人-车-路耦合环境中车辆稳态安全仿真

为揭示驾驶员、道路、车辆综合作用下车辆运行状态的失稳机理,基于多Agent建模与安全仿真技术,构建包含驾驶员、道路、车辆、协调中心、人机接口等5方面的多Agent车辆稳态安全仿真框架;建立车辆多体动力学、道路三维空间、驾驶员预瞄控制与跟随仿真模型,从车辆稳定性和驾驶员操作负荷2方面分析车辆稳态安全性。以小轿车为代表车型,针对某二级公路开展车辆稳态安全仿真试验。仿真结果表明,当汽车以60和70 km/h行驶时,前后轮总体围绕平均轴重波动,稳态运行;以80 km/h行驶时,汽车冲出车道,轮胎最小垂直反力仍然大于0;3种速度下侧向加速度均大于0.3 g(g为重力加速度),且速度越高,侧向加速度越大,表明汽车冲出车道由侧滑引起。     

雾霾时车辆尾气排放对驾驶员能见度的影响

针对北京道路车辆尾气排放对雾霾时驾驶员道路能见度的影响问题,建立了雾霾时车辆尾气排放与驾驶员道路能见度关系模型。该模型以车辆为单元建立车辆尾气排放元胞,考虑了车辆尾气排放后的污染物物理和化学变化,并以车道中的尾气排放位置截面及截面单元、交叉口处的尾气排放位置区间为模型单元。为验证该模型,于2016年10月-2017年2月和2017年10月-2018年2月,在北京地区部分路网检测了驾驶员道路能见度等数据,并统计了各时段驾驶员道路能见度的分布情况。对建立的关系模型进行仿真,结果表明,该关系模型的仿真结果与实际检测数据的误差占比平均值小于4. 98%,验证了该关系模型用于描述北京市道路车辆尾气排放对雾霾时驾驶员道路能见度影响的有效性。     

考虑驾驶员反应时间的车辆碰撞预警模型

为了保证车辆在行驶过程中的安全性,提出了一种考虑驾驶员反应时间的车辆碰撞预警模型,改进了传统模型中驾驶员反应时间定值化的缺点。首先,依据车辆的制动过程分析了驾驶员反应时间对制动距离的影响。其次,设计驾驶员反应时间的模糊推理算法,选取驾龄、疲劳强度和应变能力3个主要因素作为评价指标来计算反应时间。最后,采用分等级的预警策略建立考虑驾驶员反应时间的碰撞预警模型,并通过Carsim-Matlab/Simulink联合仿真与传统模型进行对比分析。结果表明,设计的预警模型可以对不同类型的驾驶员进行差异化碰撞预警,在30 km/h和80 km/h两种车速下实际停车距离与理论值的最大误差为8%。     

改进的灰色马尔科夫模型在飞行事故率预测中的应用

基于灰色理论和马尔科夫理论,建立传统的灰色预测模型和灰色马尔科夫预测模型;对传统灰色预测模型的背景值和初值的构造存在一定的误差进行改进,并用改进后的新模型对飞行事故率预测的结果与传统的灰色马尔科夫模型进行对比;仿真结果表明:改进后的灰色马尔科夫模型预测精度有了进一步的提高并验证了算法的有效性。     

基于反应时间的隧道出口预告标志布设研究

针对《公路路线设计规范》(JTG D20—2017)对隧道出口与互通立交间距过短时,互通立交出口预告标志布设位置规定不明确的问题。基于UC-Win/Road软件建立出口预告标志分别布设于公路左侧、右侧和上方的3种仿真场景,并利用自主研发的动态驾驶仿真试验平台,研究3种仿真场景下左、右车道行车时对驾驶员反应时间的影响,最后基于反应时间均值、换道距离理论和驾驶员的视认特性得出预告标志的最佳布设形式和位置。研究结果表明：预告标志位于公路左侧且右车道行车时,驾驶员反应时间最长;预告标志位于公路上方且右车道行车时,驾驶员反应时间最短;驾驶员对预告标志的反应时间与预告标志在道路横断面上的布设位置显著相关;推荐在隧道入口前采用门架式支撑方式布设出口预告标志,且布设位置距隧道入口的距离不小于424～710 m。研究结果可为《公路路线设计规范》具体实施提供参考,对保障交通安全具有重要意义。     

