公路交通科技

2022年, 第39卷, 第5期　刊出日期：2022-05-05
  

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    道路工程
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    沥青路面增强型基-面层层间黏结组合材料优选试验研究
    邸洪江, 何宏智, 尹显辉, 任东亚, 艾长发
    2022, 39(5): 1-8,25. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.05.001
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    基-面层层间黏结性能对路面结构的整体性和耐久性有重要影响。为改善这种异质性结构的层间黏结效果，设计了透层和封层组合的增强型层间黏结材料。采用自制的剪切和拉拔装置，进行了不同层间油用量、不同温度条件下复合试件的层间抗剪强度和拉拔强度试验，分析了各因素对层间强度的影响规律，探究了基于区域环境温度特征的增强型基-面层层间黏结材料适宜组合方式。结果表明：（1）低温、常温条件下基-面层层间强度随透层油用量的增加而增长，而高温条件下的层间强度则随透层油用量的增加而先增后减，且层间强度变化存在以透层油用量为0.6 L/m2的特征分界点；（2）相比于仅采用单一的透层材料，采用"透层+封层"的增强型透黏组合材料有利于提高基-面层层间黏结性能；（3）应依据工程区域环境温度特征来合理选择透黏组合材料，在夏季无高温地区，推荐选择层间洒布用量为0.6 L/m2的PC-2型乳化沥青透层油+沥青用量为1.8 kg/m2的掺纤维橡胶改性沥青碎石封层的增强型层间黏结措施；而在夏季炎热高温地区，推荐将前述增强型层间黏结措施中的沥青用量调整为0.9 kg/m2。研究成果为基于区域环境温度下的沥青路面增强型基-面层层间黏结材料优化设计提供试验支撑。
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    空隙率对多孔超薄沥青磨耗层性能和渗水功能的影响
    胡勇, 鹿蓉, 黄卫国, 杨斌, 鲁贺贺
    2022, 39(5): 9-15. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.05.002
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    多孔超薄沥青磨耗层（PUAWL）作为预防性养护方法之一，能够改善沥青路面的表面性能，其大空隙结构具有减少路表水膜、提高路面摩擦力、降低行车噪音等功能。较大的空隙率有利于路面排水，但同时也影响了多孔超薄沥青磨耗层的承载力和耐久性。为了研究空隙率大小对多孔超薄沥青磨耗层PUAWL-8的高温性能、低温性能、水稳定性和渗水功能的影响，设计了4种不同空隙率（18%，20%，22%和24%）的PUAWL-8混合料，增加了7.1 mm的筛孔来控制混合料级配，采用车辙试验评价了高温性能，采用低温小梁弯曲试验评价了低温性能，采用浸水马歇尔试验评价了水稳定性能，采用变水头试验评价了渗水功能，进而确定了PUAWL-8的最佳空隙率。结果表明：随着空隙率的增大，PUAWL-8高温稳定性逐渐下降，渗水性能逐渐上升；当空隙率为20%~22%时，低温抗裂性能和水稳定性逐渐上升；当空隙率为22%~24%时，水稳定性逐渐下降。综合考虑高温性能、低温性能、水稳定性及渗水性能，推荐PUAWL-8的最佳空隙率范围为20%~22%。研究结果可为多孔超薄沥青磨耗层的空隙率与级配设计提供技术依据与参考。
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    多因素耦合下连续配筋复合路面AC层top-down裂缝数值分析
    罗玉虎, 田波, 牛开民
    2022, 39(5): 16-25. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.05.003
