公路交通科技

2022年, 第39卷, 第3期　刊出日期：2022-03-05
  

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    道路工程
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    表面氧化胶粉-纳米SiO2复合改性沥青性能研究
    苏银强, 刘玉梅, 汪国贤, 郑木莲, 蒙雪海
    2022, 39(3): 1-8,29. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.03.001
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏
    针对Terminal Blend(TB)胶粉改性沥青高温性能不足,且存储稳定性仍不符合我国聚合物改性沥青要求,采用纳米SiO2对TB胶粉改性沥青进行了复合改性,采用过氧化氢(H2O2)和次氯酸钠(NaClO)溶液分别对胶粉进行了表面氧化改性,制备了氧化胶粉-纳米SiO2复合改性沥青。利用改性沥青的物理性能确定了2种氧化剂的最优氧化工艺。分析了不同氧化方案处理后的胶粉对改性沥青性能的影响规律。借助SEM和FM图像分析,表征了氧化前后胶粉在沥青中的分布状态。结果表明: NaClO溶液对胶粉的最佳氧化工艺条件为40 mL, 3 h, 40 ℃, 而H2O2溶液对胶粉的最佳氧化工艺条件为30 mL, 2 h, 80 ℃, 且采用FeSO4·7H2O作为H2O2溶液的催化剂对胶粉的氧化改性效果更优。 胶粉的表面氧化处理显著改善了胶粉-纳米SiO2复合改性沥青的储存稳定性、高温性能、低温性能、感温性及流变性能,其中H2O2-FeSO4溶液对胶粉的氧化效率最高,对复合改性沥青的性能提升幅度最大; 未处理的胶粉在沥青中有明显的聚集分层现象,而经氧化后的胶粉被沥青充分包裹,溶胀吸附现象明显,与沥青具有更好的相容性; 纳米SiO2在沥青中未出现明显团聚,且表面氧化胶粉在沥青中分散更均匀,溶胀更为充分。
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    典型路堑边坡开挖卸荷应力变化特征与松驰规律
    徐风光, 廖小平, 王浩
    2022, 39(3): 9-20. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.03.002
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    为研究路堑边坡开挖卸荷过程中的应力变化特征与应力松弛区的分布规律,采用数值分析方法模拟了不同的坡体物质组成和不同的坡形坡率组合条件下的12个典型路堑边坡模型的开挖卸荷,系统分析了各种路堑边坡开挖卸荷作用引起的应力变化特点及演化过程。揭示了不同路堑边坡开挖卸荷条件下的应力松弛区、应力集中区和应力不变区等3区发育特征与分布规律:路堑边坡开挖坡率越缓,边坡开挖面附近应力松弛范围越小,坡体内应力集中区表现的应力急剧增高带范围越小;开挖高度越高,应力松弛范围越大,应力急剧增高带范围越大;岩土强度越高,应力松弛范围越小,应力急剧增高带范围越小。总结提出了典型路堑边坡开挖应力松弛区划分方法及3区的应力特点:以大主应力增量作为应力松弛区划分的特征参量;应力松弛区主要位于开挖面附近大主应力增量负值突变区;应力集中区位于应力松弛区的侧界,在坡体内表现为1个应力急剧增高带或平缓过渡带,大主应力增量的数值可正可负;应力不变区位于应力过渡区外侧之后的区域,应力调整不明显,大主力增量的数值基本为0。探讨了路堑边坡开挖卸荷松弛损伤劣化效应及其工程应用,对开挖边坡稳定性分析和防护加固工程设计具有一定的参考价值。
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    落石冲击拦石墙的动力响应模拟研究
    吕泽鹏, 刘红岩
    2022, 39(3): 21-29. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.03.003
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏
    为深入研究落石冲击作用下拦石墙的动力响应特征,以达到提高拦石墙结构设计安全性的目的,基于ANSYS/LS-DYNA有限元软件,建立了相应的有限元模型。首先结合已有的模型试验以及常见的冲击力计算公式验证了有限元模型的可靠性,然后重点分析了落石质量、落石冲击速度、落石冲击角度、落石形状等4个因素对落石冲击拦石墙结构动力响应的影响规律。动力响应评价从冲击力、冲击变形、拦石墙Mises等效应力3方面进行。结果表明:冲击力、冲击变形、拦石墙Mises等效应力与落石质量、落石冲击速度呈正相关;法向冲击力、冲击变形与落石冲击角度呈正相关,且冲击角度为90°时,法向冲击力达到最大;切向冲击力随落石冲击角度的增加呈先增大后减小的趋势,切向冲击变形与落石冲击角度呈负相关;拦石墙Mises等效应力与落石冲击角度呈正相关;落石形状对动力响应影响较大,长方体落石产生的冲击力、拦石墙Mises等效应力分别为球体落石的4~7,4~6倍,冲击变形为球体落石的1/4~1/3;长方体落石与缓冲层接触面积越大,冲击力、拦石墙Mises等效应力越大,冲击变形越小。针对具体的拦石墙工程问题,应正确认识落石冲击作用下拦石墙的动力响应规律,才能采取有效的措施,减少不必要的损失。
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    聚合物基水泥柔性复合材料在腐蚀环境下的剪切力学性能
    宁镱彭, 许金余, 王志航, 黄河
    2022, 39(3): 30-36. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.03.004
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    针对机场道面填缝料易腐蚀破坏的问题,研制出一种新型聚合物基水泥柔性复合材料(PCFC)。考虑到材料在工作环境下容易遭受酸、碱和航油腐蚀,研究了酸溶液、碱溶液和航油侵蚀对PCFC的剪切力学性能的影响规律,对不同侵蚀时间的PCFC进行了剪切力学性能试验。结合扫描电镜试验和压汞测孔试验,分析了酸溶液、碱溶液和航油侵蚀对PCFC对微观形貌及孔结构的影响机理。结果表明: PCFC在酸和碱溶液侵蚀下仍具有良好的工作性能,PCFC试件的剪切强度、剪切变形性能、剪切能耗性能随着酸溶液、碱溶液、航油侵蚀时间的增长分别有着不同程度的削弱,其中经航油侵蚀后试件的剪切性能降幅最大,航油侵蚀30 d后其剪切强度、剪切峰值应变、剪切韧度分别降低68%,64.8%和87.4%,而酸和碱溶液侵蚀30 d后其剪切强度仅分别降低19.9%和15.8%,剪切韧度分别下降39.4%和34.5%,剪切峰值应变却分别提高13.9%和13.8%;酸、碱、航油侵蚀会导致PCFC的孔隙量和孔径尺寸增加,进一步验证了酸、碱溶液、航油能够引起聚合物分子溶胀软化,致使聚合物分子链断裂,使得复合材料具有低伸展度的剪切性能;在实际腐蚀环境应用中,PCFC维持其剪切性能的能力明显优于传统填缝料,具备良好的使用性能和广阔的应用前景。
  • 道路工程
    路基黏性土剪切模量与水土特征曲线关系模型研究
    李志勇, 刘文劼, 巢万里, 郑祖恩, 潘世强
    2022, 39(3): 37-43,90. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.03.005
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    路基压实土在自然环境下对水分的保持能力及相应的模量变化对路基性能演变有重要影响。为了解模量、基质吸力、含水率三者之间的关系,以某公路路基黏性土为研究对象,通过室内试验分析了压实度对土水特征曲线(SWCC)的影响,建立了相应的SWCC模型。然后通过路基现场面波试验得出剪切波速度,采用3种模型来描述剪切模量与基质吸力和含水率(饱和度)的关系,并进行了效果对比。结果表明:对于压实度较低(90%)的试样,饱和度-基质吸力SWCC更符合双峰形式,其在2 kPa和20 000 kPa左右均发生了明显的转折,随着压实度的增大,饱和度-基质吸力SWCC向单峰形式转变; 利用Fredlund提出的SWCC模型,可以依据压实度(干密度)来建立土的SWCC预测模型,预测效果较好;SASW原位试验表明,剪切波速的变化范围为160~290 m/s,剪切模量范围在51~168 MPa之间;模型2考虑了基质吸力对剪切模量的贡献程度是变化的,预测效果最好,但在实际工程中,模型3只需要含水率作为自变量,因而应用更加方便,更容易得到推广。
  • 道路工程
    多级高陡边坡开挖过程数值模拟及稳定性研究
    黄俊辉, 刘新荣, 许彬, 张京亮, 梁峰
    2022, 39(3): 44-53. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.03.006
