山东大学学报 (工学版)

互通式立交风险冲突识别与预警综述

吴建清,王其峰,厉周缘,田源

2022, 52(6): 1-13. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.172

摘要 ( 1125 )

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PDF (2835KB) ( 900 )

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围绕数据采集、交通冲突相关指标及冲突风险预警方法, 从适用范围、工作原理及优缺点方面, 介绍风险冲突识别与预警技术的各个环节及国内外相关研究成果。基于实时多传感器数据融合及路侧预警方式, 对城市互通式立交风险冲突识别与预警技术的未来发展趋势及实际应用做出展望。

高铁复杂网络拓扑特征及节点中心性研究

来逢波,许冰,续颖,张蕾,孙义荣

2022, 52(6): 14-22. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.214

摘要 ( 1073 )

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以我国主要代表性城市为研究对象, 分析高速铁路网络特性与拓扑特征, 识别高铁网络中的节点城市及其功能作用。运用Space-P方法构建高铁网络模型, 利用复杂网络理论及Pajek分析软件, 从度值、平均路径长度、聚集系数及节点城市中心性等方面研究我国高铁网络的拓扑结构及节点中心性, 结果表明: 我国高铁网络整体聚集性较高、连通性较强, 东中部及沿海城市表现出高聚集性, 西部城市高铁网络连通性低, 聚集性较弱; 高铁网络具有小世界特征, 任意两节点之间通过较少的中转次数即可连通, 少数城市间需中转三次才能连通; 在高铁网络中, 度值较大的城市主要集中在我国东中部及沿海地区, 西部及东北地区城市度值较小且度中心性较大, 其接近中心性也较大; 而度值较小且介数中心性较大的城市具有较强的中转能力。

利用通行能力余量的智能网联车队生态驾驶模型

于少伟,秦瑞伶,关京京,吉灿,封硕,姜锐,刘英宁

2022, 52(6): 23-29. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.068

摘要 ( 726 )

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针对非饱和城乡交通干道上存在通行能力余量和高燃油消耗的问题, 提出一种利用通行能力余量的智能网联车队生态驾驶模型, 该模型兼顾燃油经济性和通行能力两个目标, 通过优化求解获取最优速度曲线, 引导一系列小型车队平滑地通过非饱和城乡交通干道。提出近似的速度优化模型并采用遗传算法对其求解。定义3种控制方案对模型进行测试, 仿真结果表明: 与方案1相比, 方案2燃油消耗量减少49.4%, 通行能力增加200%, 绿灯剩余时间减少14.7%;方案3燃油消耗量减少59.5%, 通行能力增加200%, 绿灯剩余时间减少23.5%。与方案2相比, 方案3可以在不影响通行能力的前提下, 通过绿灯剩余时间缩短10.3%和平均速度降低5.2%, 燃油消耗量可以减少20%。结果表明, 当信号交叉口存在通行能力余量时, 可以通过调整车辆的行驶速度曲线以充分利用通行能力余量, 明显改善燃油经济性。

基于双层混合集成的自动驾驶汽车故障检测

闵海根,雷小平,李杰,童星,吴霞,方煜坤

2022, 52(6): 30-40. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.215

摘要 ( 689 )

PDF (4418KB) ( 107 )

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针对单一故障检测算法难以学习到数据样本全部特征的问题,提出基于双层混合集成的无监督自动驾驶汽车故障检测方法。使用非全连接的自动编码器作为基学习器构建第1层同质集成框架——集成自动编码器,分析和选择包含集成自动编码器、一类支持向量机、孤立森林和局部离群因子的基学习器构建第2层异质多模型集成框架,学习自动驾驶汽车正常传感器数据特征;提出基于自动编码器的投票集成方法,实现基学习器特征的降维和编码融合;通过sigmoid函数映射计算故障概率并对数据是否故障进行判断。试验结果表明,提出的双层混合集成故障检测方法性能优于基学习器算法,F1指标提高了9%~40%,G指标提高了2%~28%,该故障检测方法可有效实现自动驾驶汽车故障检测。

基于坐标转换的多路侧激光雷达数据配准方法

周勇,吕琛,侯福金,郭鑫铭,宋修广

2022, 52(6): 41-49. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.108

摘要 ( 628 )

PDF (5470KB) ( 120 )

