，本文提出的CAV模型控制下的交通流稳定性更强。该模型可用于同质流或CAV与人工驾驶车辆等混行环境下的CAV跟驰控制，在目前开展混行实车实验困难的情况下，为混行交通流场景下的车辆控制及交通设施规划设计提供理论依据和模型支持。

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基于多入侵线的视频车速检测方法

田会娟, 刘嘉伟, 翟佳豪, 邓琳琳

2022, 22(1): 49-56. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.01.006

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为提高视频中车速检测的精度，提出一种基于多入侵线的视频车速检测方法。首先在视频中布设已知相对距离的多条入侵线，其次检测车辆经过每条入侵线时的帧数，最后结合帧数、摄像机的采样时间、入侵线间的距离生成关于车速的概率密度函数模型以计算车速。通过构建仿真环境验证模型性能，仿真结果表明：减小摄像机的采样时间、增加入侵线数量、增大入侵线之间的距离可以提高模型性能，并且在不同检测条件下使用多入侵法进行车速检测的误差率都更低。采用Deepsort+YOLOv5目标跟踪算法实现视频中车速的检测，同时，在视频车速检测综合数据集BrnoCompSpeed上与主流车速检测方法进行实验对比，实验结果表明，该方法测量结果的平均误差率为1.40%，与主流视频车速检测方法相比精度更高。

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基于路侧毫米波雷达的车辆碰撞概率计算方法

马小龙, 余强, 刘建蓓

2022, 22(1): 57-66. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.01.007

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为定量化得出高速公路同一车道中前后相邻车辆的碰撞概率，从制动减速度的角度出发，提出一种新的前后相邻车辆碰撞概率计算方法。分别考虑前后车发生碰撞的3种不同情况，推导出如果发生碰撞前车需要的最小制动减速度。基于路侧毫米波雷达获取海量车辆运行状态真实数据，包括轨迹、速度以及制动减速度的变化规律，采用广义帕累托分布(Generalized Pareto Distribution，GPD)建立制动减速度分布模型，进一步基于GPD模型计算出在不同场景下如果发生碰撞所需最小制动减速度的发生概率，将该概率值确定为碰撞概率。研究结果表明，在本研究路段，约99.10%的加速度在[-1, 1] m·s-2 的区间范围内波动，车辆制动减速度的分布具有“长尾” 特征，较大的制动减速度占比非常小。内侧1车道、2车道加速分布比3车道的分布更为集中，大型货车的加速度分布比小客车的加速度分布更集中。最后，基于真实的危险场景数据以及模拟的典型危险场景数据进行验证，将该方法的计算结果与传统方法的计算结果相比较，表明该方法的计算结果连续，且可迅速、准确地识别各类危险场景。

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基于智能卡数据的轨道与公交复合网络通勤方式选择行为研究

王子甲, 贾慧慧, 朱亚迪, 陈峰

2022, 22(1): 67-73. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.01.008

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轨道交通网络和常规公交网络作为公共交通系统的主要组成部分，研究乘客在两网复合网络上的方式选择行为有助于提升公共交通系统的协同运营。然而，以往的研究通常只对单个网络出行进行研究，未考虑到出行完整性。针对此不足，基于多源数据融合、轨道与公交网络拓扑融合，提出乘客在公共交通复合网络上的完整出行提取方法；复杂网络中方式选择的本质是路径选择，因此在构建耦合换乘站点的公共交通复合网络基础上，建立5种考虑多种因素组合的多项Logit选择模型，以分析在复合网络中对乘客出行行为影响最显著的因素组合；最后将模型应用于北京市某工作日的公共交通网络及刷卡数据。研究结果表明，基于完整出行的选择模型优于基于出行阶段的选择模型；通勤者在公共交通复合网络上的方式选择行为与考虑在车时间、候车时间、换乘时间、换乘次数的出行总时间及票价因素显著相关，且出行总时间的影响更大；换乘、候车时间对通勤乘客在公共交通复合网络中方式选择的影响较低，通勤者更加偏好出行总时间短的路径。研究结果可为提升轨道与公交的协同程度提供技术支持。