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    Top-down裂缝作为复合式路面的一种典型病害，其产生与扩展会对连续配筋复合路面的寿命造成不利影响。为了探究连续配筋复合路面top-down裂缝的形成机理及扩展规律，基于线弹性断裂力学理论，建立了在AC层顶面预置裂缝的三维有限元模型。根据影响top-down裂缝形成的主要应力参数确定了最不利荷载位置和对应应力参数的最不利点，基于此最不利荷载位置和最不利点，采用围道积分的方式计算了多因素耦合作用下裂尖的应力强度因子。通过正交试验的方法对多因素裂尖应力强度因子进行方差分析，确定了影响top-down裂缝形成与发展的主要因素，同时还对这些影响因素进行了单因素敏感性分析，从而揭示了连续配筋复合路面top-down裂缝的形成与扩展规律。结果表明：对于连续配筋复合路面top-down裂缝而言，最不利荷载位置为荷载加载于CRC层横向裂缝一侧临边位置，纵向top-down裂缝的不利点为CRC层横向裂缝一侧的加载位置时近端双轮内缘，而横向top-down裂缝的不利点为CRC层横向裂缝一侧的加载线位置；对于横向top-down裂缝而言，是以K2型（滑动型）为主导，K1型（张开型）为辅的综合开裂模式，AC层厚度、裂缝传荷能力为主要影响因素；对于纵向top-down裂缝而言，其开裂模式则以K1型为主导，AC层厚度、裂缝传荷能力、裂缝间距、瞬降温差是其形成与发展的主要影响因素。
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    正硅酸乙酯对再生粗骨料物理及表面特性的影响
    寇长江, 王芸芸, 肖鹏, 胡皓天, 王睿奇
    2022, 39(5): 26-32,40. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.05.004
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    为探清正硅酸乙酯（TEOS）处理再生粗骨料的作用机理，以更好地改善再生粗骨料性能、提高其利用率，测试了不同试剂浓度、反应温度及处理时长等水解反应条件对正硅酸乙酯处理再生粗骨料基本物理性能的影响。采用压汞法和X射线荧光光谱法对处理后再生粗骨料的表面微观特性进行了研究，分析了不同试剂浓度、反应温度及处理时长等水解反应条件对再生粗骨料表面孔隙分布特征和化学组成的影响，探明了TEOS对再生粗骨料的作用机理。结果表明：TEOS乙醇溶液能够显著改善再生粗骨料的各项物理性质，TEOS摩尔浓度为1∶9、反应温度为40℃、处理时长为6 h的处理效果最好，吸水率、压碎值分别降低31.02%，20.49%，TEOS摩尔浓度为1∶9、反应温度为40℃、处理时长为24 h的砂浆附着率最低为13.91%；处理后再生粗骨料表面平均孔径减小、孔径分布曲线峰值整体左移，表面Ca/Si比呈现下降趋势；吸水率的降低证明TEOS水解产物SiO2能够起到填充附着砂浆孔隙的作用，其与再生粗骨料表面砂浆中的CaCl2反应产物CaSiO3可以有效降低附着砂浆Ca/Si比，提高再生粗骨料的强度，表现为压碎值的降低。采用化学手段处理再生粗骨料，并从微观特性角度分析TEOS调控改性机理，为强化再生粗骨料及其高效利用提供理论支撑，有利于实现再生材料的综合利用。
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    基于三点修正曲线模型的软岩高填路堤沉降预测
    常洲, 程小强, 张留俊, 徐合清, 黄亚飞
    2022, 39(5): 33-40. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.05.005
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    为对软岩高路堤沉降变形进行合理预测，以云南某高速公路炭质页岩填料高填路堤段为依托，引入三点法取点原则对传统沉降预测方法进行改进，分析对比了改进模型与传统模型对炭质页岩高填路堤沉降变形的预测效果。选取改进模型中时间起点与时间间隔进行动态沉降预测分析，讨论了不同选点范围对改进模型预测精度的影响。结果表明：炭质页岩类软岩高填路堤沉降具有变形量大、数据波动性大的特点，使用传统模型对其进行沉降预测误差较大；基于三点修正的双曲线法与指数曲线法能有效避免数据波动带来的影响，具有预测精度高、拟合性好、计算简便的特点，能够达到较好的预测效果，而改进后的三点-星野法对沉降预测精度并无明显改进；随着模型选取时间起点与时间间隔的不同，沉降预测精度也发生较大变化，随时间起点增大，沉降量预测精度提高，相关系数可达0.99，随时间间隔增大，沉降量预测精度先增大后小幅减小，最佳选取时间间隔为56~62 d；选取的三点应能反映实测沉降数据曲线的发展趋势，当时间起点或时间间隔选取较小时，最终沉降量出现负值，误差平方和较大，拟合精度差，在对类似工程进行沉降预测时，可结合三点-双曲线法与三点-指数法进行参数试探以得到更好的预测效果。
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    海绵城市透水铺装对地表径流控制效果研究
    朱润田, 张小明, 陈旺, 万正武, 郑木莲
