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    1. 内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱的轴压力学性能
    康澜, 陈炫, 洪书涛
    华南理工大学学报(自然科学版)    2024, 52 (5): 101-113.   DOI: 10.12141/j.issn.1000-565X.230116
    摘要206)   HTML3)    PDF(pc) (4333KB)(512)    收藏

    钢管混凝土作为一种发展前景广阔的结构形式,具有较好的承载力和塑性变形能力。矩形钢管混凝土柱作为其中常见的一种形式,在实际工程中的应用较为广泛。该研究基于矩形钢管混凝土在实际应用中存在的长短边约束不一致和对核心混凝土约束不足两个问题,探究一种新型的矩形钢管混凝土构件,即内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱。为此,对11根内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱、2根内置跑道形箍筋的矩形钢管混凝土柱、2根普通矩形钢管混凝土柱开展了轴压力学性能试验,重点分析了并束距、钢管壁厚、混凝土强度等级、箍筋间距、箍筋直径、内置用钢量等重要参数对内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱的轴压承载力和延性的影响规律。结果表明:在总用钢量不变的情况下,将矩形钢管的壁厚减薄,并加工成异形箍筋内置于核心混凝土中,能够有效地提高试件的轴压承载力和延性;内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱的轴压过程可以分为4个阶段——弹性阶段、弹塑性阶段、塑性强化段、下降段;相比于普通矩形钢管混凝土柱,内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱有更为饱满的塑性强化段。在试验和参数分析结果的基础上,采用已有的约束混凝土本构模型,推导得到内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱的轴压承载力计算公式。该研究可为实际工程应用提供科学依据和数据参考。

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    2. 轨道站网络中心性、客流与空间热力耦合分析
    吴娇蓉, 陈彩婷, 邓泳淇
    华南理工大学学报(自然科学版)    2024, 52 (5): 31-42.   DOI: 10.12141/j.issn.1000-565X.230302
    摘要202)   HTML13)    PDF(pc) (6507KB)(355)    收藏

    城市空间热力反映了人口聚集与街道活力。为探究城市轨道交通与空间热力分布的互动关系,从微观层面的轨道站点切入,采用百度热力图和轨道站点客流数据,以上海为例,对轨道站点的网络中心性、客流与站域空间热力进行耦合分析。首先采用Pearson双变量相关性研究两类轨道站点属性与空间热力的总体耦合关系,然后引入双变量空间自相关和地理加权回归分析方法分别挖掘网络中心性与站域热力、站域热力与站点客流的空间关联模式,并对比两类耦合性的空间差异。结果表明:轨道站点的网络中心性与空间热力的耦合性明显优于轨道客流与空间热力的耦合性,交通区位优势通常能够形成较高的空间热力,客流水平的影响因素则更为复杂;空间热力更适合量化核心区以外区域的轨道交通与城市空间互动关系,轨道交通网络化对空间热力提升具有乘数效应,而在开发密度低的区域提升空间热力更有助于刺激轨道客流;利用空间热力数据评估城市核心区以外区域的新建站点客流潜力具有可行性,但仅用热力预测客流具有局限性;轨道站点周边城市更新可参考不同空间区位站点的两类耦合性差异进行优化。该研究探索了结合城市空间热力分布完善轨道交通线网布局、针对不耦合因素优化轨道站点公共交通导向型开发(TOD)的分析框架,为微观层面衡量城市轨道交通“人-地”关系提供了新视角。

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    3. 基于视觉的仿人机器人自主抓取研究
    张续冲, 杨俊
    华南理工大学学报(自然科学版)    2024, 52 (7): 53-61.   DOI: 10.12141/j.issn.1000-565X.230528
    摘要8027)   HTML20)    PDF(pc) (3170KB)(277)    收藏

    随着机器人技术的发展,仿人机器人在多个领域展现出应用潜力和价值。针对仿人机器人,基于机器视觉进行自主抓取研究,旨在提高仿人机器人在自然环境中的抓取适应能力和动作仿人性。在机器视觉方面,硬件采用Realsense-D435深度摄像头,利用YOLO(You Only Look Once)物体检测模型实现目标物体的识别、空间定位、深度图裁切和目标点云生成,并根据目标点云与标准点云的配准算法(ICP)获取物体的姿态,通过D-H法对机器人头部进行建模,将物体的位置和姿态由相机坐标系转换为机器人坐标系。在运动规划上,参照人手臂的抓取规律,将抓取过程分为9个基础动作:初始位、移动至预抓取位、抓取物体、提起物体、搬运物体、移动至放置位、放置物体、退出位和回到初始位,针对不同物体确定对应抓取姿态,以提高抓取成功率,根据视觉获取的抓取点和放置点,自主计算余下的关键点,并以空间弧形作为抓取轨迹,通过Matlab仿真,验证抓取过程机械臂末端运动轨迹和关节轨迹的合理性。最后进行物体抓取实验,结果表明,仿人机器人在自然环境中能够快速准确地识别和定位不同物体,并能成功进行抓取和搬运,成功率均在80%以上,并且能够兼顾动作的仿人性,验证了所提出方案的有效性。本研究可促进仿人机器人在人类日常生活中的应用和普及。

