期刊,应用基础与工程科学学报 2024年卷3期_国家学术搜索

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期刊信息/Journal information

应用基础与工程科学学报

主　　编：倪晋仁

出版周期：双月刊

国际刊号：1005-0930

电子邮箱：jbse@iee.pku.edu.cn;jbse@vip.163.com

电　　话：010-62753153

邮政编码：100871

地　　址：北京大学老地学楼110室

应用基础与工程科学学报/Journal Journal of Basic Science and EngineeringCSCD北大核心CSTPCDEI

查看更多>>本刊是经国家科技部和国家新闻出版署批准国内外公开发行的综合性学术期刊，1993年由北京大学、清华大学、中国科学院等单位的一些优秀青年学者共同创办。本刊编委全部是在国内外获得博士学位并具有高级职称的优秀中青年学者。本刊主反映国内外自然科学与工程科学，尤其是新兴与交叉学科领域研究的最新成果，为从事新兴学科及高技术领域研究的学者提供对外交流的窗口和发表研究论文的机会。读者对象为国内外从事自然科学特别是交叉学科研究的科研人员、管理人员和大专院校师生。

正式出版

收录年代

高速公路非常规交通事故研究综述

杨洋王文慧吴先宇王云鹏...

601-626页

查看更多>>摘要：高速公路事故频发造成了严重的生命财产安全问题.诸多学者在高速公路交通事故致因分析、事故严重程度分析及事故预测等方面获得了丰硕的研究成果,然而多数研究和文献聚焦于对常规事故研究成果的梳理,缺少对高速公路二次事故、多车事故等非常规事故足够的关注.本文对目前高速公路交通事故方面的研究成果以及新技术手段在高速公路交通安全的应用进行了总结,并着重对二次事故及多车事故等非常规交通事故研究进展进行梳理,指出目前研究的问题、需求和挑战,并探讨未来的研究方向.分析表明,高速公路常规交通事故与非常规事故的发生机理存在一定差异;在针对影响因素挖掘、严重程度分析和事故预测的研究中,两类事故的模型适用性也有所不同.模型特性方面,基于数理统计分析的传统模型在处理事故与多因素之间的非线性关系中并不占优势,机器学习手段在处理输入和输出数据之间的非线性关系方面优势显著,但模型可解释性不强;各类方法的侧重点不同导致其均存在一定的局限性.随着交通事故信息采集技术手段的丰富以及计算机性能的提升,如何扩展研究角度并提高模型性能值得进一步思考;车路协同与智能网联等新兴技术的发展将与高速公路交通安全深度融合,这将为交通安全数字治理与动态服务提供全新的应用场景.

关键词：

交通事故高速公路道路交通安全非常规事故二次事故单车事故多车事故数字治理

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信号交叉口右转交通安全的影响因素研究

赵靖侯超凡丰明洁陈勇...

627-642页

查看更多>>摘要：为研究人、车、路、环境因素对信号控制交叉口右转车辆与行人交互的安全影响机理,收集了51名驾驶员在28组不同交叉口设计参数和交通运行场景下的右转行驶轨迹,以车辆平均穿行速度、最大减速度、后侵入时间为表征指标,采用CatBoost-SHAP模型分析了交叉口设计、交通运行和驾驶人特征对右转车辆行驶稳定性和行人过街安全性的影响重要度,运用路径分析探索了各因素对交叉口右转运行安全的影响路径.研究结果表明:交叉口设计和交通运行特征既对行人过街安全有直接作用,又通过影响右转车辆的最大减速度对其产生间接作用.交叉口转弯半径的增加会降低右转车辆行驶稳定性,增大行人过街的安全风险;相比右转专用车道和直右混行车道,交通岛后右转车道上的行人面临更大的事故风险,驾驶员的平均穿行速度和最大减速度最高可分别增加2.182m·s-1和1.034m·s-2;右转车辆在行人流量增大时运行更加平稳,在后方有直行车辆跟随且鸣笛时则表现得更为激进.

关键词：

信号控制交叉口右转交通安全驾驶员行为CatBoost-SHAP模型路径分析驾驶模拟器

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万方数据

考虑换道切入安全的混行车辆队列控制方法

王庞伟孙远哲王欣荻张龙...

643-665页

查看更多>>摘要：智能网联车辆以队列行驶可以大幅提升道路的通行能力,但也会带来新的道路交通安全问题.针对随机车辆换道切入引发的碰撞风险,提出一种基于深度强化学习的混行车辆队列分布式控制方法.首先,针对车辆换道切入场景特点,考虑多控制目标建立深度强化学习奖励和智能体网络结构,建立混行车辆队列分层控制模型;其次,结合多因素道路安全性评价指标,利用复频域方法分析控制系统稳定性,得到车辆队列行驶安全性约束条件;最后,与线性控制和模型预测控制方法进行Prescan/Simulink联合仿真对比验证,相同条件下考虑换道切入安全的混行车辆队列控制方法使车间距降幅减小56.9％和52.1％,速度降幅减小58.72％和51.19％,车速标准差峰值降低54.8％和49％,碰撞时间最小值提高420.7％和265％,表明该方法应用于混行车辆队列行驶可大幅提升道路安全性.