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    边坡开挖方法与加固措施对其稳定性变化具有重要影响,尤以公路高陡边坡最为突出。基于此,以贵州某高速公路高陡边坡工程为研究背景,结合实地调研结果,采用UDEC离散元法和现场监测手段,探讨了坡高、坡角及开挖级数对高陡边坡开挖过程中坡体应力场、位移场及稳定性安全系数的影响规律。结果表明:坡体位移自坡面(顶)向底部递减,而最大主应力则自最终开挖面中下部向两侧递增,且坡体位移和应力极值随坡高(角)增大而分别增大和减小,同时随开挖级数增多而分别减小和基本保持不变;坡肩(顶)位移-开挖次数曲线可大致划分为前期陡增,中期缓增, 后期缓降(坡肩)、缓降-陡增或陡降-缓增(坡顶)3个发展变化阶段;在相同坡高(角)或开挖级数下,坡体稳定性安全系数随开挖次数增多而先增大后降低,且其在相同开挖次数下随坡高(角)增大而减小,同时随开挖级数增多而增大;数值模拟结果揭示了高陡边坡分级开挖过程中的实时受力变形状态,其与现场监测结果吻合较好,建议多级高陡边坡开挖工程采用动态信息化设计、施工及监测。相关研究结论可为多级高陡边坡工程施工稳定性分析及其防控策略提供有益参考。
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  • 桥梁工程
    基于CCRAA熵值模型的双向顶推钢混组合梁风险评估
    李丽超, 薛洪运, 崔凤坤, 葛颜慧
    2022, 39(3): 54-61. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.03.007
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    为保障桥梁施工的安全可靠性,预防施工过程中事故的发生,结合大悬臂双向顶推钢混组合梁桥施工风险因素的不确定性特点,提出了一种基于CCRAA熵值模型的风险评估方法。依据双向顶推钢混组合梁的施工工序及专家宝贵经验,综合考虑多维不确定风险因素,对项目整体进行了全面风险源辨识,并建立了风险层次分析模型。运用引入修正系数的LEC法确定了各风险指标值,并对风险特征值进行了最优化处理。由于各风险因素之间的综合影响对风险指标权重值具有一定依赖性,基于风险源辨识结果及风险指标值的确定,构建了CCRAA熵值模糊评判模型。首先运用熵权理论确定了多指标风险因素权重值,根据风险因素集在风险全集中的离散型,确定了风险补偿基值。再利用CCRAA算法按比例对各特征权重值进行了分配补偿,保证风险指标权重值收敛于聚类中心,融合各风险因素之间的互相干扰。最后,运用经典的兼具定性与定量特点的模糊综合评判矩阵理论对各风险源及项目整体进行了风险等级判定。实例分析表明:采用CCRAA熵值模型的风险评估方法对大悬臂双向顶推钢混组合梁桥施工进行风险研究,不仅能做到有效评估,并且理论完备、技术可行,对后续具有相同施工工艺的桥梁进行风险评估具有借鉴意义。
  • 桥梁工程
    桥梁冲刷深度计算方法评价及基础合理埋置深度研究
    胡峰强, 陈家俊, 胡思聪, 王靓妮
    2022, 39(3): 62-70. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.03.008
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    冲刷深度的预测及基础埋置深度的确定是桥梁设计中的重要环节。然而,由于桥梁冲刷机理复杂、影响因素众多,导致现阶段提出的各类预测方法存在较大差异,且适用范围不完全相同,所以在桥梁建设中选择合适的冲刷深度计算方法较为复杂。首先对现阶段常用的桥梁冲刷深度计算方法进行阐述。 随后,以单柱墩为研究对象,采用FLOW-3D建立有限元分析模型并确定不同参数下的桥墩冲刷深度,得到不同参数对冲刷深度的影响程度,对其敏感性进行分析。之后使用各公式在相同参数条件下进行计算并使用FLOW-3D进行模拟计算。根据数值分析结果,对现有各冲刷深度计算方法准确性进行对比分析,得到冲刷深度计算方法的选取建议。在此基础上,结合工程实际,选取影响较大或有明显规律的参数作为主要设计变量,通过最大包络拟合多项式,获得不同设计变量下的基础合理埋置深度计算方法。结果表明:流速与墩柱对冲刷深度的影响较为敏感,而冲止角和泥沙密度对冲刷深度的影响有限,当冲止角逐渐增大并超过阈值后对冲刷深度的影响可忽略不计;各预测公式适用范围不一致,得到了适用范围更广的公式选用建议;通过包络曲线拟合公式提供了更加合理的基础埋置深度计算方法,为工程实际提供了一定的参考。
  • 桥梁工程
    考虑套管影响的钢绞线斜拉索索力测试方法
    刘殿元, 齐铁东, 王晓雷
    2022, 39(3): 71-77. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.03.009