    2022, 39(5): 41-49,73. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.05.006
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    透水铺装作为海绵城市的重要措施，可降低城市地表径流和径流峰值。为了明确我国城市道路典型透水铺装结构对雨水径流的综合控制效果，通过搜集我国典型地区海绵城市道路透水铺装结构地图集，总结推荐出3种透水铺装典型结构，包括表层排水型、基层储排水型和全透水型。在此基础上，选取西安市某双向双车道道路为研究对象，确定暴雨强度设计参数，建立了暴雨洪水管理模型（SWMM），模拟分析了3种透水铺装结构在不同降雨重现期下对总径流深度、径流峰值、峰值时刻、径流系数、产流时刻、产流时长的削减效果。结果表明：降雨重现期、透水层结构组合和透水层厚度是影响透水铺装径流削减的主要因素；表层排水型铺装结构可使径流总深度和径流系数降低超过14%，并使径流时间和产流时长延迟40 min以上；在相同重现期下，加铺沥青层的透水水泥混凝土表层铺装结构对各种径流指标产生最大的削减效果；基层储排水型铺装结构只有在重现期为50 a时才产生地表径流；全透水型铺装结构在所有的降雨重现期内均不产生径流。最后，根据SWMM模拟结果，为典型透水铺装结构推荐了径流系数取值范围，可为海绵城市透水铺装设计和实施提供技术支持。
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    基于深度相机的碎石撒布质量检测方法
    金肃静, 罗佳, 顾海荣, 刘胜, 韩帅
    2022, 39(5): 50-56. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.05.007
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    在道路工程中，为了准确快速检测碎石封层施工中碎石的撒布质量，采用基于TOF原理的深度相机获取碎石封层表面的彩色图像和深度信息，基于最大类间方差法分析封层表面彩色图像，将图像分为前景背景两类，不断迭代计算类间方差，识别分离表面图像中的碎石颗粒与沥青，并基于形态学方法平滑处理碎石轮廓边缘，剔除小径颗粒，优化碎石轮廓，基于碎石轮廓的像素比计算碎石覆盖率。利用获取的深度信息直观地观察整个封层表面凹凸不平的起伏程度，对像素点深度信息进行卷积二重积分，构建碎石封层表面的空间曲面，计算碎石封层的路面构造深度。在实验室模拟直径9.5~19 mm的碎石颗粒撒布后的状态，搭建图像采集装置，分别在200 mm和300 mm高度获取碎石封层图像，对碎石封层图像进行识别，计算覆盖率，分析在不同高度下该方法的检测误差，并进行图像法深度信息检测与铺沙法检测结果的对比试验，验证路面构造深度检测方法的正确性和可行性。结果表明：利用深度相机采集碎石图像，基于最大类间方差法可准确地描绘识别出碎石轮廓，在不同高度下碎石覆盖率检测误差不大于2%；在同一路段，路面构造深度检测与铺沙法检测结果误差不超过3%，且可以保留封层表面的纹理与轮廓细节信息，能够快速检测分析碎石撒布质量。
  • 道路工程
    边坡凸集模型非概率可靠度求解方法
    高乐星, 梁斌, 吴政
    2022, 39(5): 57-64. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.05.008
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    针对边坡工程稳定性分析中，因获取的参数原始样本信息的有限性，以及基于概率可靠性的常规可靠度计算方法的局限性，引入了边坡凸集模型非概率综合指标，形成了样本信息模糊特征条件下的边坡非概率可靠度求解方法。首先，根据有限的样本信息为参数划定一大致区间，在此区间构建边坡超椭球凸集模型。然后运用拉丁超立方抽样进行区间内采样，由于边坡工程的极限状态方程一般呈高度非线性隐式特征，采用Kriging代理模型来拟合其功能函数。最后，根据非概率可靠度和概率可靠度的相容性，引入非概率指标η，综合评估边坡的稳定性。当η>1时，评估标准为在标准的向量空间内坐标原点到极限状态曲面的最短距离；当0<η<1时，采用概率可靠度作为评估指标，此时运用蒙特卡洛法依托MATLAB程序语言即可求得边坡的可靠度指标。算例表明：该方法切实可行，计算高效，结果精确。为概率可靠性方法做了有益的拓展和补充，也为求解边坡可靠度提供了新的可能性。最后，在某实际边坡工程样本信息不完备的情况下运用此方法，结果显示该边坡的失效风险很低，与简化Bishop法分析结论一致，并符合《公路工程结构可靠性设计统一标准》（JTG 2120—2020）中高速公路路基目标可靠度指标标准。
