随着感知、通信、计算等技术的持续演进,以及智能交通基础设施的加快布局,协同式自动驾驶正逐步成为智能网联交通系统的关键发展方向。本研究旨在系统梳理智慧公路与协同自动驾驶融合背景下的核心技术体系,并总结该方向的现状及发展趋势。首先,介绍智慧公路的概念演进、分级体系及其在支撑自动驾驶中的作用,梳理典型国家与地区的技术路径与建设经验;其次,分析单车自动驾驶核心技术的发展现状与局限性,强调其在复杂环境下的瓶颈问题;然后,聚焦协同式自动驾驶关键支撑技术,包括车路云一体化架构、协同通信、感知融合与决策控制等,并对多源数据融合难题与混合交通流管控挑战进行探讨;最后,总结协同自动驾驶系统的测试验证方法及其工程化应用推进中的主要问题,并对智慧公路与协同自动驾驶的发展趋势进行分析。

随着中国公路网络规模的持续扩大与交通需求的快速增长,传统交通监测手段已难以应对复杂路网环境下的动态感知与管理需求。智慧公路作为交通强国战略的重要载体,在物联网、人工智能、大数据等新一代信息技术驱动下,其发展亟需构建覆盖"感知-分析-服务"全链条的交通信息监测体系,为此,开展了围绕智慧公路交通信息监测的核心技术与应用场景的系统性研究。(1)从路侧感知、车载感知与协同感知3个维度剖析多模态感知技术的发展现状,重点探讨多传感器融合算法优化、设备布设策略创新及复杂环境适应性提升等关键问题;(2)基于云边端协同的深度分析框架,综合研究了面向多源异构数据的分层处理机制,结合人工智能算法实现交通状态智能识别与预测,并针对隐私保护与数据安全挑战探讨了加密技术与联邦学习的融合解决方案;(3)结合城市与高速公路场景特性,分别阐述交通流监测、事件响应、停车管理等服务系统的技术路径与实践成效,揭示个体感知、新能源监测等技术在新型交通形态中的应用价值;(4)通过对比分析城市与公路在信息采集、数据处理与服务模式等方面的差异,提出标准规范协同、数据平台整合、服务功能优化的一体化发展策略。研究结果可为智慧公路建设提供理论支撑与技术参考,助力交通系统向智能化、集约化方向转型升级。

智慧公路是指充分运用新一代信息技术和智能技术对公路基础设施进行数字化、网络化和智能化升级,以显著提升交通运输效率、安全性和可持续性的公路系统。尽管其战略意义日益凸显,但当前研究多集中于特定技术或区域发展分析,缺乏对全球智慧公路演进脉络的系统性梳理与对比。本研究通过结合中国、美国、日本、欧洲等代表性国家和地区的发展状态、工程案例与技术体系,将智慧公路的发展划分为萌芽与探索阶段、智能交通系统兴起阶段、车路协同阶段和数字化智能化发展阶段4个阶段,并对各阶段概念特征与技术内涵进行分析。通过对各国智慧公路基本体系架构的演进过程进行分析,揭示了智慧公路以"云-边-端"为核心的物理层级和以"感知-通信-计算-应用"为核心的逻辑层级的发展趋势,并在此基础上从感知、控制、安全、车路协同方面对智慧公路发展关键技术进行总结。研究成果有助于全面理解智慧公路的概念、架构与技术的演进逻辑,并为智慧公路的技术路线规划、标准体系建设与规模化建设提供理论依据与决策参考。

随着智能交通系统的迅速发展,传统公路系统正在加速向数字化、网络化和智能化方向演进,由此催生出"智慧公路"这一概念。智慧公路通过运用新一代信息与智能技术,对公路基础设施进行全方位升级,以显著提升交通运输效率、安全性与可持续性。作为智慧公路系统的重要组成部分,交通控制技术的发展已成为当前研究和工程实践的核心热点之一。本研究系统梳理了智慧公路的匝道、主线、特殊路段及协同控制技术研究进展,包括定时、感应、自适应的匝道控制方法,可变限速、动态路肩与合乘车道等主线控制策略,施工区与隧道等特殊场景下的控制技术,以及涵盖匝道-主线、快速路-地面道路的协同控制方法。对现有研究的梳理表明,当前研究在控制算法适应性、控制对向协同性和微观行为建模方面仍存在不足,智能化控制的实时性与可部署性也有待提升。本研究从网联化环境、智能化算法、多场景协同等角度展望了智慧公路交通控制的未来发展方向,强调网联化、智能化与协同化的演变趋势,为构建高效、安全、可持续的智慧公路交通控制技术体系提供理论支持与研究参考。