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    平行钢绞线斜拉索一般采用单根牵引、单根张拉的方法施工,具有现场安装及张拉工艺简单、施工便捷等优点,同时后期维护时易于更换,使其在国内外斜拉桥建设中得到广泛的应用。在斜拉索张拉过程中,HDPE外套管的影响使得采用频率法测定钢绞线斜拉索索力时产生较大误差。为研究HDPE外套管对钢绞线斜拉索索力测试产生的影响,以息县淮河大桥为背景工程,综合考虑外套管环向约束作用和自重挤压接触作用两种因素,分析外套管与内部钢绞线接触后对钢绞线斜拉索自振频率的影响,并对拉索-频率常用计算公式进行修正。结果表明:斜拉索张拉过程中HDPE外套管的自重主要由外围钢绞线承担;斜拉索自振频率大小和外套管与内部钢绞线接触的数量有关,与外套管发生接触的钢绞线自振频率小于未与外套管发生接触的钢绞线同阶次自振频率,高阶模态中塔端、梁端位置会出现干扰振型;由依托工程现场实测数据可知,考虑外套管影响修正后的索力测试结果与实际张拉力基本一致,综合考虑外套管环向约束作用和自重挤压作用修正后的拉索-频率计算公式可用于实际工程。
  • 桥梁工程
    半拱形大孔径钢波纹管涵受力变形数值分析
    张勇发, 高英志
    2022, 39(3): 78-84. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.03.010
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    波纹管涵具有较高的环向刚度和轴向柔性,能够适应地基的不均匀沉降,但同时其作为柔性基础,在施工及应用过程中易出现变形量过大、承载力不足等问题。为验证大直径钢波纹管涵在高速公路中的施工回填及工后应用过程中的安全稳定性,通过有限差分软件FLAC3D,分别模拟分析了施工过程中不同回填高度及压实度条件下,钢波纹管涵不同位置的受力变形情况。同时,对工后车辆荷载作用下的钢波纹管变形情况进行了分析,验证了半拱形大孔径钢波纹管涵在本工程中的可靠性。结果表明:不同回填高度下,波纹管涵受力变形特征明显不同,随着填土高度的增加,波纹管45°位置呈现先上拱,后沉降的趋势,而顶部0°位置,则呈现先下沉,后上拱的趋势,主要由于在填土高度小于45°位置时,波纹管受向内的侧向推力,导致该位置波纹管挤压向上,当填土位置超过45°位置时,该位置受到上覆土压力,导致向上变形量逐渐减小,随着填土高度的继续增加及车辆荷载的施加,上覆土压力起主导作用,竖向位移逐渐向下;回填压实度对管涵的受力变形具有显著影响,压实度从95%变化到90%,85%,波纹管涵最大变形量增加了70%;在车辆荷载作用下,管涵未出现明显应力集中或产生明显沉降变形,在本工程中该方案是稳定可靠的。
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    跨海大桥钢箱梁内敷电缆夏季极端温度模拟研究
    侯云鸽, 章李刚, 陈小峰, 吴珂
    2022, 39(3): 85-90. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.03.011
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    为掌握电缆发热对钢箱梁温度分布的影响规律,准确预测内敷电缆钢箱梁全寿命周期内的夏季极端温度值,以舟岱大桥为例,采用计算流体动力学模拟方法构建了含电缆的钢箱梁全尺寸热场数学模型,模型综合考虑了外界环境温度、风速和太阳辐射的共同影响,分析了夏季极端气候条件下电缆发热对钢箱梁内部温度场的影响规律。结果表明:钢箱梁横截面的温度模拟结果与嘉绍大桥现场实测数据趋势一致,表明CFD模型具有较高的可信度和准确性;钢箱梁腔体温度主要受外部气象条件的影响,而电缆发热对钢箱梁腔体温度的影响有限,相较于无电缆工况,内敷额定载流量1540A的双回路电缆使得钢箱梁内环境温升小于3 ℃;基于近60年舟山定海气象站的长序列气象资料,模拟获取历年夏季钢箱梁内部平均温度极值,并利用皮尔逊Ⅲ分布回归得到50年一遇和百年一遇的钢箱梁夏季内部平均温度极值分别为56.3 ℃和57.2 ℃,而钢箱梁内部平均温度达到60 ℃的重现期为1 129年,在钢箱梁的正常服役年限内很难出现。研究成果可为类似工程确定电缆载流量、保证电缆运行热安全提供基础数据,为主管和决策部门进行分析、评价提供技术支撑。
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    超高车辆-预应力混凝土箱梁桥碰撞荷载分析及撞后承载力评估
    邹育麟, 邹品德, 申鹏, 张景峰
    2022, 39(3): 91-99,132. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.03.012
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏
    为研究超高车辆-预应力混凝土箱梁桥碰撞荷载及撞后结构的承载性能劣化规律,建立了精细的超高车辆撞击预应力箱梁桥有限元模型,并验证了数值计算模型的准确性和可靠性。分别考虑车辆速度、载重量、超高高度、车厢刚度、撞击角度以及混凝土强度等6个因素,采用显式动力分析软件LS-DYNA进行不同参数下(18个工况)超高车辆-桥梁上部结构碰撞分析。结果表明:碰撞力时程曲线可以简化为突变阶段、振荡阶段以及衰减阶段3个不同阶段;碰撞过程中的冲量主要受碰撞力峰值、碰撞力均值和均值力持时影响,不同计算参数对简化碰撞力关键指标的影响有较大差异;碰撞过程中,车辆动能主要转化为车辆的塑性变形应变能;不同撞击工况下,被撞梁的竖向极限承载力下降水平都在18%以内;当预应力钢束撞断失效退出工作情况下,主梁的工作性能会受到严重影响,被撞侧底板及腹板钢束同时失效时,结构的竖向极限承载力下降程度达到54%。因此,需要对预应力钢筋的设计和防护予以重视。研究结果可以为建立简化碰撞力计算模型提供依据,并为桥梁防撞设计提供参考。
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    基于AHP-理想点法的隧道突泥涌水风险评价
    杜义祥, 朱宏伟, 李明骏
    2022, 39(3): 100-107. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.03.013
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    为实现对隧道突泥涌水风险的有效管控,减少因这种灾害带来的损失,采用AHP-理想点法建立了隧道突泥涌水风险等级的评价模型,分析了雅叶高速公路折多山隧道发生突泥涌水风险的等级。首先,通过分析影响隧道突泥涌水的各种因素,将不良地质、地层岩性、水力条件和人为因素作为一级指标,构建了一个多层次的隧道突泥涌水风险评价指标体系,并采用层次分析法确定了各评价指标的权重。其次,依据隧道孕灾环境特点和各指标对隧道涌突水灾害发生的影响程度,结合隧址区地质灾害的发育状况及相关统计分析结果,将涌突水风险等级划分为低风险(I)、中等风险(II)、高风险(III)和极高风险(IV)4级,并确定了隧道突泥涌水风险定性评价的分级标准。最后,引入理想点法,将评价指标划分为"正向增长型"和"逆向减小型"两类,由此得到正反理想点矩阵和理想点贴近度,根据理想点贴近度最大即与对应风险等级最为贴近的原则确定出隧道突泥涌水风险的等级。将该方法应用于该隧道3个典型施工段落的突泥涌水风险评价。结果表明:评价结果与采用集对分析方法和模糊综合评判法得到的结果完全一致,与现场实际开挖情况也较为吻合,进而验证了该评价模型的有效性,该方法为隧道突泥涌水风险评价及预测提供了新的思路。
  • 隧道工程
    考虑时空效应的泥岩隧道系统锚杆适用性数值分析
    王勇杰, 李献民
    2022, 39(3): 108-116. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.03.014
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    系统锚杆对隧道的支护效果在学术界缺乏统一的认识。一种观点认为,系统锚杆可以减小围岩的变形,具有明显的支护效果,特别是边墙锚杆能发挥较好的支承和约束作用;另一种观点认为,系统锚杆无明显的作用效果,取消系统锚杆后围岩变形和受力状态良好,并能简化施工工序,降低工程造价。为了了解系统锚杆对软岩隧道的支护效果,以李家寨隧道为依托,采用有限元分析软件,建立了二维隧道模型,将施作和取消系统锚杆设计分为4种工况,考虑了围岩应力时空效应和初期支护闭合速度等影响因素,分析了围岩变形总体特征、隧道截面特征点变形、初期支护轴力和围岩塑性区,对初期支护安全系数进行了计算。得出如下结论:系统锚杆在中厚层泥岩隧道支护结构中的功效不明显且不适用;考虑时空效应因素条件,取消系统锚杆更有利于控制隧道结构受力、围岩变形和塑性区发展;泥岩隧道不施作系统锚杆工况计算结果表明,其初期支护安全系数满足规范要求,取消系统锚杆技术在安全性方面具有可行性;取消系统锚杆应加强边墙锁脚锚杆施作和保证初期支护早期强度以利于有效控制围岩沉降收敛变形;软岩隧道支护结构系统锚杆的优化和取消,应经过现场试验段工程验证或工程类比分析验算后才可以推广应用。
    • 智通交通
  • 智通交通
    AVP条件下的共享停车供需匹配模型及自适应演化算法
    何胜学
    2022, 39(3): 117-124. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.03.015