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基于轨迹数据的货车自发编队节油潜力估计

谭二龙, 李宏海, 钟厚岳, 霍恩泽, 马晓磊

2022, 22(1): 74-84. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.01.009

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为探索最大编队长度和路网中行驶货车数目对自发编队的影响以及评估真实世界自发编队油耗节省潜力，提出了既可保证一定程度的搜索又能防止为过分追求更大编队长度而花费较长时间等待的动态时空搜索范围策略，利用辽宁省货车轨迹数据挖掘了多辆货车的最长公共子序列，并构建整数规划模型求解，获取最大节省油耗下的编队方案。结果显示：编队油耗节省会随着路网中行驶货车数目和最大编队长度的增加而增加，编队中车辆平均行驶距离和平均节省油耗最终分别收敛至一范围；编队行驶距离并不一定会随着允许最大编队长度的增加而增加，即自发编队最大油耗节省策略并非编队最大行驶距离策略；在不考虑时间搜索范围时，通过继续增大空间搜索范围可实现更多的燃油节省，但不考虑空间搜索范围时持续增加时间搜索范围却不能获得更多燃油节省；4000辆车的数据集进行自发编队时每天最多可节省燃油2026.21 L，最大允许编队长度为5辆比最大允许编队长度为2辆的车辆平均节省油耗最多可提升13.92%。将本文整套处理流程应用于更大规模的货车数据集，可组成自发编队的目标车辆将会显著增加，相应地也可减少更多的能源消耗和污染物的排放，具有很大的应用潜力。

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基于安全势场的网联自主车辆跟驰行为决策及模型

贾彦峰, 曲大义, 赵梓旭, 王韬, 宋慧

2022, 22(1): 85-97. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.01.010

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为改善网联自主车辆(CAV)的跟车安全和效率，针对CAV通过对周围环境进行感知进而进行自主决策的特点，首先，建立包含车道线势场、道路边界势场和车辆势场的安全势场模型，系统地刻画CAV在行驶过程中面临的安全风险，在安全势场模型的建立过程中，针对现有车辆势场函数存在引力和斥力表达式分割独立的缺陷，借鉴分子间相互作用关系建立统一的基于LennardJones势的车辆相互作用势场函数，并将加速度参数引入到车辆势场中，加速度的变化直接影响车辆势场的分布，能够有效地反映车辆在不同运行状态下安全势场的动态变化趋势；然后，将安全势场应用于CAV跟驰行为决策，并通过上海自然驾驶数据集标定模型参数；最后，选择与现有经典的智能驾驶人IDM和可变车头时距VTH模型进行仿真对比。结果表明：与其他两种模型相比，该模型在所设计的3种交通场景中有更平滑的响应曲线来改善跟车安全和效率，验证了模型的有效性。研究成果可为CAV的上层控制设计提供理论支撑，也为CAV安全技术的研究提供了独特的途径。

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基于车辆动力传动和转向系统的换道轨迹优化策略

廖鹏, 唐铁桥

2022, 22(1): 98-105. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.01.011

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现有的换道轨迹研究大多是将换道轨迹规划和换道轨迹跟踪进行相对独立的研究，这类轨迹在实施过程中将产生不可避免的误差。为了消除这一误差以及缓解或解决由于不当换道行为引起的交通问题，本文提出一种考虑车辆动力传动和转向系统的换道轨迹优化策略，用以指导或替代驾驶员的换道行为。首先，利用Next Generation Simulation (NGSIM)数据获得换道过程的主要驾驶任务，并用highD数据对其进行验证。其次，基于二自由度车辆模型分析车辆的换道运动特性，构建能够被动力传动系统和转向系统所实现的换道轨迹。结果表明，所提策略可以在保证驾驶安全性的前提下，实现经济、舒适和高效的换道过程。单独考虑经济、舒适和高效的优化策略，能够分别降低35.71%的单位路程燃油消耗，94.58%的前轮转角的角速度以及70%的换道所需时间。这说明所提的换道轨迹优化策略能够从微观角度缓解或解决由不当换道驾驶行为造成的交通问题，并为驾驶辅助系统提供理论依据和方法指导。

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基于秩最小化矩阵去噪的船舶轨迹重构方法

刘文, 汪文博

2022, 22(1): 106-114. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.01.012

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针对船舶自动识别系统(Automatic Identification System，AIS)在实际应用中存在错误数据频发、数据丢包等问题，本文提出一种基于秩最小化矩阵去噪的船舶轨迹重构方法，利用去噪实现轨迹重构，同时，实现对轨迹的去噪和缺失补全。该方法通过线性插值实现经度对齐，将轨迹数据转化为轨迹矩阵，从而补全轨迹中的缺失值。由于补全结果存在非常大的误差，因此，引入 PLR(Patch-Based Low-Rank Minimization)算法去噪，消除误差。同时，为进一步提升补全效果，通过2D-VMD(Two-Dimensional Variational Mode Decomposition)算法将矩阵分解为不同频率的IMF (Intrinsic Mode Function)，并分别进行PLR去噪，合并去噪结果，得到最终重构后轨迹。本文以长江武汉段水域船舶AIS轨迹为研究对象，通过实验证明该方法在不同缺失比例以及随机缺失和连续缺失两种情境下具有鲁棒性和较强的稳定性；并与 HALRTC(High-Accuracy Low-Rank Tensor Completion)、TRMF(Temporal Regularized Matrix Factorization)等方法进行比较，结果表明，该方法相较于HALRTC等方法具有更高的精度，并在高损失率下表现出较好的重构效果。

