公路交通科技

2021年, 第38卷, 第6期　刊出日期：2021-06-05
  

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    硬石膏岩膨胀力学试验研究进展及展望
    许崇帮, 秦幼林, 高晓静, 刘志国
    2021, 38(6): 1-10. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2021.06.001
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    为了进一步认识和加深对硬石膏岩膨胀特性的研究，采用文献综述的方法对硬石膏岩膨胀力学试验进行了较为系统和详细的归纳与总结，分析了各因素对于硬石膏岩膨胀的影响。试验研究结果表明，岩石含水率、溶液浸泡时间、离子浓度、温度、水压等诸多因素对硬石膏岩的膨胀力学特性有着显著的影响。岩石含水率增加，岩石单轴抗压强度、弹性模量、变形模量降低，泊松比近似呈现增大的趋势。岩石单轴抗压强度与硬石膏含量、硬石膏水化率三者在空间上呈现"飞鱼"状的不规则曲面关系。岩石单轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量和软化系数等力学参数随着浸泡时间的增加、溶液温度的上升和溶液离子浓度的增加而减小。随着水压的增大，岩石弹性模量和峰值强度增大促进岩石膨胀的激活，导致膨胀性增加。硬石膏水化为石膏引发的膨胀受温度影响较大，温度超过48.8℃时，硬石膏平衡浓度低于石膏平衡浓度，硬石膏无法水化为石膏。硬石膏岩的硬石膏含量及厚度达到一定程度时，表面水化生成的石膏作为密封保护层阻止硬石膏岩进一步水化。基于试验研究成果，对穿越硬石膏地层隧道的工程实践措施进行了分析，结合现有试验研究存在的不足，对未来硬石膏岩的研究方向进行了展望，对未来研究硬石膏岩提供一定的借鉴与指导。
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    公路隧道施工扰动分析方法探讨
    许崇帮
    2021, 38(6): 11-16,87. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2021.06.002
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    为了量化研究施工扰动对隧道工程稳定性的影响，采用了理论分析、数值计算的方法，分析了与施工扰动影响密切相关的各类因素，构建了最小施工扰动分析方法及其与隧道工程稳定性的关系。利用拱顶下沉和周边收敛指标建立了反映施工扰动影响的隧道位移评判指标，并依据规范给出了拱顶下沉指标和周边收敛指标取值范围。提出了考虑围岩对原岩应力力学状态的继承能力和围岩安全状态的围岩自承载能力评判方法与表达式，给出了围岩自承载能力评判区域。修正了既有隧道衬砌安全系数，提出了反映施工扰动影响的隧道衬砌安全度评判指标。构建了由隧道位移评判指标、围岩自承载能力评判指标和衬砌安全度评判指标确定的隧道施工最小扰动综合评判公式，并给出了隧道施工扰动程度与隧道稳定状态对应关系及等级划分标准。采用提出的最小扰动分析方法对福州机场二期高速公路工程中金鸡山隧道的两种施工方法进行对比分析，结果表明：采用双侧壁导坑法和CRD法施工，隧道稳定性均属于良好级别，双侧壁导坑法对隧道扰动程度小于CRD法，隧道施工采用双侧壁导坑比CRD法更有利于隧道稳定性。
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    莲花山隧道进口回填冲沟段加固技术
    马栋, 付重滔, 李磊
    2021, 38(6): 17-22. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2021.06.003
