山东大学学报 (工学版)

公路应急救援车辆智能调度技术

宋修广,郭鑫铭,闫方,李国强,田源

2023, 53(4): 1-17. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.045

摘要 ( 672 )

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PDF (2239KB) ( 446 )

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交通事故具有突发性、复杂性和严重性, 如何高效合理地调度应急救援车辆, 对减少人员伤亡和财产损失起到至关重要的作用。介绍救援路径规划的各个影响因素, 并从单目标模型和多目标模型两个角度对模型进行阐述。结合突发交通事件紧急救援的特点, 从精确算法和元启发式算法两个方面综述应急救援车辆路径优化算法。对当前的应急救援车辆调度技术和发展趋势进行总结和展望。

高速公路差异化收费研究综述

吴建清,霍延强,王建柱,郭洪宇

2023, 53(4): 18-29. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.063

摘要 ( 670 )

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PDF (1386KB) ( 681 )

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围绕制定科学合理的差异化收费方案, 对高速公路差异化收费的出现背景、实现方式以及相关理论与关键技术进行系统阐述, 简要介绍了广西、天津、河北高速公路差异化收费升级改造的案例及各自的设计要点与应用效果, 并对高速公路差异化收费的研究趋势做出展望。

基于路侧激光雷达的雪天点云降噪算法

周勇,兰晓伟,吕斌,栗剑

2023, 53(4): 30-36. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.139

摘要 ( 573 )

PDF (3994KB) ( 166 )

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为提高恶劣天气下路侧激光雷达的感知能力,提出一种基于路侧激光雷达的雪天点云降噪算法。去除空间中的静态冗余数据,根据噪声点分布划分不同强度的反射区域;对不同类型的噪声点采用条件滤波、统计滤波、半径滤波的方式,滤除数据中的雪花噪声;通过全卷积神经网络在降噪后的数据上进行目标检测,采用多项指标评估降噪效果。试验结果表明,采用本研究提出的叠加滤波算法可大幅减少噪声点数量,在有效检测范围内,目标检测的准确率达到98.2%,误检率降低至17.8%。该算法可提高雪天点云的数据质量,对智能车路协同系统的建设具有一定的指导意义和实践价值。

基于主客观组合赋权评价技术的雷视一体机安装方案优选

庄绪彩,孙希滕,张宁,田源,殷敬敬,宋修广

2023, 53(4): 37-47. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.273

摘要 ( 505 )

PDF (6580KB) ( 84 )

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对雷视一体机安装位置、旋转角度等进行试验分析,基于主客观组合赋权评价方法提出一种较优的解决方案。在设计安装方案之前,分析影响安装方案的主要因素并作为单一变量设计5组工况;根据搭建的雷视一体机平台进行数据采集分析,选取9个指标构建评价体系;提出基于方差最大化主客观组合赋权法和基于熵权逼近理想解排序法对各安装方案进行综合评分和优选。选取2个实地场景进行试验验证,结果表明,提出的评价技术可成功地优选安装方案,但根据不同的安装场景,如车道宽度、安装高度等,安装优选方案会有所调整。本研究能够实现雷视一体机在道路上的布设优化,具有一定推广应用价值。

融合历史与当前交通流量的信号控制方法

周晓昕,廖祝华,刘毅志,赵肄江,方艺洁

2023, 53(4): 48-55. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.302

摘要 ( 384 )

PDF (4555KB) ( 118 )

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针对当前信号灯配时方法应对低高峰期车流量与方向的频繁变换困难问题,提出一种融合历史与当前交通流量的交通信号控制方法。提出基于历史交通数据的路口各方向车流量的规律预测模型、规律与实时车流量学习的融合模型、各相位信号灯最佳信号周期和绿灯时间估计算法。使用真实道路交通数据在交通仿真模拟器(simulation of urban mobility, SUMO)进行仿真试验,结果表明:与定时控制、模糊控制等方法对比,本研究提出的方法减少了车辆的等待时间与等待队伍的长度;通过多个不同类型路口信号灯的综合分析,能够整体提高城市道路出行与服务质量,提升交通运行效率。

超高速公路虚拟轨道系统车辆坐标转换模型

何永明,权聪,魏堃,冯佳,万亚楠,陈世升

2023, 53(4): 56-64. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.014

摘要 ( 325 )

