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(5): 0.

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高铁对城市经济空间结构影响的研究综述

杨星琪, 黄海军

2022, 22(5): 7-18. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.05.002

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高铁是区域快速综合交通网的主骨架，作为城市间高效快捷的出行方式，为提升通道客运能力和缓解既有铁路货运压力起到重要作用。本文从高铁对城市可达性、要素市场及空间结构的影响等3方面，综述了国内外高铁对城市经济空间结构影响研究的主要成果，归纳总结了共性结论和存在的分歧。通过分析高铁对城市可达性变化的程度和可达性变化在不同区域之间是否平衡，揭示高铁(网络)对城市间出行需求的直接影响。城市可达性的改善进一步重塑生产要素的区域空间分布，加速资本和人口流动，促进产业发展和就业改善，并对土地和住房市场产生深远影响。市场各种要素的相互作用给城市宏观经济发展，特别是高铁站区空间重构带来重大机遇。系统评估高铁对城市经济空间结构的影响，能够为管理部门高铁投资决策、规划建设及影响评估等提供参考。最后，结合理论研究与实践经验，并基于新时代背景展望了有待开展的若干重点研究方向：一是将城市群视作新的利益集合体，研究高铁投资的经济效益、收益分配和高铁开通后对城市群经济发展和要素空间分布的影响；二是探究高铁通勤行为对城市资本、人口和土地等要素市场的影响，剖析车站选址和票价变化等影响高铁通勤的关键性因素；三是考虑城市间高铁竞争与合作博弈行为和客货混跑模式对城市经济空间结构影响的新变化；四是运用大数据和机器学习等新兴技术分析高铁对城市经济微观层面的影响。

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公铁货流转移下铁路车流径路与列车编组计划联合优化

王志美, 姚尚君, 崔赞扬

2022, 22(5): 19-25. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.05.003

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促进更多货流从公路转移到铁路是实现“双碳”目标的重要路径之一，也是推动铁路高质量发展的关键举措。鉴于此，本文以公铁货流转移量、铁路车流径路选择及编组去向等为主要决策变量，以公铁两网物流总成本极小化为目标，构建公铁货流转移量与铁路车流径路及列车编组计划联合优化模型，实现“公转铁”货流全过程、多阶段运输费用的数学表达，得到系统优化的OD间公铁货流转移量、车流走行径路和改编站点。针对模型的非线性特征，引入辅助0-1变量进行线性化，将其转化为混合整数线性规划模型，为验证模型有效性设计算例，借助数学规划优化器GUROBI进行求解。结果表明，模型可为公铁货流转移方案配置合理的接驳路径和列车编组方案；相较于既有研究，本文构建模型考虑了公铁两端的接驳转运费用和铁路车流集结与改编费用，使得“公转铁”物流总成本增加了约23.06%，转移货流量降低了约4.91%，更准确地描述了公铁货流转移过程，为制定“公转铁”运输方案和组织措施提供一定的理论依据。

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城市轨道交通差异化票价和补贴优化

汪晴, 邓连波, 许景

2022, 22(5): 26-36. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.05.004

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为研究不同群体，即一般群体和特殊群体(老年人、残疾人、学生)的票价方案和补贴问题，本文考虑不同群体的差异性，以各群体的票价折扣率和列车开行间隔为决策变量，构建基于群体差异化的运营补贴优化模型，以社会福利最大化为目标，优化各群体的票价折扣率、企业的服务水平及政府的补贴额度，确保各群体获得合适的补贴，实现公共交通出行的公平性。综合考虑城市轨道交通运输能力约束、政府财政约束及不同群体票价折扣率约束，设计了基于模拟退火算法的求解算法。以长沙地铁2号线为例，分析比较不同群体的票价折扣率，提出基于列车运行计划的福利票价方案。研究结果表明，一般群体不享受折扣，残疾人4折优惠，老年人2折优惠及学生6折优惠，交通特殊群体的出行比分别提升了1.06%，2.86%及1.94%。政府在实施补贴政策时，可以通过不同群体的票价福利措施和企业的服务水平确定补贴额度。

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城市设计视角下的市郊铁路站域商业溢价效应研究

姚敏峰, 秦昱晨, 石磊, 詹晓东

2022, 22(5): 37-46. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.05.005

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站城结合有助于提高轨交站域土地增值效应，目前，关于站城结合设计对商业溢价的影响作用研究主要集中于宏观层面。本文从微观角度，基于空间面板计量模型改进经典特征价格法，结合成本效益分析法，以日本市郊铁路小田急小田原线为例，针对站域商业设施租金的溢价效应影响机制及站城联合开发研究其溢价作用效果。案例结果表明，市郊铁路站域商业设施的溢价增值效益与站城结合设施类型、结合方式及步行可达因素显著相关，与区位因素呈弱相关；站点 500 m范围内的商业溢价增值趋势呈非线性波动，并在100~200m范围内达到峰值；基于海老名站的成本效益估值分析结果验证了合理的站城结合设施设计可有效提升商业设施与站点的邻近程度，从而促进溢价效应，达到短期内快速反哺轨道交通车站建设成本，并实现正向营收的目的。研究结果可为规划设计决策提供定量参考依据。

