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2023年  第41卷  第6期

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本期导读
2023, 41(6): .
摘要(606) HTML (385) PDF(223)
摘要:
综述
智能船舶安全研究的热点问题分析与展望
张笛, 李治宏, 万程鹏
2023, 41(6): 1-11. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.06.001
摘要(593) HTML (305) PDF(316)
摘要:
近年来，随着自主导航、传感器、通信和网络技术的成熟，智能船舶的研究迅速发展。2023年9月，第33届欧洲安全与可靠性会议在英国南安普顿成功召开。会议主题聚焦于在互联世界中构建安全的未来，特别关注智能船舶安全性。在对514篇会议论文（其中19篇涉及智能船舶安全相关主题）进行全面分析的基础上，结合前2届会议情况，以及国内外近十年的相关研究，总结了智能船舶安全研究领域的4个热点问题：①自主性水平与相关法律法规：随着船舶自主性的提升，现有法律体系需要更新以适应新技术，研究集中在界定智能船舶的自主性水平，并探讨相应的法律和监管框架；②远程操作中的人因问题：远程操作引入了新的挑战，研究聚焦于设计远程操作系统，以减轻操作员的心理负担，提高沟通效率，并提供有效的决策支持以确保安全；③智能船舶风险评估：该研究领域致力于使用先进技术进行更精准的安全和风险评估，包括运用多维传感器数据、实时监控和多样化的数据分析模型；④人工智能与机器学习的应用：二者被视为智能船舶安全领域的创新方向，研究重点在于利用这些技术进行故障预测、航行路径优化和自动化安全监督。通过分析现有文献，从4个关键角度对未来智能船舶安全研究方向进行了展望：①通过采用基于模型的系统工程方法进行船舶安全分析，可以从设计初期开始识别并消除潜在的安全隐患，同时促进跨学科团队的协作，以提高安全与可靠性分析的精确性；②人因风险分析方面，认为功能共振分析方法更适合处理智能船舶这类复杂系统，通过评估系统功能之间的相互作用，识别故障并制定预防措施；③为了提高紧急情况下的干预效率，需要研究开发能辅助操作员迅速、准确作出决策的支持系统，同时须考虑到操作员的心理和生理状况；④应用人工智能和机器学习深化理论，开发能在复杂海洋环境中作出精确决策的自主决策模型，以及能整合多种数据源提供精确天气预报和航线优化的先进算法。
交通安全
基于正交试验的轴箱内置式高速动车驱动系统悬挂刚度优化方法
王家鑫, 张汉辰, 吴志强, 刘禹清, 陈再刚
2023, 41(6): 12-19. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.06.002
摘要(419) HTML (265) PDF(125)
摘要:
驱动系统作为高速列车动力转向架的核心子系统，是高速列车安全运行的重要保障，但随着运行速度的不断提高，高速列车的可靠安全运行受到严重挑战。为了减小轴箱内置式高速动车驱动系统悬挂节点的动态载荷，降低驱动系统关键部件的振动水平，对驱动系统悬挂刚度进行了优化研究。基于多体系统动力学理论，综合考虑轨道随机不平顺激扰、牵引动力传递和齿轮啮合作用等因素的影响，建立了轴箱内置式高速动车动力学模型；利用正交试验设计方法，以减小牵引电机吊点悬挂载荷和齿轮箱车轴铰接点垂向载荷为优化目标，研究牵引电机吊点、齿轮箱吊杆吊点、电机-齿轮箱连接点的悬挂刚度对车辆关键部件振动加速度和驱动系统悬挂节点动态载荷的影响规律；并采用极差分析法对其影响规律进行分析，获得驱动系统悬挂刚度的最优匹配组合。研究结果表明：与原始设计的驱动系统悬挂刚度相比，参数优化后牵引电机吊点的纵向载荷最大值减小22.3%, 横向载荷最大值减小37.9%，垂向载荷最大值减小9.8%，齿轮箱车轴铰接点的垂向载荷最大值减小9.1%；此外，驱动系统悬挂刚度优化后的牵引电机、齿轮箱、轴箱的横向振动加速度均明显减小。