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    为了充分利用无人车在停车过程中可以灵活移位的特征,提高预约式共享停车中停车需求与供给的匹配效率,同时降低总的车辆移位距离与伴随风险,建立了共享停车供需匹配优化模型,并给出了一种自适应式演化求解算法。首先,将共享停车需求和供给起止时间点作为分界点,将停车需求与泊位供给划分为小时段上的需求与供给。接着,以最小化总的移车距离和移车惩罚成本为目标,在满足所有可接受停车需求条件下,建立了具有二次分配特征的共享停车供需匹配模型。以分割时段为基础,定义车辆与泊位的匹配、匹配组和匹配图概念;通过分析给定时段上车辆是否需要进行泊位调换的条件和泊位变换对目标函数值的影响,给出了在所有时段上进行自适应式泊位调整的策略;通过引入变异操作有效避免自适应式优化算法过早陷入局部收敛。 结果表明:所建的优化模型可以合理刻画实际的共享停车供需匹配;通过算法优化,不仅增加了实际可接受的停车需求,而且与随机的匹配结果相比,停车过程中的车辆移位次数可降低到不足初始值的5%;新的自适应式演化算法求解中等规模的匹配问题,所需要的计算时间小于1 s,因此算法可应用于实际的共享停车平台在线泊位分配。研究结果将有助于无人驾驶条件下智慧停车理论的进一步推广。
  • 智通交通
    智能网联混合车流的动态特性及稳态控制策略
    洪家乐, 曲大义, 贾彦峰, 赵梓旭, 郭海兵
    2022, 39(3): 125-132. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.03.016
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    自动驾驶技术为精确控制和优化车辆跟驰提供了条件,通过梳理近年来国内外网联混合交通的研究现状和发展动态,发现传统驾驶人的随机行为是影响交通系统稳定性的重要因素,网联车辆对于稳定车流态势具有良好的效果,从而也提高了车辆跟驰的安全性。为此,基于未来一段时间内网联车与人工驾驶共存的情形,研究网联混合交通的跟驰模型及稳态机理对于智能交通系统具有重要的价值。从微观模型拓展到网联环境,综合微观建模机理和人因角度,提出了耦合传统车-网联车的网联跟驰模型。为减少网联车辆跟驰过程中的速度波动设计了一种网联车跟驰控制策略。首先基于车辆跟驰理论,考虑传统人工车辆驾驶行为的不确定性变化以及外界环境因素的干扰,分析了道路网联混合车流的跟驰行为,建立了微观车辆速度-车头间距模型。其次根据构建的模型设计网联车跟驰的稳态控制策略并验证策略的效果,采用微扰法从微观层面进行Matlab数值仿真试验,对比分析单车道跟驰状态下传统车流和网联混合车流的稳定性。结果表明: 当处于平衡状态的车队中某车辆受到干扰后,与传统车辆相比,网联车跟驰速度方差减少了7.6%,车头间距方差减少了42.1%,据此分析网联车稳态控制策略可以有效提高队列行驶的稳定性,减少速度的波动。
  • 智通交通
    考虑信息诱导的随机均衡交通流逐日演化模型
    郑玉馨, 胡志华
    2022, 39(3): 133-142,151. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.03.017
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏
    在交通诱导系统向出行者发布一致性路网信息的情况下,假设出行者的路径选择行为随历史经验和交通信息的更新而不断调整,考虑出行者的路径选择行为和对诱导信息的信任决策,提出一个交通流逐日演化模型。在该模型中,根据信任决策不同,将出行者分为两类,即信任路径诱导信息的出行者和不信任路径诱导信息的出行者。其中,信任诱导信息的出行者比例由诱导信息为出行者带来的平均出行阻抗节省量决定,节省量越多,信任诱导信息的出行者比例越大,通常选择信任路径诱导信息的出行者对出行阻抗的认知更为准确。首先对演化模型进行了稳定性分析,证明了动态系统存在不动点,该不动点稳定且等价于随机用户均衡态。然后对演化模型进行数值分析,结果表明:不同的参数取值会影响演化收敛的速度和最终平衡态,说明出行者的路径选择行为和信息信任决策与交通流演化的收敛性和稳定性之间有较强的联动关系;在复杂多变的交通网络中,实时交通诱导信息可以帮助出行者降低行为惯性的负效应,减少感知偏差,为出行者提供有效的决策参考,但过高的信息信任比例会导致出行者的二次集聚,发生交通"移堵"现象;交通流随机用户均衡态下信任和不信任路径诱导信息的出行者比率通常保持在一个稳定值。
  • 智通交通
    共享汽车选择行为影响因素分析
    张荣花, 赵磊, 王文斌, 张胜龙, 周安国
    2022, 39(3): 143-151. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.03.018
