中国安全科学学报

系统故障演化过程中不同类对象分布的确定方法

李莎莎, 崔铁军

2024, 34(7): 1-7. doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2024.07.1863

摘要 ( 215 )

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为解决系统故障中不同类对象的分布确定问题,提出一种对象分布确定方法。首先,论述系统故障演化过程的特点和对象分布;其次,给出方法流程图和实现过程;最后,实例研究50个对象6个因素构成的基础数据矩阵,得到最大训练集互相关度为0.8,测试集互相关度为1,以及最优对象标签分布(对象分布)。研究结果表明:演化过程的数据基础是对象集合;方法以无监督核谱回归(UKSR)为基础,配合K-means和互信息方法,构造随机均匀分布的对象标签集合,提出最优对象标签集合的判据;通过循环确定对象标签与对象数据相关性最大时的最优对象标签集合;集合中标签值即为最优的对象分布情况;方法克服无监督学习和非线性映射等问题,且能在无监督且非线性条件下,对系统故障演化过程中测量得到的对象进行分类,分析所有对象的类标签随演化时间的分布情况,缺点是只能用于研究二维平面表示的系统故障演化过程。

基础设施工程安全智能化管控变革、挑战与思考

林鹏, 向云飞, 樊启祥, 何炜, 刘元广

2024, 34(7): 8-19. doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2024.07.0187

摘要 ( 233 )

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为实现我国未来基础设施工程安全优质高效绿色建设,研究基础设施工程安全智能化管控的共性问题与特征。首先,梳理其发展脉络,将其变革历程划分为风险源智能识别与管控、数据驱动隐患排查治理、安全智能化管控体系完善以及全面智能化管控4个阶段,总结不同阶段的成功经验;其次,以统筹兼顾、协同管控的视角分析基础设施工程安全智能化管控所面临的挑战,从“人、物、环、管”的角度剖析其特点;然后,在揭示基础设施工程安全智能化管控发展特征和面临挑战的基础上,从安全管理流程、工程建设全生命周期和发展层次3个维度出发,提出敬安、智安、本安、数智、数能和数值的智能化管控思考;最后,展望未来智能安全发展路径。结果表明:我国基础设施工程安全智能化管控由经验式向数据驱动式拓展,并加快融合新技术、新装备和新工艺。安全智能化管控是基础设施工程智能建造与管理的重要延伸,主要体现为对安全管理理念、方法、系统的重塑以及数据资产的价值挖掘。未来,基础设施工程安全智能化管控将朝着全面数据化融合、知识驱动、虚实结合、人机协同和全生命周期管控等方向发展,同时,数据隐私保护与规范治理的重要性也将日益突出。

融合强化学习的DBN跑道侵入风险预测

吴维, 吴泽萱, 王兴隆, 祝龙飞

2024, 34(7): 20-27. doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2024.07.0229

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为解决机场跑道侵入事件风险量化难度大、时效性差、精准性低等问题,提升跑道侵入风险预警能力,构建融合强化学习的动态贝叶斯网络(DBN)风险预测模型。首先,结合因果推断理论与灰色关联分析法分析跑道侵入历史事件,识别跑道侵入事件风险致因;其次,运用贝叶斯网络(BN)理论挖掘各风险因素间的关联性,并利用皮尔逊线性相关系数量化各因素间的关联关系,构建表征风险传播的致因关系网络;然后,利用三角模糊方法与隐马尔可夫模型(HMMs)优化DBN参数学习机制;最后,利用历史数据验证基于融合强化学习的DBN预测结果准确性。结果表明:基于融合强化学习的DBN预测结果与历史数据统计数值的拟合较好,准确率为84 %,与单独DBN预测结果相比准确性提升10 %;相比于采用度值评价法,通过互信息识别关键节点可有效提升预测准确率和区分度。

煤矿事故大数据驱动的风险治理模式研究综述

王启飞, 赵逸涵, 刘帅, 刘昊霖, 孙英峰, 李成武

2024, 34(7): 28-37. doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2024.07.0154