基于自然驾驶数据的高密度立交出入口车辆轨迹特征研究
徐进, 杨雪敏, 张雪榆, 张杰, 孔繁星, 矫成武
2023, 41(6): 20-31. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.06.003
摘要(391) HTML (318) PDF(139)
摘要:
互通式立体交叉是道路交通网络重要的节点，而随着相邻立交之间的间距不断缩小，逐渐形成了高密度立交群，容易造成交通拥堵，加大驾驶负荷和事故风险。为明确在高密度立交群出入口区段的运行风险和安全隐患，在重庆内环路选取了1簇高密度立交群作为研究对象，开展了实车驾驶实验。使用车载仪器采集自然驾驶状态下车辆轨迹数据，包含速度、实时行驶位置以及车辆中心与两侧车道线之间的横向距离；基于对实测数据的深度分析，明确立交出入口的车辆轨迹形态以及车道选择行为特征和驾驶人性别对轨迹形态的影响关系，挖掘车辆驶离（汇入）主线过程中的换道行为特征和驾驶风险影响因素。结果表明：①出入口类型对车道选择和轨迹形态有明显影响，相比于平行式出口，直接式出口的轨迹更顺畅，换道次数更少；②驾驶人在净距较近的2座立交驶入驶出时，进入主线路段更倾向选择辅助车道或者最外侧车道行驶，以减少换道次数；③出入口附近的主线车道数变化会影响驾驶人的车道选择行为；④驶离主线时，平行式出口的换道持续时间要高于直接式出口，而入口类型对于换道时间没有显著影响，78%驾驶人的换道时间为5~10 s；⑤出口区段的运行风险高于入口区段，可在出口区段最右车道左侧设置白色实线禁止跨越同向车道线，长度范围以渐变段起点向前50 m一直覆盖至分流点处。
基于驾驶人心理风险场模型的个性化换道决策方法
李珂, 韩同群, 杨正才, 高菲, 吴浩然
2023, 41(6): 32-41. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.06.004
摘要(403) HTML (192) PDF(122)
摘要:
行驶环境中交互车辆的运动行为会对驾驶人心理产生刺激，引起驾驶人心理状态的变化，进而影响其换道决策行为。为此提出了1种基于驾驶人心理风险场模型的个性化换道决策方法。基于单向3车道快速路交通场景，通过交互式多模型分析车辆的横向速度与横向位移，引入可变横向速度相关的转移概率矩阵，预测交互车辆的目标车道选择；建立驾驶人心理风险场模型，量化行驶环境与交互车辆的运动行为对驾驶人心理风险造成的影响；利用高仿真驾驶模拟器联合SUMO试验平台开展287人次的模拟驾驶试验，通过建立混合交通仿真场景采集驾驶人的换道数据，并选取平均碰撞时间与驾驶人心理风险因子2个特征参数，使用K-means算法进行驾驶风格聚类，将驾驶人分为保守型、正常型和激进型这3类，并进一步确定不同风格的驾驶人在换道初始时刻所能接受的心理风险阈值。在此基础上，实现车辆的个性化安全换道决策。驾驶模拟器试验验证结果表明：对应于保守型、正常型和激进型的驾驶人，实际最小换道决策时间分别为3.48，6.29，11.33 s，实际最大换道决策时间分别为4.65，7.45，12.52 s，理论换道决策时间分别为4.09，6.83，11.95 s，所建立的换道决策模型的个性化换道时间预测误差均小于0.62 s。本方法可以准确评估不同风格驾驶人的心理风险，实现个性化的换道决策。
典型机型冲偏出跑道耦合故障模式及风险建模
王菲茵, 袁锦彤, 汪磊
2023, 41(6): 42-50. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.06.005
摘要(402) HTML (226) PDF(99)
摘要:
冲偏出跑道是国际航空运输协会指出的高风险事件。为了探索冲偏出跑道事件在国际上发生的规律，挖掘冲偏出跑道事件发生的影响因素与其耦合特征，研究了2007—2018年57起典型机型的冲偏出跑道事件的调查报告，对事件发生的伤亡人数、机型、原因等进行分析。针对冲偏出跑道事件影响因素多样且复杂的特点，融合了人因分析与分类系统模型（human factor analysis and classification system，HFACS）、SHELL模型和失效模式和影响分析方法（failuremode and effect analysis，FMEA），弥补了单一方法使用的局限性，基于优化的HFACS模型，纵向深入分析了人为因素在冲偏出跑道事件中的影响，基于改进后的SHELL模型横向全面分析了冲偏出跑道事件中多因素之间的耦合影响，使用FMEA方法对冲偏出跑道事件的多影响因素耦合效应深入挖掘，提出了诱发冲偏出跑道的18种多因素耦合故障模式，判别故障模式的发生度、严重度和预测度，进而量化故障模式的风险优先值。结果表明：91.2%的冲偏出跑道事件发生在着陆阶段；87.7%的冲偏出跑道事件与机组人为因素影响有关，其中对飞机的控制不足发生频次最高，占比31.1%；多因素耦合造成了78.9%的事件发生，多因素耦合故障模式中故障模式F2-1中的机组因素和气象因素的叠加风险优先值最高，为364.8，发生次数占比21.05%也为最高，该故障模式是需要重点防控的对象，说明飞行员需要加强复杂天气条件下的冲偏出跑道防控模拟训练。
交通信息工程与控制
基于C-Informer模型的船舶轨迹预测方法
陈立家, 周乃祺, 李世刚, 刘克中, 王凯, 周阳
2023, 41(6): 51-60. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.06.006
摘要(386) HTML (264) PDF(104)
摘要:
船舶在复杂环境中的航行受风浪、水深、船舶性能等多种不确定因素的影响，利用数学模型难以准确定义和反映船舶轨迹变化规律。针对此问题，研究了1种基于特征工程及神经网络的船舶运动轨迹多步预测方法，将轨迹预测任务分为数据处理及模型预测2个部分：①数据处理模块利用特征工程的方法对AIS轨迹数据进行预处理，首先对原始AIS数据进行清洗，然后利用最大信息系数筛选出与位置预测任务高度相关的特征，并引入变步长的时间间隔信息，解决现有模型只能选取固定时间间隔的数据进行训练和预测的问题，最后重构出高质量的船舶轨迹序列；②模型预测模块构建基于C-Informer的船舶轨迹预测模型，利用Informer模型的多头概率稀疏自注意力机制，降低网络模型的时间复杂度，同时基于生成式解码提高预测速度，通过引入因果卷积模块，增加模型对相邻时间轨迹特征的敏感程度，以弥补Informer模型在局部信息抽取时的不足，使模型更适应于船舶轨迹预测任务。基于南京港附近船舶AIS数据的实验结果表明：C-Informer模型的轨迹预测整体均方误差为1.72×10－7，平均绝对误差为2.43×10－4，与原始的Informer模型相比分别降低28.6%和31.9%，且使用筛选后的特征组合训练C-Informer模型，与只包含经纬度的特征组合相比，均方误差和平均绝对误差分别降低57.7%和42.1%。在对不同时间步长的轨迹进行预测时，C-Informer模型预测时间比长短期记忆网络模型最多减少了69.6%，损失最多降低了75.8%。
低附着下分布式驱动车辆的路径跟踪与横向稳定性控制方法
杨炜, 谭亮, 杜亚峰, 孙雪, 张宇杰
2023, 41(6): 61-70. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.06.007
摘要(336) HTML (217) PDF(68)
摘要:
由于车辆在低附着工况（如积雪、潮湿）下跟踪性与横向稳定性的耦合关系，这使得二者之间的控制难以同时满足跟踪精度及良好的稳定性需求，因此，研究了基于分布式独立驱动电动汽车平台的路径跟踪与横向稳定性联合控制模型。对于路径跟踪问题，采用了横纵向解耦控制；对于横向跟踪控制问题，模型采用基于Frenet坐标系的模型预测控制（model predictive control，MPC）路径跟踪控制方法，并引入了转角补偿策略以提升路径跟踪的准确性；对于纵向车速控制问题，模型利用MPC求解期望加速度，并根据行驶平衡方程和保证路面附着最大利用率的条件下确定电机扭矩输出，实现对纵向车速的控制。对于横向稳定性控制问题，提出了基于稳定性增强系统（stability augmentation system，STA）的横摆力矩控制模型，在获得附加力矩后，以二次规划方法将其合理分配到各个车轮上，从而增强了车辆的横向稳定性。最后，通过CarSim/Simulink联合仿真平台，在双移线道路工况下进行了仿真验证。结果表明：在积雪路面，改进模型相比传统MPC在保证横向误差接近的条件下，最大的质心侧偏角降低了83.1%；在潮湿路面，改进模型相比传统MPC模型最大横向误差降低了52.2%，最大质心侧偏角降低了83.3%；相比于传统滑膜，本文模型在跟踪误差与质心侧偏角占优势的情况下，有效的抑制了震荡现象。通过联合控制，可以加强车辆在低附着路面的稳定性与安全性。
面向航班高峰期的机场地勤车辆多阶段优化调度方法
祁欣月, 张健, 姜涵
2023, 41(6): 71-81. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.06.008
摘要(334) HTML (205) PDF(44)
摘要:
在航班运行高峰时段内，地面服务需求更加集中，机场可调度的地勤车辆数量有限，可能引发航班延误，导致机场多方面损失。针对该问题，研究了地勤车辆多阶段优化调度方法，重点考虑摆渡车和加油车2种地勤保障车路由与时间窗口限制，以航班准点率及延误时间为评价指标进行优化调度。构建了具有4类节点和5类弧的容量-费用网络G1，通过设置合适弧容量及费用参数，确定最小费用流规划模型；采用拉格朗日松弛启发式算法对模型求解，通过不断寻优，设置对偶间隙初值、容许误差，最大迭代次数，输出预测结果；深入分析高峰时段的航班运行状态，构建基于时空网络的整数线性规划模型，优化第一阶段未服务航班的总延误时间；结合最小化最大值定理，构建单航班服务延误模型，将单个航班延误造成的损失降到最低。最后，基于实际航班数据，结合机坪平面布局开展仿真实验和验证，结果表明：利用优化调度得到加油车和摆渡车准时服务的最大航班数分别为30，131架?次，待服务航班的最小总延误时间分别为223，542 min，航班总延误下降21.56%，显著缩短航班延误时间，提升了机场场面的整体运行效率。
基于时空注意力机制的STA-GRU船舶轨迹预测方法
黄敏, 杨亚东, 吴新鹏
2023, 41(6): 82-89. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.06.009
摘要(346) HTML (256) PDF(42)
摘要:
船舶轨迹预测的精度关系到船舶智能航行水平。针对门控循环单元（gated recurrent unit, GRU）提取船舶时空信息数据能力不足，导致轨迹预测精度不佳的问题，研究了基于时空注意力机制的GRU船舶轨迹预测方法（spatial-temporal attention mechanism-gated recurrent unit, STA-GRU）。将传统GRU中的激活函数改进为加权激活函数组，以保留更完整的船舶轨迹数据；引入空间注意力机制模块提取船舶空间位置信息的特征，以船舶经纬度及相对经纬度数据作为输入序列，计算对应的空间权重注意力因子，获得空间特征向量；再引入时间注意力机制模块挖掘观测时段内历史轨迹特征向量的时空依赖性，以历史轨迹数据中的航速、航向拼接空间特征向量作为输入序列，计算时空权重注意力因子，将获得的时空特征向量作为STA-GRU模型的训练数据集，用于船舶轨迹预测。采用青岛港AIS数据开展实验验证，以输入时长20 min，采样频率2 min作为输入条件，构建船舶航行轨迹数据集，结果表明：对比LSTM、AT-GRU、Bi-GRU算法，STA-GRU模型不仅在训练过程中收敛速度更快，而且在均方根误差、平均绝对误差、最终位移误差指标中均有大幅下降，预测轨迹时各项指标平均降低了50.2%，38.7%，48.3%；预测经度时各项指标平均降低了43.8%，50.5%，49.5%；预测纬度时各项指标平均降低了52.4%，48.4%，50.5%。因此，所提船舶轨迹预测STA-GRU模型的精度有显著提升，并能满足轨迹预测的实时性需求。