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基于不确定旅客需求的高速铁路鲁棒列车开行方案研究

张春田, 戚建国, 杨立兴, 高原, 高自友

2022, 22(1): 115-123. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.01.013

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针对现实中旅客需求的不确定性，将旅客需求划分为必须满足的确定性旅客需求和可适当满足的波动性旅客需求，以极小化铁路运营公司总运营成本为目标，利用轻鲁棒技术，构建不确定旅客需求下高速铁路鲁棒列车开行方案优化模型。本文所提出的优化模型无需事先给出线路备选集，只需提前输入铁路走廊相关参数和旅客需求分布，即可得到旅客需求驱动的列车开行方案，避免了备选集合设置不合理对列车开行方案质量的影响。另外，通过引入线性化技术将模型转化为整数线性规划模型，利用MATLAB平台调用GUROBI进行求解。最后，将模型应用到武汉-广州高速铁路走廊上，验证了其有效性。结果表明，优化后的方案能更好地处理旅客出行需求的不确定性，为编制高速铁路鲁棒列车开行方案提供一定的理论依据。

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城市轨道交通小交路计划与客流控制协同优化策略

贾斌, 朱凌, 李树凯, 刘家林

2022, 22(1): 124-132. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.01.014

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高峰时段的大客流需求易造成城市轨道站台乘客大量聚集，从而给城市轨道交通系统带来安全隐患，降低乘客乘车的舒适度；同时，客流空间分布的不均衡性导致供需能力不匹配，降低了列车资源的利用率。针对该现象，本文结合大小交路开行方案与客流控制策略研究城市轨道交通列车时刻表协同优化问题。考虑到城市轨道交通客流的不确定性，将乘客到达率设置为不确定变量，而后基于客流演化与列车运行的动态关系，建立以最小化滞留乘客数、客流控制人数、列车运行时间，以及最大化列车资源利用率衡量值为目标的优化模型，并设计一种基于机会约束的随机场景优化算法进行模型求解。以北京市某轨道线路为例进行数值实验验证模型的有效性。结果表明，相较于常规运营策略，本文提出的协同优化策略在期望滞留人数和列车运行时间方面有了较大改善，更好地实现了乘客成本和企业运营成本之间的均衡。

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铁路集装箱中心站多轨道吊柔性协同调度优化

周勇, 张杰, 钟祾充, 李文锋, 王国栋

2022, 22(1): 133-141. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.01.015

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针对铁路集装箱中心站轨道吊协同装卸调度(RMGCS)问题，考虑多轨道吊间的作业干涉和安全距离约束，建立目标函数为最小化集装箱完工时间的混合整数规划数学模型。结合 RMGCS问题特性，提出一种考虑多轨道吊柔性协同作业的改进麻雀搜索算法(ISSA)，首先，提出能够解决多轨道吊间作业冲突的任务分配策略和干涉判断方法；其次，设计自适应非线性动态安全值，平衡全局和局部搜索；再次，改进加入者更新移动方式，使其在全维度上靠近最优解；最后，引入LOV(largest-order-value)规则，将个体从实数向量映射到集装箱整数序列。为了验证问题和算法的有效性，分别利用ISSA与其他算法求解不同样本规模的算例，结果表明：ISSA在不同样本规模的RMGCS问题求解上，均具有更好的寻优效果。此外，所提出的柔性协同调度模式相比现有的固定范围顺序装卸调度模式，使样本量为45的装卸作业总完工时间缩短了15.5%。

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滚装甩挂运输牵引车调度优化及作业模式类比分析

靳志宏, 焉红, 王小寒, 邢磊, 徐奇

2022, 22(1): 142-151. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.01.016

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针对滚装甩挂运输新船型可“直进直出”条件下的“边装边卸”作业模式，与传统船型“船艉进出”条件下的“先卸后装”作业模式对比，建立滚装甩挂码头牵引车调度的混合整数规划模型，并设计遗传算法求解模型。通过对比不同规模算例下CPLEX与所设计遗传算法的实验结果，验证模型的正确性和算法的有效性。结果表明：相较于传统船型“先卸后装”作业模式，新船型“边装边卸”作业模式在运营成本方面可降低约15%；当装卸任务分布密集时，卸船任务靠近船艏运营成本越高，装卸任务分布稀疏时，卸船任务远离船艏运营成本越高；总体而言，“边装边卸”作业模式的运营成本低于“先卸后装”作业模式。研究结论可为“边装边卸”作业模式下的港口滚装甩挂作业调度提供决策支持。

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基于演化博弈的违章停车动态罚金策略效用仿真评价

牟振华, 汪寒冰, 林本江, 陈逸群, 金程程, 陈艳艳

2022, 22(1): 152-162. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.01.017