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为明确智能化风险治理在煤矿的研究进展,综合分析数据驱动的煤矿安全风险治理模式研究发展现状,评述用于煤矿安全风险评估的不同预测手段和分析模型,首先,明确智能化风险治理的概念,并检索相关文献确定分析范围;然后,从数据驱动分析方法、煤矿安全风险评估模型和煤矿大数据预测预警平台等3方面,综述事故大数据研究现状、存在的问题及发展趋势。结果表明:煤矿安全领域已基本形成数据驱动的风险分析理论和应用框架,但仍不能满足风险评估与应急管理的需求。在预警平台应用方面,已形成统一的、通用的煤矿安全生产大数据分析平台基本框架,但在生产实际中的应用和推广还远远不够。未来应从提高数据质量和融合动静态多源数据入手,构建综合风险评估模型,研判煤炭开采风险,并加强数据驱动分析在生产实际中的应用,以推动煤矿安全风险治理模式由经验主义向数据驱动转变,实现煤矿安全风险治理信息化与智能化。

基于改进YOLOv5的工业现场不安全行为检测

纪执安, 周云奕, 张玉媛, 郭新然, 石坤

2024, 34(7): 38-43. doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2024.07.2030

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为准确识别复杂工业现场人员的不安全行为,减少安全事故的发生,提出一种改进的YOLOv5不安全行为检测模型。首先,在YOLOv5的backbone部分引入注意力机制,提高卷积网络对不安全行为特征的敏感度;其次,通过图像几何变换和像素级处理丰富训练样本数量,提升检测模型在不同工业环境中的泛化能力;然后,蒸馏检测模型并优化网络结构参数来加速模型的训练;最后,将模型训练迭代200次,模拟起重吊索、机器人自动化产线和操作间3类工业现场,检测人员是否穿戴安全帽、工作服以及是否在安全区域工作,并依据行为划定危险等级,判定人员是否安全生产。结果表明:该模型能检测昏暗、光照和遮挡等多类复杂工业环境下人员的12种不安全行为,且在不安全行为测试集上精确率为98.6%,召回率为99.2%,平均精度为97.58%。

强降雨情景下附着式升降脚手架事故致因IFRAM-BN模型

陈伟, 赵卓雅, 牛力, 温道云, 罗浩

2024, 34(7): 44-52. doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2024.07.0237

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强降雨事件频发造成附着式升降脚手架事故剧增,为提高强降雨情景下施工安全性,降低事故发生率,提出一种基于改进的功能共振分析模型(IFRAM)和贝叶斯网络(BN)相结合的事故致因分析模型。首先,从定性角度,利用IFRAM识别事故机制并深度挖掘系统功能共振情况;其次,将IFRAM映射至BN定量分析模型,并引入联系云优化计算各根节点的先验概率;最后,以西安“9·10”事故为例,进行实证研究并提出相应预防措施。结果表明:事故在安全状态为Ⅳ级时,发生的可能性最大。工人违规操作、未进行旁站等强制性监督、强降雨等是导致爬架事故的核心致因;强降雨环境→雨后架体载荷超载等致因组合是诱发爬架事故的关键。

融合异质层次因果图的尾矿堆积坝安全状态分析

阮顺领, 韩思淼, 殷一涵, 刘迪, 刘佳佳, 江松

2024, 34(7): 53-62. doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2024.07.1892

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为探究尾矿堆积坝内外部因素对堆积坝体安全状态的影响,提出基于异质层次图的尾矿堆积坝安全状态分析方法。该方法通过构建异质层次因果图,将环境、渗流场和应力场等关键因素与堆积坝安全状态建立联系,并结合异质节点属性特征,形成环-渗-应安全状态分析指标体系;通过提出定量指标动态等级区间计算方法和安全状态等级计算模型,将坝体安全状态定性问题的模糊性转化为定量化表达,实现对尾矿堆积坝安全等级评价;以洛阳某尾矿坝为例验证模型的科学性。结果表明:该模型能合理定量分析因素与状态之间联系,并找出堆积坝负向演化的敏感性因素,给后续筑坝过程的安全管理提供决策依据。

基于灰色关联分析的断层突水阶段化感知方法

孙文斌, 张纪扬, 王晓, 杨辉, 樊建聪, ABDUMALIK Olimov

2024, 34(7): 63-70. doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2024.07.2086