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基于位移剩余的最优货物运输服务分析

王佳彬, 孙启鹏, 吴群琪, 杨涵晞, 马飞, 郑颖颖, 任玮

2022, 22(5): 47-54. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.05.006

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基于需求主导原则，突出强调位移需求本身具有的独立价值，本文以位移价值与位移成本之差衡量货运需求主体的位移剩余。以位移剩余最大化为准则揭示货运需求主体选择运输服务方式的机理，并作为最优运输服务的标准。在位移价值测度方面，将货运需求按照时效性分为3类，基于需求主体的预期利益构建相应位移价值函数。在位移成本测度方面，通过对运输价格、运输时间、可靠性、便捷性及安全性等运输服务品质要素的量化，建立位移全过程的成本函数。联立位移价值与位移成本函数，以运输服务品质要素作为核心变量，构建基于位移剩余的最优运输服务分析模型。设置仿真算例，求取不同需求主体的位移剩余曲线，分析相对应的最优运输服务方式。结果显示：模型可基于异质性的位移需求有效分析最优运输服务，并可分析潜在运输需求转化为有效需求的条件，为企业及政府制定运输供给优化策略提供理论基础。

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货车驾驶人驾驶行为与行车安全研究进展

覃文文, 李欢, 李武, 谷金晶, 戢晓峰

2022, 22(5): 55-74. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.05.007

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驾驶行为是影响交通安全最活跃的因素，在“人-车-路”复杂环境中扮演着关键角色。为了深入理解货车驾驶人驾驶行为规律和行为风险性，本文聚焦货车驾驶人驾驶行为对行车安全的影响，对货车驾驶人的驾驶行为风格、行为风险性及其与行车安全的关系等相关研究成果进行系统地梳理和分析。首先，利用构建的文献检索策略，筛选出38篇相关文献，并结合LDA(Latent Dirichlet Allocation)模型，对生成的4个研究主题，即货车驾驶人驾驶行为辨识，危险驾驶行为与行车安全，货车碰撞事故致因分析及驾驶安全风险评估进行总结；其次，针对数据源、特征工程及建模方法等分析要素，构建了适用于任意研究主题的通用研究路径，并重点归纳了目前研究主题在数据源、变量选择方法、研究地点及建模方法等关键要素的研究进展；最后，分析和探讨了货车驾驶人驾驶行为与行车安全领域面临的主要问题，从描述、解释、关联及应用的角度提炼该领域研究的未来发展趋势。研究认为：有必要将驾驶状态特性、车辆运行状态及道路交通状况等多维特征变量进行多源信息融合，开展基于大数据和人工智能双驱动的驾驶行为研究；需加强研究山区公路环境下货车与其他类型车辆之间的交互作用机制，从“人-车-路”视角分析货车碰撞事故致因；需进一步完善智能网联和自动驾驶等高新智能自动化环境下的货车驾驶人驾驶行为与行车安全关系研究；拓展面向驾驶安全的货车驾驶人驾驶风险评估的理论方法和应用框架。研究成果将为货车事故治理、公路货运平台监控及道路线形设计等应用场景提供重要依据，并有助于相对全面地理解货车驾驶人驾驶行为与道路行车安全的交互作用机理。

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基于电子不停车收费数据的山区高速公路车速分布与车型分类研究

徐进, 杨子邈, 陈钦, 陈正委

2022, 22(5): 75-84. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.05.008

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为研究山区高速公路车型分类方法，以重庆市包茂高速某路段的电子不停车收费数据(即ETC数据)为基础，分析平缓路段和连续上坡路段不同车型的速度分布特征发现：在不同线形路段，部分车型的速度分布有明显的特点，三型货车在连续上坡路段速度分布呈驼峰状，四型客车因营运限速的存在，在平缓路段速度分布集中于最大速度92 km·h-1 ；相同线形路段各车型速度分布显著不同，客车车型在平缓路段速度分布表现为分散，在连续上坡路段相对集中，而货车车型的速度分布变化趋势正好相反；连续上坡路段各车型的速度特征值明显下降，但同路段上的部分车型间的速度特征值仍较为接近；连续上坡路段速度离散性大于平缓路段，追尾风险水平更高。在ETC数据基础上，运用k-medoids算法对山区高速公路平缓路段和连续上坡路段的车型进行聚类分析，优化后车型分类结果为：平缓路段车型可分为4类，分别为一型客车、二型～四型客车、一型货车、二型～六型货车；连续上坡路段车型分类结果为4类，分别为一型～四型客车、一型货车和三型(空载)货车、二型～四型货车(三型为满载)、五型～六型货车。本文有助于山区高速公路速度管理措施的制定和道路线形设计时代表性车型的选择。

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基于车路信息交互的车辆卫星定位协同定权方法

刘江, 谭思伦, 蔡伯根, 王剑

2022, 22(5): 85-96. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.05.009

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为确保基于卫星导航系统的车辆定位性能满足特定交通应用需求，本文针对导航卫星观测量权重分配对复杂动态运行环境的跟踪适配问题，建立基于车路信息交互的车辆卫星定位协同定位增强总体框架；基于加权最小二乘定位解算模式，设计基于轻量级梯度提升机建模与多车信息综合决策的协同定权方法，提出面向学习建模通道的导航卫星伪距残差轻量级梯度提升机建模方案，面向定权计算通道设计了基于多车信息综合决策的导航卫星观测量权重决策策略。实验结果表明：运用轻量级梯度提升机构建伪距残差模型，相较于支持向量机、随机森林以及仅基于基础卫星观测特征的轻量级梯度提升机，均方根误差分别降低了62.1%，29.9%，60.4%；运用所建立的预测模型协同定权所得水平误差标准差，相对于等权和卫星仰角/信噪比组合定权策略分别降低了48.5%和47.6%。研究结果对于充分发挥车路协同系统模式下，信息交互机制的核心优势和优化车辆卫星定位性能具有重要意义。