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为准确、高效地获取多个激光雷达配准结果,提出一种基于坐标转换的多激光雷达配准算法。将全球定位系统(global positioning system, GPS)数据转换到地心空间直角坐标系下表示,求解基于空间直角坐标系的激光雷达数据与地心空间直角坐标系数据间的映射关系,根据总体最小二乘法原理进行转换矩关系的优化,基于转换关系,将多个激光雷达数据配准到大地坐标系下,实现多个激光雷达数据在大地坐标下的融合。试验对比4种不同型号、不同线束的激光雷达数据转换效果,结果表明各型号激光雷达经配准后均可以GPS数据形式呈现,通过转换数据与测量数据相比,精度可达到5 cm。本算法可较准确快速地获取多激光雷达配准结果,将多个激光雷达数据统一配准到大地坐标系下,配准后的数据在定位、安全评估等领域具有较高的使用价值。

高速路网全时安全运行风险智能管控的内涵与架构

侯福金,朱本成,李岩,刘振爽,郭忠印

2022, 52(6): 50-55. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.133

摘要 ( 598 )

PDF (8316KB) ( 69 )

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基于风险管控的基本理论和“零死亡愿景”,提出高速路网全时安全运行风险智能管控的要素、关系及内涵。分析管控系统的需求,确定全息运行数据采集与处理、实时交通风险状态诊断与评估、交通风险状态预测、决策支持、查询功能和精细化展示等六大总体功能。基于系统工程理论分析,建立面向全时安全运行风险管控的现代局域高速路网信息模型。采用数据流的基本表达方法,建立基于“云-雾-端”融合与“三自”一体的高速路网全时安全运行风险智能管控总体数据流图。本研究提出的全时安全内涵及其架构可为高速路网智能管控提供理论支撑,对明确高速公路交通安全领域下一步的研究与实践具有参考意义。

路侧激光雷达与摄像机时间和空间同步方法

王术剑,阎宗尧,刘世杰,田源

2022, 52(6): 56-62. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.069

摘要 ( 1127 )

PDF (5676KB) ( 257 )

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为解决激光雷达和摄像机之间因数据采集频率不同导致数据信息采集不匹配的问题,提出一种基于频率自匹配的多源传感器时间同步方法,在不改变传感器频率的前提下,采用频率自匹配算法对数据进行处理,使激光雷达和摄像机数据进行匹配,有效减少冗余数据,最终实现激光雷达点云数据和摄像机图像数据之间的时间同步。在时间同步基础上,采用基于平面靶联合标定的方法,实现多维度数据空间同步。通过实际场景测试试验,本研究提出的时间同步和空间同步方法的精度分别达到97.92%和96.21%,验证了该方法的准确性。本研究能够提高多源传感器信息融合准确性,有效解决单一传感器信息感知缺陷问题。

孔隙裂隙介质多场耦合数值计算进展

张一鸣,李赟鹏,李婧,丛俊余

2022, 52(6): 63-78. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.231

摘要 ( 993 )

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PDF (7360KB) ( 276 )

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对近年来提出的多场耦合数值方法展开梳理与总结，从简单的热-力两场弱耦合到复杂的热-水-气-化学多场强耦合，从连续体的多场耦合作用到连续-非连续体的多场耦合计算。按照场数量增多、耦合作用增强、连续到非连续的逻辑逐渐深入讨论。本研究对多场耦合数值计算今后的发展作了展望。

多来源RAP下RHMA材料组成的动态控制策略

姚玉权,黄伯承,宋亮,张建,仰建岗,高杰

2022, 52(6): 79-88. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2021.382

摘要 ( 640 )

PDF (3273KB) ( 38 )

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为降低多来源沥青混合料回收料(reclaimed asphalt pavement, RAP)变异对热再生沥青混合料(recycled hot-mix asphalt mixture, RHMA)的影响,提出一种基于材料组成-马歇尔指标回归模型的RHMA动态控制策略。分析福银高速三明段16个路段RAP的变异性,响应面法构建多来源RAP掺量、RHMA级配、沥青质量分数与马歇尔指标之间的二次回归模型,分析模型的可行性,验证该模型对RHMA材料组成进行动态控制的可行性。结果表明:多来源RAP的矿料级配、沥青质量分数、沥青性能变异性显著;基于RHMA材料组成-马歇尔指标模型所提出的动态控制策略可通过RAP材料特性实时调整RHMA的最优材料组成,为解决多来源RAP下RHMA的变异性提供了一种新方案。