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  • 桥梁工程
    基于监测数据的钢桁悬索桥梁端位移特性研究
    黄国平, 胡建华, 崔剑峰, 孙秀贵, 宋枭鹏
    2022, 39(5): 65-73. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.05.009
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    梁端位移直接影响梁端伸缩缝、支座及梁端阻尼器等附属装置的工作状态。为了揭示大跨钢桁悬索桥梁端位移响应特性及其规律，以矮寨大桥为工程依托，在其梁端设置位移传感器及温度传感器，建立了梁端位移长期监测系统，基于450 d监测实测数据，分析了运营条件下大跨钢桁悬索桥梁端位移时域及频域特性。在此基础之上，研究了温度与梁端纵向位移间的相关性，统计了梁端振动循环次数和梁端纵向累计位移。最后分析了梁端纵向累计成分构成并量化了各成分比例。结果表明：悬索桥的梁端位移包含了温度变化激发的长周期成分和车辆以及环境激励激发的短周期成分；梁端位移随温度季节周期性与昼夜周期性影响变化，梁体平均温度与梁端纵向位移RMS值有良好的线性相关性；而车辆导致的梁端位移响应分为车致强迫拟静态效应和车致动态效应两部分。矮寨桥两端平均每天纵向累计位移分别为130 m，152 m，其中车致梁端动态纵向位移是主要来源（约为80%），温度变化导致的梁端位移对累计位移的贡献相对较小（不到1%）。大跨度钢桁悬索桥梁端位移响应特性总体与大跨度钢箱梁悬索桥大致相似，但其梁端累计位移量值较大跨度钢箱梁悬索桥的累计位移量值要大，加劲梁形式不同可能是造成该累计位移差异原因之一。
  • 桥梁工程
    增设钢板条的钢-UHPC组合桥面加固效果评估
    高立强, 张佳斌, 余丽辉, 王秋萍, 秦世强
    2022, 39(5): 74-84. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.05.010
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    钢-UHPC组合桥面可有效改善正交异性钢桥面板的疲劳性能，但若钢顶板存在贯穿裂纹，此时，若UHPC直接布置在带裂纹的钢顶板上方，钢-UHPC组合桥面UHPC层将存在受拉开裂的风险。为保证UHPC层在带裂纹钢桥面板上良好的受力性能，降低UHPC层受拉开裂的风险，提出了增设钢板条的钢-UHPC组合桥面加固方案，并通过有限元计算及现场试验验证了该方案良好的加固效果。首先，介绍了某大跨径斜拉桥的基本信息和加固方案。然后，采用有限元计算方法对加固后桥梁的整体和局部受力性能进行了分析。最后，通过现场监测试验验证了增设钢板条的钢-UHPC组合桥面的对正交异性钢桥面板疲劳性能良好的改善效果。结果表明：采用该方案对该桥下游侧桥面进行加固改造后，桥梁整体受力状态基本不变，且具有较大的安全储备；贯穿裂纹的存在对UHPC层拉应力影响较大，增设钢板条后，钢-UHPC组合桥面UHPC层受拉开裂的风险明显降低；加固后，该桥各疲劳易损细节等效应力幅值均有不同程度的降低，各疲劳易损细节的应力幅值均小于常幅疲劳极限；该加固方案有效改善了正交异性钢桥面板的疲劳性能，降低了各疲劳易损细节的开裂风险。综上所述，增设钢板条的钢-UHPC组合桥面可有效降低UHPC层在带裂纹钢桥面上的开裂风险，并可有效改善正交异性钢桥面板的疲劳性能。
  • 桥梁工程
    疲劳荷载作用下钢-混凝土组合梁变形计算
    罗鑫源, 倪永军, 马观领
    2022, 39(5): 85-94. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.05.011
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    为了对钢-混凝土组合梁在疲劳荷载作用下的弹性挠度和残余挠度分析，建立了组合梁疲劳荷载下的非连续传力模型。通过建立钢材和栓钉等材料的疲劳损伤退化模型，对组合梁在疲劳荷载情况下沿梁长方向的滑移分布情况和跨中挠度进行了计算。结合不同连接程度的组合梁疲劳试验数据，进行了参数分析，并验证了方法的可靠性。提出了疲劳荷载作用下钢-混凝土组合梁变形计算公式，采用该模型计算的滑移值、弹性挠度值与试验值有较高的吻合度。当考虑沿梁长方向各排栓钉的刚度退化情况时，对于组合梁变形计算有较大的影响。通过混凝土承担的轴力和弯矩可知，疲劳荷载作用下，栓钉承载能力降低造成组合梁截面曲率增大，刚度降低，自身截面刚度的退化影响较小。计算结果表明：在疲劳荷载加载时，组合梁界面栓钉出现剪力重分布现象，跨中栓钉承担的剪力由小变大，靠近梁端栓钉承担的剪力由大变小，且呈非线性变化趋势。当接近组合梁疲劳寿命时，组合梁跨中变形、截面滑移都呈指数型上升趋势。当达到疲劳寿命时，梁端栓钉承担的剪力急剧下降，最终造成以栓钉剪切疲劳破坏形式的组合梁疲劳破坏。该方法可供实际试验和工程实际参考。
