2025年, 第45卷, 第11期　刊出日期：2025-11-12

  

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  面向韧性提升的城市道路交通系统应急设施选址与抢修调度协同优化

  杨爽, 贾斌, 杨凯, 高大有

  系统科学与数学. 2025, 45(11): 3385-3403. https://doi.org/10.12341/jssms250296

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  灾前规划应急设施和灾后抢修调度是提高城市道路交通系统韧性的关键策略.文章综合考虑受损道路位置、类型和修复工期多维不确定性以及抢修任务异质性,以应急设施覆盖率与系统综合韧性指标之和最大为目标,构建城市道路交通系统应急设施选址与抢修调度两阶段随机规划模型.根据所构建模型的结构特征,设计基于浓度集的样本均值近似算法.实验结果表明:文章提出的韧性最优恢复策略优于传统的随机恢复、边介数优先恢复、流量优先恢复和长度优先恢复策略,且基于浓度集的样本均值近似算法可以快速求解该问题.研究成果可为制定面向韧性提升的城市道路交通系统应急设施选址和抢修调度方案提供决策依据和算法支撑.
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  考虑异常动作的多状态保护系统检测策略研究

  韩梦莹, 高凯烨, 颜瑞, 邱青安

  系统科学与数学. 2025, 45(11): 3404-3426. https://doi.org/10.12341/jssms240708

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  针对多状态保护系统服役过程中存在的误动与拒动双重异常动作行为,提出了一种基于系统状态和异常动作的视情维修策略.首先,在系统竞争失效建模基础上,构建系统状态与异常动作的关联模型,进而分析系统的更新情景;其次,基于系统失效准则和异常动作概率函数,量化分析了不同更新情景的发生概率;然后,给出了异常动作下的经济损失和系统寿命表达式,构建了以长期运行期望成本率最小化为目标的维修模型,以决策最优检测周期;最后,设计离散仿真算法验证所建模型的正确性,并通过数值算例证明所建模型的有效性和适用性,分析结果表明:缺陷系统误动和拒动概率显著影响系统最佳检测策略,考虑误动与拒动双重异常动作行为的多状态保护系统视情维修建模研究,能够为工程实际中相关系统的维护工作提供理论依据与决策支撑.
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  基于时频分解的时变金融稳定性研究

  陈麒同, 王沁

  系统科学与数学. 2025, 45(11): 3427-3442. https://doi.org/10.12341/jssms23501

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  文章利用完备集合经验模态分解和变系数分位数回归方法,提出基于时频分解的时变金融稳定性检验方法,研究了金砖四国和发达国家股票市场的稳定性.实证结果表明,各国金融不稳定性来源于不同频域.发展中国家金融市场不稳定性来源于其高频成分,而发达国家金融市场在低频域内存在一定的不稳定性.无论是在高频域还是低频域,各国所承受的系统性冲击具有时变非对称效应,且发展中国家受到的影响更大.最后,各国金融市场不稳定的状态具有一定的持续性.
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  考虑价格弹性需求的通勤定制公交定价决策和网络优化研究

  巴泳淇, 吴鹏, 田丽君

  系统科学与数学. 2025, 45(11): 3443-3461. https://doi.org/10.12341/jssms240523

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  定制公交作为城市公共交通的重要组成部分,其票价体系和线路网络设计对促进公交系统良性运营和提高服务质量起着至关重要的作用.为定制公交科学定价和线网规划,文章研究了一类新的考虑价格弹性需求的早晚高峰通勤定制公交定价决策与网络规划问题,以运营利润最大化为目标,同时优化车辆路线、乘客分配、票价和行车时间.首先,文章将该问题构建为一个混合整数非线性规划模型,并将其转化为等价的线性模型.为有效求解该模型,提出了一种基于问题特征的改进自适应大邻域搜索算法,设计了最小利润和最少乘客破坏算子以提高算法的寻优能力.大量数值实验结果验证模型和算法的合理性和有效性,实验结果表明:针对小规模算例,改进自适应大邻域搜索算法可以在5秒内得到最优解或较商业求解器CPLEX更高质量解;针对福州市典型大规模实例,所提出的算法能获得相较于传统大邻域搜索算法和自适应大邻域搜索算法分别高0.617%和0.344%的高质量可行方案;与不考虑定价决策和惩罚成本的问题相比,考虑定价决策和惩罚成本后获得的决策方案,平均可以提升14.98%的运营利润和35.51%的服务人数.
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  基于需求可拆分和区域限制的卡车-多无人机协同取送路径优化研究