主应力旋转条件下粉细砂的非比例加载变形特性

扈萍,滕越,马少坤,刘莹,张西文,陈玉兰

2022, 52(6): 89-95. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2021.354

摘要 ( 606 )

PDF (1725KB) ( 247 )

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对粉细砂进行一系列空心圆柱扭剪试验,研究土体在经历含主应力轴偏转的非比例加载路径时的变形特性,重点分析偏应力水平、中主应力系数对土体变形产生的影响。试验中发现弹性剪应变在总剪应变中所占比例较大。在此基础上重新定义了非共轴角,并对饱和粉细砂的变形特性及其影响因素进行研究。结果表明,纯主应力旋转过程中,不同偏应力比、中主应力系数的土体,广义剪应变的整体发展规律相似,偏应力比与中主应力系数对加载末期的土体应变硬化产生较大影响;偏应力比与广义剪应力相同时,中主应力系数的差异使得土体的各向异性在变形响应中得以体现,从而表现出广义剪应变的差异;主应力旋转将使粉细砂产生明显的塑性变形,相较于中主应力系数,偏应力比对于砂土非共轴变形特性的影响更大。

动态空心圆柱扭剪仪模拟椭圆应力路径能力分析

滕越,扈萍,王君鹏,张西文

2022, 52(6): 96-104. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2021.596

摘要 ( 560 )

PDF (8682KB) ( 61 )

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为论证动态空心圆柱扭剪仪实现椭圆形应力路径的可行性,推导典型荷载加载曲线,通过试验与数值结合的方法予以分析。结果表明:双向加载时,保持内外围压恒定且相等,可实现椭圆应力路径;保持内围压恒定,三向变载时,可实现保持中主应力系数恒定或平均主应力恒定的椭圆应力路径加载;四向变载时,可实现对中主应力系数、平均主应力的同时控制。空心圆柱扭剪仪可以很好地实现椭圆形应力路径,且可以对主要应力参数进行控制。试样变形将引起实际应力误差,导致应力路径偏移,因此加载前应对试样刚度合理估计以提高加载质量。

基于空洞卷积块架构的命名实体识别模型

袁钺,王艳丽,刘勘

2022, 52(6): 105-114. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2021.304

摘要 ( 713 )

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PDF (8903KB) ( 99 )

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受到空洞卷积的启发提出面向二维文本嵌入的列式空洞卷积，设计空洞卷积块架构，基于此架构提出命名实体识别模型并开展进一步试验。在命名实体识别试验中，提出的模型的精密度、召回率和F₁超越了其他基线模型，分别达到了0.918 7、0.879 4和0.898 6，表明空洞卷积块架构能够获取包含更多上下文信息的文本特征，从而支持模型对上下文长距离依赖特征的捕获和处理。感受野试验表明需要适当调整空洞率以减轻空洞卷积给模型带来的“网格效应”。提出的基于空洞卷积块架构能有效执行命名实体识别任务。

面向小样本目标检测任务的自适应特征重构算法

刘丁菠,刘学艳,于东然,杨博,李伟

2022, 52(6): 115-122. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.087

摘要 ( 720 )

PDF (2694KB) ( 193 )

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针对目标检测任务中样本量不足时新类别检测性能变差的问题,提出面向小样本目标检测任务的自适应特征重构算法。该算法包含两个模块:基础类别特征偏移缓解模块,用于获取预训练阶段基础类别的特征方向;场景特征自适应约束模块,用于根据场景特征与各类别原型特征的相关性确定当前场景对于某些类别的偏好,从而自适应地调整基础类别偏移方向对实例特征的影响。试验结果表明,在PASCAL VOC和MS COCO数据集上,该模型对于小样本目标检测任务的检测能力均优于对比算法,在保证对于基础类别实例检测能力的基础上,对新类别的检测精度最高可分别提升12.4%与2.1%。本研究提出的模型可以保证对于基础类别相关实例的检测能力,并提升新类别实例检测性能。

基于强化RRT算法的机械臂路径规划

王雨,刘延俊,贾华,薛钢

2022, 52(6): 123-130. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.036

摘要 ( 924 )