基于改进U-net的沥青路面图像裂缝分割方法
张涛, 王金, 刘斌, 许牛琦
2023, 41(6): 90-99. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.06.010
摘要(232) HTML (128) PDF(32)
摘要:
为提高基于图像的沥青路面裂缝分割精度，基于U-net架构提出了strip-attention-u-net（SAU）网络。该网络采用ResNeSt50作为特征提取网络，能有效地捕捉图像中的语义信息和局部细节；在编解码跳跃连接阶段、解码器上采样阶段分别引入通道增强条形池化（channel enhanced strip pooling，CESP）模块、卷积块注意力（convolutional block attention，CBA）模块，该模块能有效减少通道压缩导致的特征丢失情况，更好地保留裂缝特征；结合Dice Loss和Focal Loss的损失函数可以使模型关注像素占比小、难以分割的细长裂缝。为测试SAU网络的性能，使用EdmCrack600公共数据集和BJCrack600实验数据集开展了模块消融实验，并与典型图像分割模型（FCN、PSPNet、DeepLabv3、U-net、Attention U-net和U-net++）进行了对比。结果表明：在EdmCrack600公共数据集上的对比实验中，SAU网络的裂缝分割效果更佳，裂缝交并比（intersection over union，IoU）和F1分数分别为50.89%和83.59%；在BJCrack600实验数据集上进行网络训练和对比实验中，表明SAU网络在沥青路面裂缝分割上的性能更优，裂缝IoU和F1分数分别为69.69%和90.90%，可为道路养护提供更为智能化、高效的决策支持。
考虑信息影响的理性疏忽出行方式选择行为模型
赵传林, 孙淑敏, 贺少松, 王钰涵
2023, 41(6): 100-106. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.06.011
摘要(217) HTML (112) PDF(28)
摘要:
出行方式选择模型多以理性人为假设，但在当前信息爆炸时代，各类信息为出行决策带来便利的同时也带来了干扰，以往研究未能充分揭示人们有限的信息处理能力对于出行方式选择行为的影响。从实验和理论角度展开研究。设计了1个包含多类信息购买决策过程的出行方式选择行为实验，经过30轮重复实验，验证了出行者决策的理性疏忽特性，即被试者并不会关注所有的出行信息，发现被试者对上1轮每种出行方式选择的人数关注度较高，但对下1轮预测性信息关注度较低。考虑出行方式交通状态的随机性和出行者信息处理能力的有限性，定义了每种出行方式的出行成本函数，建立了以信息成本与期望出行成本之和最小为目标的单人出行方式选择模型，模型中采用香农熵描述信息量并引入单位信息成本来表示出行者的信息处理能力。进而给出了出行方式选择的多人博弈均衡条件，采用逐次平均法对模型进行求解，数值算例进一步说明了模型的性质。结果表明：相比于预测性信息，出行者更关注经验性信息；单位信息成本无穷大时，出行者为无信息出行，方式选择倾向于初始偏好；随着单位信息成本的减小，2种出行方式选择概率的差值变大，方式选择倾向更加明确；当某个交通状态发生的概率较小或者较大时，出行者为获取信息所付出的成本均较小。