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为研究改进后的动态罚金策略对违章停车现象的抑制作用及策略最优解，本文以驾驶员和执法者两类群体作为博弈主体，在改进的复制动态方程基础上，以社会总成本最小为目标建立动态罚金最优控制模型。讨论了该模型的均衡点及其稳定性，并通过庞特里亚金极小值原理求解该模型的最优解。并对改进前、后动态罚金策略的违章抑制作用和策略成本进行数据仿真检验，仿真结果显示：改进后的动态罚金模型能够找到违章停车问题的合理演化方向，在不断降低违章概率的同时还能减少执法力度；在临界状态下，即动态罚金系数趋于稳定值、执法者保持短时间的持续执法状态，改进的动态罚金策略通过改变常用的罚款方式，即降低罚款金额实现对违章停车问题的治理(在治理违章停车的效率上，临界状态与敏感度最高状态相比，即连续执法与动态执法相比治理速度提高了1倍)；改进后的动态罚金策略较改进前的违章抑制性更强、策略成本更低、执法效力更持久、所需执法力度更低，且短时间内不会出现违章停车周期复现的情景。

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基于演化博弈的政府鼓励条件下共享停车行为分析

贾富强, 李引珍, 杨信丰, 马昌喜, 代存杰

2022, 22(1): 163-170. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.01.018

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为研究在政府鼓励措施下出行者和车位拥有者参与共享停车时的策略对共享停车匹配结果的影响，建立出行者和车位拥有者演化博弈模型并进行演化稳定状态分析，结合仿真说明不同收益和成本及策略选择对共享停车的影响。研究结果表明：在政府鼓励措施下双方演化博弈中出行者和车位拥有者均能通过不断学习最终演化至稳定均衡状态，但演化速率和演化波动性受双方收益制约；通过分析发现，想要演化至(使用，共享)状态则需要较高初始比例，可以通过提高收益和减少成本等措施诱导出行者和车位拥有者使用共享停车，同时在初始比例较高时收益分配比例对演化过程也有较大影响。研究发现，当共享平台给出合理收益和支出费用时，政府鼓励政策对共享停车发展起促进作用。

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考虑临时和预约需求的共享泊位动态分配方法

刘永红, 罗霞, 胡剑鹏

2022, 22(1): 171-181. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.01.019

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为解决多居住区共享停车场同时存在临时共享停车需求和提前预约共享停车需求的动态泊位分配问题，本文提出将未来几个时段的共享停车供需同时考虑到当前时段泊位分配中的单时段泊位分配方法，并将本时段泊位匹配结果延伸到后续时段，从而提出共享泊位动态分配流程。对临时停车需求，以用户成本最小为目标确立优先泊位匹配的原则；对预约停车需求，以系统收益最大为目标确立在当前时段结束时统一分配泊位的原则。定义4个指标评价模型效果。选择来源于成都市某共享停车APP的3个居住小区一天的数据，对模型进行实证研究以及灵敏度分析。研究结果表明：临时共享停车需求和提前预约共享停车需求所占比例在0.4~0.6时，泊位分配后总目标表现最好；将未来几个时段的供需同时考虑到当前时段中，泊位分配效果更好，且考虑的未来时段越多，泊位分配后总目标越好；在泊位分配时，为了较好地保证临时停车需求能够优先分配到泊位，往往会造成总目标变差。

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并列瓶颈路网下个人与家庭混合通勤行为研究

戴庆, 林正奎, 曲毅, 张佳佳

2022, 22(1): 182-194. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.01.020

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通勤者的出行行为对早高峰期间拥挤政策的制定有着至关重要的作用。本文基于瓶颈模型构建并列瓶颈路网下个人与家庭混合出行的均衡出行模型，分析两类通勤者的出行需求情况、两个瓶颈处的通行能力以及学校-工作开始时间差这3个因素对用户均衡、用户出行成本和系统性能的影响。结果表明：在并列瓶颈路网下，混合出行的用户均衡状态并不唯一；无论两个瓶颈的通行能力大小如何变化，增加学校-工作开始时间差对个人通勤者都是有利的；受瓶颈通行能力的影响，增加学校-工作开始时间差对家庭通勤者的影响是否有利是不确定的；并不是在任何情况下调节学校-工作开始时间差对交通系统都是有效的，而是只有在特定情况下对其进行调节才能提高系统运行效率，降低系统总出行成本。

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基于梯度关联规则的老年行人交通事故风险识别

袁振洲, 郭曼泽, 彭泳鑫, 杨洋

2022, 22(1): 195-208. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.01.021