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    为了防止隧道洞口仰坡发生大规模滑坡地质灾害，针对莲花山隧道进口建筑弃渣回填的天然冲沟区段，提出了在左右线隧道中夹岩打设钻孔灌注桩的加固方案，建立了平面应变弹塑性模型对比分析无降水条件下加设钢筋混凝土支护桩前后隧道拱顶和地表位移情况，并在施工过程中监测左线隧道进口仰坡沉降进行了验证。数值计算结果表明，未采用支护桩措施时，右线隧道（后行、浅埋侧）的拱顶水平位移明显大于左线隧道，右线隧道拱顶水平位移最大值为61.2 mm，地表测点水平位移最大值为59.3 mm，沉降最大值为54.9 mm；采用支护桩措施后，左线和右线隧道的拱顶沉降变化不大（最大变化量约0.9 mm），右线隧道拱顶水平位移最大值减小为24.9 mm，地表测点水平位移最大值为1.7 mm，沉降最大值为5.3 mm。现场监测结果表明，左线隧道进口仰坡变形在左线隧道施工后30~50 d趋于稳定，受右线隧道进口施工影响很小；左线隧道进口仰坡沉降量最大为10.2 mm，洞内初期支护与二次衬砌结构均未出现病害现象。经综合分析认为，该隧道加固技术对控制隧道变形、预防滑坡灾害的效果较好，可为其他类似工程设计提供参考与借鉴。
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    膨胀岩本构力学模型研究进展及展望
    秦幼林, 许崇帮, 高晓静, 赵凡
    2021, 38(6): 23-31. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2021.06.004
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    为了推动和加深膨胀岩本构模型的研究，对国内外膨胀岩的本构模型进行了较为详细的归纳和总结。在此基础上根据本构模型推导的原理及方法，将现有的膨胀岩本构模型分为了半经验法类本构模型、连续介质力学类本构模型、热力学定律类本构模型3种类型的本构模型。3种本构模型中，半经验法类膨胀岩本构模型一般先进行室内膨胀岩试验再结合数学、力学理论分析的方法建立膨胀岩本构模型；连续介质力学类本构模型先从数学及连续介质力学等理论角度分析建立本构模型再结合试验验证本构模型；热力学定律类本构模型根据热力学定律及湿度应力场理论构建膨胀岩本构模型。针对3类膨胀岩本构模型的推导过程及方法分析了目前这3类膨胀岩本构模型各自的优点以及存在的不足。最后，根据3种膨胀岩本构模型存在的不足，指出膨胀岩中的化学膨胀岩本构模型研究，多因素耦合的本构模型研究，高精度、少干扰、实现多因素耦合的新型化学膨胀岩试验仪器研发具有研究前景，对未来膨胀岩本构模型的研究方向提供一定的借鉴与指导。
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    杜公岭隧道衬砌结构加固方案优化研究
    王培荔, 万飞, 郝晓燕
    2021, 38(6): 32-38. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2021.06.005
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    针对杜公岭隧道既有初期支护出现的碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀现象，采用数值计算方法分析了该腐蚀现象对病害处治措施安全性的影响，并通过测试隧道病害处治范围内衬砌结构与围岩的矿物成分确定了衬砌结构优化加固方案的范围。计算结果表明：在既有初支发生硫酸盐侵蚀失去承载能力条件下，仅置换二衬时，二衬结构拱脚、边墙关键位置的安全系数较小（最小1.44）、裂缝宽度较大（最大1.23 mm）；采用二衬嵌拱方案时，二衬嵌拱结构拱脚、边墙、拱腰、墙脚等位置的安全系数很小（最小0.14）；当二衬结构和初期支护同时置换，且新施作初期支护不出现腐蚀劣化时，新施作二衬结构的安全系数（最小2.23）和裂缝宽度（最大0.14 mm）。衬砌结构和围岩的矿物成分测试结果表明：碳硫硅钙石在既有衬砌结构中已广泛分布或正在侵蚀。依据数值计算与矿物成分测试成果，杜公岭隧道病害处治区段内的二衬与初支全部采用置换为抗硫酸盐混凝土结构，围岩采用锚杆进行加固，对于未设仰拱断面均增设仰拱支护。经施工后检测与长期监测，杜公岭隧道衬砌结构加固方案的处治效果良好。
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    超大直径过江盾构隧道口字件不同连接型式地震响应特征研究
    罗驰恒
    2021, 38(6): 39-45. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2021.06.006