基于个性化行为模型的驾驶疲劳识别方法

为提高疲劳驾驶状态的识别精度,应考虑驾驶人之间的个体差异。以实车驾驶试验条件下车道保持行为中的车速和车道偏离值为输入,以方向盘转角为输出,基于径向基(RBF)神经网络针对每个驾驶人构建正常驾驶状态下的车道保持行为模型,并根据残差对模型的拟合及预测效果进行评价;将疲劳驾驶状态下的车速和车道偏离值输入到上述驾驶行为模型中,可得到模型预测的方向盘转角值,通过分析预测值与实际方向盘转角之间的差异,研究疲劳对驾驶人行为的影响;将预测残差作为输入,建立基于支持向量机(SVM)的疲劳驾驶状态辨识模型。结果表明:所建立的RBF神经网络-SVM识别模型对不同驾驶人疲劳驾驶状态的平均识别率达85%。     

基于改进GM(1,1)模型的管壁结蜡厚度增长规律研究

为了进一步分析蜡沉积厚度随时间的变化规律,采用灰色理论和相关数据变换方法建立了改进GM(1,1)模型.在掌握传统GM(1,1)模型建模步骤的基础上,基于弱化缓冲算子的基本原理和线性变换方法对GM(1,1)模型进行了改进,采用均方差比、小概率误差及平均相对误差对比分析了传统模型和改进GM(1,1)模型的精度.实例计算结果表明:弱化缓冲算子作用后的改进模型较传统模型有更高的精度;采用缓冲算子结合线性变换方法所建改进模型的精度较好,其精度高于仅考虑缓冲算子时的改进模型;线性变换函数中常数R的改变会影响改进模型的精度,合理选择R有助于模型达到更高的精度;应用弱化缓冲算子结合线性变换方法建立改进模型来研究管壁结蜡厚度的增长规律完全可行.     

基于机器视觉的车道偏离预警技术研究

为有效避免车辆横向偏移导致的交通事故,基于车道线检测拟合和偏离预警策略2项关键技术,对道路图像预处理模块提出2步感兴趣区域提取法、基于颜色分量的灰度化方法和改进的Otsu二值化法;基于Hough变换的缺点提出具有约束的概率Hough变换检测算法检测直线车道线;基于改进RANSAC算法和抛物线模型实现弯曲车道线的检测;为更加准确地适应实际驾驶环境,提出基于动态划分远近视场的直线-抛物线模型;提出基于车辆当前横向偏移量和车道线斜率变化的车道偏离预警模型,并通过实车实验对该模型进行验证。结果表明:上述算法改善了现有算法实时性不好、鲁棒性不高的缺点,在一定程度上满足了实际需求。     

高速公路弯道雨天可能交通事故的CA模型仿真

为给交通管控提供决策支持以降低道路事故率,在对雨天高速公路弯道车辆受力和可能交通事故分析的基础上,建立一个雨天可能发生事故的单向双车道元胞自动机(CA)模型。通过仿真试验和实际统计事故率的比较对模型予以初步验证。对不同可变速度限制(VSL)及道路几何线性参数值的交通流非线性行为进行仿真和事故概率计算。结果表明:VSL是雨天降低事故概率非常有效的方式,特别在弯道长度大和弯道半径小的路段愈加明显;应依据所提出的CA模型的仿真结果和具体道路实际,针对不同的降雨强度设置不同的速度限制值,以保证交通安全。     

基于IWOA-PNN模型的管道焊缝腐蚀剩余强度预测

针对管道焊缝腐蚀问题构建基于改进鲸鱼优化算法(Improved Whale Optimization Algorithm, IWOA)的概率神经网络(Probabilistic Neural Network, PNN)剩余强度预测模型。首先，通过种群初始化、非线性收敛因子和惯性权重因子提高鲸鱼优化算法的寻优速度和精度；然后，利用IWOA算法优化PNN的光滑因子，构建IWOA-PNN预测模型；最后，以水压爆破试验数据为基础，使用MATLAB软件进行仿真试验，并与另外2个模型进行对比分析。结果表明：IWOA-PNN模型的E_RMS为0.633 1,E_AR为2.19%,R²为0.954 6,均优于PNN和鲸鱼优化算法(Whale Optimization Algorithm, WOA)-PNN模型；IWOA-PNN模型与传统模型相比误差更小，能够更为准确地预测焊缝腐蚀后剩余强度，为管道的维修和更换提供参考。     