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为构建老年行人交通事故严重程度风险关联因素识别方法体系，本文应用极限梯度提升关联规则挖掘算法(Extreme Gradient Boost-Apriori，XGB-Apriori)识别城市道路老年行人交通事故风险因子。运用机器学习优化关联规则算法结构，通过机器学习库 scikit-learn 中 XGBoost (Extreme Gradient Boost)算法与SFM(Select From Model)特征选择类功能实现变量特征值的选择。进而，对Apriori算法设置有序定向约束，得到适用于交通事故致因分析的数据挖掘技术。通过逐层迭代识别关联项，选取频繁项集，总结高置信度、高提升度的关联规则。关联因素模型评估结果表明，本文采用的SFM功能准确度可达78.31%，关联规则XGB-Apriori算法较传统算法精度提升了91%。挖掘结果显示，驾驶员与行人的自身特征、车辆特征、碰撞状态以及道路特征均对老年行人交通事故的严重程度具有重要影响。其中，男性驾驶员造成的行人死亡事故频次较高，女性驾驶员造成的受伤事故频次较高；大型、重型车辆(SUV、卡车、施工车)发生死亡事故频次相对小轿车更高；位于匝道等道路线型弯曲的坡道中，老年行人发生致死交通事故的频次相对线型缓和路段更高。本文对老年行人交通事故耦合因素全面识别并针对性提出风险防控精准预判方法，为有效保护道路弱势群体提供必要的理论支持。

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幼儿群体单向流运动行为特性分析

薛书琦, 刘禹含, 陈清化

2022, 22(1): 209-216. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.01.022

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现有关于行人群体运动行为的研究和规范绝大部分是以成年人群为主体的研究，关于儿童群体的理论及实验研究非常匮乏，在进行儿童群集运动管理及幼儿相关步行设施设计时往往需要参考以成年人群为主体所获得的理论及经验数据。本文组织了不同情境下(正常情况及应急疏散)幼儿群体的运动实验，通过实验数据对幼儿群体单向流运动的流密速关系、速度离散性、个体超越行为等基本特性进行了定量研究，并和成年人群的相关特性进行比较分析。实验结果表明，幼儿群体单向流的流(速)密关系呈现一种弥散性的分布，其速度的变异系数接近成年人的4~6 倍；此外，相比于成年人群中所表现出的秩序性，幼儿在单向流运动过程中更倾向于发生超越行为，其在通道中的平均位次变化强度接近成年人实验的3倍。本文研究成果有助于进一步了解幼儿群体单向流运动的基本特性，厘清幼儿与成年人群体的行为特性差异，以更好地指导幼儿群集运动的管理，以及为幼儿相关步行设施的设计和评估提供参考。

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抵近信控交叉口分心驾驶识别模型

张玉婷, 陈波佑, 张双焱, 闫学东, 李晓梦

2022, 22(1): 217-224. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.01.023

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为降低驾驶人抵近交叉口过程因分心导致的交通事故，本文基于双向长短时记忆网络 (BILSTM)建立分心驾驶识别模型。依托驾驶模拟实验，采集了45位驾驶人抵近信控交叉口过程中的横纵行为数据，通过方差分析研究分心任务对驾驶行为的影响。结果表明，分心驾驶人需要更长的制动反应时间，制动操作时间缩短，踩压制动踏板的力度下降，同时操纵方向盘的稳定性变差。然后，筛选有显著性影响的6个特征行为指标作为模型的输入，结果表明：BILSTM模型分心状态识别的精确率最高，达到92.6%，F1值为88.7%；准确率、精确率、召回率、F1、AUC和ROC曲线等模型性能均优于单向长短期记忆网络、支持向量机和决策树5.0分心识别模型。研究结果说明BILSTM模型能有效判别抵近信控交叉口驾驶人分心状态，可为交叉口驾驶人分心预警系统的优化设计提供依据和指导。

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连续流交叉口左转非机动车交通组织创新设计

宋浪, 王健, 杨滨毓, 安实

2022, 22(1): 225-233. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.01.024

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为解决连续流交叉口左转非机动车和直行机动车冲突问题，提出一种左转非机动车过街创新设计方案，对比常规设计和两步过街方案，将3种方案整合到一个统一的优化模型中。以交叉口机动车通过量最大为优化目标，建立混合整数非线性规划优化模型，将其转换为非线性模型以便于求解，并利用VISSIM仿真验证3种方案的运行效益。结果表明，两步过街和创新设计相对于常规设计能提升交叉口机动车通行能力，且在高流量场景下拥堵改善效果更佳，分别能降低 55.58%、57.18%的机动车延误；常规设计不适用于直行机动车流量较大的场景，两步过街和创新设计不适用于左转机动车流量较大的场景；常规设计和两步过街左转非机动车流量增加，会导致机动车通行能力迅速下降，创新设计受左转非机动车流量的影响较小，在各种流量场景下适用性较好。