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为提升煤矿断层水害感知水平,提出一种以断层活化演变机制和关键控制因素识别的断层突水阶段化感知方法,通过断层突水演化过程相似模拟试验研究工作面底板与断层破坏的演化特征,以底板破坏带应力、断层裂隙带应力、导水通道内水压等为阶段监测参数,揭示各监测参数与涌水量变化的阶段特征;结合灰色关联性分析法,判定断层突水阶段转化的关键控制因素,进而根据断层突水分析与研究过程,提出断层突水阶段化感知方法。结果表明:底板破坏带、断层裂隙带的应力,导水通道内的水压等监测参数的数值变化特征在断层活化突水过程中呈现出明显的阶段特征,控制因素与涌水量的灰色关联度排序为:底板破坏带应力>断层裂隙带应力>导水通道水压,通过对关键控制因素的识别,可实现断层突水阶段的感知,揭示基于灰色关联分析的感知方法在原理上具备可行性。

基于安全势场理论的高速公路交通事故下协同换道引导策略

姚佼, 杨承逸, 杨媛媛, 李俊杰, 朱笑笑

2024, 34(7): 71-82. doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2024.07.0069

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为缓解交通事故对道路通行效率的影响,提高事故路段的通过能力,利用车路协同系统中车与车、车与路的实时信息交互,提出一种高速公路突发交通事故下基于安全势场理论的车辆协同换道引导策略。首先,针对单向双车道和多车道等不同车道下发生交通事故的多种场景,将协同换道的引导区域划分为事故保护区、引导过渡区、协同换道引导区和自由换道区4个区域,并确定换道引导阈值,以便更新车辆状态;然后,构建交通事故的安全势场,针对不同场景提出相应的车辆协同换道引导策略,并给出引导过程中车辆换道安全距离和最晚换道位置的计算方法;最后,基于城市交通仿真 (SUMO)软件进行多种场景下的仿真验证。结果表明:在单向双车道场景下,当车辆协同引导率在75%时优化效果最明显;在多车道场景下,引导率在50%时的优化效果最明显;此外,通过对比分析发现,采用换道引导策略后,车辆通过事故路段的平均速度最高提升了6.3%,车辆延误最高减少了14.6%。

基于EMI-CNN的建筑施工模板支撑体系节点健康监测

徐菁, 闫尊昊, 杨松森, 刘客

2024, 34(7): 83-90. doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2024.07.0163

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为预防模板坍塌引发建筑施工安全事故风险,提出一种基于压电阻抗法(EMI)和卷积神经网络(CNN)的模板支撑体系节点智能监测方法。首先,利用压电陶瓷传感器(PZT)的机电耦合特性及其集驱动-传感于一体的特点,建立PZT-节点耦合系统的机电阻抗传感机制模型;其次,基于EMI法,以与待测结构耦合的PZT片电导信号为监测指标,确定模板支撑体系节点松动的发生;然后,以敏感频段内PZT片的801个原始电导信号为模型输入,9个节点松动程度为模型输出,构建162组学习样本和27组测试样本,建立EMI-CNN模型,确定节点松动程度;最后,以一个实际工程中的建筑施工模板体系节点为例,验证EMI-CNN模型的有效性,并对比分析EMI-BP模型。研究结果表明:EMI-CNN模型经过85次迭代达到收敛,预测准确率达到100%,相较于EMI-BP模型提高29.63%。该监测方法可实现对建筑施工模板支撑体系节点健康状态实时、准确、无损监测。

基于交叉注意力的多源数据融合的气体泄漏检测

王新颖, 杨阳, 田豪杰, 陈俨, 张敏

2024, 34(7): 91-97. doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2024.07.0135

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为解决单一传感器在管道气体泄漏检测时容易出现误报、漏报的问题,及时预警并反馈泄漏状况,提出一种基于交叉注意力的多源数据融合管道泄漏检测方法。首先,利用预训练的ShuffleNetV2模型提取热像仪数据的空间特征;然后,结合一维卷积神经网络(1DCNN)和双向门控循环单元(BiGRU),构建1DCNN-BiGRU模型,以提取气体传感器数据的时序特征;最后,运用交叉注意力捕获数据的时空关联性得到2个数据源的特征表示,通过残差方式进行特征连接后输入到分类层中,得到识别结果。结果表明:所构建的多源数据融合模型(SCGA)对气体识别准确率为99.22%,损失值在0~0.04内波动;与仅使用气体传感器数据的支持向量机(SVM)、1DCNN、BiGRU模型相比,准确率至少提升4.12%;与仅使用热图像传感器数据的MobileNetV3、ShuffleNetV2、ResNet18模型相比,准确率至少提升1.14%;与将时序特征和空间特征直接拼接的多源数据融合模型(SCG)相比,准确率提升1%。SCGA模型对气体识别具有较高精度。