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    4. 超薄磨耗层抗滑性能的衰变规律及其影响因素
    王端宜, 李彦标, 潘艳珠
    华南理工大学学报(自然科学版)    2024, 52 (5): 1-9.   DOI: 10.12141/j.issn.1000-565X.220806
    摘要213)   HTML11)    PDF(pc) (3797KB)(240)    收藏

    为了精确评价沥青超薄磨耗层开放交通后抗滑性能衰变过程、机理及影响因素,首先利用弧形模具及其配套的轮碾机来制备弧形超薄磨耗层试件;然后通过驱动轮式加速加载系统对4种级配类型和3个沥青胶结料等级的沥青超薄磨耗层试件进行加速加载试验;最后借助激光纹理扫描仪对一定轮载次数作用后的试件分别进行扫描。结合试验数据分别建立了基于S型函数的沥青超薄磨耗层宏观和微观构造深度衰变模型,以及基于灰色关联分析方法来分析各空隙率和沥青胶结料对抗滑性能的独立和耦合作用。试验研究结果显示:采用驱动轮式加速加载系统结合S型函数模型可以定量地评价和预测沥青超薄磨耗层性能的演变过程;空隙率影响超薄磨耗层宏观和微观构造深度的前期衰减速率,空隙率越大,则超薄磨耗层的宏观和微观构造深度的前期衰减速率越大;宏观构造深度的中后期衰减速率受沥青胶结料等级影响更大,沥青胶结料性能等级越高,则宏观构造深度的中后期衰减速率越慢;空隙率和沥青胶结料等级对超薄磨耗层微观构造深度中后期衰减速率的影响相当。因此,在进行超薄磨耗层抗滑性能设计时,选择大空隙率的开级配超薄磨耗层混合料级配对路面抗滑耐久性是有益的,而沥青胶结料的性能等级则可以根据交通量的大小合理选择。

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    5. 基于Unity3D的立体复合高速公路标志系统优化设计
    高龙凯, 赵晓华, 欧居尚, 等
    华南理工大学学报(自然科学版)    2024, 52 (5): 20-30.   DOI: 10.12141/j.issn.1000-565X.230263
    摘要220)   HTML14)    PDF(pc) (5072KB)(238)    收藏

    高速公路改扩建后增加两侧立体层可以提高通行能力,但互通立交处常常会出现间距过短、流量过大、分流过多等问题,进而导致现有的交通标志无法满足驾驶人的指路需求。针对此问题,以深圳机荷高速为例,在常规标准方案基础上,设计了4种匝道指引标志提升方案,并使用Unity3D引擎开发出了相对应的立体复合高速公路互通场景,高速公路上的车辆第1次分流时驶出地面层,第2次分流可以驶入立体层,第3次分流接入其他互通高速。28名驾驶人使用外接交互设备在不同的场景中进行模拟驾驶,实验采集到了速度、加速度、车道位置等驾驶行为数据。通过计算不同指引标志设计方案中各影响区段内指标的逐点显著性,呈现出了各指标空间维度上的差异性,进一步分析表明,增加预告层级设置3 km预告标志能够帮助驾驶人及早感知前方匝道状况;设置车道指引标志可以提升车辆在匝道处的纵向和横向稳定性,便于驾驶人采取更好的换道策略;导航语音辅助能够提升驾驶人在立体复合高速公路匝道处的速度控制水平、出口换道意识和心理舒适程度。研究表明,Unity3D保真度高、交互性好、成本低,可以为复杂道路场景中驾驶行为的相关研究提供技术支持。同时,该研究也为高速公路改扩建工程交通指引标志设立提供了理论参考。