智慧公路是指通过融合大数据、云计算、物联网、人工智能等新一代信息技术构建的全域感知、自主决策智慧化公路系统。中国公路通车里程位居世界第一,但交通安全形势依然严峻,智慧公路建设已成为提升交通安全、效率和管理能力的必然选择。本研究从人、车、路、环境及数智管理等多维度系统梳理智慧公路与交通安全领域的理论方法及技术应用研究进展,重点探讨道路基础设施与交通安全、车路协同与交通安全、数智管理与交通安全研究主题,综合国内外研究发展与应用实践表明,智慧公路可有效降低事故风险,但人机交互复杂性、数据安全性和技术标准化等问题亟需突破。通过系统总结现有理论方法与技术应用瓶颈,提出未来需深化混合交通流理论、数字孪生安全管理体系及自主防控技术研究,为智慧公路交通安全可持续发展提供理论支撑与实践参考。

【目标】 为更准确模拟山区高速公路弯道路段交通流特性,借助自动驾驶技术缓解弯道交通问题,建立考虑人工驾驶与自动驾驶混行的弯道路段双车道元胞自动机模型。【方法】 结合不同弯道条件对交通流的影响,通过弯道曲线半径和道路摩擦系数验证模型正确性;提出弯道缓和曲线的影响,分析不同比例缓和曲线对弯道交通流的作用程度,以此完善交通流仿真环境;在此基础上引入智能网联车辆混行场景,探究不同智能网联车渗透率对弯道交通流的影响。【结果】 不同缓和曲线比例对弯道交通流影响显著,当弯道缓和曲线、圆曲线、缓和曲线比例接近 1∶1∶1 时,弯道通行效果最佳;道路上出现智能网联车后,弯道交通拥堵情况逐渐改善,全为智能网联车时,车辆换道次数降至 0,且道路不再发生拥堵。此外,在弯道路段交通流中观察到独特的流量平台期现象,即一定密度条件下车辆长期稳定运行,流量保持固定值且不随密度变化。【结论】 所建立模型有效模拟了山区高速公路弯道路段交通流特性,明确了缓和曲线最优比例、智能网联车辆的积极作用。

【目标】 为了提升设备寿命预测的准确性和鲁棒性,为主动运维提供可靠支持,提出了一种多模态数据融合方法预测高速公路机电设备剩余使用寿命(RUL),并验证其在复杂环境下的有效性和稳定性。【方法】 首先,构建了覆盖瞬态电压电流、温湿度、维护记录和系统日志等多模态异构数据的SW-RUL-DATAS数据集;其次,对不同模态数据分别进行特征抽取,包括采用卷积方法提取环境数据特征,采用频域与时域方法提取电气信号特征,采用BERT提取文本语义特征;然后,采用自编码器进行特征融合和降维,获得高质量的特征统一表示;最后,将融合后的序列特征输入循环神经网络,并通过AutoML自动优化超参数,实现端到端的寿命预测。【结果】 在SW-RUL-DATAS的3个子数据集上的试验表明,所提出方法在均方误差和均方根误差上均显著优于Kaplan-Meier,ARIMA,CNN+GRU,CNN-LSTM等基线模型。在设备层面的验证中,模型能提前2~5 d准确预警摄像机、照明系统等设备的潜在故障,平均准确率和召回率较对比模型提升5%~15%。此外,数据敏感性试验结果显示瞬态电气特征、维护日志和环境数据均对预测性能有显著贡献,多模态融合是性能提升的关键。【结论】 提出的多模态融合预测框架能够充分整合多源异构数据,在高速公路机电设备寿命预测任务中展现了更高的准确性与鲁棒性。研究不仅验证了瞬态电气信号与维护日志在寿命预测中的重要作用,也证明了深度学习结合AutoML的有效性。该方法为高速公路机电设备的主动运维和预防性维护提供了可靠的数据支持与技术路径。