管制扇区运行稳度K-means聚类与分析

岳仁田, 杨果果

2024, 34(7): 98-104. doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2024.07.0197

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为更好地分析管制扇区运行存在的稳定亚安全状态和不稳定亚安全状态,使用K-means算法划分超容比(ECR)、滞留度和飞行姿态混合比3个管制扇区运行稳度评价指标聚类,确定管制扇区运行稳度最佳等级划分;聚类分析单一指标,获得各等级对应的指标阈值,结合熵权法计算的指标权重,遵循隶属度最大原则,获取各时间段的管制扇区运行稳度等级,构建管制扇区运行稳度综合评价模型;选取厦门01号扇区的实际飞行数据,从稳度和趋度2个角度更加全面地分析管制扇区运行态势。结果表明:管制扇区运行稳度等级划分为3类时效果最好;稳度受空中交通流和管制状况的影响会随时间而变化,尤其7:30—9:15和20:00—21:00这2 个时间段管制扇区运行稳度的变化最为明显,需引起管制员高度重视,提高空域运行安全。

面向预期功能安全的eVTOL智能避障系统运行时保证方法

董磊, 宋文佳, 陈曦, 刘嘉琛, 梁博尧

2024, 34(7): 105-112. doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2024.07.0198

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为保障电动垂直起降飞行器(eVTOL)在城市空中交通(UAM)场景下的预期功能安全(SOTIF),降低人工智能算法的验证难度,建立基于运行时保证(RTA)方法的避障模型。首先,使用人工势场法改进的柔性动作评价(SAC)算法作为eVTOL智能避障系统的复杂功能;然后,使用动态反应规划(DRP)作为智能航电系统的备用功能,以减缓SOTIF危险,同时,使用监视和决策模块采集环境状态,搭建RTA架构;最后,分别仿真仅使用复杂功能和具有RTA架构的避障系统,对比避障效果。结果表明:2种方法均可实现避障,但仅使用复杂功能的传统避障系统会带来SOTIF危险;经过RTA架构设计,可使eVTOL的安全飞行时长占比由78.4%提高到98.15%,总航路长度仅增加0.95%,在保障效率的同时,降低了在运行场景中的风险。

基于概率分布函数的石化装置异常状态早期预警方法

武胜男, 胡一鸣, 张来斌, 王学岐, 王睿博

2024, 34(7): 113-122. doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2024.07.0256

摘要 ( 107 )

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为减少石油化工装置引发泄漏、火灾及爆炸等风险,以典型的催化裂化装置为研究对象,提出一种基于概率分布函数的石化装置异常状态早期预警新方法。通过样条拟合原理,揭示装置压力、温度、流量等运行参数在一段时间内的变化趋势,获取这些参数的偏离速率和偏离量等特征参数。基于威布尔分布确定装置失效概率分布函数,并将提取的特征参数与失效函数相结合,构建包含特征参数的概率分布数学模型。在此基础上,提出一套完整的预警流程,实现催化裂化过程中的实时风险状态评估及异常预警。结果表明:该方法能够在运行参数震荡、阶跃、平缓变化趋势下实现异常预警,相较于传统的仪表系统,该预警方法的时间可提前87~621 s,可解决仪表系统单一阈值报警后异常处置时间有限的弊端。此外,通过对比不同的数据处理方法,发现基于样条拟合的预警模型效果更佳。

基于深度强化学习的综合航电系统安全性优化方法

赵长啸, 李道俊, 孙亦轩, 景鹏, 田毅

2024, 34(7): 123-131. doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2024.07.0228

摘要 ( 132 )

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为解决传统基于人工检查的安全性设计方法难以应对航电系统大规模集成带来的可选驻留方案爆炸问题,构建航电系统分区模型、任务模型以及安全关键等级量化模型,将考虑安全性的综合化设计优化问题模型化为马尔可夫决策过程(MDP)问题,并提出一种基于Actor-Critic框架的柔性动作-评价(SAC)算法的优化方法;为得到SAC算法的参数选择和训练结果之间的相关性,针对算法参数灵敏度开展研究;同时,为验证基于SAC算法的优化方法在优化考虑安全性的综合化设计方面的优越性,以深度确定性策略梯度(DDPG)算法和传统分配算法为对象,开展优化对比试验。结果表明:在最佳的参数组合下,使用的SAC算法收敛后的最大奖励相较于其他参数组合提升近8%,同时,收敛时间缩短近16.6%;相较于DDPG算法和传统分配算法,基于SAC算法的优化方法在相同的参数设置下获得的最大奖励、约束累计违背率、分区均衡风险效果、分区资源利用以及求解时间方面最大提升分别为62%、7464%、8370%、2123%和775%。