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    随着隧道设计施工技术的快速发展，水下超大直径盾构隧道在跨越江河中日益频繁。口字件在大直径公路盾构隧道断面结构采用较多，其具有施工速度快、充分利用断面空间资源等优点，一般采用预制装配式结构，与隧道管片的连接一般采用铰接或者刚接方式，在地震荷载作用下，口字件的不同连接方式对隧道断面结构的地震内力响应不同，为了对超大直径过江隧道盾构段的抗震设计提供可靠的依据，利用ABAQUS有限元分析计算软件，考虑50 a超越概率2%地震波加速度时程曲线（重现期2 475年），选取了4个代表性断面，采用时程分析法对盾构段隧道口字件部位在刚接与铰接的情况下的地震响应特征进行了计算对比研究。结果表明：在铰接的情况下，口字件部位截面的最大轴力有所减小或保持不变；当埋深较浅时，最大剪力略有减小，当埋深较深时，口字件部位最大剪力有所增大；采用铰接的情况下，最大弯矩均有所减小或保持不变，铰接部位的弯矩有显著减小，口字件部位最大变形有所减小或保持不变；从隧道抗震的角度来讲，口字件部位采用铰接的方式要优于刚接；在铰接的情况下，口字件部位轴力最大值向非铰接侧偏移，弯矩与变形的最大值向底板部位偏移，在隧道抗震设计中应对以上部位进行重点关注。
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    基于ENVI-met的透水路面对微区域气候影响的模拟分析
    陈禹衡, 冀超宇, 黄力瑶, 易军艳
    2021, 38(6): 46-53. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2021.06.007
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    为研究透水沥青路面及反射层涂装路面对夏季热岛效应和冬季极端低温的缓解作用，以哈尔滨某高校校园环境为研究对象，利用ENVI-met微区域气象模拟软件对完全不透水、10%空隙率透水、20%空隙率透水及涂装反射层的20%空隙率透水4种沥青混凝土路面铺装在夏冬2个季节不同温度条件下微区域气候的温度分布及变化情况进行了模拟分析。结果表明：在高温情况下，随透水沥青路面孔隙率增大，体积比热和导热系数降低，对热岛效应的缓解作用增强，表现为路面平均温度降低及局部高温区域的面积减少；在低温情况下，随透水沥青路面空隙率增大，对极端低温的缓解作用增强，表现为路面平均温度提高及局部低温区域的面积减少；在透水路面上加涂表面反射层，能显著提高透水路面的反射率，高温时能较好地减缓热岛效应，但会使极端低温的状况加剧；通过对微区域气候的改善作用，透水沥青混凝土路面能够对能源消耗起到一定降低作用，进一步减少碳排放，有利于对环境的保护。
  • 道路工程
    土工合成材料拉伸特性试验研究
    蔡晓光, 刘巍巍, 李思汉, 黄鑫, 张黎
    2021, 38(6): 54-60. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2021.06.008
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    土工合成材料抗拉强度和变形特征是其重要特性指标，一般可通过无侧限压力条件下的室内土工合成材料拉伸试验测定。实际工程中，土工合成材料是在土中侧限压力条件下发挥作用，其强度指标与实验室无侧限压力条件得到强度指标的差异目前尚无定论。通过自制多功能拉伸试验仪对土工合成材料进行侧限压力下的室内拉伸试验，研究上覆压力、拉伸速率对3种土工合成材料拉伸性能的影响。结果表明：当有侧限约束时，随着上覆荷载的增大，土工合成材料割线模量提高，伸长率反而降低，其中格宾网伸长率的降低程度最大，达到84%；与无约束条件相比，侧限约束条件下单向塑料土工格栅和双向经编土工格栅拉伸强度提高，格宾网拉伸强度略有降低；无论拉伸速率多大，土工合成材料的伸长率在竖向荷载40 kPa时均降低，但降低幅度不大。由于筋材网格尺寸、材料性质不同会影响筋材和土的相互作用，故不同土工合成材料的拉伸特性受侧限约束条件的影响程度并非一样。最后根据试验结果，拟合出3种材料的拉伸强度与上覆荷载之间的线性回归方程。
  • 道路工程
    河西盐渍土的低温冻土三轴试验与模型研究
    罗崇亮, 余云燕, 岳建平, 朱明哲, 刘武通
    2021, 38(6): 61-69. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2021.06.009