PDF (3183KB) ( 172 )

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为保障超高速公路行车安全,提高超高速公路车辆定位系统精度,对基于车路协同的超高速公路虚拟轨道系统车辆坐标转换进行研究。利用PreScan建立超高速公路虚拟轨道系统车辆坐标转换模型,研究车辆坐标转换方法的可行性。通过模型分析数学建模坐标转换方法和欧拉角坐标转换方法的不同,设置障碍物验证坐标转换方法的实用性和精确性。研究结果表明,欧拉旋转矩阵可以通过车辆横摆角、俯仰角和侧倾角的变化,实时显示障碍物在车辆坐标系下位置信息,进而保证超高速公路车辆坐标系的准确性,提高车辆定位系统精确度,验证欧拉坐标转换方法在超高速公路上的实用性和有效性。

基于监督图正则化和信息融合的轻度认知障碍分类方法

李颖,王建坤

2023, 53(4): 65-73. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.025

摘要 ( 342 )

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PDF (3086KB) ( 277 )

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为提高转化型和稳定型轻度认知障碍(mild cognitive impairment, MCI)的分类精度, 利用阿尔茨海默病样本和正常对照组样本学习投影矩阵, 使用监督图正则化项优化样本的局部近邻关系, 基于投影矩阵对MCI样本进行空间变换, 提取对转化型和稳定型MCI具有判别性的特征。将提取的特征与mini精神状态检查评分, 以及与载脂蛋白E4等位基因信息融合, 通过信息互补增强特征的判别性。使用融合特征训练支持向量机分类器对转化型和稳定型MCI分类。在ADNI数据库上进行试验, 分类精度达到73.33%。与已有方法相比, 本研究提出方法的分类精度、敏感度和特异度显著提高。

变异萤火虫优化的粗糙K-均值聚类算法

李兆彬,叶军,周浩岩,卢岚,谢立

2023, 53(4): 74-82. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.268

摘要 ( 374 )

PDF (1321KB) ( 99 )

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粗糙K-means聚类算法存在如下不足:随机选取初始聚类中心会导致算法过早收敛容易陷入局部最优,质心更新公式中的权重和决定对象划分的阈值采用定值有时会导致聚类结果波动较大和精度下降。针对以上问题,引入一种变异策略和差分进化的萤火虫算法,从3个方面进行优化:构造新的目标函数,以目标函数值作为萤火虫光亮强度进行初始聚类中心点的搜索,把萤火虫算法求得的最优解作为算法的聚类中心进行聚类迭代;以下近似集和边界集中对象数量的变化以及对象分布的差异性动态调整质心权重;给出一种通过迭代次数自动获取阈值的方法。试验结果表明,改进后的算法减少了迭代次数,聚类结果稳定性好,准确率更高,改善了算法对随机初始中心点的敏感和稳定性不足等问题。

动态集成选择的不平衡漂移数据流Boosting分类算法

张喜龙,韩萌,陈志强,武红鑫,李慕航

2023, 53(4): 83-92. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.126

摘要 ( 314 )

PDF (1310KB) ( 436 )

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鉴于在数据流中无法一次性收集完整的训练集,同时数据可能会处于不平衡状态并夹杂概念漂移而影响分类性能,提出一种在线动态集成选择的不平衡漂移数据流Boosting分类算法。该算法采用多种平衡措施,使用泊松分布对数据流进行重采样,如果数据处于高度不平衡状态则采用存储少数类的窗口进行二次采样以达到当前数据平衡。为了提高算法的处理效率,提出分类器选择集成策略动态调整分类器数目,算法运行过程使用自适应窗口检测器检测概念漂移。试验结果表明,该算法在一定程度上提高了少数类的真阳性率和运行效率,可以对带有概念漂移的不平衡数据流有较好的分类性能。

混合改进策略的阿奎拉鹰优化算法

刘庆鑫,齐琦,贾鹤鸣,李霓

2023, 53(4): 93-103. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.128

摘要 ( 468 )

PDF (4774KB) ( 112 )