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网联环境下混合交通流偶发拥堵演化机理研究

马庆禄, 牛圣平, 曾皓威, 段学锋

2022, 22(5): 97-106. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.05.010

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针对混合交通流中智能网联车辆(Connected and Autonomous Vehicles, CAVs)和人工驾驶车辆的交织干涉问题，本文在传统交通流统计理论模型和一阶连续介质模型的基础上，通过引入智能驾驶员跟驰模型(Intelligent driver model, IDM)和协同自适应巡航控制模型(Cooperative Adaptive Cruise Control, CACC)，构建人工驾驶车辆和CAVs的混合交通流偶发拥堵演化模型，探索CAVs混入和诱导干涉措施对混合交通流偶发性拥堵传播规律的影响。实验选取重庆市华陶立交至巴南立交路段为路网原型，对CAVs不同渗透率( Pc )下的路段拥堵演化情况进行仿真。实验结果表明：CAVs渗透率越高，混合流流量、占有率和速度的改善情况越显著，但只有当 Pc ≥ 0.2 时，网联车辆对拥堵消散的改善效果才较为明显；Pc ≤ 0.8 时，干涉措施下，拥堵消散状态的持续时间约为不采用干涉措施的 50%；当 Pc = 1.0 时，网联车辆的通行能力是纯人工驾驶交通流的2.34倍；分别在非干涉措施和干涉措施下计算拥堵评价指标，与仿真结果进行对比，最大相对误差在5.38%之内，验证了模型的准确性。研究成果对疏散交通拥堵具有重要意义。

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基于金字塔特征融合的二阶段三维点云车辆检测

张名芳, 吴禹峰, 王力, 王庞伟

2022, 22(5): 107-116. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.05.011

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针对三维点云鸟瞰图特征提取不充分导致车辆目标检测性能欠佳问题，本文提出一种基于金字塔特征融合的二阶段三维点云车辆目标检测算法。首先通过降维处理并利用体素占用编码原始三维点云，得到二维特征图输入；然后，利用上采样网络传递高层语义特征，下采样网络传递低层位置特征，构建一阶段金字塔网络结构提取车辆目标特征；最后，通过候选区域提取层得到不同尺度的候选区域，利用兴趣区域池化层对齐各候选区域尺度，并采用全连接层融合多尺度特征，提取不同感受野下车辆目标特征；此外，在损失函数方面，补充正余弦角度损失并加权到总损失函数中，优化车辆目标航向角预测。基于KITTI公开数据集的实验分析表明，本文算法相较基准网络能够有效补充三维点云鸟瞰图特征提取，在不同难度的检测任务中平均检测精度提高了5.07%~8.59%。

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基于数据驱动的交通事故伤害程度影响因素及其耦合关系研究

胡立伟, 吕一帆, 赵雪亭, 薛宇, 张成杰, 雷国庆, 刘凡

2022, 22(5): 117-124. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.05.012

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为准确识别影响山区高速公路交通事故伤害程度(TAIDME)的相关因素，本文构建随机森林朴素贝叶斯-耦合度模型(RFNB-CDM)对其进行研究。首先，处理2016—2020年云南省1760起山区高速公路事故数据，综合考量后，将涉及事故信息、道路信息、肇事机动车辆信息及驾驶人信息等4类18个相关因素作为初始特征进行研究，使用RF模型进行特征提取，并得到各因素对于山区高速公路交通事故严重程度(TASME)的重要性排序；其次，将新特征输入 NB 模型，对TAIDME的影响因素进行单因素分析；为改进原有模型不能对影响因素之间的关系进行准确刻画的缺点，本文引入耦合度模型并进行实例验证分析。结果表明：RFNB模型相较于RF和NB模型，得到的预测结果更加精确，分类性能分别提升5.56%和14.79%。其中，追尾碰撞、18:00-次日 6:00、事故车辆数2辆、下坡段、夜间无路灯照明、货运、大中型货车和直行匀速这8类因素存在时更易加重TAIDME，追尾碰撞和直行匀速这两类因素发生耦合作用时，最易导致重大伤害事故；道路表面干燥、路侧金属防护和中央绿化带隔离这3类因素存在时可降低TAIDME，路侧金属防护和中央绿化带隔离这两类因素发生耦合作用时TAIDME最低。研究结论可为山区高速公路交通事故预防及降低山区高速公路事故发生后的伤害程度提供理论依据与决策参考。

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考虑换乘异质性的城市轨道交通时刻表协同优化模型

孙会君, 代佩伶, 郭欣

2022, 22(5): 125-134. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.05.013

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在城市轨道交通网络化运营条件下，极易导致换乘站的换乘需求差异过大。为提高列车时刻表与换乘需求的匹配度，本文基于网络中换乘站的空间拓扑结构和换乘需求在时间和方向上的特点，通过构建量化换乘差异的协同度指标，建立以列车同步次数最大化为目标的列车时刻表优化模型，优化轨道交通网络线路间成功衔接次数，提升乘客换乘出行效率。针对提出的混合整数非线性规划模型，本文设计了一种基于天牛须搜索的粒子群优化算法进行求解，并将模型及算法应用于北京市轨道交通网络进行算例分析。结果表明，所构建的模型能依据换乘需求在空间、时间及方向上的差异，利用协同度分级优化轨道交通路网中列车协同状态；优化后全网列车同步到达次数增加33.86%，乘客平均换乘等待时间减少22.75%；相较于PSO和BAS算法，本文所提的算法具有更好的全局搜索能力和求解效率。本文可有效提高轨道交通换乘效率，为提升城市轨道交通服务质量提供理论参考。