【目标】 传统高速公路服务区功能单一,与区域经济联动不足,推动其从封闭运营转向开放式发展已成为行业共识。在此背景下,科学评价高速公路服务区的开放式发展潜力便成为因地制宜开发服务区的关键前提。【方法】 首先,基于对开放式服务区典型案例和相关文献的分析,从区位条件、社会经济、旅游资源和项目条件4个方面构建高速公路服务区开放式发展潜力评价指标体系。其次,采用熵权法计算各指标的权重值,通过TOPSIS法计算各服务区开放式发展潜力综合得分,再利用K均值聚类算法对评价结果进行整体性分类。最后,选取河北省内14条高速公路上流量较大、新建和资源丰富的84个服务区为研究对象,对它们的开放式发展潜力进行综合评价。【结果】 根据河北省内高速公路服务区的分布位置和发展特色,筛选出了15个试点服务区,按照"一区一特色"的原则,确定了15个服务区的发展主题。【结论】 高速公路服务区开放式发展不仅依赖交通基础,更与区域经济、旅游活力及文化底蕴紧密相关,河北省内发展潜力较大、各具特色和总体分布均衡的15个服务区可以作为优先发展的试点服务区。

【目标】 为更准确地预测水泥稳定再生骨料材料指定龄期无侧限抗压强度从而加速配合比设计过程,建立基于长短期记忆网络(LSTM)的水泥稳定再生骨料材料强度预测模型。【方法】 通过粒子群优化算法(PSO)对LSTM模型进行最佳参数的全局搜索。研究采用不同龄期、不同配比水泥稳定再生骨料材料无侧限抗压强度的试验数据作为数据集,以水泥剂量、含水率、再生骨料替代率、养护龄期等11个变量作为模型输入层,无侧限抗压强度作为输出层。引入评价指标对建立的LSTM和PSO-LSTM网络模型进行性能分析。将模型11个输入层划分为材料类影响和非材料类影响,同时引入相关系数,研究2类影响中各变量对无侧限抗压强度的相关性。【结果】 LSTM和PSO-LSTM网络模型精确度均达到98%以上,模型能准确预测水泥稳定再生骨料材料无侧限抗压强度。模型的MSE,RMSE,MAE,MAPE和R²结果表明PSO-LSTM模型具有更高的准确性、更小的误差率和更好的拟合效果。并根据模型预测结果,对不同配比水泥稳定再生骨料材料进行强度对比,得出最合适的水泥剂量、再生骨料替代率和骨架类型。【结论】 通过引入PSO,可以有效地提高LSTM模型预测水泥稳定再生骨料材料强度精度和准确性。

【目标】 针对传统卡尔曼滤波算法在非高斯噪声条件下车辆状态估计存在的鲁棒性与精度不足问题,提出了一种基于最大相关熵准则的无迹卡尔曼滤波方法,该算法旨在有效抑制非高斯噪声影响,显著提升车辆横摆角速度、纵向速度和侧向速度等关键状态参数的估计可靠性与准确性。【方法】 首先,构建了非线性的三自由度车辆动力学模型,然后,在改进Dugoff轮胎模型的基础上,结合车载传感器采集的数据,设计了能够同时观测横摆角速度、纵向速度和侧向速度的状态观测器;最后,通过Simulink-CarSim 联合仿真试验平台,验证所提出算法在非高斯环境双移线和正弦波转向输入工况下的有效性。【结果】 在非高斯环境下,传统无迹卡尔曼滤波算法存在收敛性差、跟踪性能弱、跟随误差大的问题。相比之下,所提出算法能更好地抑制非高斯噪声,其收敛性和跟踪性能均得到显著提升。该算法能够有效且精确地估计车辆的横摆角速度、纵向速度、侧向速度等关键状态参数。【结论】 在非高斯噪声环境下,所提出算法展现出优越的鲁棒性,从而能够为实际车辆动力学控制系统提供更准确、更可靠的状态信息,进而有效提升车辆的主动安全性与行驶稳定性。

【目标】 为提升隧道爆破过程中邻近建筑物振动响应预测的准确性,提出一种考虑介质界面效应的质点峰值振动速度计算模型。【方法】 基于爆破应力波在岩土体介质中传播与反射的物理机制,结合弹性波理论,考虑不同介质界面转换条件下入射角和反射角对应力波传播路径与幅值的影响,提出了爆破振动质点峰值振速理论公式。以宝鸡-汉中高速公路关林子隧道出口段为工程实例,通过现场监测点测试的爆破振速数据,对所建理论预测模型进行验证。【结果】 将监测断面5个监测点实测监测点峰值振动速度与理论预测值进行对比分析,测点理论预测值与实测值趋势基本一致,质点振速呈现出随爆源距离的增加而逐渐减小的趋势。从相对误差结果看,最小误差为3.83%,最大误差为13.97%,平均误差为8.21%,因此相对误差较小。【结论】 采用本研究提出的考虑界面影响的爆破振动质点峰值振速理论公式能够准确预测爆破振动对临近建筑物的影响,且与实测值的相对误差较小,表明考虑界面影响能较好反映爆破应力波在不同介质传播的规律,能较准确地预测质点振动速度。