PDF (5673KB) ( 207 )

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针对快速拓展随机树算法(rapidly-exploring random trees, RRT)存在采样随机、重复搜索、偏离目标点和节点冗余等问题,提出一种强化快速拓展随机树算法(intensity-guide rapidly-exploring random trees, IG-RRT)。采用覆盖剔除机制强化算法搜索能力,将已搜索区域进行覆盖,覆盖后不再进行搜索和产生新节点,避免重复搜索,提高搜索能力和搜索效率。后续加入目标引导概率,根据地图难度对目标引导概率进行调整,强化算法目标趋向性,对末端节点采用贪婪思想,强化算法收敛性。通过简化路径,去除冗余点,利用三次B样条曲线平滑拐点,提高路径质量。仿真试验表明,IG-RRT算法性能优于传统RRT算法及其相关衍生算法。IG-RRT算法可以增强对复杂约束空间的搜索能力,加快算法的收敛速度,提高路径规划的成功率。

基于双通路卷积融合网络的脑龄分布预测

沈鑫杰,黄嘉爽,丁卫平,孙颖,王海鹏,鞠恒荣

2022, 52(6): 131-138. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.130

摘要 ( 624 )

PDF (1828KB) ( 263 )

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采用深度学习对脑龄预测问题进行研究,提出并设计一种基于双通路卷积融合网络的脑龄分布预测模型,以有效预测被试的大脑年龄。将被试静息态功能磁共振成像(rest-state functional MRI, rs-fMRI)数据通过标记分布学习方法,将确定的脑龄标签转化为一组具有高斯分布的概率,设计一个双通路卷积融合网络,包含卷积、批量归一化、池化等步骤,可以同时学习rs-fMRI多类激活图的特征,通过一个低秩融合网络来融合这些特征,利用损失函数对网络更新优化;对预测模型的结果进行详细分析。该模型得到的绝对平均误差和相关系数的指标分别为5.735和0.592 4。试验结果表明,相较于其他模型,该模型取得的平均绝对误差更小,相关系数更高,显著提高了基于rs-fMRI图像的脑龄预测精度。

基于深度学习的遥感图像道路分割

李旭涛,杨寒玉,卢业飞,张玮

2022, 52(6): 139-145. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2021.328

摘要 ( 1077 )

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为在遥感图像中提取出来道路信息,利用深度学习技术,引入U²-Net模型进行遥感图像道路分割。相比于传统的道路提取方法,基于U²-Net方法可以实现道路的自动化提取。为验证U²-Net模型分割效果,选取U-Net、DeepLabV3+等近几年较为流行的语义分割方法进行对比试验,并进一步分析U²-Net显著图融合模块中卷积核对道路提取效果的影响。试验结果表明,U²-Net模型能较有效地提取出道路信息,模型在测试集上的平均交并比达到了76.49%,Kappa达到了0.701 2,分割精度优于U-Net、DeepLabV3+等语义分割方法。基于U²-Net模型的深度学习方法可以用于解决遥感图像中的道路分割问题,并具有较好的分割效果。

基于CEEMDAN-GRA-PCC-ATCN的短期风电功率预测

武新章,梁祥宇,朱虹谕,张冬冬

2022, 52(6): 146-156. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.242

摘要 ( 907 )

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为提高风电功率的预测精度, 提出基于数据分解和输入变量选择的短期风电功率预测方法。利用自适应噪声完备集成经验模态分解(complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise, CEEMDAN)对原始风电功率和风速数据进行分解, 平缓数据波动以提取内部隐藏信息。通过排列熵算法(permutation entropy, PE)将风电功率分量简化重构以降低模型复杂度。为提升输入变量与风电功率之间的关联程度, 剔除冗杂信息, 降低输入数据维度, 结合Pearson相关系数(Pearson correlation coefficient, PCC)和灰色关联分析(grey relation analysis, GRA)对各风电重构功率分量的输入变量进行选择。最后利用基于注意力的时序卷积网络(attention-based temporal convolutional network, ATCN)对各重构功率分量进行预测, 将各预测值叠加得到最终结果。试验结果表明, 基于CEEMDAN-GRA-PCC-ATCN的短期风电功率预测方法能够提取更多风电数据内部的关键信息, 降低输入数据的维度, 强化输入变量与风电功率之间的关联性, 有效提高预测精度。