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    为了探究城市居民的共享汽车选择行为的影响因素,首先基于计划行为理论,分析总结影响其选择共享汽车的用户感知体验心理因素,主要包括租还易用性、出行舒适性、收费合理性、感知风险。选取年龄、性别、居住城市、学历、职业、月收入、最常使用交通工具等个人属性,共享汽车收费标准、出行距离2个出行属性作为效用函数特征变量,构建了仅考虑心理潜变量的结构方程模型、不考虑心理潜变量的离散选择模型及考虑心理潜变量的混合选择模型。最后基于问卷调查数据,从个人属性、出行属性、感知属性3个角度,定量分析了影响出行者共享汽车使用意愿及选择行为的主要因素。结果表明:收费合理性、出行舒适性、租还易用性会影响出行者对共享汽车的态度。态度、主观规范、知觉行为控制、感知风险会直接影响出行者的共享汽车使用意愿;相较于不考虑心理潜变量的离散选择模型,混合选择模型具有更高的拟合优度与解释力,更适用于解释出行者的共享汽车选择行为;除了年龄、性别、职业、居住地点、最常使用交通工具、共享汽车收费标准、出行距离等个人属性与出行属性影响之外,租还易用性、出行舒适性、收费合理性、感知风险、态度、主观规范6个心理因素也是出行者共享汽车选择行为不可忽视的重要影响因素。
    • 交通安全
  • 交通安全
    车辆撞击中央分隔带开口活动护栏仿真分析及安全性能评估
    史良, 赵英培, 薛鹏涛, 胡锋
    2022, 39(3): 152-159,182. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.03.019
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    为了研究不同类型车辆撞击下中央分隔带开口活动护栏防护性能,保证撞击后车辆以及乘客的安全,结合护栏防护等级和高速公路常见的车辆类型,基于显示动力有限元软件LS-DYNA分别建立了小型客车、大型客车和大型货车撞击护栏的精细化数值仿真模型。护栏结构采用梁单元和壳单元模拟,车辆结构采用壳单元模拟,该模拟方法可以有效反映高速碰撞下车辆和护栏的非线性动力响应行为。通过分析3种车辆撞击护栏不同位置时护栏的最大变形,研究了结构的耗能能力和抗撞性能,探讨了撞击过程中车辆的运动轨迹、速度和加速度的变化规律,实现了车辆撞击下中央分隔带开口活动护栏安全性能的综合评估。结果表明:小型客车﹑大型客车和大型货车撞击护栏后均能返回正常的行驶路径,表明护栏具有较好的导向能力;波形梁板在车辆撞击下产生较大结构变形,具有较好耗能能力;BFI型防阻块有效降低了车辆的撞击动能,具有良好的抑制车辆侧翻的能力;小型客车撞击后乘员碰撞速度和加速度的横向与纵向分量均满足护栏缓冲功能要求。建立的中央分隔带开口活动护栏具有较好的阻挡功能﹑导向功能和缓冲功能,护栏安全性能满足SB防护等级要求。分析结果可为护栏结构设计和性能优化提供理论参考依据。
  • 交通安全
    基于改进Mobile Net-SSD网络的驾驶员分心行为检测
    杜虓龙, 余华平
    2022, 39(3): 160-166. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.03.020
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    驾驶员在驾驶时出现分心行为容易诱发交通事故。为了能对驾驶员在驾驶时的分心行为进行快速、准确识别,从而降低交通事故的发生率,保障人民生命财产安全。首先,将数据集进行分析评估,筛选出7种驾驶员分心状态,并制作成Voc2017格式数据集;其次,通过深度可分离卷积替换SSD(VGG16)网络中特征提取层的方法减少网络参数量,形成Mobile Net-SSD网络模型,使模型使用场景更适合车内检测,并在浅层网络中加入HDC处理模块改进网络的特征提取层,在网络中利用该模块提高特征提取能力,有效应对浅层网络特征提取时的特征丢失现象。然后对改进后的特征提取层进行网络叠加处理,使其可以进行多尺度融合提取特征,使网络鲁棒性提升,增强网络对驾驶员行为检测的性能,构成新的MH-SSD检测网络模型,随后,使用迁移学习方法对改进后的网络进行训练。最后,使用测试集和自制的短视频对改进后的网络进行测试评估,再通过对照组进一步说明改进后网络优势。结果表明,改进后的网络mAP值达到94.01%,较Mobile Net-SSD网络模型高2%,网络参数量为SSD(VGG16)的1/2,网络检测实时帧数保持在25 fps以上,改进后的网络可以实时,准确地识别7种分心行为。MH-SSD网络可实现驾驶员分心行为实时检测,为下一步研究打下了良好基础。
    • 城市交通
  • 城市交通
    基于Synchro仿真的城市干道交通信号协调控制优化
    刘澜, 封宗荣