Smart highways have been a focal point in China's road transportation sector in recent years, garnering significant attention from government departments, highway operators, industries, and academia. A series of demonstration projects have been implemented, yielding substantial results. Currently, the field of smart highways still faces numerous challenges. There is an urgent need to integrate interdisciplinary theories, fully apply cutting-edge technologies represented by new-generation digitalization and artificial intelligence, and align with China's social structure, governance models, and practical needs. This will facilitate the transition from "information guidance" to "collaborative optimization" and further to "autonomous operation," thereby supporting the national goal of building a country with a strong transportation network and contributing to China's transportation modernization.

To this end, the editorial office of the Journal of Highway and Transportation Research and Development has organized dozens of domestic professors, scholars, and experts to systematically summarize the research, development, and applications in the field of smart highways and related areas over recent decades. Their work covers the evolution of smart highways, traffic information monitoring, key technologies in traffic control, traffic safety, vehicle-road coordination, and autonomous driving, while also offering insights into future prospects. This is a highly significant undertaking for the digital and intelligent development of China's highway transportation, providing a wealth of resources for academic research and technological development in related fields.

【目标】系统评估线型轮廓标在不同半径高速公路隧道弯道中的适用性,为优化隧道弯道视线诱导系统设置、提升行车安全性提供依据。【方法】构建了4种轮廓标类型(国标传统型、短条形、中条形和长条形)与3种弯道半径(500 m、1 500 m、2 500 m)组合的模拟驾驶场景,以30 Hz频率采集车辆在隧道弯道区域(接近段、弯道段、驶离段)的速度数据,并分析弯道段平均速度、速度曲线趋势、速度选择指标(开始减速位置、入弯速度、最低速度、出弯速度)以及速度控制指标(减速幅度和速差)。【结果】在3种半径的弯道,线型轮廓标的适用性均优于国标中规定的传统轮廓标;不同长度的线型轮廓标在接近段和弯道段的作用效果有显著性差异;在接近段,相较于短条形轮廓标,中条形和长条形轮廓标有助于驾驶人对前方弯道早发现、早决策、早行动,具有让驾驶人提前开始减速的效果。【结论】推荐在隧道弯道设置线型轮廓标;500 m小半径弯道应慎用长条形,以防安全隐患;1 500 m中半径弯道可根据控速需求灵活选择长度;2 500 m大半径弯道不同线型轮廓标差异不大,可选用短条形以控制成本。中条形轮廓标因在各半径下均能诱导驾驶人提前减速且速度曲线正常,被推荐为适用范围最广的方案。

【目标】为全面了解交通流预测在智能交通领域的发展趋势和研究现状,收集了2003至2023年在Web of Science核心数据库中发表的551篇文献作为研究数据源。【方法】采用文献计量分析方法,运用VOSviewer文献计量工具从多维度对基于机器学习的交通流预测进行全面综述分析。基于期刊和协作网络图分析,确定最具影响力的期刊、国家、机构和作者。同时,利用参考文献共引和关键词共现分析,探讨了交通流预测的核心研究议题和演变趋势。利用关键词共现分析来识别该领域的主要研究集群,从统计学、传统机器学习和深度学习3个研究热点作为切入口,探讨了交通流预测技术在智能交通领域的发展现状。【结果】IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems期刊的文献数量远超其他期刊,中国文献发表数量位居首位,然而,跨团队和跨国合作仍需加强。由近年来的核心文献中发现,深度学习、神经网络等技术已成为交通流预测的主要研究议题。【结论】交通流预测技术面临数据质量、计算复杂度和模型泛化能力3大挑战。未来研究应聚焦提高数据质量、优化模型结构、探索轻量化模型及提高模型泛化能力,并借助大数据、大模型等技术推动智能交通领域的持续发展和跨学科合作。