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    盐渍土在冻结过程中，结构孔隙中的盐溶液逐渐转变为盐溶冰，盐渍土结构由之前的"土骨架结构"变为"土-盐溶冰骨架结构"导致力学行为发生了较大变化。以张掖地区某道路工程盐渍土路基填料为研究对象，通过低温冻土三轴剪切试验，分析了不同冻结时长、不同冻结温度下盐渍土的变形特性及本构模型。研究了冻结盐渍土的Duncan-Chang模型参数，基于Duncan-Chang模型利用SPSS回归分析建立了冻结盐渍土主应力差（σ1-σ3）及切线模量Et与温度T和围压σ3的多因素耦合模型。研究发现：（σ1-σ3）-ε1曲线呈3阶段发展，随着冻结时间的增加，冻结温度降低，主应力变差，黏聚力及内摩擦均增大；耦合模型参数a1和b1与温度T呈正相关，与围压σ3呈负相关，其主导变量均为围压σ3。最后将耦合模型计算结果与试验结果对比，发现耦合模型能够较好地预测计算冻结盐渍土的本构关系。
  • 道路工程
    高路堤返包式加筋土挡墙的试验研究
    徐华, 夏磊, 任鑫, 陈紫云, 张小波
    2021, 38(6): 70-77. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2021.06.010
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    为研究高路堤返包式加筋土挡墙结构的荷载状态和筋土相互作用，以我国西南山区一典型的高路堤返包式加筋土挡墙为工程依托，其上部为8 m高的未加筋路肩，下部为14 m高的返包式土工格栅加筋路堤，现场安装土压力盒及筋带柔性位移计，开展为期1 a的现场监测试验，深入分析加筋土体内部垂直土压力、土工格栅应变的分布规律以及加筋土挡墙的潜在破裂面形式。测试结果表明：格栅的网兜效应在土体中形成托举力，使得土工格栅可以有效改善筋土复合体内部的应力分布，减小垂直土压力；对于上部有路肩填土作为超载的加筋路堤挡墙结构，其加筋土体可划分为"斜坡荷载影响区"和"垂直荷载影响区"，两区分界位置附近的垂直土压力和土工格栅应变均出现峰值；土工格栅应变沿筋长方向呈非线性分布，距离坡面4 m内的土工格栅变形在工后有随时间增大的趋势，但筋带最大拉伸应变仅为1.32%，筋带受到的最大荷载不超过40 kN/m，远小于其极限拉伸强度（165 kN/m）；由实测筋带变形推算的潜在破裂面与采用GeoStudio和Geo5数值计算的潜在破裂面趋势较为一致，但数值计算的潜在破裂面相对于实测推算更靠近加筋土体内部，路堤的整体稳定性更高，数值计算结果偏于安全。
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  • 桥梁工程
    截面几何参数对混凝土薄壁桥塔温度应力的影响
    任翔, 齐洋, 王璐, 黄平明, 宋飞
    2021, 38(6): 78-87. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2021.06.011
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    为了研究截面几何参数对混凝土薄壁桥塔温度应力的影响，基于某悬索桥混凝土桥塔实测日照温差，通过有限元方法分析了不同塔壁厚度、塔壁长宽比和塔壁内外表面角隅处倒角等条件下桥塔截面的温度应力，结果表明：改变塔壁厚度、塔壁长宽比和塔壁内侧角隅处倒角对桥塔温差应力均有不同程度的影响；在塔壁内外正温差条件下，桥塔内表面角隅处的温度应力随塔壁厚度的增加而增大；负温差条件下，塔壁外表面的温度应力随塔壁厚度的增加而减小；改变塔壁截面长宽比对改善塔壁截面温度应力的效果不明显；正温差条件下，在塔壁内侧截面角隅处设置倒角，可有效降低塔段内表面的温度应力，在考虑混凝土体积与抗压刚度的情况下，其倒角尺寸建议在0.3 m×0.3 m~0.5 m×0.5 m之间；负温差作用下，塔壁厚度比是重要设计参数，其取值不宜太大，较大的塔壁厚度比可以降低桥塔中心处温度应力，但同时会导致角隅处温度应力集中，混凝土体积增加，塔壁长宽比变小，从而导致桥塔的抗压刚度降低。在设计柱状薄壁箱形结构截面时，满足结构承载能力和工程造价的前提下，要充分考虑日照温差应力对薄壁箱型结构的影响，其研究成果可推广应用于其他桥型的混凝土空心薄壁箱型桥塔或桥墩截面设计中。
  • 桥梁工程