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    6. 老年驾驶人认知驾驶能力评价及影响因素研究
    陈兵硕, 李洋, 赵晓华, 等
    华南理工大学学报(自然科学版)    2024, 52 (9): 142-152.   DOI: 10.12141/j.issn.1000-565X.230579
    摘要257)   HTML14)    PDF(pc) (2000KB)(237)    收藏

    我国老年驾驶人数量持续增长,驾驶人结构的变化给交通安全带来了挑战。相比于其他年龄段驾驶人,老年人生心理功能逐渐衰退,更容易发生交通事故。认知功能与驾驶安全表现显著相关。从注意反应能力、执行处理能力、空间感知能力3项认知功能领域出发,研究老年人驾驶特征,设计驾驶模拟实验风险事件,获得认知驾驶行为数据,分析青年人、中年人、老年人驾驶行为特征的差异性;采用主客观结合的方法确定指标权重,提出认知驾驶行为指数计算方法;以驾驶人属性和认知功能为自变量,以认知驾驶行为指数为因变量,建立广义线性混合模型,探究不同因素对认知驾驶能力的影响。结果表明年龄、周驾驶频率、自我调节和TMT-B(Trail Making Test-B)与认知驾驶行为指数显著相关,MMSE(Mini-Mental State Examination)为边缘显著相关;老年驾驶人的认知驾驶行为指数受个体特质影响较大;相较于老年人,青年人认知驾驶行为指数更差,中年人更好;周驾驶频率低的人比周驾驶频率高的人认知驾驶行为指数更好;自我调节频率为低和中的驾驶人,比频率为高的驾驶人认知驾驶行为指数更好;TMT-B测量认知正常的驾驶人比认知障碍驾驶人的认知驾驶行为指数更好。该研究从交通事故的人因机理角度出发,探究老年驾驶人面对的认知挑战,提出老年人认知驾驶行为指数计算方法并解析影响因素,为简化老年人驾驶适宜性评价程序、制定驾驶安全干预策略提供参考。

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    7. 考虑代价敏感的高速公路偷逃费行为识别模型
    赵建东, 许慧玲, 吕行, 等
    华南理工大学学报(自然科学版)    2024, 52 (5): 10-19.   DOI: 10.12141/j.issn.1000-565X.230078
    摘要176)   HTML15)    PDF(pc) (2535KB)(236)    收藏

    为有效提升高速公路车辆偷逃通行费稽查效率,基于电子不停车收费(ETC)数据,结合K最近邻(KNN)和集成学习(Adaboost)算法及代价敏感学习机制,提出一种高速公路车辆偷逃费行为识别模型。针对原始ETC收费流水数据量大且冗余的特点,制定数据离散化和标准化处理规则,修复并规范数据形态后,提取两类逃费特征。通过分析ETC数据集遴选大车小标等7种逃费类型作为主要研究对象。针对逃费数据“高维”特点导致的模型分类效率低问题,通过Pearson与Spearman相关性分析和ReliefF重要性分析选取表现逃费特性的最佳特征子集。针对逃费车辆与正常车辆的类别“不平衡”现象所引发的模型过拟合问题,构建组合分类模型,在Adaboost算法中将KNN作为基分类器,先通过TomekLinks欠采样缓解不同类边界模糊问题,再引入代价敏感学习机制,提高模型对少数类(逃费车)的重视程度来缓解对多数类(正常车)的判别倾向。最后,对比不同分类模型对各类逃费事件的识别效果,验证融合代价敏感学习机制的KNN-Adaboost模型的性能。结果表明,该研究提出的模型识别精确率达0.98,召回率达0.96,F1系数达0.97,Kappa系数达0.95,较其他模型能更好地解决样本类不均衡问题,对少数类样本具有较高识别精度,可为提升高速公路收费稽查效率提供参考。

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    8. 不同初始应力的Kapton薄膜的蠕变性能研究
    刘岩, 薛鑫媛, 范磊, 等
    华南理工大学学报(自然科学版)    2024, 52 (5): 127-138.   DOI: 10.12141/j.issn.1000-565X.230168
    摘要206)   HTML1)    PDF(pc) (3068KB)(232)    收藏