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基于轨迹数据的网约车排放时空特征分析

韩印, 李媛媛, 李文翔, 刘向龙, 祁昊, 万东奇

2022, 22(1): 234-242. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.01.025

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网约车逐渐成为城市中重要的交通方式之一，由于网约车出行特征与其他交通方式显著不同，其环境影响仍有待深入研究。为揭示网约车的排放特征，基于成都市网约车GPS轨迹数据，采用大数据分析方法得到网约车在各轨迹段的平均速度、行驶里程等参数，然后应用机动车排放模型COPERT实现对研究区域内网约车CO、HC、NOx和CO2排放的量化，并进一步分析其时空分布特征。结果显示：2016年11月18日成都市研究区域内网约车CO、NOx、HC、CO2的排放量分别为151，41.5，8.93，125497.6 kg；网约车排放的高峰时段发生在 9:00-10:00、14:00-15:00 和 17:00-18:00；网约车高排放区域主要分布于二环高架路、二环路、蜀都大道附近，其中部分路段交叉口的排放最为突出；区域平均速度可显著影响该区域网约车平均排放因子。因此，政府相关部门可针对网约车高排放时段和地区，采取交通需求管理及车辆限速控制等治理手段，以减少中心城区的交通排放。研究成果可为网约车环境影响评估提供科学方法，为城市网约车管理的相关政策制定提供决策依据。

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基于摩托车禁行方案的多模式交通网络均衡分析

徐光明, 陈艳琴, 韩春阳, 钟林环, 史思嘉, 邓连波

2022, 22(1): 243-255. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.01.026

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目前国内许多城市对部分区域实施“禁摩”政策，不同禁行方案的实施对交通系统中出行者方式和路径选择产生差异化影响。为定量描述摩托车禁行方案下的用户多模式出行选择行为，本文考虑私家车、常规公交及摩托车这3种模式的不同网络出行特征，构建基于摩托车禁行方案的多模式网络均衡模型。首先，设计3种模式混行下的复合交通网络，根据其不同的路段通行能力特征，以及公交车内拥挤和线路选择，分别针对禁行区域和非禁行区域，建立用户出行成本函数；然后，基于用户均衡和Logit模式划分，构建相应的数学规划模型。最后，采用基于相继平均的路径配流算法求解模型，并量化分析摩托车禁行方案下的用户出行效率和事故风险。算例结果表明，随着禁行区域的增大，转移至私家车和常规公交的摩托车用户逐渐增加，用户总出行成本逐渐增加，出行效率和总事故风险成本逐渐降低，同时，对关键路段实施禁行方案能在较少降低用户出行效率的基础上有效降低总事故风险成本。

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城市低空物流无人机航迹规划模型研究

张洪海, 张连东, 刘皞, 钟罡

2022, 22(1): 256-264. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.01.027

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为提高物流无人机在城市低空环境下配送的安全性和公众接受程度，保证运输经济性，提出一种考虑运行风险、噪声水平和运输成本的城市低空物流无人机航迹规划方法。采用栅格法进行空域环境表征，建立基于风险的城市空域环境模型。结合物流配送要求，建立多目标、多约束的物流无人机航迹规划模型。采用改进A*算法进行求解：为降低航迹代价，设计估价函数预估成本；为保证飞行安全，引入安全保护区确保间隔；为提升搜索效率，采用动态步长加快搜索进程。仿真结果表明：本文模型和算法所得航迹的运行风险小、噪声水平低、运输成本低，能够实现多目标优化。分析模型参数可知，当各子目标代价权重分别为0.6、0.1和0.3时，规划航迹最优。保证其余参数不变，增大安全间隔，则风险代价、运输成本代价总体呈增加趋势，噪声代价减少。在本文规划环境下，参考大疆经纬200无人机参数，在安全间隔取15 m时，综合代价最小。

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农村物流末端共配联盟演化博弈及稳定性研究

周小祥, 黄承锋

2022, 22(1): 265-272. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.01.028

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针对农村物流小批量分散化特点，构建农村物流共同配送联盟演化博弈模型和基于系统动力学的联盟演化仿真模型，揭示农村物流共同配送联盟在自组织环境下系统内各方决策行为特征及其稳定状态。结果表明：农村物流共同配送联盟运行受到联盟超额收益、联盟罚金、声誉损失、建设运营成本等多种因素的综合影响，联盟收益分配机制及成本分担机制直接关系企业在联盟内的决策行为。联盟超额收益大小是农村物流共同配送联盟成功运行的关键因素，超额收益的分配机制会对企业参与联盟决策行为产生直接影响，联盟运行维护成本是促使物流企业偏离联盟的重要因素，而联盟罚金及声誉损失对企业偏离联盟有很好的约束作用。优惠的财税支持、合理的联盟激励约束机制是促进农村物流共同配送联盟快速发展和稳定运行的有效举措。

