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基于多智能体深度强化学习的高速公路可变限速协同控制方法

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同济大学学报（自然科学版） 2024年第7期52卷 1089-1098页

作者：余荣杰徐灵章锐辞同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804 浙江杭绍甬高速公路有限公司浙江杭州310000

面向高速公路多路段可变限速协同控制需求,针对高维参数空间高效训练寻优难题,提出了应用多智能体深度确定性策略梯度(MADDPG)算法的高速公路可变限速协同控制方法。区别于既有研究的单个智能体深度确定性策略梯度(DDPG)算法,MADDPG将... 详细信息

面向高速公路多路段可变限速协同控制需求,针对高维参数空间高效训练寻优难题,提出了应用多智能体深度确定性策略梯度(MADDPG)算法的高速公路可变限速协同控制方法。区别于既有研究的单个智能体深度确定性策略梯度(DDPG)算法,MADDPG将每个管控单元抽象为具备Actor-Critic强化学习架构的智能体,在算法训练过程中共享各智能体的状态、动作信息,使得各智能体具备推测其余智能体控制策略的能力,进而实现多路段协同控制。基于开源仿真软件SUMO,在高速公路典型拥堵场景对提出的控制方法开展管控效果验证。实验结果表明,提出的MADDPG算法降低了拥堵持续时间和路段运行速度标准差,分别减少69.23%、47.96%,可显著提高交通效率与安全。对比单智能体DDPG算法,MADDPG可节约50%的训练时间并提高7.44%的累计回报值,多智能体算法可提升协同控制策略的优化效率。进一步,为验证智能体间共享信息的必要性,将MADDPG与独立多智能体DDPG(IDDPG)算法进行对比:相较于IDDPG,MADDPG可使拥堵持续时间、速度标准差均值的改善提升11.65%、19.00%。

关键词：交通工程可变限速协同控制多智能体深度强化学习交通拥堵高速公路交通效率交通安全

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多因素耦合下沥青混合料拉压差异力学特性

同济大学学报（自然科学版） 2024年第9期52卷 1341-1352页

作者：潘勤学姜舜君吕松涛郑健龙长沙理工大学交通运输工程学院湖南长沙410114 公路养护技术国家工程研究中心湖南长沙410114 极端环境绿色长寿道路工程全国重点实验室湖南长沙410114

针对现行沥青路面设计时材料力学参数取值的可靠性不足,基于道路材料的拉压差异特性,开展了多因素耦合影响下沥青混合料拉压力学参数非线性特性及量化关系研究。结果表明,沥青混合料拉压应力应变特性符合双模量理论的双线性特征;拉压力... 详细信息

针对现行沥青路面设计时材料力学参数取值的可靠性不足,基于道路材料的拉压差异特性,开展了多因素耦合影响下沥青混合料拉压力学参数非线性特性及量化关系研究。结果表明,沥青混合料拉压应力应变特性符合双模量理论的双线性特征;拉压力学参数随加载速度增大先急剧增加后趋于平缓,且呈幂函数关系;与温度呈负指数函数关系,且温度增幅越高力学参数减小幅度越大;与沥青用量呈指数衰减模型函数关系,高温时(>30℃)沥青用量的变化对力学参数影响相对较小,最大力学参数所对应的沥青用量与马歇尔试验得到的最佳沥青用量基本一致;就影响程度而言,温度对力学参数的影响最大,各因素对强度的影响最为显著,抗拉力学参数较抗压力学参数更为敏感;据此建立了多因素耦合作用下沥青混合料的拉压力学参数量化取值模型,并推荐规范常用温度15℃(20℃)下的压拉强度比及压拉模量比分别为6.5(7.5)、1.6(1.7),压缩模强比及拉伸模强比分别为400(1700)、450(2000)。

关键词：道路工程沥青混合料多因素耦合非线性力学特性量化模型

拥堵车源的区域多层交通网络混合路径诱导策略

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电子科技大学学报 2024年第5期53卷 785-791页

作者：王璞王天浩李明伦郭宝吴紫健肖健和中南大学交通运输工程学院长沙410075

为了缓解高速公路交通拥堵,利用国道和省道实现交通分流,并有针对性地实施路径诱导策略,建立了考虑拥堵车源的区域多层交通网络混合路径诱导模型。首先,构建了由国道、省道以及湖南省高速公路组成的区域多层交通网络,标定网络链接权重... 详细信息