双向四车道公路大货车弯道运行速度及驾驶员注视与心率特性研究

通过对大货车驾驶员注视及心率增长率参数和大货车运行速度进行检测,融合交通工程学和人因工程学的基础理论,与小客车对比分析,研究了双向四车道公路直线路段、圆曲线路段的大货车驾驶员注视分布和心率增长率变化规律.结果 表明:道路直线段和圆曲线段大货车和小客车驾驶员注视点主要集中在视野中上偏右侧区域,直线段大货车驾驶员注视点分布相对于小客车偏右3.01°、偏下1.16°,圆曲线段大货车驾驶员注视点分布相对于小客车偏右4.78°、偏下0.21°,在圆曲线路段比在直线路段,大货车驾驶员相比小客车驾驶员更加关注视野中线右侧的道路环境;构建了道路圆曲线路段大货车和小客车运行速度模型及驾驶员心率增长率模型,通过与小客车的对比,分析了大货车运行速度、驾驶员心率增长率与道路圆曲线半径、纵坡坡度间的内在变化关系,并以大货车驾驶员心理紧张度作为约束条件,给出了道路圆曲线的一般最小半径.     

基于不同风险倾向的驾驶员路径诱导模型

为有效改善驾驶员出行体验,根据交通量和通行能力等参数,建立路径旅行时间和事故风险成本的预测模型,获取正态分布下的均值和标准差;结合路径旅行时间和事故成本的风险厌恶系数,从广义出行费用角度出发,建立不同风险倾向驾驶员的路径诱导模型;设计基于K条最短路径的求解算法。结果表明:路径的风险成本、时间成本,以及驾驶员的风险偏好等均会影响驾驶员的路径选择;基于不同风险倾向的驾驶员路径诱导模型有助于提高驾驶员行驶安全和城市道路网使用效率。     

城市水下特长隧道中部光环境优化设计方法

为进一步优化城市水下特长隧道中部的光环境,基于设置多频率多尺度韵律型信息的思路,提出一种隧道光环境优化设计方法,利用3ds Max仿真软件制作行车仿真模型,以刺激物的主观等同速度(SSES)和安全感知距离为评价指标,采用E-prime软件组织车速感知心理物理试验,并分析试验数据。结果表明:隧道光环境优化后,驾驶员的速度感知能力由优化前的速度低估(14. 40%)提高为速度高估(15. 89%),反应时间由优化前的4. 11 s降低为2. 19 s;驾驶员的距离感知能力得到显著提高,同时行驶速度对于驾驶员距离感知能力的影响不再显著。     

隧道内不同组合信息条件下驾驶员视错觉研究

为定量分析隧道内不同照度条件下,不同组合信息对汽车驾驶员视错觉的影响,首先利用3Ds Max软件搭建三维仿真模型,并基于E-prime平台开展车速感知心理物理试验;然后选取30名驾驶员作为被试,分别测取被试在不同试验场景下的速度错觉和反应时;最后统计分析试验数据。试验结果表明:多频率多尺度组合信息能改善驾驶员的速度错觉效应,使反应时显著缩短;多频率多尺度组合信息对驾驶员的速度高估有重要影响,且在较高照度水平下,驾驶员对速度变化更为敏感。多频率多尺度信息组合能显著改善公路隧道环境视觉参照系,提升驾驶员在隧道中的速度感知能力。     

基于改进灰色模型的管壁蜡沉积厚度预测研究

为对含蜡原油管道中的蜡沉积厚度进行准确预测,在函数cot(x2)变换的基础上,结合平移变换思想,利用cot(x2+c)变换建立新的改进GM(1,1)模型。以现场管道结蜡数据和室内环道结蜡数据为例,对比改进GM(1,1)模型、基于函数cot(x2)变换建立的GM(1,1)模型及传统GM(1,1)模型之间的预测精度,并分析平移量c对改进GM(1,1)模型预测精度的影响。结果表明:改进GM(1,1)模型的预测精度最高,其次是基于函数cot(x2)变换建立的GM(1,1)模型,而传统GM(1,1)模型的预测精度最低;随着平移量的增大,改进GM(1,1)模型的平均相对预测误差呈现出先减小后增大的趋势,因此合理的平移量有助于模型精度的提高。应用改进GM(1,1)模型来预测管道蜡沉积厚度是可行的,该方法可为含蜡原油管道蜡沉积厚度的准确预测提供参考和借鉴。     