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排放控制区下集装箱班轮运输船期设计与燃油补给联合优化

李德昌, 杨华龙, 赵帅奇, 郑建风

2022, 22(1): 273-281. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.01.029

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为解决排放控制区下集装箱班轮运输船期设计和燃油补给联合优化问题，分析了多时间窗、多起讫时间和多装卸效率等合作协议条款与船舶航行、装卸及到/离港时间之间的关联性。结合燃油补给港燃油价格差异和折扣因素，以船公司航线服务周总成本最小化为目标，构建排放控制区下船期设计和燃油补给混合整数非线性规划模型，设计线性割线近似的求解方法。以中远海运集团有限公司AWE1航线为例，数值实验验证了模型及其求解方法的适用性和有效性。结果显示：船期设计与燃油补给联合优化可使船公司航线服务周总成本降低7.41%；随着船舶到港时间窗长度的增大，船公司航线服务周总成本及船舶在排放控制区内平均航速均随之降低。研究表明，上述合作协议条款不仅有助于船公司更为灵活地调整船舶航速和船期，还有利于减少船舶在排放控制区内的温室气体排放。

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重点营运车辆的异常驾驶行为识别研究

赵建东, 陈溱, 焦彦利, 张凯丽, 韩明敏

2022, 22(1): 282-291. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.01.030

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为加强对重点营运车辆异常驾驶行为的监督与检测，本文基于时间序列符号化算法(TSA) 与多尺度卷积神经网络模型(MCNN)提出一种组合模型TSA-MCNN，用于识别重点营运车辆异常驾驶行为。首先，对北斗数据进行预处理，并基于营运车辆存在多种车型、多种速度限制、多种异常驾驶行为的特点划分4种异常驾驶行为，构建异常样本数据集。其次，构建TSA-MCNN模型识别样本数据集，其过程分为两阶段，第1阶段，针对重点营运车辆的特点，引入能够粗粒化处理数据特征的时间序列符号化算法与能够多通道参数输入的多尺度卷积神经网络进行组合，并基于Keras库完成TSA-MCNN模型的搭建；第2阶段，利用样本数据集作为模型的输入变量，完成模型的训练、测试与识别。最后，以广河高速重点营运车辆北斗数据验证TSA-MCNN模型的性能，同时，与异常识别传统算法的卷积神经网络(CNN)模型与动态时间扭曲-K最近邻(DTW-KNN)模型进行对比分析。验证结果表明：TSA-MCNN模型整体识别准确率为97.25%，相对于CNN模型与DTW-KNN模型提高了20.50%与5.63%。其中，TSA-MCNN模型对于正常驾驶行为、超速驾驶行为、紧急停车行为、临时停车行为、低速驾驶行为的识别精确率相对于CNN模型(DTW-KNN模型)分别提高了26%(13%)、26%(6%)、23%(5%)、28%(3%)、0(0)，说明该模型对于重点营运车辆异常驾驶行为的识别具有良好的性能。

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基于实车数据的电动汽车电池剩余使用寿命预测

胡杰, 何陈, 朱雪玲, 杨光宇

2022, 22(1): 292-300. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.01.031

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电动汽车电池剩余使用寿命预测是当下电池研究领域的热点内容，现有电池剩余使用寿命预测模型大多基于单一预测指标，预测精度较低，模型的泛化性能较差。本文通过实车数据构建了GM-LSTM的Stacking融合模型，实现电动汽车电池剩余使用寿命的准确预测。首先根据电池剩余使用寿命影响因素，提取车辆真实的运行参数和环境参数，基于随机森林算法筛选最优特征集合作为模型输入，其次选择差分整合移动平均自回归算法对所选特征进行惯性延伸，克服数据时间维度上的限制，最后基于数据特点，分别建立灰色预测模型和长短时记忆神经网络模型实现电池剩余使用寿命预测，并通过Stacking模型融合进一步降低预测误差。结果表明：模型融合后平均相对误差为1.6%，平均绝对误差为0.013，能够稳定可靠的实现电动汽车电池剩余使用寿命预测。

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毗邻互通立交特长隧道驾驶负荷研究

白婧荣, 唐伯明, 孙宗元, 毕辉云, 向恬君

2022, 22(1): 301-310. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.01.032

摘要 ( )