交通场景中基于注意力机制神经网络的人群计数
王丽园, 姚韵涛, 贾洋, 肖进胜, 李必军
2023, 41(6): 107-113. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.06.012
摘要(226) HTML (116) PDF(18)
摘要:
人群计数是计算机视觉领域的重要任务。交通场景中的人群计数任务对于维护公众出行安全、实现交通智能化具有重要作用。公共交通场景中通常存在行人相互遮挡、背景复杂等现象，给人群计数带来了困难。为了实现高精度的人群计数，研究了基于注意力机制的人群密度估计网络。网络包含3个部分：特征提取模块通过生成多尺度的特征图，增强网络的特征表达能力，提高网络对行人大小变化的鲁棒性；注意力模块通过抑制背景噪声响应，强化人群特征响应，生成特征图中人群区域的概率分布，增强网络区分人群区域与背景区域的能力；密度估计模块在注意力机制的约束下指导网络回归高分辨率的人群密度图，提高网络对人群区域的敏感性。设计了基于背景感知的结构损失函数，能够降低模型的错误识别率，提高模型的计数准确率；采用多级监督机制指导网络进行学习，能够帮助梯度反向传播和减少过度拟合，进一步提高网络的人群计数精度。在公共数据集ShanghaiTech上进行了实验，实验结果表明：与目前最先进的算法相比，在ShanghaiTechA和ShanghaiTechB数据集上，平均绝对误差（mean absolute error，MAE）分别提高了2.4%和1.5%，均方误差（mean square error，MSE）分别提高了3.3%和0.9%，证明了提出的算法在人群拥挤和稀疏的场景中均有更好的准确性和鲁棒性。同时，在真实场景数据集上进行了实验，MAE＝7.7，MSE＝12.6，证明了提出的算法具有良好的实用性。
交通规划与管理
面向多类型交通冲突的道路条件及交通状况影响评估
钟昊, 马万经, 王玲
2023, 41(6): 114-123. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.06.013
摘要(325) HTML (129) PDF(29)
摘要:
交通冲突为交通事故发生前的潜在状态。探究静态路段属性和动态交通流特性等宏观特征对于交通冲突的影响至关重要，但现有研究主要关注2辆车之间的危险状态，对于涉及多个交通主体的冲突缺乏重视。为有效提取包括单一冲突和连锁冲突在内的多类型交通冲突，基于无人机采集的车辆轨迹数据首先识别车辆对之间的单一冲突，另通过关联匹配辨识连锁冲突，并基于聚类将连锁冲突划分为纵向风险下降模式、纵向风险增加模式和横纵向高风险持续模式。构建巢式Logit模型探究宏观交通属性及路段条件对多类型单一冲突和连锁冲突的影响，结果表明合流区和基本路段为单一冲突的高发区域，而分流区和交织区为连锁冲突高发区域，尤其会导致横纵向高风险持续模式的发生，但车道数的增加有助于减少严重连锁冲突的发生。此外，主线交通密度增大，连锁冲突发生概率增加；匝道与主线的流量比增大时，连锁冲突更易发生，其中纵向风险增加模式对交通流量最为敏感。将各类型冲突发生的交通流条件与宏观基本图结合分析，表明各类型交通冲突的发生次数存在峰值，且路段上交通冲突发生最多的临界密度要高于同一路段宏观基本图的临界密度。研究结论有助于理解多车连锁冲突发生的宏观原因，有效阻断其演化为连锁碰撞。
面向空铁联运旅客选择行为的两阶段容量控制方法
杨文东, 彭纪元, 姜雨
2023, 41(6): 124-131. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.06.014
摘要(207) HTML (120) PDF(14)
摘要:
针对空铁联运容量控制理论缺乏、旅客选择行为复杂化等问题，研究了基于旅客选择行为的空铁联运两阶段容量控制方法。第一阶段建立旅客选择行为模型，通过引入影子吸引力，改进现有选择模型中忽略竞争、选项单一的缺点，建立空铁联运产品选择模型，并基于巢式Logit模型证明其合理性；第二阶段以最大化联运期望收入为目标，建立空铁联运网络容量控制模型，并基于分支定界思想，提出嵌套产品子集下的模型求解算法；最后，针对空-铁网络上150座级机型的容量控制问题进行验证，并对比分析不同竞争强度下的网络期望收入。结果表明：150座航班中有91个舱位分配给航空市场的旅客，有59个舱位分配给联运市场的旅客，网络期望收入为160 600元；在综合考虑替代品竞争的情况下，票价低且竞争性高的产品更具有收入价值；此外，改进后的模型通过引入影子吸引力，捕获了基本吸引力模型和独立需求模型之间的需求，相较于独立需求模型能提高4%左右的期望收入；并且，在非联运产品和联运产品的舱位总数相持的策略下，航空公司可有效应对联运市场的竞争因素影响。
基于DQN算法的支线集装箱船航线规划与配载协同优化方法
李俊, 肖笛, 温想, 赵雅洁
2023, 41(6): 132-141. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.06.015
摘要(287) HTML (159) PDF(17)
摘要:
针对支线集装箱船运输中喂给港数和靠泊条件不一，以及集装箱船队船型多样的特点，考虑航线规划与配载环节在实际运输过程中的紧密联系，研究支线集装箱船航线规划与配载协同优化方法。采用两阶段分层方法研究航线规划与集装箱配载问题，设置多个港口、不同船型及其贝位和堆栈组合、不同尺寸集装箱的集合，并确定其间基本关系，实现两阶段优化过程的完整性和连续性。第一阶段以航线总运营成本最小为目标建立船舶航线规划模型，第二阶段从主贝计划角度出发进行配载优化，确认集装箱与堆栈的对应关系，以船舶混装堆栈数最小为目标建立船舶配载模型，保证船舶稳性在航线任意时段均满足要求，并减少堆栈混装数量，提高到港作业效率。为实现模型高效求解，基于深度强化学习的Deep Q-learning Network（DQN）算法架构，设计了航线规划与配载决策对应的马尔可夫过程，结合问题自身特征分别完成强化学习智能体状态空间、动作空间以及奖励函数设计，构建了两阶段分层求解的DQN算法。实验结果表明：随着船舶数量和船舶装载率的增加，模型精确求解的时间大幅增加，部分算例无法在600 s内完成求解，而DQN算法可实现快速求解；与模型及粒子群优化（Particle Swarm Optimization，PSO）算法相比，DQN算法可高效求解不同规模下的算例，大规模算例求解最大耗时31.40 s，平均耗时30 s以内，求解效率较好；进一步计算表明，不同喂给港数量下PSO算法在求解时间上的平均标准差为11.20，而DQN算法平均标准差仅为1.74，鲁棒性更好。总体来看，DQN算法在求解时间上随问题规模变化而产生的波动较小，具有更加稳定的求解性能，可实现高效寻优。
基于熵权改进-TOPSIS法的扇区复杂度评估方法
蒋薇, 李印凤
2023, 41(6): 142-151. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.06.016
摘要(206) HTML (105) PDF(10)
摘要:
扇区复杂度评估是开展空域规划、制定空域资源调配策略的关键和基础，为解决复杂度评估多因素耦合影响及现有评估方法简单和主观性问题，研究提出基于熵权改进-TOPSIS法的扇区复杂度评估方法。针对扇区运行特点，从空域静态结构、交通运行状态、动态限制情况3个维度，新构了包括航路结构、航空器潜在冲突、恶劣天气等8个具体量化指标，形成了全面反映空域扇区复杂度的多维评估指标体系。运用高斯分布异常值检测处理方法，消除了极端异常值对评估的影响，结合熵权法客观权重计算的优势，建立了更贴近扇区实际运行情况、符合主观认知的基于熵权改进-TOPSIS法的扇区复杂度评估方法。本研究以北京区域扇区为例进行验证分析，以均衡扇区复杂度为标准，分别从多扇区间横向对比和单扇区不同时段对比2个场景对扇区复杂度进行评估分析，并与专家评估结果进行了对比验证。结果表明：2个场景的复杂度均处于不均衡状态，说明当前北京区域空域资源分配在时间和空间这2个维度均存在一定的失衡，依据评估结果，可针对性的开展空域结构调整与交通流优化工作。相较于专家经验评估结果，本方法评估结果与专家主观认知吻合度高达80%，验证了本文方法的可行性、准确性和有效性，相较于专家评估方法，本文方法具有可量化、客观性强、计算便捷等优势。