  • 桥梁工程
    淤积土桥梁桩基承载能力影响参数敏感性分析
    于莹, 郝向炜, 余波, 李鹏, 侯涛
    2022, 39(5): 95-103. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.05.012
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    随着高层建筑和大型桥梁的不断建设，普通的中短桩已无法满足其承载力要求，大直径超长钻孔灌注桩因为其良好的承载性能而广泛应用于此类大型基础工程中。大直径超长灌注桩是高规格建（构）筑物桩基工程的发展趋势，但有关桩基的承载力影响因素的研究还较少。为了研究河流入海口淤积土桥梁桩基的承载能力，以海南省南港河大桥的桩基为研究对象，利用ABAQUS有限元软件建立桥梁桩-土接触模型，分析了不同桩长、桩径对桩基轴向力、侧摩阻力和极限承载力的影响，并分析了淤积土层对桥梁桩基的承载力产生的影响。结果表明：在桩径一定的情况下，当桩长由30 m增加到60 m时，桩基的承载能力提高了10 200 kN，但当桩长增大到60 m以后，桩基的承载力仅提高了3 400 kN；在桩长一定的情况下，桩径由0.6 m增加到1.5 m时，桩基的承载力提升了10 200 kN，但是桩径超过1.5 m后，承载力仅提升了3 400 kN；当桩径和桩长之比为1/40时，使得该桩径和桩长能够发挥最大承载力；随着淤积土深度的增加，桩基的承载能力逐渐变小，原因是相比较其他土体而言，淤积土的侧摩阻力非常小，淤积土段占整个桩长的比例越大，桩基的承载能力越小。因此，扩大桩径、增加桩长、提高桩周土体黏聚力和改变荷载箱的位置是提高桩基的承载力有效措施。
  • 桥梁工程
    强风载荷下桥梁风致行车安全与抗风方法研究
    詹铠臻, 刘功毫, 袁志群, 王兆樑, 林立
    2022, 39(5): 104-111,139. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.05.013
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    跨海大桥的风致行车安全评价及桥梁抗风设计是决定桥梁通行效率的关键技术问题，采用现有限速或限行的桥梁通行管理模式，不能适应未来智能交通发展的需要。为了获取跨海大桥上汽车在强风载荷下的安全行车速度，以厢式货车为研究对象，采用数值模拟方法建立了基于汽车空气动力学和汽车系统动力学的风-车-人闭环系统数值分析模型，基于侧偏事故评价准则提出了桥梁风致行车安全量化评价方法，得到了厢式货车在不同侧向风等级和路面条件下的安全行车速度。采用数值模拟方法和模型风洞试验方法提出了桥梁挡风障抗风设计的量化评价方法，分析了不同结构形式挡风障的抗风效果及其对厢式货车风致行车安全的影响规律，研究了挡风障对厢式货车周围流场的影响机理。结果表明：不同侧向风等级和路面条件下的安全行车速度存在明显差异，在25 m/s的侧向风作用下，厢式货车在干燥路面、潮湿路面以及积水桥面上的安全行车速度分别为50，50和40 km/h；板挖圆孔方案的挡风障抗风效果较佳，桥面风环境参数得到显著改善，货车在3种路面条件下行驶时的侧向偏移分别降低了41.3%，47.9%和72.6%，在桥梁允许的限行车速范围内（80 km/h）均能安全行驶。研究结论可为桥梁风致行车安全评估和抗风设计提供理论参考。
    • 交通安全
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    基于隐马尔可夫模型的无侵入疲劳等级判别
    尉志礼, 胥川, 王雪松, 王岳川
    2022, 39(5): 112-121. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.05.014