  徐淑玲, 笪鹏飞, 陈浩东, 洪巍

  系统科学与数学. 2025, 45(11): 3462-3479. https://doi.org/10.12341/jssms240823

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  在低空经济赋能“最先一公里”节点的背景下,针对果蔬农产品的季节性、鲜活性、易腐性及地域性特点,提高“最先一公里”阶段的采摘与配送效率成为提升农产品市场竞争力的关键问题.在考虑区域限制和时间约束的条件下,文章研究了卡车-多无人机协同取送路径问题.为解决该问题,文章构建了两阶段混合整数线性规划模型并设计了一种基于混合局部搜索的遗传算法,以实现第一阶段内最小化无人机和卡车行驶总成本以及停靠点启用成本;第二阶段内无人机和卡车的总运输成本最小化.其中,在选址阶段引入联合覆盖规划概念.大量实验数据验证了模型与算法的可行性与有效性.此外,文章结合顺丰公司的实际运营数据进行了实证分析,实验结果表明,所构建的和算法可在给定时间内给出较优方案,显著提升果蔬农产品的“最先一公里”物流效率,有效保障了产品的成熟度与生鲜性.文章研究成果不仅为农产品供应链的现代化转型提供了理论支持与实践指导,还为低空经济在农业领域的应用探索了新的方向.
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  基于供应链视角的金融机构绿色消费信贷模式研究

  林志炳, 李钰雯

  系统科学与数学. 2025, 45(11): 3480-3499. https://doi.org/10.12341/jssms240094

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  绿色消费信贷是一种通过利率优惠刺激绿色消费的金融工具.文章研究了金融机构的两种绿色消费信贷模式(G模式-无绿色标准的信贷优惠模式,TG模式-基于绿色标准的信贷优惠模式)对绿色消费和供应链绿色制造决策的影响.研究结果表明:1)绿色消费信贷优惠系数的增加会激励制造商加大绿色研发投入,从而为消费者争取更优惠的信贷利率.此外,金融机构可以通过调整绿色标准来改善违约风险增加导致的不利影响.2)两种绿色消费信贷模式均有助于推广绿色产品,并提高制造商和零售商的利润.特别是在金融机构的环保意识高于一定值时,采用TG模式可以实现所有参与者的帕累托最优.3)相比于制造商单独研发情形,制造商和零售商的绿色研发合作能够扩大两种绿色消费信贷模式的激励范围和渠道成员的帕累托最优区间.
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  制造商基于自有品牌引入的信息披露策略

  周建亨, 尚晓凤, 纪雅杰

  系统科学与数学. 2025, 45(11): 3500-3518. https://doi.org/10.12341/jssms23176

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  针对由上游制造商与下游零售商$R_j$组成的供应链,在市场需求不确定条件下,考虑新进入市场的零售商$R_i$引入自有品牌的威胁,分析制造商信息优势(进行需求信息披露)对新进入者品牌选择策略的影响.基于此,首先由制造商是否披露信息和零售商$R_i$是否引入自有品牌构建出四种策略组合,其次分析制造商披露策略对各参与者定价和订购决策的影响、制造商的最优披露策略和零售商$R_i$的最优自有品牌引入策略,最后设计了诱使制造商披露或不披露的固定转移支付激励机制.研究表明,当固定引入成本位于中间值时,制造商的信息披露策略会在一定程度上改变零售商$R_i$的引入策略.直觉上,$R_j$不希望制造商披露信息,但当渠道替代率超过某一阈值时,它对制造商披露信息的抵触能力将减弱.$R_i$引入自有品牌在一定条件下有利于供应链整体的收益,但是总不利于制造商.当零售商$R_i$率先决定是否引入自有品牌时,若制造商接受$R_i$或$R_j$的激励契约,双方的收益都将变得更好.
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  搭便车行为下线上双渠道供应链引入虚拟展示厅的定价与服务决策