    聚酰亚胺薄膜(Kapton薄膜)作为一种航天膜材,其蠕变效应对结构的影响至关重要。为研究其蠕变力学性能,首先选用厚度为25 μm的Kapton薄膜,在极限抗拉强度的35%、50%、65%、80% 4组应力水平下,进行单轴蠕变拉伸试验。其次根据得到的蠕变力学曲线分析不同初始应力下薄膜蠕变的变化规律,结合蠕变伸长率描述薄膜随初始应力的蠕变特性并探讨其内在机理。最后采用经典Kelvin、经典Maxwell、四元件Burgers、三参数广义Kelvin、五参数广义Kelvin 5种蠕变本构模型对试验数据进行拟合,并对比分析各模型的拟合效果。结果表明:Kapton膜材具有明显的粘弹性性能,在设计中应予以考虑;初始应力对Kapton膜材的蠕变性能影响显著,初始应力越大,蠕变初期应变越大,稳态蠕变阶段应变保持值越高,粘弹性越明显;不同方向上的拉伸断裂应力水平导致蠕变性能的差异性,各应力状态下总应变TD(机器展开方向)大于MD(垂直方向);随着初始应力的增大,薄膜的蠕变伸长率先增大后减小,这是因为初始应力对薄膜内部的应力状态和位错运动的影响是复杂的,并且存在一个平衡点。本研究采用的五参数广义Kelvin模型能够较好地预测Kapton膜材的蠕变性能,拟合结果的可决系数均超过0.99,Burgers模型次之;经典Kelvin、三参数广义Kelvin以及经典Maxwell模型拟合可决系数在0.71~0.86之间,其拟合结果满足实际工程的需要。

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    9. GaN HEMT源漏通道区电阻的自热和准饱和效应模型
    姚若河, 姚永康, 耿魁伟
    华南理工大学学报(自然科学版)    2024, 52 (7): 1-8.   DOI: 10.12141/j.issn.1000-565X.230405
    摘要210)   HTML14)    PDF(pc) (2939KB)(228)    收藏

    GaN HEMT在栅极与源极和漏极之间存在一段通道区域,在等效电路模型中通常等效为一电阻,称为源漏通道区电阻RD,S。准确构建GaN HEMT RD,S模型,对于分析GaN HEMT直流和射频特性,构建GaN HEMT大信号模型具有十分重要的意义。本研究给出考虑自热和准饱和效应的RD,S模型。首先由源漏通道区温度TCH与耗散功率Pdiss的关系,推导出非线性自热效应模型。进一步基于准饱和效应和Trofimenkoff模型,给出源漏通道区电子漂移速度与电场强度的关系表达式,构建非线性RD,S模型。在环境温度Tamb = 300 ~ 500 K时,源漏通道区二维电子气2DEG面密度nS,accTCH)和迁移率μaccTCH)随TCH的升高而下降,这导致低偏置条件下的源漏通道区电阻RD0,S0TCH呈非线性增长。将本研究和文献报道的RD,S模型与TCAD (Technology Computer Aided Design)仿真数据进行对比,结果显示:本研究与文献报道的漏通道区电阻RD模型的平均相对误差分别为0.32%和1.78%,均方根误差(RMSE)分别为0.039和0.20 Ω;RS模型的平均相对误差分别为0.76%和1.73%,RMSE分别为0.023和0.047 Ω。与文献报道的实验数据进行对比,结果显示:本研究与文献RD模型的平均相对误差分别为0.91%和1.59%,RMSE分别为0.012和0.015 Ω;RS平均相对误差分别为1.22%和2.77%,RMSE分别为0.001 5和0.003 4 Ω。本研究提出的RD,S模型具有更低的平均相对误差和均方根误差,能够更加准确地表征GaN HEMT线性工作区RD,S随漏源电流IDS的变化。可将本模型用于器件的设计优化,也可作为Spice模型用于电路仿真。

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    10. 基于轻量化CenterNet的智能车辆目标检测算法
    岳永恒, 宁睿厚
    华南理工大学学报(自然科学版)    2024, 52 (8): 45-55.   DOI: 10.12141/j.issn.1000-565X.230513
    摘要210)   HTML8)    PDF(pc) (3366KB)(227)    收藏

    针对当前目标检测算法参数较多,计算量较大,导致响应速度较慢,难以推广应用于智能车辆系统的问题,提出一种改进的CenterNet目标检测算法。即应用轻量化MobileNetV3网络替换原ResNet-50网络,降低计算量;应用深度可分离的PANet替换特征增强网络,获得多尺度特征信息融合后的特征,并引入SimAM注意力机制在特征融合前强化目标特征关注度,再用SiLU激活函数替换原目标检测网络中的ReLU激活函数,增强网络学习能力。最后提出CPAN-ASFF模块对深度可分离的PANet输出多尺度特征图进行融合,提高目标检测精度。应用优化后的KITTI数据集对改进后的CenterNet目标检测算法进行训练及检测验证,结果表明:其平均准确率为80.7%,比原始CenterNet目标检测算法提高了12个百分点,其检测速度为65 f/s,其参数量为8.91 M,较原算法减少72.73%,改进后的算法在遮挡目标、重叠目标以及与背景相似目标的检测效果上表现更优。且在SODA10M数据集中,文中提出的算法的检测精度与速度也都优于当前主流算法。该研究对算法的优化及实验为智能车辆在实际工程中的应用奠定了技术支撑。