关键词：

智能交通道路交通安全智能网联车辆车辆队列行驶车辆换道切入深度强化学习队列稳定性

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面向自动驾驶的公交车辆进出港湾式停靠站安全轨迹模型

张文会张攀伊静

666-684页

查看更多>>摘要：为研究公交车辆安全平稳进出港湾式停靠站的轨迹,提出适用于自动驾驶场景的进出站安全轨迹规划方法.基于阿克曼转向原理,构建车身4个顶点运动轨迹方程,针对站内无车和有车两种工况,建立避障约束、运动学约束及起终点位姿约束,选择五次多项式曲线作为公交车辆进出港湾式停靠站安全轨迹模型,采用线性规划和遗传算法标定模型参数,采用数值模拟得到车辆安全进出站轨迹,并利用实车道路实验验证模型的可行性.研究结果表明:五次多项式曲线适用于公交车辆进出港湾式停靠站安全轨迹,规划轨迹与实际运行轨迹平均绝对百分比误差(MAPE)不超过10％,提出的轨迹规划方法可为自动驾驶公交车辆安全可靠运行提供一定的理论依据.

关键词：

交通工程公交车辆安全轨迹港湾式停靠站自动驾驶五次多项式遗传算法

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万方数据

网络物理融合下基于随机博弈的车联网网络安全可靠性分析

陈欣程吉祥姜孪娟

685-701页

查看更多>>摘要：交通事故已经成为威胁人民生命和财产安全的社会公害之一,车联网(Internet of Vehicles,IoV)作为能够有效增加道路安全的新兴技术,在道路交通安全防控方面扮演着至关重要的角色,在广泛应用的同时也面临着严峻的网络攻击挑战.为分析IoV系统可靠性对道路安全水平的影响,设计了基于马尔可夫过程的双人随机博弈模型,将受到攻击的IoV系统分为渗透阶段、破坏阶段与主动恢复阶段,基于IoV系统受攻击后的状态转移过程,研究了攻击者和防御者之间动态交互的影响及状态之间的级联关系.将IoV系统的安全部署成本划分为相互依赖的网络层和物理层两部分,在无法完全了解模型参数的情况下通过Minimax-Q算法预测攻击者行为,探究防御成功率与网络安全部署成本对攻击者策略的影响,评价了不同攻击策略下的系统可靠性(车辆系统平均失败时间、车辆系统稳态可用性和道路信息稳态机密性),并构建了车联网环境下的道路交通安全综合指标,探析了IoV系统网络安全对道路交通安全水平的影响.研究结果表明:(1)在渗透阶段,相比于网络层,物理层安全部署成本的变化对攻击策略的影响更为显著,在破坏阶段则呈相反趋势.(2)在应用受损状态下,车辆系统稳态可用性,道路信息稳态机密性和道路交通安全综合水平分别上升了3.9％、3.9％和1.34％.(3)渗透阶段(N,V,P)为IoV系统可靠性对道路交通安全水平影响方面的关键阶段,极大程度上威胁着道路交通安全.以期该研究成果有助于确定IoV系统网络安全的关键阶段,并增强道路交通安全水平.

关键词：

车联网网络安全随机博弈模型层级依赖Minimax-Q道路交通安全可靠性分析

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基于深度学习的钻孔图像岩体结构面识别

李炜刘耕葛云峰张占荣...

702-720页

查看更多>>摘要：岩体结构面对岩体稳定性和渗透性有着重要影响,是决定深部地下工程稳定性的重要因素.针对井下电视技术获取的钻孔影像,提出了一种基于深度学习算法(You Only Look Once version 4,YOLO v4)的岩体结构面识别方法,并计算识别岩体结构面的几何参数.首先,采集图像数据并进行预处理.以某隧道工程为案例,使用智能钻孔光学成像仪采集4号和6号钻孔图像,筛选含有结构面的钻孔图像进行标注以建立Ground truth数据集.从中随机选择数据集的70％作为训练数据、10％作为验证数据、20％作为测试数据,并对训练数据集使用数据增强处理.接下来使用CSPDarkNet53网络作为特征提取网络,构建YOLO v4模型,并采用试错法获取最优参数进行模型训练.利用测试集生成P-R(Precision-Recall)曲线来测试最终的模型训练效果,结果显示P-R曲线的平均精度达0.87,这表明YOLO v4训练结果较好.最后,将定位的结构面采用Canny算法通过拟合上、中、下正弦曲线函数获取岩体结构面边缘,并依据正弦函数的系数计算结构面的4个几何参数(倾向、倾角、深度和张开度).

关键词：

岩石力学岩体结构面智能识别井下电视深度学习YOLOv4

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万方数据

一种改进的算术优化算法及其在水文地质参数智能反演中的应用

许振浩范永辉王文扬董唯杰...