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    为对驾驶人疲劳状态等级进行有效准确的判别，通过模拟驾驶试验获取了12位驾驶人的驾驶操作数据、车辆运行特征数据和眼动数据，并使用主观疲劳程度量表（KSS）获取了驾驶人的主观疲劳等级数据。从试验数据中提取了车道偏移标准差、单路段方向盘反转次数、闭眼时间比例和平均瞳孔直径共4个无侵入测量指标。结合反映累计驾驶时长的驾驶圈数，利用主成分分析（PCA）进行降维处理得到重要度最高的两个主成分后，根据KSS将驾驶人疲劳状态划分为3个等级，建立了疲劳分级隐马尔可夫模型（HMM），同时建立了支持向量机（SVM）用以对比。疲劳等级判别结果为：将12位驾驶人随机分为4组的情况下，HMM交叉验证平均判别正确率为77.26%，单组最高判别正确率为81.25%，而SVM平均判别正确率为65.02%，单组最高判别正确率为70.37%；去除了驾驶圈数这一指标重新进行疲劳等级判别，HMM平均判别正确率下降到55.61%，SVM平均判别正确率下降到50.46%。结果表明：在仅使用无侵入测量指标进行疲劳等级判别时，引入驾驶圈数能够有效提高模型精度，并且HMM在判别正确率以及稳定性上均优于SVM；在使用HMM进行疲劳等级判别时，引入PCA进行降维可有效解决指标增加带来的观测概率矩阵稀疏问题，提升了模型的普适性。
    • 城市交通
  • 城市交通
    横向相关性及参数影响下的车道级交通预测
    侯越, 崔菡珂, 邓志远
    2022, 39(5): 122-130. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.05.015
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    城市交通拥堵已成为阻碍城市发展的主要矛盾，鉴于道路交通受参数和时空因素影响，使得交通流预测模型精度不高，且在现实场景中易失效，同时以路段为研究对象的传统预测方法已无法满足智能网联技术发展的需求。为了解决传统预测模型在车道级横向空间相关性及参数影响方面考虑不足、且具有记忆局限性的问题，提高车道级短时交通流预测精度，提出PCA-stacked-GRU的车道级组合深度学习模型，采用主成分分析法对强相关车道的交通参数进行特征级融合，建立横向相关性及宏观参数相关性的数据组织，通过stacked-GRU模型实现横向相关性和参数影响的车道级交通流预测。在预处理后的数据集上验证可知，考虑车道级横向空间相关性和交通参数相关性的模型能够提高预测精度，微波测试集的流量和速度预测MAE分别为4.946 960，3.109 925，视频测试集的流量和速度预测MAE分别为4.503 461，3.863 718，相较于单一车道单一变量的预测模型精度均有较大的提高，与单一车道多变量的预测模型相比有更好的预测效果。所提出的PCA-stacked-GRU模型相较于其他常见的基准线模型，具有更高的预测精度和鲁棒性，能够应用于实际场景中的决策分析，提出交通拥堵问题的解决依据和更加精准、全面的交通信息，并为车道级地图导航和自动驾驶等提供数据支撑。
  • 城市交通
    低碳排放约束下城市多方式交通网络道路收费研究
    张鑫, 李佳杰, 俞灏, 刘攀
    2022, 39(5): 131-139. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.05.016
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    为控制和降低城市交通碳排放，研究了低碳排放约束下的城市多方式交通网络道路收费问题。以私家车、常规公交和地铁组成的多方式交通网络为研究对象，以CO2预期减排量和CO环境容量为约束，建立了最小化CO2排放总量和用户出行总时间的双目标道路收费模型。模型采用基于博弈论的双层优化方法刻画决策者和出行者间的领导-跟随关系，上层为决策者在低碳排放约束下制定道路收费方案以权衡双目标，下层为出行者根据收费措施做出交通方式及路径选择。运用变分不等式描述了交通方式间的不对称影响及出行者的出行行为。针对所构建的非线性双目标道路收费模型，设计了改进型非支配排序遗传算法进行求解。算例结果表明：道路收费措施可有效地调节各种交通方式的出行比例，使得私家车出行者转移至公共交通（常规公交和地铁），从而缓解路网拥堵且达到低碳减排的目标；相比于道路收费前的初始状态，收费措施可至少提升43%的公共交通出行量，且使CO2减排量达到32%以上；Pareto前沿验证了2个目标之间的负相关关系，若不增加初始状态的出行总时间，路网能够达到的最大减排比例为32%~59%；若欲达到高于60%的CO2预期减排目标，需提高公共交通的供给水平，减少由私家车转移至公共交通的时间损失，提高系统的运输效率。
  • 城市交通
    需求响应型公交车辆调度及路径优化
    管德永, 吴晓芳, 赵杰, 王珏
    2022, 39(5): 140-148. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.05.017