考虑愤怒情绪的驾驶员换道行为博弈分析

为建立以人为中心的个性化汽车安全驾驶预警系统,提高驾驶安全性,在传统车辆换道模型的基础上,考虑驾驶员的愤怒情绪因素,通过改进传统的车辆自由换道模型,引入不完全信息动态博弈理论,构建驾驶员情绪换道博弈模型;依次计算驾驶员正常、愤怒情绪下换道2阶段过程中双方博弈收益,并通过30名被试在正常和愤怒情绪下的换道行车数据验证模型,分析换道决策博弈特征。研究表明:驾驶员的情绪因素对换道行为具有比较明显的影响,当博弈参与者中的目标车辆驾驶员处于愤怒情绪时,较正常情绪具有更高的换道频率。     

火球热辐射改进计算模型

为对火球热辐射影响范围进行合理的计算和危险后果进行合理评价,借鉴点源模型和计算流体力学CFD思想,建立了火球热辐射改进计算模型,并与点源模型进行了对比。结果表明:改进模型比传统的点源模型计算结果偏大,特别是距离火球较近处。随着半径的增加,2种模型的计算结果趋于统一。当测量点的半径大于火球半径的2倍时,可以使用点源模型进行热辐射量的计算,满足工程精度要求;在近火球位置,点源模型精度较差,须用改进模型进行计算。建立的改进计算模型可以实现火球热辐射的快速计算,是有效、可行的。     

高要求模式SIS异型冗余结构PFH计算模型*

为了满足石油化工生产中对高要求操作模式下采用异型设备的安全联锁回路进行SIL定级的需求,避免因误用同型PFH公式导致SIL等级评估误差。考虑各通道差异性及其失效顺序的遍历性,以MonteCarlo仿真值为多元线性回归模型观察样本,以改进共因失效部分多样性修正因子确定方法,提出异型KooN冗余结构每小时危险失效平均频率(PFH)的计算公式;比较该模型独立失效部分与异型1oo2结构Markov模型PFH结果,并分别将该模型和传统同型PFH公式应用于海上采油平台高完整性压力保护系统(HIPPS)异型关断阀子系统的比较分析。研究结果表明:在不同检测周期内,所提出的PFH计算模型与Markov模型PFH计算结果相对误差均保持在10-3数量级;但当检测周期大于3 a时,使用同型PFH公式会出现对HIPPS子系统SIL等级的误判,造成井口压力联锁保护功能过保护或欠保护。研究结果有助于生产单位准确评估联锁保护风险和设备维护投入。     

基于改进VRP模型的危险品配送路径优化及其求解研究

危险品道路运输高风险性,一直受到人们的广泛关注。危险品道路运输路径优化的研究,对于降低运输风险具有十分重要的意义。本文针对危险品运输配送过程中的路径优化问题,提出综合考虑道路运输的风险和费用两方面指标改进VRP模型路径优化目标,并设计遗传算法对改进模型进行了求解。最后通过实例进行了验证。结果表明：用遗传算法对改进VRP模型的求解结果与实际分析结果相符。因此,改进VRP模型及其遗传算法求解设计可以应用于危险品运输的路径优化分析。     

危化品道路运输事故风险因子影响关系研究

为研究危险化学品道路运输风险影响因素,探究其事故发生机理,本文在改进前人模型的基础上,首先,利用贝叶斯网络,对我国2017-2021年发生的1 348起危化品道路运输事故进行参数学习,得到改进的危化品道路运输风险预测模型;然后,用2022年1月发生的20起事故案例,进行情境模拟以验证该预测模型的有效性;最后,利用该模型对危化品道路运输事故风险因子之间的影响关系进行推理分析,结果表明：该模型预测结果准确率均达到70%以上,该模型有效;因果推理结果表明,驾驶员操作不当易造成侧翻事故,驾驶员疲劳驾驶更可能导致碰撞、侧翻事故,以及驾驶员操作不当是泄漏事故发生的主要原因;敏感性分析结果表明,影响驾驶员行为最主要的因素是天气,影响事故后果最主要的因素是物质类别。