为了缓解高速公路交通拥堵,利用国道和省道实现交通分流,并有针对性地实施路径诱导策略,建立了考虑拥堵车源的区域多层交通网络混合路径诱导模型。首先,构建了由国道、省道以及湖南省高速公路组成的区域多层交通网络,标定网络链接权重。然后,定位交通拥堵车源,建立了考虑拥堵车源的混合路径诱导模型,对从拥堵车源出发的车辆实施有针对性的路径诱导,在保障缓解交通拥堵效果的同时,尽可能减少对出行者的影响。研究结果表明,该模型能够实现多层网络有效分流,有效减少路网中车辆的平均出行时间。在实际应用中,可以只对少数出行者提供路径诱导信息以降低模型的实施难度,并通过调查出行者对建议路径的接受率,制定合适的路径诱导信息发布方案。

关键词：复杂网络拥堵车源拥堵缓解混合路径诱导模型多层网络

不等跨十车道四连拱隧道施工全过程支护结构受力特征现场测试研究

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岩土工程学报 2024年第10期46卷 2030-2040页

作者：阳军生汤冲柏署谢亦朋李雨哲杨磊中南大学土木工程学院湖南长沙410075 湖南省交通规划勘察设计院有限公司湖南长沙410200 中铁二十五局集团有限公司广东广州542814

多连拱隧道开挖洞室多、跨度大,施工过程中荷载转换频繁,支护结构受力特征复杂,对多连拱隧道支护结构受力开展现场测试研究具有重要意义。依托长沙观音岩不等跨四连拱隧道工程,选取典型断面对各洞室初支钢拱架、二次衬砌结构进行施工全... 详细信息

多连拱隧道开挖洞室多、跨度大,施工过程中荷载转换频繁,支护结构受力特征复杂,对多连拱隧道支护结构受力开展现场测试研究具有重要意义。依托长沙观音岩不等跨四连拱隧道工程,选取典型断面对各洞室初支钢拱架、二次衬砌结构进行施工全过程应力监测,以获得复杂施工步序下支护结构受力特征。测试结果表明:观音岩隧道施工中,先行主洞较后行洞室承担的围岩压力更大,右主洞、左右辅洞开挖顺序居后,施工扰动次数较少,支护结构内力较小;各洞室中,初支钢拱架内力整体均呈“左小右大”的非对称分布特征,其最大轴向压力402.71 kN、最大弯矩7.97kN·m出现在左主洞的右拱脚处,二衬内力整体非对称程度较低,只以左主洞呈显著非对称分布,其余洞室呈整体对称分布;先行左主洞支护结构的内力扰动主要由受后行邻洞的开挖影响所产生,后行右主洞、左辅洞开挖支护阶段,左主洞初支钢拱架、二衬结构绝大部分位置其内力增量超过总增量的一半;采用“先主后辅,左主先行”施工方案,施工全过程支护结构的安全性均满足规范要求,支护结构设计和施工措施合理。研究成果可为复杂条件下多连拱隧道的设计与施工提供借鉴。

关键词：四连拱隧道支护结构现场测试受力特征安全性评价

我国不同地区钢材大气腐蚀预测算法评估与筛选

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中国腐蚀与防护学报 2024年第4期44卷 939-948页

作者：沈坚吴柯娴何晓宇方兴龙浙江数智交院科技股份有限公司杭州310006 综合交通运输理论交通运输行业重点实验室杭州310006 浙江大学结构工程研究所杭州310058 浙江海港内河港口发展有限公司杭州310005

针对我国不同地区的各类钢材,提出了一种基于机器学习算法的钢材大气腐蚀深度预测方法,并对不同算法的适用程度进行评估。首先,收集了我国10个大气暴露站的腐蚀检测数据、环境特征和材料特征,采用规范公式与6种机器学习算法预测钢材腐... 详细信息

针对我国不同地区的各类钢材,提出了一种基于机器学习算法的钢材大气腐蚀深度预测方法,并对不同算法的适用程度进行评估。首先,收集了我国10个大气暴露站的腐蚀检测数据、环境特征和材料特征,采用规范公式与6种机器学习算法预测钢材腐蚀深度,分析预测误差,对比环境腐蚀性等级评估的准确率,筛选适用于我国钢材大气腐蚀的预测模型。进一步分析材料与环境特征敏感性,揭示影响钢材大气腐蚀的主要材料与环境因素。结果表明,相比于规范公式,应用随机森林(RF)和长短期记忆循环神经网络(LSTM)算法的预测模型精度大幅提升;除了规范公式中的温湿度、硫酸盐和氯盐沉积率外,有关雨水酸碱性和雨水腐蚀性离子浓度的特征对钢材腐蚀行为有较大影响,应予以考虑。