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    针对高度分散和随机的客流状况，为尽可能降低运营成本、提高乘客满意度，研究了需求响应型公交车辆调度及路径优化。首先通过分析历史乘车站点需求频次，分时段提取了具有高频需求量的出行点作为高概率出行点，在此基础上建立了公交车辆调度及路径优化模型。其次，以历史公交运营数据为依据，运用大规模邻域搜索（LNS）遗传算法，在乘客需求出行时间和车容量限制的约束条件下，以公交系统运行里程最小为目标进行了静态车辆调度。最后，基于初始静态线路和后期实时出行需求，运用精确动态规划算法，以系统运行里程变化最小为目标进行了动态路径优化，实现需求及时响应。选取某区部分区域进行了分析应用。结果表明：采取提取高概率点策略的系统平均总成本为1.04×104元，而未采取该策略的系统平均总成本为4.38×106元，高概率点提取策略对系统成本节省影响明显；通过LNS遗传算法进行最短路径求解时，3次求解结果偏差为3.1%，较为稳定；在路径优化阶段，车辆满载率提升17.92%，乘客需求响应率保持较高水平；运营成本变动合理，人均成本减少1.08元，提高了车辆利用率和乘客满意度。基于站点提取策略的2阶段调度优化模型能提供合理的车辆实时调度和路径优化方案，为实际公交调度提供理论基础和应用指导。
    • 汽车工程
  • 汽车工程
    基于5G V2X通信的车辆协同跟随控制策略研究
    阴晓峰, 朱宇航, 赵小娟, 杨柯普, 李磊
    2022, 39(5): 149-156. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.05.018
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    为在保障行车安全的前提下实现车辆跟随行驶，基于5G车与外界互联（5GV2X）技术建立了车辆协同跟随控制系统，该系统由协同决策层、运动控制层、车辆状态采集模块和5G V2X通信模块组成。针对协同决策层，设计了安全距离模型，以根据主车和前车的速度及相对速度计算了期望安全距离。基于车间运动学模型，运用模型预测控制算法计算了期望加速度。针对运动控制层，设计了驱动/制动切换模块，以根据期望加速度确定车辆运动控制模式。运用模糊控制器调节了PID控制算法的比例、积分和微分参数，根据确定的控制参数，使用PID算法控制主车在保持与前车安全距离的同时实现对前车的跟随行驶。车辆状态采集模块根据5G V2X通信模块获取的信息，为协同决策层和运动控制层提供了车辆运动状态信息。5G V2X通信模块实现了车与车之间的速度、位置信息交换。通过MATLAB/Simulink和CarSim联合仿真，在匀速跟随、加速跟随、他车驶入及变速跟随4种工况下验证了控制策略的有效性。结果表明：在4种工况下，主车均能在较短时间内达到与前车的期望车间距，并实现良好的速度跟随；在他车驶入工况下，主车能够较快地识别驶入车辆；在变速跟随工况下，实际车间距及主车车速均与期望车间距及前车车速的变化趋势保持良好的一致性。
    • 物流工程
  • 物流工程
    信息不对称下物流服务供应链质量激励机制研究
    张广胜
    2022, 39(5): 157-165. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.05.019
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    针对物流服务供应链质量合作信息不对称问题，探索以合约化手段控制物流服务供应链质量的理论方法。首先依据集成商与提供商质量合作特性，采用Edgeworth box模型揭示了物流服务供应链质量合作机理，建立了集成商与功能商契约曲线的“质量-利益”方案集合，指出了质量合作关键问题。其次基于集成商与功能商质量合作流程构建了物流服务供应链质量委托代理基础模型，分析了由服务收益、努力成本、惩罚成本、质检成本及赔偿成本构成的功能商收益结构和由质量增值、质检成本、机构成本、惩罚收益、赔偿成本及声誉损失成本构成的集成商收益结构，得出集成商与功能商质量合作收益类型。再次考虑质量委托-代理关系下由功能商信息优势产生的“去真”与“取伪”问题，探讨了对称信息条件下物流服务供应链质量委托代理均衡及最优质量契约设计，采用Stackelberg博弈模型分析了道德风险与逆向选择共存时的质量激励契约纳什博弈均衡。最后以快递服务供应链为算例验证了质量激励理论有效性。结果表明：不对称信息条件下集成商通过调整质量契约参数能够激励上游功能商主动实施最优质量标准，但因规避信息不对称道德风险影响，集成商付出额外成本使自身质量收益低于信息对称下的收益；给出了协调过程最优参数及管理启示。
  • 物流工程
    基于灰色回归模型的农产品冷链物流需求分析及预测
    李思聪, 叶静