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    11. 高速公路新能源汽车碳排放量的测算及空间分布特征
    温惠英, 何梓琦, 胡宇晴, 等
    华南理工大学学报(自然科学版)    2024, 52 (8): 1-13.   DOI: 10.12141/j.issn.1000-565X.230293
    摘要2443)   HTML12)    PDF(pc) (25804KB)(224)    收藏

    针对高速公路大范围路网中新能源汽车由于能源消耗所产生的间接碳排放量难以统计的问题,提出了一种基于高速公路ETC收费联网数据的新能源汽车碳排放量测算方法。首先,对高速公路新能源汽车车流数据进行清洗与处理;然后,依据高速公路路网门架分布定义并划分路段单元,在此基础上对不同类型的新能源汽车进行能耗分析;最后,建立了新能源汽车运行阶段的碳排放计量模型,并以广东省为例,进行了碳排放量的测算及空间分布特征分析。结果表明:1类纯电动客车为高速公路新能源汽车碳排放的主要来源,其碳排放量占新能源汽车碳排放总量的74.20%,其次是1类纯电动货车,其碳排放量占新能源汽车碳排放总量的14.18%,1类插电式混合动力客车的碳排放量占比为11.62%;新能源汽车碳排放量较高的地市主要集中在珠三角城市群,粤东、粤西、粤北等后发地区的碳排放总量占比不足13%;新能源汽车碳排放量较高的路段主要分布在发达城市的交通枢纽和市内高速环线中,以广州都市圈和深圳都市圈为中心对周边城市高速公路路网产生辐射效应;后发地区由于高速公路路网密度较低且基础设施建设相对滞后,新能源汽车的普及率较低,相应的碳排放量普遍处于较低水平。

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    12. 索-悬链线拱联合结构的受力机理与力学特征
    郝天之, 李春华, 杨涛, 龙夏毅, 邓年春
    华南理工大学学报(自然科学版)    2024, 52 (8): 89-102.   DOI: 10.12141/j.issn.1000-565X.230566
    摘要166)   HTML6)    PDF(pc) (3293KB)(224)    收藏

    早期拱桥已运营多年,缺乏有效的养护,且设计荷载等级偏低;随着交通量的增加及车辆超载,其在活载作用下的力学性能已不能满足现代交通需求。为改善此类拱桥的受力性能,提出一种索-悬链线拱联合结构,在拱肋两侧对称设置索,使索和拱肋形成新的受力体系,从而改变悬链线拱结构的传力路径,进而降低拱结构的内力。在索-拱联合结构图式下,基于弹性中心法对其力法方程进行简化,采用近似曲线积分方法推导了竖向移动荷载作用下拱肋的内力解析解,并借助ANSYS有限元软件验证解析解的准确性;分析了在车道荷载作用下索约束位置、拱轴系数、矢跨比和轴向刚度比等设计参数对拱结构的影响,揭示了索-拱联合结构的受力机理和内力变化规律。研究表明,内力解析解与有限元结果的相对误差在1%以内;索的设置改变了拱结构弯矩影响线量值的正、负区间分布,而且有效地降低了拱结构弯矩影响线的峰值,从而使拱结构的整体弯矩得到较大幅度的降低,弯矩分布更均匀;沿拱脚至拱顶,拱结构弯矩的降低幅度和轴力的增长幅度均逐渐减小;轴向刚度比从0.02增加至0.10,拱脚负弯矩的减小幅度呈非线性增大,最大降幅达63.7%;索力的增长幅度与其数值大小成反比,当索设置在距拱顶0.3LL为拱跨经)时,索力可增至轴向刚度比为0.02时的1.9倍。矢跨比对拱结构内力带来的影响不容忽视,矢跨比越大拱结构的内力变化幅度越大;拱轴系数对拱结构内力的影响可以忽略。

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    13. 汽车车门密封空腔噪声及其传递实验研究
    张斌瑜, 王毅刚, 俞悟周, 等
    华南理工大学学报(自然科学版)    2024, 52 (9): 104-114.   DOI: 10.12141/j.issn.1000-565X.240023
    摘要167)   HTML12)    PDF(pc) (4952KB)(219)    收藏