关键词：钢材大气暴露站机器学习特征敏感性环境腐蚀性等级

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膨胀土路堑边坡柔性加固方法及现场监测

中国公路学报 2024年第6期37卷 87-97页

作者：张锐凌时光郑健龙周豫王欢长沙理工大学交通运输工程学院湖南长沙410114 长沙理工大学极端环境绿色长寿道路工程全国重点实验室湖南长沙410114 长沙理工大学道路灾变防治及交通安全教育部工程研究中心湖南长沙410114

为了提出一种用于新开挖膨胀土路堑边坡加固的方法并揭示其作用机理,设计了一种柔性面层+土钉加固结构,并建立了相应设计方法;依托云南某高速公路弱膨胀土路堑边坡加固工程,进行了加固结构设计计算及现场试验;开展了加固结构的受力及变... 详细信息

为了提出一种用于新开挖膨胀土路堑边坡加固的方法并揭示其作用机理,设计了一种柔性面层+土钉加固结构,并建立了相应设计方法;依托云南某高速公路弱膨胀土路堑边坡加固工程,进行了加固结构设计计算及现场试验;开展了加固结构的受力及变形监测,探究了加固结构的作用机理。研究结果表明:当柔性面层允许边坡法向发生3.0%的膨胀变形时,所受到的法向膨胀应力可较不允许发生膨胀变形时下降61.1%,设计的柔性加固结构可满足稳定性的要求。一年内,在雨季土钉中部轴力普遍出现增长,在旱季离坡面较近的土钉端头轴力显著减小;土钉轴力沿土钉长度方向总体呈现“中间大,两端小”分布,与锚杆框架梁相比,受力更为均匀;柔性面层网面的最大拉应变均出现在阶段性停雨后,具有明显的滞后性,且远小于材料极限伸长率;坡面土压力变化与高强加筋三维网应变变化规律基本一致,雨季呈波动增长,旱季缓慢回落,坡面土压力增值与计算所得膨胀力接近;随着土体雨季增湿膨胀、旱季干燥收缩,钢缆绳轴力变化呈现出缓慢增长、持续衰减及逐渐稳定3个阶段;3个监测点位中边坡坡顶水平位移最大,为5.4 mm,边坡整体稳定。监测结果综合反映了柔性加固结构“以柔治胀”的作用机理。所得结论可为新开挖膨胀土边坡的加固设计和施工提供参考。

关键词：路基工程膨胀土边坡现场监测柔性加固膨胀力

复杂地质条件下岩溶台地隧道灾变风险评估:以安平隧道为例

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科学技术与工程 2024年第4期24卷 1679-1688页

作者：胡新红龚道平胡惠华钟龙辉姚军湖南省交通规划勘察设计院有限公司长沙410200 中南公路建设及养护技术湖南省重点实验室长沙410200

复式向斜岩溶台地地质条件复杂,隧道穿越时,多发生突水涌泥等地质灾害。以安平隧道为例,在隧道线路设计初期,从地质角度出发,分析隧道线路范围内存在的5个主要地质问题及可能发生的地质灾变风险,并逐一对其进行评估和评价;采用宜避不宜... 详细信息

复式向斜岩溶台地地质条件复杂,隧道穿越时,多发生突水涌泥等地质灾害。以安平隧道为例,在隧道线路设计初期,从地质角度出发,分析隧道线路范围内存在的5个主要地质问题及可能发生的地质灾变风险,并逐一对其进行评估和评价;采用宜避不宜扰的地质选线理念,根据评价结果选择路线绕避方案和确定平纵设计指标。研究成果对类似复杂地质条件下的岩溶台地隧道地质选线和路线设计具有一定的借鉴意义。

关键词：岩溶台地隧道突水涌泥风险采空区瓦斯地质选线

非线性M-C强度准则下预应力锚索加固边坡时效稳定性分析M-P法

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岩土力学 2024年第4期45卷 1051-1066页

作者：邓东平杨春会谢志军中南大学土木工程学院湖南长沙410075 湖南路桥建设集团有限责任公司湖南长沙410000 湖南省平益高速公路建设开发有限公司湖南岳阳414517