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为研究毗邻互通立交特长隧道的运行特性和驾驶行为变化规律，选取10名驾驶员在雅康高速公路二郎山隧道进行实车实验，利用Tobii眼动仪、前向碰撞预警系统Mobileye及Cirelet单导脑电系统等仪器，采集真实交通状态下车辆位置、时间、行驶速度、驾驶员瞳孔直径及专注度等数据，划分毗邻互通立交特长隧道特征区，给出二郎山隧道入口前和毗邻互通立交分流点段的行驶速度和瞳孔直径分布特性和变化曲线，建立二郎山隧道进出口区瞳孔直径线性模型，并评价洞内景观带专注度等级，分析定向变道影响点至互通立交分流点驾驶行为规律。实验结果表明，设置洞内景观带可以缓解驾驶员视觉疲劳，且景观带国旗区效果优于星空区。驾驶员看到定向变道标线白色虚线后，瞳孔直径逐渐减小至3.65 mm，行驶速度维持在71~73 km·h-1 ，在变道操作期的视觉负荷和心理紧张度最大，在条件观察期专注度最高，驾驶员需要根据等待可插车间隙迅速反馈和进行是否变道等操作。

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中国进口铁矿石海运网络抗毁性仿真

邵斐, 张永锋, 真虹

2022, 22(1): 311-321. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.01.033

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为研究中国进口铁矿石海运网络应对重大事件攻击下的抗毁性和不同保障措施的有效性，解决传统抗毁性评估测度未能考虑网络整体流量和节点负荷状态的问题，针对现实情景下大型船舶挂靠枢纽进口港后进行沿海中转的枢纽-转运网络特殊性，搭建了中国进口铁矿石海运网络抗毁性模型和评估指标。采用中国进口铁矿石相关港口和航运数据搭建初始网络，并针对不同枢纽进口港数量的网络进行各种攻击策略下的仿真分析。仿真结果表明，由于船舶航线可以进行调整后重新分配货载运输，网络具备一定自我修复能力，但在关键节点受冲击后网络抗毁性将发生突变。此外，提高过载能力可以有效增强网络抗毁性，但其边际增强效益在过载能力达到临界点后变化明显，且提升抗毁性的同时可能会加剧网络拥堵。因此需要加强对黑德兰港、日照港等网络重要节点的保护，适时增加枢纽进口港和提升港口过载能力，保障新冠肺炎疫情等重大事件冲击下中国进口铁矿石海运网络的抗毁性，同时合理调配码头堆场、设备等资源防范和应对网络拥堵等情况。

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内外贸同船运输下长江经济带穿梭巴士网络优化

彭子烜, 于滨

2022, 22(1): 322-331. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.01.034

摘要 ( )

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为研究内外贸同船运输政策对航运企业布局长江经济带穿梭巴士网络的影响，本文允许同一船舶同时运输内贸集装箱和外贸集装箱，以总运输成本最小化为目标，考虑服务频率、多航次、时间窗、载重量等约束，构建基于轴辐式的长江经济带集装箱穿梭巴士网络优化模型。针对该模型，本文设计了包含5种破坏算子和2种修复算子的自适应大邻域算法求解模型，并选取上海和长江干线19个港口间的内贸集装箱运输和外贸集装箱运输进行实证分析。研究结果表明：实施内外贸同船政策可节约23.6%的总运输成本，提升平均舱位利用率至87%。该政策改变了原有穿梭巴士的网络结构，直达航次比例增加17%，加快了穿梭巴士的周转。同时，相比于设置1个枢纽港，长江经济带下游将南京港和太仓港共同设置为枢纽港更有利于中上游内外贸集装箱的中转，可节约6%~17%的总运输成本。

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北京市共享单车出行的时空规律与需求预测研究

孙启鹏, 曾开邦, 张锴琦, 杨艺琛, 张士行

2022, 22(1): 332-338. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.01.035

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基于北京市摩拜单车的工作日骑行数据，利用非负矩阵分解算法(NMF)从时间和空间两个维度深入探究共享单车的出行规律，并构建逆序群体稳定性指标(RPSI)改善 k 值选择过程。利用得到的出行规律，运用MATLAB构建基于非负矩阵分解算法的BP神经网络预测模型，对共享单车的出行需求进行预测，并分别与BP神经网络预测模型和长短期记忆(LSTM)神经网络预测模型的结果进行对比。研究结果表明，共享单车可分为5种基本的出行模式，每个区域的出行都可以由这5种出行模式的线性组合来表达，其中的系数代表了每一种出行模式的强度和随时间变动情况。依据这5种出行模式的时间特征和空间特征，分别确定其出行含义：通勤出行中居住地到地铁站的出行；通勤出行中地铁站到工作地点的最后一公里连接；居民其他的非通勤出行行为，如休闲娱乐活动等；回程通勤出行中从工作地点到地铁站；回程通勤出行中从地铁站到居住区的最后一公里连接。最后，模型预测结果的对比分析显示，本文构建的基于非负矩阵分解算法的BP神经网络预测模型不管是在预测精度还是实际操作便捷性上都优于其他两种预测模型。

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