    汽车车门密封系统风激下的发声和向车内的传声,其现象和机制复杂,研究较少,认识不明晰。以某SUV车门B柱、C柱第1道密封空腔和尾门密封空腔为研究对象,抽取其结构并等效成规则空腔结构;建立了在小型声学风洞中空腔发声和传声的实验测试平台和方法,开展了风激下的空腔声特性及其影响因素、密封条不同压缩量和密封间隙传声特性实验研究。研究结果表明:车门密封空腔形成的啸叫(尾门空腔)机理不同,低风速时是自激振荡与赫姆霍兹共振腔耦合共振产生,高风速时是自激振荡与空腔模态耦合共振产生,自激振荡以及在流体宽带激励下的空腔共振是频谱中其它峰值产生的根源;B柱和C柱空腔与尾门空腔密封条对声特征的影响差异较大;来流偏航角、俯仰角和湍流度变化对自激振荡激发的幅值和频率影响较大,是车内小于1 000 Hz的带宽峰值噪声的来源之一;密封条压缩量较小时(如0~4 mm)其压缩量增加传声能力反而有增加的情况。基于空腔噪声理论得到的车门门缝小空腔声现象和机理是之前研究缺少的,具有独特性;密封条不同压缩量传声结论具有一定的实际应用价值。

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    14. 土地利用与城市轨道交通客流的非线性关系
    魏丽英, 石晶晶
    华南理工大学学报(自然科学版)    2024, 52 (5): 43-51.   DOI: 10.12141/j.issn.1000-565X.230125
    摘要124)   HTML12)    PDF(pc) (2972KB)(219)    收藏

    城市轨道交通站点影响范围内土地利用对客流影响具有时空分异特征且存在类型差异,为针对性探讨不同站点两者的复杂非线性关系,提出一种基于土地利用空间分布规律、对站点实际影响范围进行差异化识别的方法;并通过分时段多尺度地理加权回归,获取能够表征土地利用对客流影响时空变化特征的站点聚类指标,采用K-means++算法将研究区域内的站点划分为4类;进而基于改进的梯度提升决策树模型分类定量探讨不同类别下土地利用与轨道交通客流的复杂非线性关系。研究表明:通过捕捉不同站点土地利用与客流的时空分异特征对站点进行分类识别,可有效提升两者非线性关系模型的解释度。根据模型输出结果,发现不同类别站点影响轨道交通客流的关键土地利用要素不同,第1类中关键变量为相对重要性分别为61.35%和30.08%的公交站点数量和慢行密度;第4类的情况类似但相对数值有所变化,公交站点数量的相对重要性由61.35%下降至30.31%;建筑密度在第2类中以66.57%的相对重要度占据最大比例;但在第3类中仅占5.59%。此外,不同类别站点影响范围内土地利用与轨道交通客流的关系存在较为显著且各异的阈值效应。研究表明,对于不同类别站点的用地开发应各有侧重,且应结合实际将土地利用设计指标控制在相应的合理范围内。研究为差异化的站点周边土地利用开发策略的制定提供了理论支持和量化指导。

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    15. 跟驰事件下网联混驾编队的运行特征及生态安全影响
    付强, 赵晓华, 李海舰, 任文浩, 戴义博
    华南理工大学学报(自然科学版)    2024, 52 (8): 65-75.   DOI: 10.12141/j.issn.1000-565X.230388
    摘要241)   HTML7)    PDF(pc) (3935KB)(218)    收藏

    考虑当前自动驾驶技术成熟度和公众接受程度等问题,网联混驾编队模式可能是自动驾驶编队全面普及应用前的可行的过渡模式之一。为研究网联条件和车队形式对网联混驾编队运行特征及生态安全的影响,文中基于驾驶模拟技术搭建的网联混驾编队实验测试平台,构建由5辆车组成的“领航车-网联L2级人工驾驶车辆、跟驰车-网联自动驾驶车辆”的网联混驾编队模式,并邀请36名被试开展驾驶模拟实验。考虑时域分析侧重呈现指标的时间维度变化,而频域分析可以挖掘指标的频率分布特性,文中选取速度、加速度指标从时域和频域维度分析车辆运行特征,同时选取油耗、速度安全熵指标评价车辆运行的生态安全性。结果表明:网联条件和编队模式均有助于车辆行驶更加平稳,并显著提升其生态安全性;网联混驾编队的综合效能最佳,相较传统单车模式,油耗可降低10.67%,速度安全熵值可降低73.25%。该研究成果可为自动驾驶企业及行业开展网联人机交互终端设计、领航驾驶辅助系统研发、网联混驾编队可行性及有效性测试等提供方案借鉴和平台支持。