  刘卫华, 卢义桢

  系统科学与数学. 2025, 45(11): 3519-3533. https://doi.org/10.12341/jssms240810

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  在电子商务蓬勃发展但退换货率始终居高不下、造成大量资源浪费的背景下,在线零售商借助增强现实等技术为消费者提供“虚拟展示厅”服务,以期减少因大量退换货而产生的运营成本.针对在线双渠道供应链中引入虚拟展示厅时消费者的搭便车行为对供应链成员定价与服务决策的影响,文章基于Stackelberg博弈理论构建了由制造商在线直销渠道与在线零售商分销渠道构成的双渠道供应链模型,分析了消费者搭便车行为对供应链成员最优利润的影响以及在线零售商和制造商的策略博弈.研究发现:首先,消费者搭便车行为会损害在线零售商的利润,同时影响制造商与在线零售商最优利润对产品退换货率的敏感性.其次,在线零售商可以通过价格匹配策略消除消费者搭便车行为的影响,但只有在渠道竞争强度较大、产品退换货率较低时应用这一策略才有效.最后,当产品退换货率和渠道竞争强度较大时,制造商也有足够动力去开通虚拟展示厅服务.
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  工件可转包的平行机排序问题动态规划算法

  陈荣军, 刘永财, 黄河, 唐国春

  系统科学与数学. 2025, 45(11): 3534-3542. https://doi.org/10.12341/jssms240009

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  文章研究工件既可以在制造商的平行机上加工,又可以转包给承包商加工的排序问题,承包商仅有一台单机加工工件且加工后工件分批运回到制造商.制造商需要确定被转包的工件集及其运输方式,以及所有工件的加工顺序,使得含有加工费用、转包费用和运输费用的目标函数值最小.针对总完工时间、最大延迟、误工工件数以及最大完工时间四个不同的加工费用,文章基于平行机排序理论,证明了问题的最优性,并对加工费用为总完工时间的情形,设计了多项式时间的动态规划算法,对其他三个情形,分别设计了拟多项式时间的动态规划算法.
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  误价市场中DC型养老金的最优资产配置策略——CEV波动率模型

  孙景云, 马小雯, 张玲

  系统科学与数学. 2025, 45(11): 3543-3560. https://doi.org/10.12341/jssms240413

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  在风险资产存在价格误差现象且具有随机波动率特征的金融市场中,文章研究了DC型养老金的最优资产配置问题.金融市场投资机会集合由一个无风险资产、一个市场指数基金以及一对存在价格误差的风险资产(股票)构成,其中市场指数基金的价格动态特征由常数弹性方差(CEV)模型刻画.在双曲绝对风险厌恶(HARA)效用下,基于随机动态规划方法得到了退休时刻累积财富期望效用最大化目标下DC型养老金的最优资产配置策略和值函数.进一步,还得到了指数效用和幂效用下DC型养老金最优资产配置策略的解析表达式.数值分析表明,DC型养老金在指数基金上的最优投资比例直接依赖于资产价格的随机波动率大小;当两个价格误差资产具有相同的误价修正能力时,它们的最优投资策略是对称的多空交易策略.另外,当DC型养老金的缴费比率越高时,养老金的最优资产配置策略会越激进.
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  新质生产力视域下政府推进黄河流域实现碳达峰碳中和的逻辑理路与实现策略

  曲国华, 彭昱清, 李春华

  系统科学与数学. 2025, 45(11): 3561-3590. https://doi.org/10.12341/jssms250158

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  黄河流域积极稳妥推进碳达峰碳中和已成为国内持续关注的重大问题.在推进过程中,政府与企业的参与尤为重要,依据新质生产力促进黄河流域碳达峰碳中和的内涵逻辑,分析在新质生产力背景下政府推进企业实现黄河流域碳达峰碳中和的作用机理,构建新质生产力背景下政府与企业的演化博弈模型,并进行理论分析和仿真分析.研究结果表明:政企演化路径呈现双稳态特征.即系统存在(0,0)(政府补贴-企业积极发展新质生产力)和(1,1)(无补贴-企业消极应对)两个稳定均衡点,验证了政策激励与企业响应的共生关系.动态补贴存在显著的杠杆效应.当政府补贴C随企业积极性(1-y)动态调整时,系统近乎100%收敛于共荣局面,说明精准施策可破解“补贴依赖”困境.企业成本敏感性主导策略选择,而多维异质性要求黄河流域差异化治理.基于此,文章建议政府通过创造差异化政策环境、保持政企间信息对称共享、建立监督管理体系等方式敦促企业积极发展新质生产力,以期早日实现黄河流域碳达峰碳中和.
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  重大自然灾害下多受灾点的多目标应急物资援助策略优化研究