721-739页

查看更多>>摘要：水文地质参数的高效、准确、智能化获取对地下水资源科学管理和地下工程安全建设具有重要意义,因此提出一种新的水文地质参数智能反演方法.首先,提出了改进的算术优化算法(Chaotic Simplex Arithmetic Optimization Algorithm,CSAOA),在搜索空间中使用混沌理论初始化粒子位置,引入随机优化的超参数自适应调整策略,同时使用单纯形法优化粒子位置更新法则,进一步提高算法的局部开发能力和勘探能力,减小算法陷入局部最优的概率.其次,选取8个基准函数进行数值实验,结果表明CSAOA算法在前期勘探收敛速度和后期局部开发收敛精度方面优于其他对比算法.再次,将传统的人工配线法转化为基于优化算法的全局最优化问题,构建基于CSAOA算法的水文地质参数反演模型,提出了基于CSAOA算法的水文地质参数智能反演方法.最后,将该方法应用于泰斯和汉图什井流模型参数反演实例进行验证,快速准确反演得到了水文地质参数,实现了水文地质参数智能识别.结果证实了该方法的可靠性与先进性,为解决水文地质参数反演问题提供了一种新的方案.

关键词：

算术优化算法混沌映射自适应策略单纯形法水文地质参数智能优化

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极端暴雨下绿-灰-蓝基础设施防洪排涝效果评估——以东沙湖流域为例

刘玥张翔刘洁龚莉...

740-753页

查看更多>>摘要：针对当前城市洪涝研究主要集中在单一的绿色、灰色基础设施或绿-灰色基础设施的不足,基于水文水动力耦合模型对武汉市东沙湖流域进行建模,采用武汉市暴雨经验式并移植郑州"7·20"暴雨生成重现期1～1 000a的极端暴雨情景,分析极端暴雨下绿-灰-蓝色基础设施的雨洪控制能力.研究结果表明:绿色基础设施主要应对5a一遇以内的降雨,且有一定的削峰和峰值延缓效果;灰色基础设施排水能力的提高有助于城市应对极端暴雨,且雨强越大其发挥效果越明显,但存在增大峰值和提前峰现时刻的负面作用;蓝色基础设施具有极大的雨洪调蓄潜力,可为应对极端暴雨提供保障,但需考虑其综合效益并制定多级水位调控方案;绿-灰-蓝色基础设施应综合起来优化评估,蓝色基础设施的顶托效应反映了其水力联系和耦合关系.以期该研究为城市内涝灾害治理和海绵城市建设规划提供科学依据.

关键词：

城市内涝绿灰蓝城市水系统海绵城市极端暴雨低影响开发

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中国九大流域水-光-风发电要素时空变化未来预估

尹冬勤成东霞李想李璐...

754-772页

查看更多>>摘要：为实现碳达峰、碳中和发展目标,我国正在大力推进新能源大规模高比例发展和构建以新能源为主体的新型电力系统,并在全国范围规划布局了多个水-光-风清洁能源基地.水电、光伏、风电生产与降水、径流、地表辐射、风速等4种气象水文要素直接相关,且对于气候变化极为敏感.为探究不确定环境下水电为主要调节电源的多能系统互补效能演变特征,搜集整理了第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)中同时包含4种要素和4种发展情景(SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0、SSP5-8.5)的14种气候模式数据,在流域尺度上评估了1971～2100年4种要素的时空变化及其对水-光-风互补发电的潜在影响.研究结果表明:远未来(2061～2100年)相比近未来(2021～2060年),降水、径流、辐射增加幅度和可能性更大,风速减少幅度和可能性更大;远未来海河、松辽河、内陆河、淮河、西南诸河等流域片降水、径流有较大幅度提升,可以推测在不考虑水电工程调节能力限制等约束下,这些流域通过水电匹配上网的光-风发电量将有明显提升.

关键词：

降水径流地表辐射风速时间演变空间分布CMIP6模式气候变化

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水流冲刷作用下软体排守护边滩失稳机理概化模型试验初步研究

魏祥龙戴佳琦左利钦陆永军...

773-786页

查看更多>>摘要：软体排是河道与航道整治工程中广泛应用的洲滩守护结构,排体所护边滩的稳定性对排体变形及服役状态具有重要影响.水流作用下的边滩局部动力环境复杂,其失稳模式与水下自由边坡模式不同,失稳模式及产生机理有待探究.基于概化物理模型试验,对排体守护下的边滩失稳模式及形成机理开展研究.研究表明,排体守护边滩会发生牵引型与滑覆型两种失稳形式,边滩牵引型失稳所引起的排体应变响应较小,发生在排体整个冲刷周期.排尾冲刷变形累计达到一定程度后会产生偶发性的滑覆型失稳,引起边滩产生大范围滑动失稳及排体大范围沉降变形;排体守护下边滩滑覆型失稳的机理:水流冲刷引起边滩潜在滑动面下移,随边缘冲刷深度的增加,潜在滑动面与水平面的夹角不断增大,稳定性不断降低,最终导致潜在滑动面力学失稳(Fs＜1),引起内部边滩产生大范围的滑覆型失稳.

关键词：

软体排航道整治洲滩守护崩岸失稳机理光纤传感稳定性分析

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