基于TD3算法的人机混驾交通环境自动驾驶汽车换道研究

提高人类驾驶人的接受度是自动驾驶汽车未来的重要方向,而深度强化学习是其发展的一项关键技术。为了解决人机混驾混合交通流下的换道决策问题,利用深度强化学习算法TD3（Twin Delayed Deep Deterministic Policy Gradient）实现自动驾驶汽车的自主换道行为。首先介绍基于马尔科夫决策过程的强化学习的理论框架,其次基于来自真实工况的NGSIM数据集中的驾驶数据,通过自动驾驶模拟器NGSIM-ENV搭建单向6车道、交通拥挤程度适中的仿真场景,非自动驾驶车辆按照数据集中驾驶人行车数据行驶。针对连续动作空间下的自动驾驶换道决策,采用改进的深度强化学习算法TD3构建换道模型控制自动驾驶汽车的换道驾驶行为。在所提出的TD3换道模型中,构建决策所需周围环境及自车信息的状态空间、包含受控汽车加速度和航向角的动作空间,同时综合考虑安全性、行车效率和舒适性等因素设计强化学习的奖励函数。最终在NGSIM-ENV仿真平台上,将基于TD3算法控制的自动驾驶汽车换道行为与人类驾驶人行车数据进行比较。研究结果表明：基于TD3算法控制的车辆其平均行驶速度比人类驾驶人的平均行车速度高4.8%,在安全性以及舒适性上也有一定的提升;试验结果验证了训练完成后TD3换道模型的有效性,其能够在复杂交通环境下自主实现安全、舒适、流畅的换道行为。     

排阵式交叉口几何设计与信号控制协同鲁棒优化

针对排阵式交叉口在实际交通波动环境中存在车辆滞留排序区,运行效率稳定性难以保障的问题,提出了鲁棒优化方法,平衡交叉口运行的效率和稳定性。在分析排阵式交叉口运行特性的基础上,指出了其运行效率波动性与交叉口几何设计、信号控制、交通需求、饱和流率和运行车速这5个因素有关。确定了将交通需求、饱和流率和运行车速这3个客观波动因素作为模型的输入参数,将几何设计和信号控制这2个可受设计人员控制的要素作为模型的优化控制变量进行协同优化的模型框架。在此基础上,以交叉口车均延误条件风险值最小为目标,考虑了各流向车道数、信号相位相序、排序区车辆清空等方面的约束条件,构建了基于情景的鲁棒优化模型,并建立了遗传算法对模型进行求解。通过案例分析,对鲁棒优化模型的置信水平取值和算法准确性进行了分析,证明了算法可以使目标函数收敛到最小值,并基于蒙特卡洛模拟对优化效益进行了检验。研究发现,所建立的几何设计与信号控制协同鲁棒优化模型可实现在交通需求和供给的波动下,对排阵式交叉口的车道功能、排序区长度以及主、预信号控制进行协同优化。相较于确定性的设计方法,在平均延误层面基本维持原有水平,但对延误标准差和最大值有着较为明显的改善,案例中分别减少了48%和23%。     

冰击荷载作用下高速车辆-轨道-桥梁系统耦合振动分析

为了探明流冰撞击桥墩对高速车辆-轨道-桥梁耦合系统动力学行为的影响,采用精细化有限元模型模拟了流冰撞击桥墩的过程,计算获得了不同冰排特性下流冰撞击力时程曲线,基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论,以流冰荷载作为外激励,建立了高速车辆-轨道-桥梁-冰击动力学分析模型。以5跨32 m简支梁为例,通过研究不同冰击荷载作用下桥梁结构的动力学响应,得到了对桥梁结构影响最大的冰击荷载,分析了在该冰击荷载作用下桥梁子系统和车辆子系统的动力学响应,最后探讨了冰击荷载对桥上列车走行性的影响。结果表明：在冰击荷载作用下,冰排厚度、流冰撞击速度和冰排抗压强度是影响桥梁动力学响应的关键参数,桥梁跨中和墩顶横向位移与加速度随冰排厚度和抗压强度的增加而增大,且随流冰撞击速度的增加呈先增大后减小趋势;流冰撞击桥墩对车辆-轨道-桥梁系统动力学响应影响显著,在冰击荷载作用下主梁横向位移和加速度增幅较大,跨中横向加速度主频与桥梁横向自振频率接近,表明流冰撞击可能会加剧桥梁横向自振频率附近的振动;车体横向振动加速度、脱轨系数、轮轨横向力和轮重减载率在流冰撞击作用下均明显增大,增幅超过2倍,可见流冰撞击对高速列车行车安全性和乘坐舒适性有较大影响。     

基于人-车交互的行人轨迹预测

针对行人轨迹预测具有复杂、拥挤的场景和社会交互问题,基于长短时记忆网络（Long Short-term Memory Network, LSTM）对行人与车辆、行人与其他行人的交互进行建模,提出一种基于人-车交互的行人轨迹预测模型（VP-LSTM）。该模型同时考虑了行人与行人的交互、行人与车辆的交互,更适用于复杂的交通场景。所构建的VP-LSTM包括3个输入,以行人的方向和速度作为历史轨迹序列输入,行人与行人的相对位置作为人-人交互信息输入,行人与车辆的相对位置作为人-车交互信息输入。该方法首先设计扇形人-人交互邻域和圆形人-车交互邻域来准确捕捉对被预测行人有相互作用的行人和车辆;其次建立3种不同的LSTM编码层来编码历史行人轨迹序列、人-人、人-车社交信息;然后定义人-人、人-车交互的防碰撞函数和方向注意力函数作为人-车、人-人社交信息的权重,进一步提高社会信息的精度;再将人-人、人-车交互信息输入到注意力模块中筛选出对行人影响大的社会信息;最后将筛选后的社会信息与行人历史轨迹序列一起输入到LSTM神经网络中进行行人轨迹预测,并在构建的DUT人-车交互数据集上验证提出的网络。研究结果表明：提出的方法能够准确地预测出交通场景中,人-车交互行人未来一段时间内的运动轨迹,有效提高了预测精度,提高了智能驾驶决策的准确性。     