【目标】智能网联车辆(ICV)普及过程中将长期存在其与人工驾驶车辆(HDV)混行的交通流。由于不同HDV驾驶人对ICV的接受态度存在差异, 其跟驰行为也不同, 亟需制订考虑该差异的精细化车道管理策略。【方法】通过问卷调查获取308名HDV驾驶人跟驰ICV的行为与态度数据, 采用K-means聚类将其划分为积极型与消极型两类, 并分别标定跟驰模型参数; 在此基础上设计4种专用车道管理方案, 利用SUMO仿真平台搭建单向三车道高速公路基本路段场景, 以通行能力、区间平均车速和车辆碰撞时间为指标, 量化评价不同ICV渗透率与HDV行为构成下各方案的适用性。【结果】积极型与消极型的行为存在显著差异: 积极型HDV跟驰ICV与跟驰HDV表现一致, 消极型HDV则扩大车头间距并倾向紧急调整车速。混行交通流运行效率与安全性随ICV渗透率及积极型HDV占比的提升而增大。当ICV渗透率为0.3, ICV渗透率为0.6但积极型HDV占HDV比例低于0.6时, 宜设置1条ICV与积极型HDV混行车道; 当ICV渗透率为0.6且积极型HDV占HDV比例低于0.6时, 宜设置1条ICV专用车道; 当ICV渗透率为0.9但积极型HDV占HDV比例低于0.4时, 宜设置两条混行车道; 当ICV渗透率为0.9且积极型HDV占HDV比例高于0.4时, 宜设置2条ICV专用车道。【结论】混行交通流车道管理策略应综合考虑ICV渗透率与HDV驾驶人对ICV接受态度的构成特征, 动态调整专用车道数量及准入规则, 以兼顾通行效率与行车安全。

【目标】 为了量化分析无信号交叉口行人过街安全性,提出基于交通冲突技术并考虑行人一次过街过程连续性的接续冲突判别与分析方法。【方法】 以沈阳市一环形立交的6处无信号交叉路口约9 h的无人机航拍视频为基础,应用T-Analyst软件获取道路使用者运动轨迹及冲突指标,构建融合了后侵入时间、转向角速度变化率和加速度变化率的冲突严重程度综合评估指标,并以指标的85%分位值界定严重冲突。最后分别采用负二项分布模型和配对样本T检验方法分析接续冲突产生规律及接续冲突中2次冲突的严重程度差异。【结果】 6个调查地点共发生925组接续冲突,其中根据冲突严重程度综合评估指标判别的严重冲突423次,而后侵入时间、转向角速度变化率、加速度变化率3个单一指标判别的严重冲突依次为279,398,596次;接续冲突的产生与行人、机动车、非机动车交通量密切相关,且在行人流量＞10人/min,机动车、非机动车流量分别在6~9辆/min和10~16辆/min时,接续冲突数最多,当机动车流量继续增大时,因可接受间隙变小而导致接续冲突数降低;当行人过街遭遇接续冲突时,2次冲突的严重性差异主要取决于冲突对象类型(机动车或非机动车),并且与非机动车冲突的严重程度更高。此外,环形交叉口处合流区的行人过街风险显著高于分流区。【结论】 研究结果不仅丰富了交通冲突分析方法体系,也为行人过街交通安全改善提供了依据。

【目标】为提升公路施工便道建设质量与通行安全,针对施工便道典型重型运输车辆的爬坡性能开展研究,系统研究了便道纵坡关键指标。【方法】调研国内9条高速公路及1条省道工程中的便道建设情况,梳理通行常用施工运输车辆类型,确定自卸车与半挂车作为代表车型,获取关键车辆设计参数。基于车辆动力特性理论,建立驱动平衡方程与动力因数模型,计算不同挡位、坡度下的车辆平衡速度,分析爬坡过程中速度衰减规律及驾驶员操作行为。通过实车试验测量典型纵坡路段的车辆行驶速度,与TruckSim仿真模拟车辆运动状态对比,验证理论计算结果的可靠性。【结果】通过车辆动力特性计算所得的纵坡符合实际便道使用要求;自卸车与半挂车的爬坡性能存在显著差异,半挂车在相同坡度下平衡速度更低且挡位切换更频繁。实车试验表明,驾驶员坡道驾驶行为与理论分析一致;仿真结果显示,纵坡越大,换挡时速度衰减越明显,理论计算值与仿真值误差小于0.5 km/h,验证了模型有效性。【结论】综合理论计算、试验验证及工程安全性考量,推荐出对应代表车型在不同设计速度下的便道纵坡坡度设计指标。研究成果为公路施工便道纵坡设计提供了可直接应用的量化指标,对保障施工车辆通行安全具有重要意义。