拓展传统极限平衡方法在复杂条件下边坡稳定性分析中的适用性一直是岩土工程界的研究热点。众所周知,边坡岩土体剪切失效一般服从于非线性强度准则,而传统极限平衡方法仅适用于线性强度准则下边坡稳定性分析。此外,预应力锚索作为一种... 详细信息

拓展传统极限平衡方法在复杂条件下边坡稳定性分析中的适用性一直是岩土工程界的研究热点。众所周知,边坡岩土体剪切失效一般服从于非线性强度准则,而传统极限平衡方法仅适用于线性强度准则下边坡稳定性分析。此外,预应力锚索作为一种主动防护措施,可极大地即时提高边坡稳定性而被广泛应用于中、大型边坡工程加固。然而,在应力松弛、蠕变效应以及腐蚀环境影响下预应力锚索加固边坡稳定性时效特征往往被忽视。由此,基于Morgenstern-Price(M-P)法,嵌入非线性Mohr-Coulomb(M-C)强度准则,并融入应力松弛与蠕变效应下锚索预应力损失模型以及腐蚀环境下锚索性能劣化模型,从而,建立非线性强度准则下预应力锚索加固边坡安全系数时程表达式。进一步,为了解决非线性强度准则下隐式嵌套公式难以求解的问题,归零化条间法向力初始值,并应用迭代循环求解策略,在引入循环终止允许误差判别条件后,可实现边坡稳定性理论真实结果的逼近求解。经过后续算例对比分析,验证了所提方法的可行性和合理性,与此同时,还研究了不同预应力损失速率和不同锈蚀环境下预应力锚索加固边坡稳定性的时效变化规律。

关键词：边坡极限平衡M-P法非线性M-C强度准则预应力锚索加固时效稳定性

基于RBFNN-ISSA的特大跨径悬索桥有限元模型修正

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振动与冲击 2024年第7期43卷 155-167页

作者：王祺顺何维吴欣郭伟奇雷顺成湖南省交通科学研究院有限公司交通建设工程湖南省重点实验室长沙410015 长沙理工大学土木工程学院桥梁工程安全控制省部共建教育部重点实验室长沙410015 湖南大学土木工程学院风工程与桥梁工程湖南省重点实验室长沙410082

针对大跨径悬索桥一类复杂结构的有限元模型修正问题,提出了一种基于径向基神经网络(radial basis function neural network,RBFNN)子结构代理模型与改进麻雀搜索算法(improved sparrow search algorithm,ISSA)的有限元模型修正方法。首... 详细信息

针对大跨径悬索桥一类复杂结构的有限元模型修正问题,提出了一种基于径向基神经网络(radial basis function neural network,RBFNN)子结构代理模型与改进麻雀搜索算法(improved sparrow search algorithm,ISSA)的有限元模型修正方法。首先,基于桥梁图纸数据采用通用有限元软件建立一座大跨悬索桥的初始有限元模型,并根据拉丁超立方抽样原则生成子结构材料参数-结构响应的训练样本,通过RBF神经网络和子结构模拟方法对初始有限元模型进行解构重组和样本学习,拟合关于材料参数-结构响应的代理模型。其次,建立考虑主梁挠度和模态频率误差最小的有限元模型参数修正数学优化模型,采用Tent混沌映射及黄金正弦策略改进标准麻雀搜索算法,引入柯西分布函数和贪心保留策略对每一代麻雀种群进行扰动,以用于求解联合静、动力特征的有限元模型修正数学优化问题。最后,以杭瑞高速洞庭湖大桥为工程背景,进行了悬索桥荷载试验,利用实测桥梁响应数据验证了该方法的可行性。研究结果表明:基于RBF神经网络与子结构法的模型修正方法,可以建立拟合精度较高的悬索桥结构代理模型;基于子结构RBF神经网络与改进麻雀搜索算法修正后的有限元模型相较于整体RBF神经网络、支持向量机和Kriging模型,大幅提升了对于实际结构的模拟精度,与实测数据相比,修正前后有限元模型在两级静力加载工况下13个有效测点挠度的平均相对误差降低了25%以上,前8阶模态频率的平均相对误差由-6.83%降至-2.38%,MAC值结果表明修正后模型能够准确地反映出大桥的实际振动状态,有效改善了初始有限元模型计算失真的情况;此外,基于混合策略改进后的麻雀搜索算法对于有限元模型修正参数的寻优具有更佳的收敛效率和稳定性。

关键词：桥梁工程有限元模型修正改进麻雀搜索算法(ISSA) 悬索桥径向基神经网络(RBFNN) 柯西变异策略