免疫粒子群算法在修正高斯模型下的源强反演

万邦银, 蒯念生, 何雄元, 彭敏君, 邓利民

2024, 34(7): 132-138. doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2024.07.0146

摘要 ( 92 )

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为提高危险气体泄漏溯源定位的科学性和实效性,确定危险气体泄漏位置和强度是事故应急响应的关键。首先,根据质量守恒定律,分析、改进近似高斯分布的气体羽流扩散幅度,修正高斯烟羽模型;然后,基于免疫浓度筛选机制作为主策略的免疫算法(IA),通过与粒子群算法(PSO)耦合,将混合免疫粒子群(PSO-IA)算法应用到源强反演中;最后,验证PSO-IA算法溯源定位效果。结果表明:与模式搜索法(PS)、遗传算法(GA)、PSO相比,修正高斯烟羽模型预测值误差均下降2%左右;混合PSO-IA算法相较PSO算法反演源强效果有明显提升,其算法定位误差为1.3 m, 求解源强误差为0.8%,单次计算时间小于1 s,能实现快速、准确定位并估算源强度。

基于计算机视觉的塔吊危险区域入侵预警

吴立舟, 李华, 李典斌, 吴昱锦, 刘攀旺, 薛曦澄

2024, 34(7): 139-146. doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2024.07.2028

摘要 ( 194 )

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为解决建筑施工中塔吊作业存在的危险区域识别场景复杂的问题,利用计算机视觉技术,提出一种塔吊危险区域入侵预警方法。该方法结合塔吊危险区域动态判定和计算机视觉检测施工现场人员安全帽、安全带佩戴情况以及塔吊下方人员意外入侵,同时,在YOLOv5算法基础上修改注意力模型,并开发窗口交互式检测软件。结果表明:人的入侵行为和安全防护装备在模型中的识别准确率均达85%以上,具有较高准确度。该方法可在塔吊施工场景下进行有效应用,将塔吊固定式危险区域划分为动态塔吊危险区域,并实时监测人员意外入侵及预警。

基于巡检机器人的吊装作业场景DPIM算法

林世康, 侯庆文, 关淯尹, 王文财, 李嘉禄, 陈先中

2024, 34(7): 146-152. doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2024.07.0235

摘要 ( 146 )

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为提高吊车安全作业的高精度检测预警,增强企业安全管理能力,围绕工业安全事件分析与监测预警无人化的需求,定制吊装场景地面和空中飞行相结合的巡检机器人,智能化吊装过程安全规程监控、弹窗图像记录和安全告警。首先,制作包含3 120张图片的吊装数据集Cranes-Dataset (CRN-Dataset),提出一种动态视角智能监测 (DPIM) 算法,以增强人-车-物多尺度目标的快速检测能力;然后,依据多帧图像的角点检测和带噪声基于密度的聚类方法,以及吊车与作业工人空间距离的安全属性,制定安全规则触发告警的流程,实时记录违规操作图像并弹窗预警。结果表明:经过实际部署和验证,DPIM算法相较于其他传统算法,吊装作业目标识别能力有明显提高,且适用嵌入式边缘智能分析节点的实时计算与数据传输,完成危险区域人员拒止的现场部署。

基于注意力卷积长短时记忆模型的城市出租车流量预测

周新民, 金江涛, 鲍娜娜, 袁涛, 崔烨

2024, 34(7): 153-160. doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2024.07.0089

摘要 ( 99 )