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城市轨道交通新线开通对出行方式选择的影响研究

李金海, 杨冠华, 丁漪, 刘剑锋

2022, 22(5): 135-140. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.05.014

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为研究城市轨道交通新线开通对出行方式选择的影响，开展了出行方式转换的SP(Stated Preference)调查，构建全目的和通勤出行方式选择的MNL模型(Multinomial Logit model)。定量分析了个体属性和交通方式属性对出行者交通方式选择的影响。研究表明：乘客感知的轨道交通全目的出行时耗负效用为相同时耗公交的91%，而通勤时耗负效用为全目的出行的1.89倍；轨道交通出行总时耗对分担率影响最显著，前者增减50%时，后者变动约10%；公交是轨道交通的主要竞争方式，当前者出行耗时提高50%时，后者分担率将增加6.8%；停车费小幅提高和出行时耗增加不能显著促使小汽车使用者转向轨道交通，交通需求管理是引导出行转移的重要途径。

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寒地城市地铁客流特性及网络失效研究

裴玉龙, 刘静, 王子奇

2022, 22(5): 141-153. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.05.015

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为分析寒地城市地铁客流与网络特性，挖掘客流与寒地气候的相关性，本文利用《寒区城市多模式公交协同运营技术与示范工程》2013—2020 年共 8 年 11 万余条地铁客流数据进行研究。提出效用阻抗Space L-Space P模型建立地铁抽象网络，将时间维度细分为周、月和年这3类，研究地铁客流特性与扰动因素，并建立寒地城市地铁网络失效模型，分析扰动后地铁站点与线路的客流分布。进一步选取哈尔滨市与南京市地铁数据，运用转移熵因果关系分析地铁网络客流分布与气候的相关性，得到寒地气候对地铁客流的影响。研究表明：所采集的地铁客流数据能够充分展现客流的状态与变化趋势，能够满足客流数据分析的精度与质量要求。近8年，哈尔滨市地铁客流呈现明显的增长趋势，地铁客流分布呈现2月为客流低峰，3月客流逐步回升，3~12月客流较平稳且具有轻微波幅；换乘客流中夏季呈现8月大于7月大于6月的趋势，冬季则2月换乘客流最低，大多在周一与周五达到周换乘客流量极值。由地铁网络失效模型识别出关键站点，得到哈尔滨市冬季客流略高于其余3季，冬季地铁网络较脆弱，结合实际数据的模拟分析表明，温度与地铁客流具有一定相关性，且哈尔滨市的相关性大于南京市。

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客货共运下机场线列车运行计划与货运分配方案协同优化

李竹君, 柏赟, 陈垚

2022, 22(5): 154-163. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.05.016

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机场线具备利用富余能力开展城市货运服务的潜力。针对机场线客货共运问题，基于客货共载和货运专列两种货物运输形式，以考虑仓储、装卸及列车运行成本的货运净收益最大为目标，构建列车运行计划与货运分配方案协同优化模型，综合决策货运专列的编组停站方案、时刻表和货单分配。为快速求解模型，设计一维搜索算法对货运专列开行数量进行寻优。通过允许货运专列编组为0，保证搜索过程目标值单调递增，并利用Gurobi求解给定货运专列开行数量下的子问题。基于某市机场线案例结果表明，在不影响客运服务前提下，本文方法选择性满足货运需求，增加运营收益。相较于站站停模式，优化列车停站方案可增加5.2%的净收益；相较于固定编组模式，灵活编组在不同货运量和时效要求下可增加5%~35%的净收益，且时效要求较高时，灵活编组优势较为明显。

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基于偏好序的高铁票价与售票时间窗联合优化

闫振英, 王宇, 韩宝明, 李晓娟

2022, 22(5): 164-173. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.05.017

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采用形式灵活且适用性好的偏好序模型刻画旅客购票选择行为，拓展现有高速铁路动态定价与售票控制策略联合优化的研究方法。按照票价变动范围划分客票等级，结合偏好序模型的特点，通过决策各等级客票售票时间窗进行售票控制，同时，在一定范围内优化各客票等级的票价，实现票价与售票控制的联合决策。本文在分析弹性客流的基础上，采用偏好序选择概率、到达率和时间窗长度测算客票销售量。根据运营需要设定客票产品排序，以各客票产品停售时间和票价作为决策变量，建立以期望总收益最大为目标的非线性规划模型，并且将粒子群算法与线性规划精确求解嵌套求解模型。以京沪高铁为背景进行数值实验，结果表明：与固定各等级票价只优化售票时间窗的方案相比，联合优化方案可提升期望总收益约4.54%；不同需求水平下，联合优化方案的期望总收益均高于固定票价方案；期望总收益随着转移购买概率增加而增加，且不同转移概率取值下联合优化方案的期望总收益均高于固定票价方案。所提方案可为高铁列车动态定价和制定售票控制策略提供决策支持。

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需求变动下高铁快运货流分配与组织模式优化

陈星瀚, 周培宇, 郎茂祥, 于雪峤, 李世琦

2022, 22(5): 174-186. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.05.018

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基于高铁快运一地集货和多点发运的开行特点，综合考虑我国未来快递市场的需求变动，提出高铁快运常态化和规模化成网运营后的货流分配与组织模式优化方法，以客运动车组捎带运输货物、预留车厢和高铁快运专列模式下，各OD对间的高铁快运运量为主要决策变量，以总运输成本极小化为目标，构建货流分配混合整数规划模型，计算货流量在高铁快运网络中的分布，得到货流OD运输路线与各高铁快运通道运营组织模式的组合优化方案。通过高铁快运货流OD “三阶段”预测方法，预测城市间的高铁快运需求量作为货流输入，以9个国内快递业务中心城市组成的网络为案例，由Python语言调用Gurobi优化软件求解案例，验证所建模型的有效性。案例结果表明：在运量低谷期使用捎带和预留模式可满足90.7%的运输需求；在运量高峰期部分线路需开行高铁快运专列；运营组织模式可根据OD对间货流量与网络容量的适应性关系进行调整，以充分利用高铁闲置运力，提升运营效益。