    基于优化VMD的悬索桥挠度温度效应分离方法
    郑彩红, 申强, 邓思勉, 何小兵
    2021, 38(6): 88-96,119. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2021.06.012
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    为了研究悬索桥实测挠度的温度效应分离，进一步分析悬索桥实测挠度与温度之间的关联性，采用了变分模态分解（variational mode decomposition，VMD）方法对挠度信号进行处理。通过经验模态分解（empirical mode decomposition，EMD）和VMD对仿真信号的对比分析，发现VMD较EMD对噪声有更好的鲁棒性，解决了EMD所存在的模态混叠现象，但仍存在端点效应。提出采用3段交叉信号分解消除VMD分解所存在的端点效应，考虑模态个数、惩罚因子对VMD分解的影响，形成了基于优化VMD的温度效应分离方法。利用优化VMD方法将输入挠度信号分解成一系列具有不同尺度的本征模函数（intrinsic mode function，IMF）。根据各个分解模态的中心频率，结合实际温度变化的周期性判定对应的挠度组分，对由温度引起的挠度分量进行组合，研究了悬索桥不同截面挠度与温度的关联性，相关系数均达到0.9以上。结果表明，该方法能有效地分离信号中不同的频率组分，同时还能提取出挠度信号中的趋势项，通过分析各个模态与实测温度的关联性，证明温度效应主要集中在低频段，悬索桥挠度变化主要受温度影响；在模态个数的选择过程中，发现随着模态个数的增大，低频信息的中心频率逐渐趋于稳定，高频信息被分解得更加精细。验证了该方法可用于桥梁长期健康监测的数据分析及桥梁损伤识别。
  • 桥梁工程
    基于模型试验的重力式锚碇极限承载性能研究
    李薇, 杨华, 尹小涛, 乔文号, 王莹
    2021, 38(6): 97-103. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2021.06.013
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    锚碇结构作为悬索桥荷载传递的终端，其承载能力和可靠性至关重要。重力式锚碇因其对周围环境的依赖性低，适应范围较广，常作为大跨度悬索桥锚碇的选型。因此，针对重力式锚碇承载性能的研究至关重要。以云南省某特大桥宣威岸重力锚工程为依托，根据《公路悬索桥设计规范》和《公路桥涵与基础设计规范》中关于重力式锚碇的评价指标，通过模型试验和数值仿真两种手段，对宣威岸重力锚工程的极限承载力进行研究。根据实验室空间大小和试验需要，设计了模型箱，通过定滑轮控制入射角和转向，垂向施加砝码控制分级加载。同时，根据已知信息，在Flac3D下建立数值模型，锚碇和周围岩体使用薄层单元连接，底面边界采用固定约束，侧面采用法向约束，地表自由。锚碇选用弹性本构，岩土体采用Mohr-coulomb的弹塑性本构。所得主要结论如下：（1）通过模型试验水平位移揭示的锚碇极限承载力为12P，竖向位移揭示的锚碇极限承载力为14P，水平位移相对于竖向位移更敏感。（2）平底锚碇在14P后整体失稳，带齿坎锚碇达到极限后仍能保持整体稳定，齿坎有利于承载和整体稳定。（3）倾覆稳定性评价应增补倾斜控制标准。数值仿真结果呼应了模型试验结果，证明了模型试验结论的正确性，两类方法同时揭示了锚碇-地基联合承载的阶段特征。
  • 桥梁工程
    公路桥梁桩基础受竖向荷载桩侧土接触面损伤机理模型试验研究
    叶妤文, 麦健, 张学峰
    2021, 38(6): 104-111. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2021.06.014