    2022, 39(3): 167-175. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.03.021
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    为了提升城市道路交通通行能力,缓解城市交通干道交通压力,对交通干道进行双向信号协调联动控制。首先综合考虑交叉口排队因子、流量因子和周期长度因子,根据可协调阈因子划分协调控制子区。其次,为有效缓解交通干线协调方向车流饱和度不均匀现象,灵活错开绿灯启动时刻,更好匹配车流到达时间,合理设置搭接相位,增加双向绿波带宽。然后,根据采集交通信息,采用Webster计算模型优化公共周期,确定绿信比,以路段间距、平均行驶车速和饱和流率等组成等的综合性能指标计算相位差。随后,以交叉口总延误、燃油消耗和CO,HC,NOx尾气排放、停车次数、道路服务水平等性能评价指标,评价城市交通干道控制系统优化情况。以河北省唐山市建设北路为研究对象,现场调查交通干道沿线各交叉口现状的交通信号配时、交通组织结构和交通量。基于可协调阈因子划分好交通子区后,对公共周期、相位差、相位相序和绿信比进行了全面的优化研究。最后应用Synchro7.0模拟仿真。结果表明:交通干道总延误由40.8 hr降至34 hr,优化率为16.67%;汽车燃油消耗由157.7 L降至136 L,优化率为13.76%;停车次数由2 291次下降到2 033次,优化率为11.26%。城市交通干道进行双向信号协调联动控制后,可以有效提高沿线交叉口控制效率。
  • 城市交通
    基于CNN的城市道路交通事件检测算法
    施俊庆, 陈林武, 李素兰, 孟国连, 夏顺娅
    2022, 39(3): 176-182. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.03.022
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    交通事件检测是预防和缓解城市路网偶发性交通拥堵的重要手段。基于卷积神经网络(CNN)和浮动车数据(FCD),提出1种改进的城市道路交通事件检测算法,形成城市道路交通流的时空特征与交通事件之间的映射关系。将道路按照交叉口分段设置,重构具有时空特征的多维信息输入张量,通过时空矩阵来描述完整的道路交通流时变信息。在隐藏层和输出层的计算中,利用多层卷积-池化结构提取数据高层次特征,选取ReLU作为卷积层激活函数,采用最大池化函数作为池化层计算依据,使用激活函数实现全连接层的非线性映射,利用SoftMax函数计算输出层,并通过误差计算修正隐藏层的权值。以武汉市出租车轨迹数据和部分交通事故数据对算法的有效性进行验证,其中的70%作为训练集,30%作为测试集。结果表明: 相较于传统的BP算法,本算法的事件检测率达85.33%、误报率为2.80%,精确度为95.52%,各项性能指标均有所提升,能较好地适用于城市道路交通事件检测;多层网络结构能够更好地提取城市道路交通流的时空特征,充分学习交通流的周期性变化规律,更好地识别早晚高峰和交通事件造成的交通流异常现象。
  • 城市交通
    信号交叉口直右动态车道优化设计及评价分析
    梁士栋, 陈丽娟, 王影, 韩义磊, 薄波
    2022, 39(3): 183-190. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.03.023
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    在现实城市道路网络中,信号交叉口进口道采用直右共用车道的设置形式,会产生红灯期间直右车道上直行车辆停车等待影响右转车辆正常通行的现象,从而引起交叉口右转车辆延误增加以及整个交叉口通行效率降低的问题。为了解决这一问题,依据预信号以及动态车道的理念,设计了直右车道和相邻直行车道上车辆的运行规则,同时将可变信息显示板与主信号协调联动,给出了可变信息显示板与交叉口停车线间距的计算公式,以及协同主信号的可变信息板的配时方案。提出了一种基于直右共用车道的新型动态车道组织设计方案。结合信号控制方案与动态车道设计理念,利用交通波理论构建了车辆在交叉口各个方向的延误计算模型。最后以实际数据为基础,以典型的四相位信号交叉口为研究对象,利用MATLAB软件分别分析了优化前后的周期长度、饱和流率、换道率、直右流量比等因素对动态车道性能的影响,验证了信号交叉口设置直右动态车道的可行性和所建立模型的实用性,并根据该方法的评价效果确定其适用的条件。结果表明:周期长度、饱和流率、换道率和直右流量比都是直右动态车道优化设计的重要指标,优化后的信号交叉口直右动态车道方案能够显著减少右转车辆的延误,提高交叉口的通行效率。