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基于出行时间可达性的公共交通竞争力评估模型

翁剑成, 张梦媛, 荆云琪, 张晓亮, 刘冬梅

2022, 22(5): 187-195. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.05.019

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为实现区域公共交通与小汽车间出行竞争力的定量化评价和影响关系解析，利用公共交通动静态数据、出租车运行数据及出行调查数据提取公共交通个体出行链和小汽车出行用时等信息，结合路径规划API(Application Programming Interface)计算公共交通及小汽车全过程出行耗时，基于全过程出行时间可达性视角构建公共交通竞争力评价模型；考虑公共交通竞争力的空间效应，分别选取土地利用和交通设施因素作为解释变量，提出基于空间杜宾模型的公共交通竞争力影响模型；以北京市为例，探究早、晚高峰等不同时段下区域公共交通竞争力与各影响因素之间的交互关系。结果表明：早、晚高峰期间公共交通竞争力的平均值均在1.50以内，平峰时段约为1.74，市中心区、地铁沿线和大部分居住社区周边区域的公共交通出行竞争力相对较高；各时段下公共交通竞争力呈现明显的空间依赖性，且存在“低-低聚集”“高-高聚集”的典型聚集区域；土地利用混合度、办公就业密度和地铁站点密度等因素具有显著的负向空间溢出效应，而道路网密度和绕行系数则表现出显著的正向效应。综上，所提出的评价模型能够定量化评估公共交通竞争力，所建影响模型能够在考虑空间依赖性的基础上解释竞争力与因素间的相互关系。

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考虑车辆随机到站时间的动态需求响应型接驳公交线路优化

孙倩, 胡大伟, 钱一之, 江捷, 高天洋, 姜瑞森

2022, 22(5): 196-204. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.05.020

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车辆到站时间的不准时性严重影响着需求响应型公交的服务水平和乘客选择公共交通的出行意愿，因此，本文对考虑车辆随机到站时间的动态需求响应型接驳公交线路优化问题进行研究。以运营商成本、乘客乘车时间成本、乘客等待时间成本组成的系统总成本最小为目标建立数学模型，通过优化车辆路径寻求系统总成本最优的需求响应型接驳公交服务方案，其创新之处在于，在服务过程中允许乘客提交实时出行需求；定义车辆到站时间服从已知分布以描述其随机性。提出一种遗传算法和邻域搜索相结合的启发式算法对模型进行求解，该算法融合了遗传算法的全局搜索优势和邻域搜索的局部搜索能力，通过算例测试分析对本文算法的有效性及先进性进行验证。最后，基于西安市延平门地铁站设计数值实验，结果表明，考虑车辆随机到站时间可以在一定程度上减少乘客时间成本和系统总成本。

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无信控人行横道多类型冲突严重程度模型

常玉林, 吴照允, 孙超, 张鹏

2022, 22(5): 205-214. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.05.021

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为减少无信控人行横道处多类型冲突及其带来的交通安全问题，本文采用交通冲突指标和回归分析模型研究交通冲突的严重程度和影响因素。提出考虑驾驶员视野障碍影响的冲突指标(TTZ)，结合后侵入时间(PET)和安全减速度(DST)冲突指标，量化交通冲突的严重程度；通过计算的冲突指标值，利用模糊C-均值聚类方法识别严重冲突和非严重冲突；将严重冲突和非严重冲突作为因变量，建立基于二元Logit模型的多类型交通冲突严重程度预测模型。结果表明，相较于单次冲突，多重威胁冲突的严重程度更高，其中，多重威胁冲突是严重冲突的占比为57.9%，单次冲突是严重冲突的占比为27.7%。相较于行人，非机动车的严重程度更高，其中，非机动车-机动车冲突是严重冲突的占比为45.7%，行人-机动车冲突是严重冲突的占比为35.4%。关于影响因素，机动车数量、过街等待时间、过街速度及侧面车辆合法屈服行为等因素对多重威胁冲突的严重程度具有显著影响；机动车数量、过街等待时间、过街速度及前方车辆屈服行为等因素对单次冲突的严重程度具有显著影响。

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行人过街风格多参数融合识别

彭金栓, 赵刘昌, 杨欢欢

2022, 22(5): 215-222. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.05.022

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行人作为城市慢行交通系统中的弱势群体，探究其过街行为特征，对减少人车冲突，提升行人过街的本质安全具有重要的现实意义。本文针对特定交叉口，设计自由过街及心理临界过街两种场景状态下的行人过街试验。分析过街速度、心理临界时窗及视觉特性等参数之间的耦合关系，选取风险感知因子与临界安全系数作为心理临界过街状态下行人风格的表征指标，构建过街风格识别模型，透析不同风格行人过街行为可靠性。结果表明：年龄对过街速度和心理临界时窗有显著影响；心理临界时窗与过街速度和信号灯区域注视概率呈负相关关系，与车行区域注视概率呈正相关；心理临界过街状态下，依据风格识别结果，男性谨慎程度高于女性，冒险型行人过街失败率为65.22%；冒险型老年人对自身运动机能的评估能力以及视觉搜索特征存在重要缺憾。研究结果可为交叉口基础设施设计与优化，行人过街教育与培训等提供参考。