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    我国公路桥梁建设规模巨大，桥梁基础的安全是公路桥梁安全运营的根本。钻孔灌注桩基础承载能力大、工艺成熟，是公路桥梁广泛采用的基础形式。为掌握公路桥梁桩基础受力过程安全与否，需要摸清桩基础受竖向荷载桩侧土接触面的损伤机理。首先构建桩土作用模型，在桩身任意深度处取一微分桩段由平衡条件建立桩土作用微分方程，通过大量桩基工程试桩试验和本研究进行的室内模型试验及相关研究成果给出公路桥梁钻孔灌注桩基τ-S关系曲线，开展理论分析研究了钻孔灌注桩基础受荷机理和桩土作用传递函数；然后进行桩土接触面损伤机理研究，建立了公路桥梁桩基础受竖向荷载桩侧土接触面损伤指数和损伤传递函数模型，为桩基础受竖向荷载损伤分析提供依据；再进行了25组桩-土接触面损伤模型试验，试验采用5种有代表性土样，每种土样分别模拟10，20，30，40，50 m深度工况，深入研究了公路桥梁桩基础受竖向荷载桩侧土接触面损伤机理。通过试验测试数据与本研究提出的桩土接触面损伤指数和损伤传递函数模型计算结果进行分析比较，验证了该模型的适用性和可靠性；最后对理论研究成果和模型试验研究成果进行分析，并得出初步结论供相关工程设计和研究人员参考。
    • 交通工程
  • 交通工程
    公路接入口处驶入车辆换算系数估算方法
    严亚丹, 赵鹏, 仝佩, 王东炜
    2021, 38(6): 112-119. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2021.06.015
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    作为道路通行能力以及服务水平分析的关键参数之一，车辆换算系数的估算至关重要。我国现有路网尚未将接入道路纳入到技术等级体系，缺乏相应的设计规范和技术标准，接入口通常对公路路段的交通运行产生较大影响。基于公路接入口处不同类型的车辆特征，首先分析了接入口处的车辆在驶入公路路段过程中，在各种交通流状态下利用车道时间和空间资源的物理涵义。进而，以小客车作为标准车型，分别提出了公路路段上的车辆、接入口处驶入车辆的换算系数估算模型。最后，采用无人机航拍采集交通流运行数据，以郑州市G107上含多种车型的某路侧接入口为例进行了实证分析。结果表明：（1）随着路段上交通流量的增大，各驶入车型的车辆换算系数逐渐增大；且在驶入过程中所占用的车道数越多，相应的车辆换算系数值越高。（2）随着路段上交通流速度的增大，各驶入车型的车辆换算系数呈现出先增大后降低的趋势，且在速度值的40 km/h左右处分界。主要是由于交通流在稳定流状态时，车头间距亦介于自由流时的车头间距和饱和流的车头间距之间，此时接入口处的车辆在驶入公路路段时较为方便，但往往对公路路段上连续的多辆车同时产生影响，故此时的车辆换算系数值亦相对较大。
  • 交通工程
    基于重要指示变量和特征的高速公路浓雾短临预测研究
    杨小兵, 杨再均, 韩晖, 李洋洋
    2021, 38(6): 120-128. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2021.06.016
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    浓雾天气严重影响高速公路车辆运行安全，导致道路交通事故频发，而对高速公路浓雾天气的有效预测是解决交通事故多发问题的有效途径。因此，通过交通气象监测站获取全时段高速公路气象数据，立足浓雾形成机理和车辆运行实际需求，选用"滑动窗+模糊统计和线性插值"方法对其气象数据进行预处理，获取浓雾产生过程的连续气象要素数据，并提取出浓雾产生前3 h的各气象指标数据。利用统计分析方法获取和分析浓雾形成前各气象要素数据变化趋势，进而采用先决条件阈值和滑动窗口算法，确定出浓雾形成的重要指示变量及变量的变化特征。最终，提出了基于"能见度前期振荡"和"大气温度回温波动"特性的浓雾短临预测模型，利用沪宁高速公路沿线江苏境内交通气象监测站2013—2015年浓雾发生前3 h气象数据对短临预测模型参数进行标定，进而对其2016年气象数据进行浓雾短临预测。结果表明：浓雾短临预测模型的预测结果中22组数据与实际结果相符，遗漏数据组7组，其预测准确率达到了75.86%，漏检率仅为4.35%，故该模型可以实现对高速公路沿线浓雾产生前短时间内进行有效预测，能及时警示公路运营管理部门提前做好预防处理准备，降低因突发浓雾而造成的交通事故发生的概率，极大的保障高速公路车辆运行安全。
    • 城市交通
  • 城市交通
    基于组合模型的车辆出行特征模式划分
    蔡晓禹, 吕亮, 杜蕊
    2021, 38(6): 129-140. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2021.06.017