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    16. 基于居民属性数据的出行碳排放预测模型
    苏跃江, 温惠英, 袁敏贤, 吴德馨, 周芦芦, 漆巍巍
    华南理工大学学报(自然科学版)    2024, 52 (8): 23-33.   DOI: 10.12141/j.issn.1000-565X.230355
    摘要3167)   HTML7)    PDF(pc) (5415KB)(218)    收藏

    准确分析居民出行方式的碳排放及方式选择影响因素的重要性和敏感性,是精准制定交通减排措施的基础。根据居民出行调查的家庭属性、个人属性、出行属性和环境属性等影响因素综合分析,基于LightGBM (Light Gradient Boosting Machine)构建了居民出行方式预测模型并进行验证,结合出行活动水平、各种能源类型的碳排放系数、标准煤系数等参数,构建了基于居民属性数据的出行碳排放预测模型;最后,以广州市为例进行实证分析,对居民出行方式和碳排放总量进行预测,并分析了出行方式选择影响因素的重要程度和重要因素敏感性。结果表明:基于居民属性数据构建的碳排放预测模型,能较为精确地预测各种出行方式的碳排放,较好地分析碳排放的影响因素重要性和敏感性,以及全面揭示出行行为、出行方式和出行碳排放之间的关系。其中,起终点距最近公交站的距离或距最近地铁站的距离、自驾车费用、出行距离等是影响居民出行方式选择的重要因素。当起终点距最近地铁站距离下降55%时,地铁出行竞争力随着距离缩短而明显提升;在公交站点密度较大的区域,起终点距最近公交站距离对居民出行方式选择不敏感;当碳排放费用增加400%时为居民出行方式和碳排放的转折点,超过转折点后小汽车出行方式难以转移;当出行距离下降幅度在90%以内时,碳排放下降速度最快,最大降幅为90.4%。

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    17. 面向自动驾驶的多任务辅助驾驶策略学习方法
    罗玉涛, 薛志成
    华南理工大学学报(自然科学版)    2024, 52 (10): 31-40.   DOI: 10.12141/j.issn.1000-565X.230503
    摘要1881)   HTML14)    PDF(pc) (3027KB)(212)    收藏

    随着自动驾驶技术的发展,深度强化学习成为实现高效驾驶策略学习的重要手段。然而,实施自动驾驶面临着复杂多变的交通场景带来的挑战,并且现有的深度强化学习方法存在场景适应能力单一、收敛速度较慢的问题。针对此类问题,为提高自动驾驶车辆的场景适应能力和策略学习效率,文中提出了一种多任务辅助的驾驶策略学习方法。该方法首先基于深度残差网络构建了编码器-多任务解码器模块,将高维驾驶场景压缩为低维表征,并采用语义分割、深度估计和速度预测的多任务辅助学习,以提高低维表征的场景信息丰富程度;然后,以该低维表征作为状态输入,构建基于强化学习的决策网络,并设计多约束奖励函数来引导驾驶策略的学习;最后,在CARLA中进行仿真实验。结果表明:相较于DDPG、TD3等经典方法,文中方法通过多任务的辅助改善了训练进程,学习到更优的驾驶策略;在环岛、路口等多个典型城市驾驶场景中实现了更高的任务成功率和驾驶得分,具备优秀的决策能力和场景适应性。

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    18. 基于混合策略改进ASO-LSSVM的风险驾驶行为分类识别
    何庆龄, 裴玉龙, 董春彤, 等
    华南理工大学学报(自然科学版)    2024, 52 (9): 131-141.   DOI: 10.12141/j.issn.1000-565X.230753
    摘要190)   HTML14)    PDF(pc) (2032KB)(210)    收藏