    2022, 39(5): 166-174. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.05.020
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    在“双循环”背景下，农产品冷链物流对提升农业价值链、释放内需消费潜力具有重要意义。为精准预测市场需求，针对我国冷链物流行业统计工作滞后、样本数据量少、影响因素多的情况，在分析冷链物流市场需求特征的基础上，将灰色-回归组合模型应用于我国农产品冷链物流市场需求预测，设计了我国冷链物流市场需求预测指标，从产品供给、经济社会、居民消费、行业规模四大维度选取6个典型数据指标构建影响因素指标体系，分析了各影响因素与市场需求的灰色关联关系。通过对2011—2020年我国冷链物流市场需求进行建模，建立了由第三产业对GDP贡献率、冷藏车保有量两个指标为自变量的回归模型，对2021—2025年冷链物流市场需求量进行了预测。实证结果表明：灰色预测、多元线性回归的组合模型预测值平均相对误差仅为0.82%，相比单一灰色预测和多元线性回归，对我国冷链物流市场需求总量的中短期预测具有较高的可信度和较好的精准度。分析结果显示：未来5年我国冷链物流市场需求仍呈明显的上升趋势，增速在6%~9%左右。基于关联分析和预测模型结果，从加快补齐生鲜农产品“最初一公里”供给短板、加强冷藏保温车辆等设施设备有效供给和加大冷链物流市场主体培育力度等方面提出了促进我国冷链物流高质量发展的相关建议。
    • 运输经济
  • 运输经济
    基于乘客出行时耗的公交网络拓扑结构分析
    刘雪杰, 欧阳彦峰, 马腾腾
    2022, 39(5): 175-181,190. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.05.021
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    地面公交网络拓扑结构是公交线网布局和运营组织的重要依据。超大型城市的地面公交网络布局复杂，科学的网络拓扑结构不仅关系到乘客出行体验，也关系到运营企业的资源投入。地面公交网络拓扑结构受城市空间布局、乘客出行特征、路网结构、财政投入等多因素影响，而当前学术界缺乏针对这些因素的综合考量和系统研究，因此在实践中缺乏理论指导和方法遵循。基于时空经济的视角提出了地面公交网络拓扑结构设计应遵循与乘客出行空间分布特征匹配、有利于降低乘客出行时间成本、在政府财政可承受范围内3个原则，建立了包含基于大数据的乘客空间分布特征、基于企业和乘客出行成本的网络形态比较、基于道路拓扑结构的线网形态判断的综合分析方法，构建了在一定的地面公交投入水平下乘客全过程出行时耗的计算模型，对比分析了环式、枢纽式、棋盘式3种基础线网形态下乘客出行时耗的变化。最后，通过北京案例，对提出的地面公交网络拓扑结构分析框架进行了应用，在系统分析北京乘客出行分布特征、不同网络拓扑结构下乘客出行时耗变化及道路拓扑结构的基础上，得出了北京市应采取“棋盘+环+放射”的地面公交网络形态结构的结论，可为北京公交线网的优化调整和财政投入绩效评估提供重要参考。
  • 运输经济
    区域综合客运复合网络构建及特征分析
    李特, 杨圣文, 韩清颖, 于佳璐, 王晋
    2022, 39(5): 182-190. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.05.022
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏
    随着公路、铁路和民航多种运输方式之间的相互协作需求不断增加，如何构建高效、便捷的综合客运体系成为亟需解决的问题，研究区域综合客运网络空间结构特征很有必要。基于站点空间格局和换乘便利性，提出了区域综合客运网络复合方法，构造了网络邻接矩阵，并对网络进行了特征分析。网络特征分析选取度分布、平均路径长度、聚类系数、网络密度、相关性分析和网络效率6个指标，采用云南省综合客运数据，分析了云南省航空、铁路、公路和复合客运网络的特征及联系，验证了复合方法的有效性。结果表明：3种客运方式的相互衔接、配合，是综合客运体系效率提升的基础；云南省客运复合网络平均路径长度为2.74，聚类系数为0.55，是较短的平均路径长度和较大的聚类系数，具备典型的小世界网络和无标度特性；客运网络整体联系较为紧密，运行效率高，呈现出以昆明市辖区为中心向各州市辐射的状态；滇中城市客运联系较高，滇西边境地区之间的客运联系强度偏低；公路客运网络与客运复合网络相关系数为0.88，表明公路客运在云南省综合客运中占有主导地位，同时公路客运也是城乡客运的主要运输方式；铁路和航空客运网络之间的通达性优于公路和客运复合网络，但由于铁路和航空客运路线的局限性，客运服务范围有限。