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    精准掌握车辆的出行规律研究智能化城市交通管理及规划的基础工作，而掌握车辆出行规律的前提是探究车辆的出行特征。为研究城市道路交通车辆的出行特征模式，通过对历史RFID轨迹数据挖掘，对私家车、出租车样本轨迹数据进行定性分析，总结车辆运行的分布特征规律。基于数理统计分析，建立了出行频次、在网时间、轨迹重复率、出行时段，活动偏好区域、干线影响区偏好等出行特征指标体系。通过对出行特征指标的定制选取，建立基于密度峰值（CFSFDP）算法与BP神经网络算法的出行特征群体辨识模型。研究了私家车、出租车存在的特征群体，辨识出不同的出行模式，即实现出行特征群体的辨识。选取重庆市主城区域内的RFID数据进行试验分析，分别基于私家车、出租车提取的出行特征指标，进行CFSFDP算法的聚类分析，找到聚类中心，归纳分类数据。再利用分类数据进行BP神经网络训练学习，评价模型试验结果。结果表明：私家车存在3种出行特征群体：商用私家车群体、通勤私家车群体、其他私家车群体，群体识别率为97.2%。出租车具有2种出行特征群体：其他区域偏好出租车群体、干线影响区偏好出租车群体；群体识别率高达99.18%。
  • 城市交通
    基于K-shell的特大城市公交换乘优惠与线网规划协同优化
    周日彪, 庞明宝, 王雄杰
    2021, 38(6): 141-148. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2021.06.018
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    针对特大城市公交系统存在汽车公交客流量急剧下降，企业亏损严重，若调整线路又会增加一些乘客广义出行费用使得公交出行比例下降这一问题，提出"大幅度降低常规公交线路数量，增加接驳和通勤公交线路数量"汽车公交线网规划调整与"公交换乘优惠"的协同优化方法。采用复杂网络理论的K-shell分解法计算各站点Ks值并排序，选择主要换乘节点，确定保留下的骨干公交线路，构思其余公交线路候选集合；建立换乘优惠方案下汽车公交线网调整优化双层规划模型，其中上层为系统广义出行成本最小化、公交出行量最大化和公交企业亏损最小化的多目标模型，下层为基于弹性需求的多方式多用户均衡配流模型。采用浮点遗传算法优化求解，以天津中心城区为例予以分析，结果表明：采用本方法可解决特大城市公交换乘站点的优化确定问题；与不实施换乘优惠和规划调整方法、只有换乘优惠方法和只有规划调整方法相比，系统广义出行成本分别降低14.05%，13.01%和8.65%，公交分担率分别增加29.03%，26.01%和11.66%，公交企业亏损分别降低27.19%，23.63%和10.20%；该方法能适应特大城市客流需求特点，通过汽车公交企业线网结构大调整和政策扶持，在减少不必要亏损的同时降低出行者广义成本，保持较高的公交分担率，提升城市公交综合服务水平。
  • 城市交通
    基于双层规划模型的应急救援调度与路径选择集成优化
    姚佼, 邵楚薇, 鲍雨婕, 李宇航
    2021, 38(6): 149-158. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2021.06.019
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    城市中突发事件发生后，为有效降低财产损失和人员伤亡，减少应急救援在调度和路径选择等环节的响应时间损失，保障应急救援任务顺利完成，需要对各类应急救援交通资源进行合理调度，并在起讫点间根据路网实时交通状态，动态选择行驶路径，减少其路段行程时间。在多目标应急救援调度和最优路径选择目标分析的基础上，提出了一种考虑不同类型应急车辆调度和最优路径选择的双层规划的集成优化模型。在上层模型中，主要考虑应急救援车辆的调度费用成本，通过最小化应急救援车辆的固定成本、容量成本和时间成本，来确定不同类型应急车辆的出救位置和相应出动车辆数；下层模型中，主要考虑应急救援车辆的路径在途行程时间，通过最小化动态路网下应急救援的路段行程时间和信号延误时间来确定救援通过的路径，并根据固定的时间间隔动态更新路网的交通状态，使救援车辆尽可能选择避开交通拥堵的路段行驶，从而更快速到达目的地。案例分析结果表明，基于双层规划的应急车辆调度和路径选择集成模型与仅考虑调度或路径选择的模型相比，总调度成本降低了2.67%，总在途行程时间减少了21.05%，路径选择中能有效降低通过沿线拥堵道路的比例，表明模型具有很好的适用性和实用价值。