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基于改进社会力的单向流电动自行车行为建模研究

王维莉, 卢晓磊, 张旺, 熊浩然, 余冕

2022, 22(5): 223-232. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.05.023

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电动自行车作为一种便捷高效的出行工具，已在许多国家被广泛使用，但对电动自行车微观行为的研究仍十分有限。在上海海事大学对电动自行车驾驶行为进行观测实验，提取电动自行车轨迹数据，以纵向间距、速度差、侧向净距、水平间距作为特征变量，利用CART(Classification and Regression Tree)决策树分类结果建立电动自行车骑行决策行为规则。然后，基于社会力模型，分别引入超越力、跟随力等改进行为力模拟电动自行车的超越、跟随等骑行决策行为。考虑公式超越力、固定值超越力和临时目标点超越力这3种超越力形式，通过实际观测数据和仿真结果比较进行参数标定和模型验证，选取单向流电动自行车行驶场景开展数值仿真分析。结果表明：临时目标点超越力的改进社会力模型在超越过程中的轨迹误差最小，电动自行车超越时所需要的横向间距与超车时横向速度、超车完成时间成正比，最佳超车横向间距为2 m。

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考虑行驶时间不确定性的合乘路径鲁棒优化方法

袁振洲, 陈思媛, 吴玥琳, 李浩然, 肖清榆

2022, 22(5): 233-242. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.05.024

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为应对实际合乘过程中时间不确定性带来的负面影响，本文研究不确定行驶时间下的合乘问题。采用预算不确定集合描述时间变量，引入不确定性水平可调节的预算系数，构建以车辆总里程最短和车辆数最少为目标的合乘路径鲁棒优化模型。并设计两阶段算法求解，第1阶段以两乘客间的可行合乘路径为基础，从车辆总里程节省率和乘客时间窗匹配灵活性两方面设计公式量化合乘匹配机会，以匹配机会为权重构建乘客图网络并聚类乘客需求；第2阶段设计以顺序插入启发式方法构造初始解的禁忌搜索算法求解。案例数据实验结果表明：本文聚类方法能保证优化质量并提高85%以上的计算效率，同时能缩减乘客等车时间和绕行距离；增大预算系数时解的鲁棒性逐渐提高，但会增加10%~40%的车辆数并降低1%~10%的里程节省率；大规模乘客案例和窄时间窗案例的合乘路径对不确定时间的敏感性更高，宽时间窗案例无需增加过多额外车辆和总里程就能达到较高水平的路径鲁棒性。

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甩箱模式下考虑多箱型任务组合的集卡调度优化

靳志宏, 黄颖, 张佳艺, 徐世达

2022, 22(5): 243-252. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.05.025

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针对甩箱模式下港口堆场与内陆腹地间多箱型任务组合的集卡调度问题，本文根据运输过程中集卡剩余箱位随集卡执行任务动态变化的特点，考虑不同箱型任务需求与集卡当前状态的匹配，以集卡的启用、行驶及等待过程的成本最小化为目标，建立混合整数规划模型。并根据模型特点设计基于不可行弧过滤策略的蚁群算法，以提升算法性能。利用Solomon标准数据集随机生成任务类型比例和规模大小不同的算例进行数值试验，试验结果证明了模型的正确性与算法的稳定性和有效性，进而对比了甩箱模式与传统模式下的总成本。结果表明：相较于传统模式，甩箱模式下集卡的运输总成本平均减少了45.10%；当任务规模越大时，两种模式之间的成本差距越大，显示了甩箱模式与港口多箱型集疏运任务运输作业结合的显著优势。

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带时间窗的卡车编队路径优化

张泽锡, 钟文健, 林柏梁

2022, 22(5): 253-263. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.05.026

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卡车编队是一种极具前景的新型运营组织模式，多辆采用半自动驾驶技术的卡车以较小的车头间距共同行驶，达到减少能源消耗与环境污染和保障交通安全的目的，该组织模式也被称为“公路列车”。从运营管理及调度技术的角度进行研究，利用商品网络流理论解决某一特定卡车在何时何地编入哪个卡车编队的问题，尽可能地促进卡车编队的形成，最大限度地节约能源。本文分析卡车编队形成过程中额外产生的集结等待时间，并量化计算由于卡车编队成组运行，空气阻力的下降进而产生的燃油节省。在限制卡车编队规模的条件下，构建考虑合理绕行的卡车编队路径优化模型，将每个运输任务是否通过路网中的弧段设置为决策变量，优化结果既能反映每个弧段上卡车编队的构成情况，又能体现每个运输任务具体的走行路径。采用商业软件求解构建的卡车编队路径优化模型，形成卡车编队19个，节省燃油费用达到14%以上。结果表明：该模型能得出理想的卡车编队路径优化方案，为卡车编队的推广应用提供理论参考。

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基于无人机与卡车协作的封控社区生活物资配送方法

季金华, 刘亚君, 别一鸣, 王琳虹

2022, 22(5): 264-272. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.05.027