  郝鹏翚, 南兆营

  系统科学与数学. 2025, 45(11): 3591-3603. https://doi.org/10.12341/jssms240832

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  在重大自然灾害多受灾点的情况下,不仅需要快速响应救援需求,还需要综合考虑援助的效率、效果和公平性,针对多个受灾地区的应急援助,提出了两个优化目标,分别为最小化未满足需求量和最小化最大到达时间,建立多供应点协同援助的多目标非线性规划模型,并将多供应点之间的协同效应纳入优化模型,模型通过结合快速非支配排序遗传算法(NSGA-II)求解,能够在复杂约束条件下同时优化多个目标,生成高效且具有实用价值的资源调度方案.最后,数值分析验证了所提模型和算法在提升应急物资分配效率、保证公平性和减少响应时间方面的有效性,为多受灾点场景下的救援资源分配提供了科学依据和实际应用参考.
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  基于未知系统动态估计器的桥式吊车滑模抗摆控制

  陈强, 虞天鑫, 施卉辉

  系统科学与数学. 2025, 45(11): 3604-3618. https://doi.org/10.12341/jssms240181

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  针对带有非匹配扰动和未建模动态的桥式吊车系统抗摆控制问题,提出一种基于未知系统动态估计器的滑模控制方法.通过引入一阶低通滤波器,设计未知系统动态估计器,补偿包括非匹配扰动在内的系统未知动态,提高系统抗干扰能力.构造基于两相幂次趋近律的滑模控制器,能较准确获得滑模变量的收敛时间,保证滑模变量具有较快的收敛速度.实验结果表明,所提控制方法能有效确保桥式吊车具有良好的抗摆性能和定位精度.
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  基于新型滑模趋近律的四旋翼无人机自适应容错控制

  骆明敏, 王君

  系统科学与数学. 2025, 45(11): 3619-3634. https://doi.org/10.12341/jssms240467

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  针对四旋翼无人机飞行中面临的严重参数不确定性、完全未知外部干扰和执行器故障的问题,提出了一种鲁棒自适应控制器.首先,通过建立受到外部环境干扰和执行器故障影响的四旋翼无人机模型,并考虑系统参数的不确定性以及解决传统滑模趋近律在消除抖振与提高收敛速度方面的不足,提出了一种基于新型滑模趋近律的非线性鲁棒自适应滑模控制器.此外,设计了自适应律来估计难以直接准确测量的系统参数、外部干扰和执行器故障信息.为保证闭环系统的稳定性,控制器采用未知集总扰动的上界作为切换增益.实验结果表明,相比其他两种算法,文章设计的控制器具有更强的抗故障及干扰性能.
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  基于自适应分布式事件触发机制的异构多智能体系统容错一致性

  王君, 蔡学强

  系统科学与数学. 2025, 45(11): 3635-3656. https://doi.org/10.12341/jssms240271

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  文章针对异构多智能体系统,研究了基于自适应分布式事件触发机制的容错一致性问题,重点考虑执行器故障和外部有界能量干扰等因素.文章相较于现有研究,通过引入分布式中间变量,对异构多智能体系统的闭环误差进行建模.同时,设计了故障观测器,用于实时估计执行器故障状态,并通过在线调节控制增益来补偿执行器故障.另外,设计了自适应分布式事件触发机制,通过智能体之间的动态交互和信息共享,既节约了通信资源,又成功避免了Zeno现象的发生.此外,设计了基于分布式自适应事件触发的容错控制器,确保系统在出现执行器故障或外部扰动的情况下,智能体之间仍能保持一致的行为.最后,通过Matlab仿真实验验证了所提出方法的可行性和有效性,为实际应用提供了切实可行的解决方案.
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  基于领航-跟随法的多无人车自适应神经网络编队控制