    为解决现有智能算法在优化支持向量机识别风险驾驶行为过程中收敛速率缓慢和误差较大的问题。首先,采用Tent映射取代原子搜索优化算法(ASO)种群初始化随机设置的方式,增加原子种群多样性和质量;其次,使用逐维小孔成像反向学习与柯西变异混合机制,提高原子个体择优位置的多样性,克服ASO算法易陷入局部最优和过早收敛的问题;最后,通过引入自适应变螺旋搜寻策略改进原子个体位置更新过程,以提升ASO算法的全局搜索能力,实现全局搜索和局部开发间关系的有效平衡,缓解ASO算法易陷入局部最优和收敛精度不足的问题。以上海北横通道出口匝道车辆轨迹数据为输入,使用混合策略改进ASO算法寻优求解最小二乘支持向量机(LSSVM)参数,构建基于混合策略改进原子搜索优化最小二乘支持向量机IASO-LSSVM的快速路出口匝道风险驾驶行为分类识别模型。数值仿真实验结果表明:IASO算法在12个基准测试函数数值仿真结果的平均值、标准差、最佳适应度和最差适应度等方面均更接近最佳优化值。IASO-LSSVM模型相较于ASO-LSSVM和LSSVM等模型的风险驾驶行为分类识别结果误差指标正确率、精确率、召回率和F1值分别增加11.5~24.5、14.1~29.0、15.1~28.6和14.7~31.2个百分点,且在不同类型风险驾驶行为识别结果中误差变化范围最小。IASO算法参数寻优求解精度和收敛速率优于ASO算法,且IASO-LSSVM模型可用于不同类型风险驾驶行为精准识别,可为车辆行驶轨迹状态合理判别,制定风险驾驶行为预警防控措施提供数据支撑与理论依据。

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    19. 基于全局一致性网络的参数化人体网格重建
    鲍文霞, 田如震, 王年, 等
    华南理工大学学报(自然科学版)    2024, 52 (7): 19-28.   DOI: 10.12141/j.issn.1000-565X.230608
    摘要103)   HTML12)    PDF(pc) (2183KB)(208)    收藏

    人体网格重建(HMR)在人机交互和虚拟/增强现实等领域有广泛应用。为了进一步提高基于图像的人体网格重建中人体姿势和形状估计的精度,提出了基于混合逆运动学的全局一致性深度卷积神经网络,用于参数化人体网格重建(GloCoNet)。为了增强网络的全局一致性和全局上的长程依赖,该网络在特征提取网络基础上,设计了全局一致性增强器(GCB)模块,它能够增强模型对全局信息的感知能力和表达能力,并且使模型能够自适应地调整不同通道和空间位置的特征图权重。然后引入了多头注意力机制(MHSA)来捕获模型全局上的长程依赖,它可以帮助模型在处理长期依赖时更好地捕捉到关键的关系和模式,并建模全局上下文信息,从而更好的丰富特征子空间的多样性。同时,该网络采用混合逆运动学的方法弥合人体网格估计和3D人体关节点估计之间的差距,最终提升人体3D姿势和形状估计的准确度。实验结果表明,GloCoNet模型在公开的Human 3.6 M数据集上以平均每关节51.3 mm的位置误差(MPJPE)显著优于先前的主流方法。

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    20. 多因素协同的大型活动场馆周边路段速度预测
    翁剑成, 吴明珠, 魏瑞聪, 等
    华南理工大学学报(自然科学版)    2024, 52 (8): 34-44.   DOI: 10.12141/j.issn.1000-565X.230386
    摘要176)   HTML10)    PDF(pc) (2798KB)(208)    收藏

    大型活动会引起举办场馆周边区域路网出现交通流短时骤增与消散,导致周边区域路网交通运行呈现偶发性与不确定性波动,而现有预测方法通常难以捕捉特殊事件下交通流受多维因素复杂影响及其演变机理。为充分挖掘路段速度的时间序列和影响因素特征,揭示速度预测中不同影响特征间的耦合作用机理,提出了一种结合可解释机器学习与长短时记忆网络的速度预测模型(MC-LSTM)。结合大型活动的特点构建影响因素集,采用XGBoost算法评价活动规模、性质等因素特征对场馆周边路段速度的影响相对重要度,量化多元因素对场馆周边路网运行状态的协同效用,融合LSTM网络,考虑交通状态的时间依赖关系,捕获不同历史时期的时间相关性,实现对活动期间场馆周边路段速度的精确预测。以北京市连续6个月的大型活动期间周边路网为例进行模型验证,结果表明:所构建的MC-LSTM模型的预测精度可达94.5%以上,优于考虑多因素协同的XGBoost模型、只考虑单因素特征的LSTM模型及未考虑外部特征的LSTM模型,证明该研究所提出的模型有效性与稳定性更优,可为大型活动场馆周边路网交通组织优化和制定针对性交通管控与保障措施提供定量化的决策依据。

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