基于超阈值模型的中国电网停电事故极值风险分析

于群,肖松青,曹娜,何剑,张建新

2022, 52(6): 157-166. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.209

摘要 ( 801 )

PDF (4689KB) ( 101 )

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在已有的极值模型的基础上,利用超阈值(peaks over threshold, POT)提出基于相对值法的POT-CVaR_Bootstrap模型,并对中国电网停电损失风险进行评估。结合电网装机容量的发展趋势,对比利用绝对值法与相对值法统计的停电损失负荷数据,表明相对值预测更符合未来电网损失;基于相对值数据建立POT模型,提出W²& A²-Hill图的阈值选取方法。为了解决电网停电损失负荷样本数量稀少的问题,结合对有限样本重复抽样的Bootstrap法,建立CVaR_Bootstrap停电损失风险评估模型,利用中国电网停电损失负荷数据验证了模型的有效性,得出CVaR_Bootstrap模型的评估结果更优,在此基础上给出我国未来10 a的停电事故风险评估,未来很长一段时间我国的停电损失负荷将仍呈现增长趋势,且华北、华东和南方地区是停电事故发生较严重的地区。

基于改进层次分析法的电能计量系统综合评价

陈祉如,郭亮,杜艳,董贤光,刘宁宁

2022, 52(6): 167-175. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2021.567

摘要 ( 652 )

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分析电力现货市场下电能计量和结算需求,从数据和系统两个层面构建一套完整的电能计量系统评价指标体系,基于改进层次分析和模糊综合评价方法实现对电能计量系统综合评价。针对层次分析法中专家评判具有主观盲目性的缺点,以三角模糊数表示专家对指标重要性的判断,利用改进层次分析法确定评价指标权重。利用模糊统计和线性隶属函数分别对定性指标和定量指标进行处理,减少人为因素的影响。根据指标权重和隶属度对计量系统进行综合评价。用模糊综合评价方法对某省电力现货市场下的计量系统进行评价,结果表明总体评价良好,但也存在表计冻结时间精度得分较低的问题。

基于Dijkstra算法的货运索道路径规划方法

张飞凯,黄永忠,李连茂,秦剑,刘晨

2022, 52(6): 176-182. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.187

摘要 ( 627 )

PDF (2325KB) ( 96 )

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为解决路径规划算法缺失、路径规划周期长、劳动强度大等货运索道路径规划难题,基于Dijkstra算法对索道路径规划问题进行了环境建模,并结合地形曲线、索道架设限制条件、路径规划目标函数等提出货运索道路径规划的邻接矩阵构建方法;结合货运索道的路径规划特点,对Dijkstra算法的搜索方向进行优化,有效降低了路径搜索的计算量。提出基于Dijkstra算法的货运索道路径规划方法。对十万个二维地形曲线进行路径搜索,本研究算法搜索出的符合索道架设要求的路径数量比已有算法(地形搜索法、干涉点搜索法和地形自适应法3种)搜索出的符合索道架设要求的路径数量提高了17.9%,且能够根据目标函数规划出最优路径,大幅度减少货运索道路径规划工作的时间和工作量,有效地降低索道架设和运输的成本。

基于HMM的国网轮询视频分会场名称识别

何子亨,孙丽丽,左修洋,刘鸿雁,王雨晨,车四四,王朔

2022, 52(6): 183-190. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2021.359

摘要 ( 472 )

PDF (7383KB) ( 69 )

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为提高运维效率,针对视频中的分会场文字信息,采用计算机视觉技术,识别出分会场的名称,以便实现轮询视频的自动检测。提出一种基于隐马尔可夫模型(hidden Markov model,HMM)的轮询视频分会场名称识别算法,利用分会场名称中相邻单个文字的相关性,提高分会场名称的识别准确率。对每帧视频图像,采用微分二值化(differentiable binarization,DB)算法定位文字区域,提取单个文字的分块特征,并通过计算欧式距离进行单字识别。考虑分会场名称中相邻文字之间的相关性,构建HMM,实现相邻文字之间的关联,并采用Viterbi算法计算分会场名称识别结果。试验数据表明,在采用较低维数的特征向量时,本研究提出的分会场名称识别算法具有较高的识别率和较强的抗噪性能。

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