基于软件无线电的船用VDES调制解调的研究

船舶数据交换量的增加导致现有的船用自动识别系统(AIS)87B/88B VHF通信信道堵塞严重,数据的完整性传输受到现实的考验。为解决严峻的通信信道压力,甚高频数据交换系统(VDES)应运而生。文章基于软件无线电(SDR)技术,搭建基于Gnuradio软件及2块HackRF One硬件的软件无线电开发平台,进行16位正交幅度调制解调(16QAM),实现信号收发与处理,为船用VDES地面系统研究提出了一种可行性方案。     

轨道工程车软管试验平台的研制

轨道工程车制动软管需定期进行试验,而普通的试验设备使用PLC(可编程逻辑控制器)进行设计且价格较为昂贵。介绍了自主研制的轨道工程车软管试验平台的整体结构、电气控制原理、参数等,并对其特点进行分析。该试验平台采用电气控制技术,通过各个电气元件之间的连接设计,实现设备的过程自动控制。应用表明,其性能可靠、操作简单、制造成本低,能满足轨道工程车制动软管的试验要求。     

济南轨道交通R1线工程新技术探索及应用

R1线是济南首条轨道交通线路,在工程建造过程中探索、应用了多项绿色技术,详细介绍结构工程中的清水混凝土技术,深基坑支护及稳定性控制技术,混凝土刚性防水技术及预制构件应用技术;车辆基地上盖物业开发和建筑废弃物再利用技术;设备系统中的可调通风型站台门和隧道嵌装型蒸发冷凝技术等改造工艺,以及"海绵"设施应用、高架车站光伏发电和中压能馈等自然资源利用技术,以期为后续济南和其他城市轨道交通建设提供参考和借鉴。     

黄土地区地铁盾构隧道近距离下穿既有线影响规律及控制标准研究

为研究黄土地区盾构隧道近距下穿既有线的影响规律及控制标准,以西安地铁5号线盾构隧道下穿既有2号线隧道工程为背景,分析在既有隧道与下穿隧道竖直净距为盾构隧道管片外径0.2倍、0.4倍、0.6倍、0.8倍及1.0倍5种工况下的地表沉降和既有隧道在其与新建隧道正交截面上的拱顶及拱底位移、附加应力情况。由结果可知:随着既有隧道与新建隧道竖直净距的减小,地表和既有隧道的拱底拱顶位移均呈线性增大的趋势;地表沉降曲线与既有隧道拱顶沉降曲线呈单峰形态,而拱底位移曲线呈双峰形态,且左峰值小于右峰值;既有隧道在盾构过程中产生正弯矩,应力在盾构穿越其正下方时出现分化;应尽量避免竖直净距小于0.2倍洞径的双线盾构下穿,当采用0.4倍洞径竖直净距下穿时,应将新建隧道拱顶沉降值控制在13 mm以内。     

西南及邻区高速铁路岩溶工程地质分区研究

我国西南及邻区发育分布有大量的可溶岩,随着中西部高速铁路建设的加大,大量的铁路不可避免的穿越岩溶发育区,岩溶问题给该区域的高速铁路选线及建设带来巨大的挑战。根据多条已建成和在建的岩溶山区高速铁路岩溶工程地质问题,探讨这些地区高速铁路建设所面临的主要岩溶工程地质问题。拟定以地形地貌、气候和高铁主要岩溶问题为主控因素的分区原则,构建高原岩溶区、斜坡过渡带岩溶区、岩溶化平原区等3大高速铁路岩溶工程地质区;在此基础上基于地层岩性、地质构造、岩溶发育程度和岩溶水系统特征为控制因素的分区原则,细分为17个高铁岩溶工程地质亚区。高速铁路岩溶工程地质分区的研究成果,有利于针对西南及邻区不同的岩溶工程地质分区特点,制定相应的高速铁路勘察设计方案,以查明铁路建设遇到的复杂岩溶工程地质问题,拟定相应的工程措施,规避铁路建设的工程风险。     

虎跳峡地区绿泥石化片理状玄武岩工程特性分析

虎跳峡地区的玄武岩经历了复杂的地质作用,岩石的矿物、结构发生了改变,表现出特有的微观地质特征和工程特性。在野外调查、室内及现场原位试验基础上,结合丽江至香格里拉铁路的工程实践,对岩石的矿物组成及化学成分、物理力学性质进行分析。结果表明:绿泥石化片理状玄武岩是热液蚀变及区域变质作用的产物,岩石呈鳞片变晶结构,原生矿物为绿泥石、绿帘石、绢云母等矿物取代,具有软化系数低,饱水系数高,抗风化能力弱等特点。在构造、风化及卸荷作用下,易出现软岩大变形、边坡失稳等地质问题。研究成果为工程方案的选择和措施的设置提供科学依据,对滇西北玄武岩区铁路及公路工程的勘察设计具有指导意义。