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针对突发公共卫生事件情况下生活物资被病毒污染，小区内居民交叉感染及配送人员短缺等问题，本文提出一种基于无人机与卡车协作的封控社区生活物资配送方法。首先，规定无人机在完成每次配送后需要返回卡车位置处进行消杀，以配送过程中社区居民交叉感染风险和配送成本最小为优化目标，以配送服务完整性、无人机载货重量限制及生活物资时效性要求等为约束条件，建立混合整数规划模型，协同优化卡车额定载重、停靠位置、所需无人机数量和无人机组配送方案；然后，设计改进多目标粒子群算法求解模型，引入一种特殊的粒子编码方式，并耦合变异算子更新部分码位的粒子位置；最后，以长春市师范南园小区为例进行案例分析，从安全、配送成本、工作强度及一次性防控物资消耗等4个方面和卡车与人工协作配送模式进行比较分析发现，卡车与人工协作配送方法可以令社区居民交叉感染风险降低至少 91.8%，日配送成本降低16.9%，人力资源投入减少50%，一次性防护物资支出节约46.1%左右。

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多约束条件下城市道路环卫车优化配置与路径规划

聂庆慧, 龙秀江, 梁程, 夏井新, 欧吉顺

2022, 22(5): 273-284. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.05.028

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为有效解决当前城市环卫车调度决策过度依赖人工主观经验造成的车辆配置不合理和作业效率低下问题，本文提出一种多约束条件下的城市道路环卫车优化配置与路径规划方法。通过综合考虑环卫车在现实作业中的作业时限、服务次数、行驶速度和车辆退出节点等多种约束条件，将物理道路网络拓展为时空网络，刻画车辆在路网上的时空运行轨迹，进而将环卫车优化配置与路径规划问题从数学上描述为带多类约束条件的弧路径问题(Arc Routing Problem, ARP)。在此基础上，构建以车辆配置与出行总成本最小化为目标函数的环卫车优化配置与路径规划模型，并通过设计分支定价算法精确求解模型。将所提方法应用于苏州工业园区19个区域路网的环卫车辆配置与调度管理，从经济成本、作业效率和环保效益这3方面评估所提方法的可行性和有效性。结果表明：本文所提方法能够显著节约环卫运营成本，提升环卫车辆作业效率；同时，可有效降低环卫车辆碳排放量，形成良好的经济和社会效益，为智慧环卫提供了行之有效的新方案。

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一种“效率-公平-运力”多维权衡的需求可拆分配送方法

王建伟, 刘旭旭, 付鑫, 杨洋, 崔梦妍

2022, 22(5): 285-292. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.05.029

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针对自然灾害及重大社会公共事件等各类突发事件的配送问题，本文以公路运输为研究场景，将配送时间最短、加权时间攀比值最小和使用车辆数最少为多维目标，在引入需求可拆分这一限制条件的基础上，构建“效率-公平-运力”多维权衡的需求可拆分应急物资配送模型。针对该问题设计改进的蚁群算法求解模型。从选择拆分点、信息素更新和引入变邻域搜索算子这3个方面改进了算法，并实现当解持续不变时，初始化信息素，以增加随机性。结果表明，与传统求解算法相比，改进算法的稳定性更高(平均偏差率降低7.00%)，寻优性更好(优化率提高7.41%)。通过分析考虑三目标、双目标和决策者具有明显偏好的多重场景下的求解结果得知：效率、公平、运力这3个子目标相互悖反，增加运力投入可以显著提高配送方案的效率与公平；当运力不变时，效率与公平之间近似呈同比例反比关系。研究结论可为救灾目标不确定条件下多因素考量的应急物资配送决策生成与优化问题提供方法改进与可量化决策支撑。

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绿色通航视域下过坝船舶预约调度双目标优化研究

高攀, 刘顺, 赵旭, 余浩

2022, 22(5): 293-299. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.05.030

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针对船舶到达不均衡和供需时空不匹配导致的水利枢纽通航拥堵问题，建立过坝船舶预约的双目标决策模型，优化船舶平均等待时间和到达调整率，探讨两者之间的权衡关系；进一步考虑船舶的失约情形，设计过坝预约的重调度规则。然后，利用非支配排序遗传算法的gamultiobj函数求解模型，并探讨预约机制实施前后的碳减排效果。最后，以三峡枢纽为例，验证模型的有效性。结果表明：该模型在平均等待时间和到达调整率的权衡中，得到了多样化的预约调度方案，并通过合理分配预约份额，有序管理船舶到达。同时，与原调度方案相比，理想和失约情形下的预约调度方案，可分别带来27.51 t和20.04 t的最大碳减排量；且重调度策略使到达调整率的均值降低了2.7%，减少了失约的干扰影响。

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编队飞行中基于危险区域的后机最优位置研究

温瑞英, 刘文瀚, 王红勇

2022, 22(5): 300-308. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.05.031

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编队飞行是实现民航绿色发展的重要措施之一。在前机尾涡危险区域分析的基础上，科学确定后机最优位置是编队飞行的关键。首先，以随机两阶段尾涡消散模型为基础，利用Hallock-Burnham涡模型和诱导滚转力矩系数模型分析后机诱导滚转力矩系数的演变规律。然后，基于设定的安全阈值，给出前机尾涡危险区域，并考虑飞行高度、速度和风对危险区域的影响。最后，基于后机不同位置处的燃油流量减少率，得出编队飞行中后机最优位置。研究结果表明：后机诱导滚转力矩系数随着前、后机之间横向距离的增加，呈先增后减再增的趋势；随纵向距离的增加，呈先缓慢减小后快速减小的趋势；高度越高、速度越小，诱导滚转力矩系数的峰值越高。飞行高度越高、速度越小，前机初始尾涡的危险区域越大；随着纵向距离的增加，危险区域不断减小，并随涡核的下沉不断下降。侧风使危险区域发生偏离，侧风越大，偏离程度越大。顺风会增加危险区域的纵向距离，顶风则与之相反。两架B737-800飞机在12000 m高度以0.78马赫数进行编队飞行时，前、后机纵向距离3000m处，无风情况下后机最优位置为横向距离30 m 或-30 m、垂直距离29 m，此时燃油流量减少率为7.01%。相较于无风，左侧风20 m·s -1 下，燃油流量减少率和垂直距离不变，横向距离增加；顺风20 m·s -1 下，燃油流量减少率增加，横向距离不变，垂直距离减少；顶风20 m·s -1 下，燃油流量减少率减小，横向距离不变，垂直距离增加。