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为解决城市交通拥堵和安全问题,提出一种注意力卷积长短时记忆(ConvLSTM)残差(ACLR)模型,该模型通过结合ConvLSTM、注意力机制和残差结构,分别处理出租车流量的时间、空间、和其他特征,挖掘区域兴趣点(POI)数据对出租车流量的影响,有效提升交通时空特征的提取能力。同时,引入专门的学习元件考虑外部因素和POI密度对交通流量的影响,并利用北京市出租车轨迹数据验证。结果表明:ACLR模型在城市交通流预测中的精度高于差分自回归滑动平均(ARIMA)模型、长短时记忆(LSTM)网络、深度时空残差网络(ST-ResNet)、卷积神经网络(CNN)-残差神经单元-LSTM(CRL)循环神经网络、ACFM等模型,在无POI密度和考虑POI密度的情况下,均有助于提升模型的预测性能,ACLA模型的预测值与真实值基本一致,高峰时段也能与真实值较好地吻合,有效提升交通时空特征的提取能力,降低预测误差,使得交通流量预测性能得到优化。

基于多尺度特征的消防车道占用检测

李华, 陈兵, 吴立舟, 钟兴润

2024, 34(7): 163-169. doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2024.07.0262

摘要 ( 153 )

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为解决消防车道占用预警的智能检测问题,引入区域入侵原理,提出基于 YOLOv7 的轻量化消防车道占用预警方法。首先,以YOLOv7模型为基础,构建消防车道区域入侵研究框架,将实地调研与公开数据集相结合,形成包含消防车道与车辆检测的图像数据集;其次,采用感受野块模块替换空间金字塔池化跨阶段部分卷积,同时,添加 SimAM 注意力模型,提高网络多尺度特征提取和融合效果;然后,运用 Slim-Neck 结构减小模型的计算量和参数量;最后,通过 PyQt5 部署交互式界面设计,在陕西省西安市某小区进行实地算法验证。结果表明:模型识别消防车道和车辆的准确率均达到 80%以上;与原模型相比,改进后的模型参数量减少 20.5%,浮点计算量降低 11.3%,检测速度提高 42.4%,达到 48.6 帧/s。

面向校园复杂环境的无人驾驶场景库生成方法

向巍, 吴绍斌, 林绪泽, 闫泽新, 张明

2024, 34(7): 170-177. doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2024.07.0141

摘要 ( 83 )

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为加快无人驾驶系统测试的速度和效率,提出校园环境无人驾驶场景库的生成方法。首先,将校园道路场景简化为路网结构、地面属性、交互成员、环境因素的组合,分析校园复杂环境的仿真测试场景;其次,针对测试场景库局限性较强的问题,提出基于重要性指标的场景库生成方法;然后,采用复杂度指标和兴趣概率指标描述场景重要性指标,应用模糊层次分析法(FAHP)评估场景复杂度,并结合核密度估计方法和感兴趣权重计算场景兴趣概率;再次,分割参数空间获取相似场景集合,并按照测试优先度和重要性指标对场景集合排序,逐步添加筛选出的场景到测试场景库中,生成带有测试序列的场景库;最后,在基于真实环境下的校园环境道路数据生成的测试场景库中进行测试评价,验证场景库生成方法的有效性。结果表明:采用4种场景要素和树形结构能够有效描述校园测试场景,基于重要性指标的校园场景库生成方法能够生成高测试效率、高覆盖度、吻合自然概率及兴趣区间的校园测试场景库,能够提高校园复杂环境无人驾驶仿真测试的效率。

基于排队论的道路交通警力资源配置研究

胡正华, 周继彪, 郭旭, 马昌喜

2024, 34(7): 178-185. doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2024.07.0153

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为缓解有限的交通警力资源与道路交通事故处理不及时之间的矛盾,提出道路网格化管理模式下基于排队论模型的交通警力优化配置方法。首先,利用城市路网卡口系统获取的车牌识别数据,提取车辆的历史出行轨迹,建立路段之间的相似度模型;其次,采用谱聚类算法对路段进行聚类划分,形成路段之间关联度最高的集合,作为城市道路网格划分的结果;然后,针对网格范围内实时发生的交通事故,进一步提出利用排队论模型来计算每个网格所需的最少警员数量,以及相应的警力资源配置优化方案;最后,以宁波市鄞州区为例验证所提方法。结果表明:与传统的“事故即发生即派发警员”的方法相比,提出的警力资源配置优化方法能够减少18.18%的警员配置数量和10.87%的出警巡航路程,使事故处置的响应速度提高10.68%,表现出良好的优化性能。

地铁单向长通道低头族引发拥堵的干预决策模型

王美玲, 胡成, 马峻

2024, 34(7): 186-193. doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2024.07.1684