  郑紫怡, 于洋, 王巍

  系统科学与数学. 2025, 45(11): 3657-3669. https://doi.org/10.12341/jssms240343

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  文章研究含有不确定非线性动态的多无人车编队控制问题.首先,基于领航-跟随法建立多无人车编队运动模型,描述无人车个体间的领航跟随关系.然后,利用神经网络在线学习无人车系统的不确定非线性动态,通过引入滑动模态,设计基于目标跟踪机制的自适应神经网络方向控制器;同时,结合反步递推控制技术,设计基于目标跟踪机制的自适应神经网络推进控制器,实现多无人车横纵向综合编队行驶.利用Lyapunov稳定性理论分析证明了闭环多无人车编队控制系统的稳定性,并且编队跟踪误差能够收敛到原点的邻域内.最后,仿真结果验证了文章提出的控制算法能够实现不同队形下的编队控制和队形保持.
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  气动捕获控制设计和分析研究

  孟斌, 张航宁

  系统科学与数学. 2025, 45(11): 3670-3678. https://doi.org/10.12341/jssms240484

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  气动捕获是低成本运输的关键技术之一,仅有一次实现的机会,可靠性的要求非常高,因此对于制导和控制的自主性、精度和鲁棒性提出了很高的要求,其设计和理论分析均具有一定的难度.目前,未见到气动捕获的控制问题的研究结果.针对气动进入的控制问题,文章采用工程采用的PD控制方法,但针对于复杂气动角运动学,其稳定性分析具有难度.文章针对气动捕获的非线性姿态动力学进行了深入研究,采用小角度线性化的方法,分析了其开环性质和闭环性能.最后,开展了考虑导航偏差和多种不确定性下的制导和控制联合数学仿真,验证了所提出方法的有效性.文章所提出的稳定性分析方法可以推广到一般气动进入控制设计中,从而为其提供了理论支撑.
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  运动神经系统在有色噪声干扰下信息传导过程模拟与稳定性分析

  宋证远, 杨茹爽, 李焕荣

  系统科学与数学. 2025, 45(11): 3679-3689. https://doi.org/10.12341/jssms240065

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  运动神经系统是一个小型但复杂的综合系统,运动神经系统信息传导过程常常受到外界环境变化、细胞内部生化反应随机性、离子通道开关随机性等产生噪声的影响.研究有色噪声对神经系统信息传导过程的影响,对于深入理解神经元的信息处理机制具有重要意义.文章对有色噪声干扰下的随机FitzHugh-Nagumo神经系统信息传导模型,提出了全离散伽辽金谱方法,分析了该算法数值解的稳定性.通过数值实验,模拟了随机FitzHugh-Nagumo神经系统在单个有色噪声样本干扰下的信息传导过程以及在多个有色噪声大样本平均意义下的信息传导过程,并与无噪声干扰的确定性神经信息传导过程作比较,分析了有色噪声对神经系统信息传导的影响,有助于解释复杂运动神经系统在噪声影响下信息传导的动力学行为.
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  基于矩阵运算的网络模体邻接矩阵表达式

  侯喜妹, 王高峡, 王怡珂

  系统科学与数学. 2025, 45(11): 3690-3701. https://doi.org/10.12341/jssms22780

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  模体是网络高阶结构的一种表现形式,文章以三节点模体为研究对象,基于网络中边的连接类型,引入表征网络无连边结构的缺边矩阵,运用矩阵的乘积、Hadamard积、基于矩阵元素的特殊运算研究网络中模体邻接矩阵的表示问题.对有向无权网络,给出了开模体的模体邻接矩阵的矩阵表达式.对有向加权网络,依据处理双向边权值的新方法,分别基于构成模体的各边边权的算术平均值、几何平均值,得到了两种对模体整体赋权方式下相应的模体邻接矩阵的矩阵表达式,给出了一个检验实例,并分析讨论了四种网络类型下的模体邻接矩阵表达式之间的关系.
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  多水平设计的绝对偏差的一些下界

  肖遥, 覃红, 邹娜

  系统科学与数学. 2025, 45(11): 3702-3714. https://doi.org/10.12341/jssms250058

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  在试验设计领域,寻求有效的偏差下界是均匀设计理论研究中的一个重要方向.文章系统地研究了最新的均匀性准则——绝对偏差的下界问题,推导了对称平衡多水平设计的绝对偏差的一般性下界,并讨论了绝对偏差在两水平和三水平情形下的一些新的紧下界.这些关于绝对偏差下界的理论结果,可以作为评价设计均匀性的指标,也可作为构造均匀设计的基准.同时,文章提供了基于绝对偏差的均匀设计的构造方法.