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繁忙机场机坪空间构型对航班离港滑行时间的影响

唐小卫, 陈祯, 张生润, 丁叶

2022, 22(5): 309-317. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.05.032

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航班离港始于停机坪推出，经由滑行道滑行并止于跑道离地，因此机坪空间及其与跑滑系统构成的相对位置关系对航班离港滑行具有较大影响，滑行时间的预测精度对ACDM机制下航班推出时刻优化和跑滑系统效率提升具有重要作用。首先提出机位组概念表征机坪空间构型，据此设计场面实时动态航班流量、机位组无阻碍滑行时间和机位组空间影响指数等新特征变量，然后基于分类回归树构建预测模型，验证新特征引入对离港滑行时间的预测效果。以首都机场实际运行数据为例，预测结果表明：在保持较高拟合优度的同时，新引入的表征机坪构型及其与跑滑系统相对位置关系的特征变量提高了离港滑行时间预测模型精度，预测与实际误差值在 3 min和5 min内的航班数量分别提高了4.88%和6.46%，每高峰小时可为首都机场减少约2~3个起飞时隙的浪费；新特征变量对离港滑行时间预测精度的整体贡献较大，且场面整体流量特征变量的贡献超过单一跑道流量，进港航班相关特征变量的贡献超过离港航班。

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新冠疫情防控对大湾区高速公路运输的影响分析

林培群, 曾维嘉, 周楚昊, 庞崇浩

2022, 22(5): 318-327. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.05.033

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在新冠疫情常态化防控背景下，我国区域性疫情频发，如何量化疫情防控措施对经济运行和客货运输的影响成为社会亟待研究的问题。为此，本文设计了高速公路运输指标计算方法，提出疫情防控措施的等级与阶段划分流程，建立双重差分模型分析疫情防控措施对高速公路运输指标的影响。本文以粤港澳大湾区主要城市为对象，基于2020年5月—2022年4月高速公路收费数据和疫情防控信息开展案例研究。研究结果表明：I级(加强)防控措施下，客车流量显著下跌，各案例降幅在8%~27%之间，货运指标变化不明显。深圳和东莞在II级(严格)防控阶段，客货运指标均剧烈下跌，两市客车流量分别再下降 46.3%和 33.7%，货车流量分别再下降 42.7%和 27.6%，货运量和货物周转量降幅与货车流量相当。高速公路客车市际平均运距在I级防控措施下存在下降趋势，但在II级阶段下，客车和货车市际平均运距均显著提升。本文为城市与城市群疫情防控措施的制定与实施提供一定的参考价值。

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考虑潜在类别的老年行人交通事故严重程度致因分析

焦朋朋, 李汝鉴, 王健宇, 葛浩菁, 陈越

2022, 22(5): 328-336. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.05.034

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人口老龄化问题日益突出，老年行人的出行安全同样引起各界重视。本文基于潜在类别聚类分析和随机参数Logit模型相结合的两步法深入探究影响老年行人交通事故严重程度的诱因。对北卡罗来纳州2007—2019年65岁及以上老年行人与机动车的碰撞数据进行清洗。为消除碰撞数据中固有的未观察到的异质性，首先进行潜在类别聚类分析，依据拟合优度指标确定最佳聚类数，将数据分成3个集群，分别对每个集群进行特征描述。然后，分别对每个集群建立随机参数Logit模型，以进一步探索集群内部未观察到的异质性，同时计算各显著变量的边际效应，量化其对事故严重程度概率的影响。结果显示，随机参数Logit模型具有更好的拟合优度；不同集群参数估计结果有所差异，一些变量只在特定集群内是显著的；集群1中，“救护车援助”为随机变量，集群2中“事故发生在城市”为随机变量，集群3中未发现随机变量，退化为多项Logit模型。本文研究结果可为交通工程师和政策制定者提供更可靠准确的老年行人交通事故严重程度诱因信息，为老年行人出行安全改善方案的制定提供理论支撑和技术支持。

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基于人体姿态空时特征的驾驶员疲劳检测

李泰国, 张天策, 李超, 张英志, 王英

2022, 22(5): 337-344. DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2022.05.035

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为减少疲劳驾驶给道路交通带来的安全隐患，本文以驾驶员人体姿态为研究对象，分析驾驶动作变化与驾驶员疲劳状态之间的联系，提出基于空时特征与人体姿态的驾驶员疲劳检测模型。首先，以改进的Simple Baselines网络定位驾驶员骨架关键点(空间特征)；其次，分析驾驶过程中人体姿态的变化特点，依据“高内聚、低耦合”的原则将人体关键点模块化，以此为基础设计多个与驾驶员疲劳驾驶相关的特征表示；最后，引入滑动窗口计算各疲劳特征的离散程度，将其作为长短时记忆网络(时间特征)的输入，从而实现对驾驶员疲劳状态的预测。通过13位被试驾驶人的驾驶行为数据实验结果表明：使用本文提出的基于空-时特征和人体姿态的驾驶员疲劳检测模型可达到97.73%的检测精确率，98.95%的召回率以及98.35%的准确率，表明该检测模型具有可行性。

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