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为解决地铁等公共场所封闭性单向长通道人群移动中存在大量低头族而引发的人群拥堵问题,提出可计算干预临界值的干预模型。首先开展试验,分析封闭性单向长通道内低头族和正常行走人群行为特征;然后采用不同分布函数描述低头族和正常行走人群行为状态的方法,建立人群小尺度行为模型;最后以低头族比例和人群密度建立大尺度拥堵干预决策模型,并以北京某地铁单向长通道为例,验证计算乘客的密度值与低头族比例关系临界值。结果表明:低头族行为特征主要表现为慢速跟随,正常行走人员行为特征主要表现为有机会就提速超越;仿真计算得出乘客的密度值与低头族比例关系临界值,并绘制临界曲线,低于临界曲线的值域属低风险区,人群密度与低头族比例的值在此区域内时无需进行干预;高于临界曲线的值域为高风险区,可能产生严重的拥堵,需采取干预措施。

面向交通事故现场三维实景建模的无人机航拍参数

胡焱松, 王长君, 郑金子, 褚宇航

2024, 34(7): 194-201. doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2024.07.2080

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在交通事故现场三维实景建模的图像采集过程中,针对无人机(UAV)航拍参数主要依靠人工经验设置,导致模型测量误差大、精度低的问题,提出一种无人机航拍关键参数自动计算方法。首先,确认单镜头无人机环绕事故现场航拍的关键参数为航拍高度、云台角度和拍摄间隔角,并分析其与成像范围、成像精度以及重叠度的数值关系;然后,构建无人机航拍关键参数计算模型,以给定事故现场场景、无人机技术参数、图像长宽比以及重叠度要求为输入,在事故现场处于有效成像范围且无成像盲区的前提下,以提高图像利用率保障模型精度和呈现效果为目标,自动计算得到航拍参数;最后,结合实例,应用该方法计算无人机航拍参数完成事故现场的图像采集,经测算,构建的事故现场三维实景模型的平均测量误差为1.72%,测量精度为3.54 cm,相较于人工经验法平均误差降低47.56%,精度提高48.40%。研究表明:该方法能实现交通事故现场三维实景建模的航拍参数自动计算,构建厘米级误差的三维实景模型,可提升无人机航拍的参数化和自动化水平。

基于UBmap/AHP/FAST的医院建筑火灾应急避难装置设计

关凯元, 周超, 吕姊宸, 靳月鑫

2024, 34(7): 202-210. doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2024.07.0136

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为提高医院火灾应急避难能力,针对医院住院楼建筑,设计一款在火灾下能及时进行应急避难、安全逃脱的装置产品。集合用户行为地图(UBmap)、层次分析法(AHP)、功能分析系统技术法(FAST),融入整体设计构架中,探究应急避难装置产品的用户需求以及相关产品设计要素。将医院住院楼建筑环境特点及患者人群对火灾的逃生行为过程融入UBmap中,构建行为旅程图,推测并提取各个阶段需求指标;再通过AHP/FAST聚合方法,对需求指标进行重要度排序,并转化为主次功能进行分析求解,以此推断产品设计定位与功能逻辑的准确性,完成设计方案生产。综合UBmap/AHP/FAST为依据的理论模型,运用到医院住院楼建筑火灾下的避难装置设计开发流程中,并运用ANSYS Workbench软件有限元分析方案,进一步验证校核该设计的整体装置强度与可行性。结果表明:将不同的方法融合分析,系统性地对产品展开分析设计与实现且进行仿真检验,减少设计过程中的薄弱环节与不确定性问题,能够使设计更具系统性与科学性,达到降低避难装置的生产成本、实现安全效率化、防灾减灾的目标。

面向自动驾驶安全测试的碰撞场景构建与仿真分析

赵尧华, 陈延展, 郑亮, 李树凯

2024, 34(7): 211-218. doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2024.07.0247

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为减少自动驾驶车辆产生的交通事故,提高车辆在仿真环境中的安全测试效率,提出一种基于深度强化学习的自动驾驶碰撞测试场景构建方法。首先,通过设置状态、动作和奖励函数,将车辆的驾驶过程映射为马尔可夫决策过程;然后,基于搭建的仿真平台(CARLA-DRL)训练智能体完成车辆碰撞任务,生成碰撞测试场景;最后,随机进行500次碰撞仿真试验,根据智能体与自动驾驶车辆的相对距离,分析碰撞成功率、碰撞时间和冲突能量。结果表明:智能体生成符合车辆动力学的碰撞轨迹,能够构建精细化、多类型的碰撞测试场景;智能体与自动驾驶车辆的平均碰撞成功率为62.20%,平均碰撞时间为127.25 s,平均冲突能量值为175.98 kJ。该方法能够构建高频、高效和高危的自动驾驶车辆碰撞测试场景,增加仿真场景中偶发高风险场景的发生概率,提高自动驾驶车辆对于碰撞事故的安全测试效率。