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针对阿奎拉鹰优化算法(Aquila optimizer, AO)收敛速度慢、易陷入局部最优且寻优精度较低等问题,提出混合改进策略的阿奎拉鹰优化算法(Aquila optimizer based on hybrid improved strategies, HH-SAO)。初始化阶段引入准反向学习策略,增强初始化种群多样性。引入正弦波随机策略,提高算法全局探索阶段随机性,提升算法全局寻优能力。利用哈里斯鹰算法(Harris hawks optimization, HHO)的4种攻击策略替换原AO算法的局部开发阶段策略,提高算法跳出局部极小值能力;引入能量缩减机制实现全局与局部阶段的动态转换,平衡算法全局探索和局部开发能力。仿真试验选取23个基准测试函数和1个经典工程设计问题进行性能测试,结果表明改进算法相较于其他流行算法具有更好的寻优能力和工程适用性。

基于深度学习的多视角螺钉缺失智能检测算法

于畅,伍星,邓秋菊

2023, 53(4): 104-112. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.031

摘要 ( 427 )

PDF (10957KB) ( 155 )

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为有效实现工业生产线螺钉缺失问题的智能检测,利用深度学习技术,提出并设计一种螺钉检测算法。该算法包括3个部分:基于目标检测算法实现螺钉自动检测;基于关键点检测的螺钉匹配算法消除零件位置变化影响;构建多视角检测结果融合算法降低零件相互遮挡影响。该算法已应用于多种型号的洗衣机内桶螺钉检测中,试验结果表明其正确率高达99.7%以上。与传统的人工检测方式相比,该算法具有更高的准确率和自动化程度,可以有效减少漏检和误检问题,为工业生产提供新的解决方案。

计及行为特征的市场化用户电量数据拟合方法

于泓,杜娟,魏琳,张利

2023, 53(4): 113-119. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.077

摘要 ( 336 )

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PDF (2949KB) ( 242 )

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针对市场化用户用电行为复杂多变、电量数据的规律难以精确表征的问题, 提出考虑行为特征的市场化用户电量数据拟合方法。采用K-means聚类算法对用户用电行为进行分类, 明确各类用户的典型特征; 构建基于正交多项式的电量数据拟合神经网络模型, 其中神经网络权值系数采用梯度下降算法进行训练, 正交多项式分别采用Chebyshev多项式、Hermite多项式、Legendre多项式及Laguerre多项式进行对比分析; 采用山东省济南市用户电量数据进行仿真分析, 对不同类别的用户分别采用基于4种不同正交多项式的实现方法进行电量数据拟合和评价指标计算, 总结具有不同行为特征的用户最适宜的拟合方法。仿真结果表明, 同类用户在不同的实现方法下电量数据拟合效果差异明显, 基于Hermite多项式及Laguerre多项式的神经网络模型拟合精度相对较高, 但不同类别用户电量数据拟合精度最高的多项式模型有所不同。根据用电行为类型选择相应正交多项式构成神经网络拟合模型, 是实现用户电量数据精确拟合的有效途径。

四分裂导线舞动特性及线路磨损规律

张思祥,张勇,姜伟国,袁春元,王晓阳,田利

2023, 53(4): 120-127. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.355

摘要 ( 437 )

PDF (8791KB) ( 64 )

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基于输电线路实际工程,分别建立了四分裂导线风场模型和输电塔-线-间隔棒耦合模型,研究分裂导线气动特性和舞动响应受覆冰形状、覆冰厚度、风速和风攻角等参数的影响规律,明确导线与金具碰撞磨损机理。研究结果表明:各分裂导线间的气动特性存在较大差异,阻力系数受各参数的影响显著,随着覆冰厚度和风速的增加阻力系数逐渐增大;覆冰形式和覆冰厚度对升力系数的影响较小,风速和风攻角的影响较大;导线舞动过程中与连接金具发生了摩擦连续碰撞和瞬时强烈碰撞,导线最大接触法向作用力随风速增加而增大,随覆冰厚度增加而降低。本研究揭示了四分裂覆冰导线舞动特性规律和碰撞磨损机理,可以为输电线路防舞动设计和安全运营提供指导。

并网CIG系统的小干扰稳定性解析分析

翁华,朱维骏,李宇骏,郁丹,张雨萌,华凤林

2023, 53(4): 128-139. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.265

摘要 ( 327 )

PDF (5743KB) ( 41 )