“双碳”目标下航运企业碳减排的三方演化博弈分析
蒋军, 杨琛, 陈丽璇, 马志明, 林丽, 付晓娜
2023, 41(6): 152-160. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.06.017
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摘要:
目前水路运输碳减排的演化博弈研究主要聚焦于企业和政府之间，忽视了市场消费者在碳排放减少过程中的影响力。从市场消费者视角出发，引入货主为博弈主体，研究航运企业、政府监管部门及货主的三方博弈过程，可以更全面的揭示航运业碳排放的博弈路径。为平衡航运企业、政府监管部门及货主三方在碳减排过程中的利益冲突，基于演化博弈理论，设定行为主体的行为集、概率组合及博弈行为等相关参数，构建航运公司、政府监管部门及货主之间的三方演化博弈模型及动态复制方程。运用MATLAB仿真工具，求解该模型的12个平衡点，并对平衡点的局部稳定性进行系统分析。通过对三方博弈主体之间的相互作用及演化过程进行数值模拟与仿真分析，研究演化过程中的干扰因素和机制，探讨得出各参数对系统演化结果产生的影响。仿真结果表明：①随着低碳航运技术所产生的收益明显超越传统技术，政府开始采取更加主动的监管策略；②演化博弈过程中，各参与者的策略选择与其初始策略选择的概率密切相关，表明初始策略在策略演化中起到关键引导作用；③货主在政府和航运企业的双重影响下，成为推动航运业碳减排的关键因素；④航运企业对新技术研发的态度与其收益及政府补贴有关，打破传统观念将其只与成本挂钩的观点。研究结果可为航运企业碳减排的政策优化提供参考。
车辆怠速起停系统使用意愿结构方程模型及影响因素分析
鄢云珠, 傅忠宁, 岳金田
2023, 41(6): 161-170. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.06.018
摘要(213) HTML (115) PDF(7)
摘要:
车辆怠速起停系统的应用能有效降低油耗和尾气排放量。为探究驾驶人使用车辆怠速起停系统的行为意愿，调查受访者的社会经济属性及其对车辆怠速起停系统的主观态度特征，采用Likert量表设计行为意愿调查问卷，收集到520份有效样本。通过共同方法偏差检验、信度和效度检验，保证样本数据的稳定性和可靠性。在技术接受模型和计划行为理论的框架下，新增潜变量-驾驶人对怠速起停系统的信任，以优化适配指标来调整模型路径关系，建立该系统使用意愿的结构方程模型。通过路径假设检验和中介效应检验结果来梳理主观因素之间的作用关系，并依据社会经济特征划分群组，建立多群组模型分析个体差异对系统使用意愿的具体影响。结果表明：影响车辆怠速起停系统使用意愿的主观因素中，行为态度的影响作用最显著，信任和知觉行为控制的影响作用较显著，而感知有用性不是显著影响因素；感知易用性和主观规范对信任皆有显著正向作用，并通过信任影响使用意愿；高学历群组受感知易用性和信任的影响较大，年长组和小型车组受主观规范影响较大，而大型车组受知觉行为控制影响较大。
信息动态
凝心聚力再出发  迎难而上再前行——张春枝副会长在青科委2023年工作年会上的讲话
秦雪峰, 申琼珍
2023, 41(6): 171-172.
摘要(234) HTML (175) PDF(3)
摘要:

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