基于暴雨灾害短视频的多模态情感特征研究

晋良海, 王抒情, 王昕煜

2024, 34(7): 219-228. doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2024.07.0133

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为提高灾害应对效率,将“河北暴雨”“黑龙江暴雨”作为典型跨区域研究案例,收集短视频的文本-图像-音频多模态数据;面对海量的非结构化数据,运用深度学习技术,构建多模态情感智能分类模型,实现短视频情感特征的提取、跨模态融合与智能情感分类;并综合利用时空大数据,在时空维度上深度挖掘与分析暴雨灾害短视频多模态情感特征。结果表明:该模型准确率达85%以上,能有效实现短视频多模态情感智能分类任务。在时间维度上,网民情感波动与暴雨灾害周期大致相符,可作为判断灾情严重程度和舆情走向的依据;媒体及政府的干预对暴雨灾害情感演化具有重要作用。在空间维度上,消极情感随灾情转移呈现“低—高—低”变化趋势,且消极情感的共鸣和扩散效应呈现明显的地域性特征,需重视灾区、我国部分东部地区及类似灾害频发的非灾区舆情引导工作。

基于无人机影像深度学习的滑坡灾害智能识别

江松, 李研博, 何旭乾, 何润丰, 张超, 张存良

2024, 34(7): 229-238. doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2024.07.2092

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为精确识别和预警露天矿滑坡灾害,提出一种基于面向对象的标注数据集和Res-U-Net模型相结合的露天矿滑坡智能识别方法。首先,以无人机航测获取研究区矿山滑坡影像数据;其次,采用多尺度-光谱差异分割方法和阈值分离原理,对露天矿滑坡数据进行分割和分类,完成基于面向对象方法的滑坡数据集构建;然后,以U-Net网络作为基础架构,在每个卷积层融入ResNet的残差模块,构建基于Res-U-Net的滑坡识别语义分割模型;最后,识别不同方法构建的滑坡数据集,并对比Res-U-Net模型与主流的语义分割模型全卷积神经网络(FCN)、U-net。结果表明:基于面向对象标注的滑坡数据集相比于传统人工标注数据集具有更好的滑坡识别效果,在准确率、召回率、F₁分数和kappa系数上都有12%以上的提升;Res-U-Net模型的滑坡识别精度均在0.8以上,实现露天矿山滑坡灾害精准识别。

基于知识图谱的地震救援装备智能管理方法

郭天颖, 茆晓阳, 段齐骏, 马迪

2024, 34(7): 239-245. doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2024.07.2014

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为提升地震救援人员的应急救援速度,适应多样化的搜救需求,提出一种基于知识图谱的智能化地震救援装备信息管理方法。首先,通过自顶向下的知识图谱构建方法,从多种信息源获取地震救援知识,并以此为基础进行知识建模;其次,用基于规则的方法抽取搜救知识,再基于余弦相似度进行知识融合,融合后的知识以资源描述框架(RDF)三元组的形式储存;然后,采用开源图数据库Neo4j将三元组组织成可视化的知识图谱;最后,基于知识图谱建立问答系统,方便用户以自然语言查询图谱上的知识。结果表明:知识图谱中包含灾害、次生灾害、环境因素、救援需求和救援装备5类实体及关系,且可以根据救援需求实现装备的快速匹配。基于知识图谱的方法可以实现对救援装备信息的管理与调度,有助于提升救援行动准备阶段的效率。

高校化学实验室安全管理措施与策略——评《实验室安全风险控制与管理》

王巍

2024, 34(7): 246-246.

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新时代国家文化安全防范与治理策略——评《国家文化安全治理》

陈晨

2024, 34(7): 247-248.

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校园行为安全管理的创新策略与实践——评《校园行为安全管理探究》

孟晓莉

2024, 34(7): 249-250.

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席桢, 曹莉

2024, 34(7): 251-252.

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