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针对含锁相环(phase-locked loop, PLL)的以换流器联接的发电设备(converter interfaced generation, CIG)并网系统解析稳定性的欠缺,研究并网CIG系统的稳定性,建立单电压源换流器-无穷大电源系统的极点和内环电流时间常数、系统工作点、线路参数以及PLL控制参数之间的关系,应用劳斯判据得出稳定条件的解析表达式,并进行化简。利用的解析条件发现诱发系统不稳定的因素、原理,准确地预测系统稳定性并在确保系统稳定的前提下提供控制器参数的可行范围。电磁暂态仿真结果验证了所提解析条件的正确性与准确性。

基于卷积神经网络的含分布式光伏配电网静态等值

范海雯,郝旭东,赵康,邢法财,蒋哲,李常刚

2023, 53(4): 140-148. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.308

摘要 ( 350 )

PDF (5186KB) ( 46 )

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为提升含分布式光伏配电网静态等值的运行方式适应性,提出一种基于卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)的含分布式光伏配电网静态等值方法。考虑源荷不确定性及相关性,基于核密度估计和Copula函数生成光伏、负荷功率场景并计算配网潮流。针对各单一运行方式下的等值问题,构造含分布式光伏配电网的等值模型,采用粒子群优化(particle swarm optimization, PSO)辨识变压器和线路参数。为提高模型参数计算效率,提出一种基于CNN的含分布式光伏配电网静态等值参数估计模型。在某省配电网算例下验证了所提方法的有效性。相较于其他方法,基于CNN的静态等值考虑了源荷功率的波动性及相关性,且提高了等值参数辨识效率,能够应用于静态等值参数的在线计算。

基于智能算法的光纤预制棒芯层制备工艺参数优化

李浩源,于景明,张桂林,张斌

2023, 53(4): 149-156. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.264

摘要 ( 366 )

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PDF (3813KB) ( 87 )

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结合BP(back propagation)神经网络和遗传算法，提出一种高质量低成本工艺参数优化方法。选取轴向气相沉积法(vapor axial deposition，VAD)制备光纤预制棒芯层时喷灯气体(H₂-1、H₂-2、H₂-3、Ar-1、Ar-2、Ar-3、O₂-1、O₂-2、SiCl₄)流量作为输入变量，制备出的光纤预制棒芯层的质量作为输出变量，建立神经网络模型；将训练好的神经网络模型与具有全局寻优能力的遗传算法相结合，以高质量等级光纤预制棒芯层为寻优目标，优化得到高质量等级气体参数；对得到的参数以低成本为目标进行寻优，得到高质量低成本工艺参数。试验结果表明，与优化前的人工优化结果相比，制备出的光纤预制棒芯层达到较高质量的同时成本降低22.19%。

基于多机器人编队控制的大件物品协同搬运

张海森,张煌,王常顺

2023, 53(4): 157-162. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.311

摘要 ( 433 )

PDF (2448KB) ( 145 )

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针对多移动机器人的协同搬运控制问题,基于领航-跟随者策略设计多移动机器人编队控制器。利用编队参数和领航者位置信息将编队控制转换为跟随者对虚拟机器人轨迹跟踪,实现编队的队形控制;利用反演法设计运动控制器,实现移动机器人轨迹跟踪控制;利用Lyapunov函数分析闭环系统的稳定性。仿真结果表明,编队中的移动机器人能够快速形成和保持给定的编队队形,并沿期望轨迹移动,实现了大件物品的协同搬运。

挖掘机智能辅助施工系统设计

赵天怀,王目树,潘为刚,康超,秦石铭,徐飞

2023, 53(4): 163-172. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.020

摘要 ( 340 )

PDF (6539KB) ( 88 )

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为解决挖掘机施工路径、位置与深度盲目和效率低的问题,设计并实现一种挖掘机辅助施工系统。采用北斗定位接收机、激光测距仪、陀螺仪等传感器对传统挖掘机进行信息化改造。根据挖掘机施工特点,提出基于欧拉图的挖掘机施工路径规划算法,融合遗传算法、原子搜索优化算法和粒子群算法对施工图进行欧拉化处理。根据多传感器信息建立挖掘机三维施工模型,实现挖掘点位置与深度的在线软测量。济南市某施工现场试验结果表明,本研究提出的辅助施工系统路径规划合理,施工位置测量误差小于6 cm,施工深度测量误差小于5 cm。挖掘机智能施工辅助系统可以有效提升施工效率,节省施工成本。

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