【目标】目前重载货车交通事故数量逐年上升, 重载货车运输事故造成的损害往往更为严重, 而分析影响重载货车运输事故严重程度的因素, 对重载货车运输事故预防至关重要。【方法】通过收集美国事故记录采样系统数据库中2016—2020年的重载货车运输事故数据2 616条, 运用相关性分析和递归特征消除算法进行了特征筛选, 从驾驶员、车辆、道路、环境、时间、空间和事故形式7个维度提取了15个影响重载货车事故严重程度的潜在因素, 并使用基于K近邻的自适应合成抽样算法(ADASYN)消除了训练集的类别不平衡问题。在数据处理基础上, 采用LightGBM, XGBoost, RF和SVM算法分别构建了4种事故严重程度预测模型, 然后引入SHAP方法分析了特征因素对事故严重程度的影响机制。【结果】构建的LightGBM模型综合性能最优, 就预测性能而言, LightGBM模型预测更准确, 其精度、F1值和AUC分别为0.872 1, 0.872 4和0.966 9;就训练速度而言, LightGBM模型的训练速度(7.65 s)比XGBoost快2.5倍多, 比SVM和RF分别快7倍和16倍。【结论】基于SHAP框架的模型解释显示, 碰撞方式、不安全驾驶行为、时段、月份、日期类型、行车道属性是影响事故严重程度的关键因素。其中, 酒驾或毒驾、不遵守交通标志或信号、深度疲劳驾驶、超速行驶、违规分心驾驶、正面相撞、角度碰撞, 会较大程度促进重伤和死亡事故发生, 并且重载货车在0:00—4:00时段发生死亡事故的概率偏高。研究结果可为重载货车运输事故预防及其运输安全管理提供一定理论依据。

【目标】明确混凝土实心板梁桥的温度梯度作用模式, 准确评估日照环境下的温度效应。【方法】首先采用有限元软件ABAQUS对混凝土板梁桥的温度场进行了分析, 对温度分布特征进行简化, 得到了竖向温度梯度模式; 其次, 采用桥位处气象站10 a的观测数据对混凝土板梁温度进行了长期模拟, 基于GP分布的超阈值极值模型得到了混凝土板梁桥百年一遇的温差代表值; 最后将提出的温度梯度模式与现有规范进行对比, 并探究了不同厚度沥青铺装对温度分布的影响规律。【结果】在日照辐射和环境温度作用下, 板梁外表面迅速升温, 而核心混凝土传热慢升温慢, 截面呈现出顶、底面温度高, 内部温度低的梯度模式。混凝土板梁沿高度方向的非线性分布可采用顶部直射辐射升温段和底部反射辐射升温段2个指数曲线进行描述。沥青铺装对混凝土板梁桥竖向温度梯度顶部温差影响显著, 随着从0增加至150 mm, 顶部温差从21.59 ℃降低至10.86 ℃, 且存在明显的线性规律, 决定系数达到0.989 5, 拟合效果良好, 可以为不同铺装厚度下混凝土板梁温度梯度的精确取值提供参考。【结论】研究提出的混凝土板梁桥竖向温度梯度模式不存在中国规范及欧洲规范中的等温段, 温度连续性更好, 且温差取值更符合极限状态设计法要求。

【目标】针对现有模型预测精度不理想的问题, 为进一步提高预测的精度, 提出一种改进全连接神经网络模型用于交通流量预测。【方法】首先定义一自定义层, 在该层加入一权重矩阵和一偏置项, 输入经过乘以权重和加上偏置项的线性变换, 再通过激活函数进行非线性转换进行前向传播。自定义名为Explainer_model的模型函数, 该函数用于构建、训练和预测模型, 利用压平层将输入数据展开为一维数组。使用两个全连接层, 且在全连接层之间使用Dropout层来减少过拟合风险。全连接神经网络通过反向传播算法进行训练。在优化器选择上, 通过对比验证, 使用优化效果最好的Nadam优化器。最后添加一个具有1个输出单元的全连接层用于输出结果。【结果】为验证模型的有效性, 采用中国陕西境内某条高速公路4个采集点的每小时交通流量数据进行试验, 利用改进的神经网络对时间序列进行建模, 并与门控循环单元(GRU)、长短期记忆神经网络(LSTM)、CNN-LSTM和CNN-GRU这4种神经网络模型作对比。结果表明, 改进后的全连接神经网络预测模型较以上4种模型有更好的表现。【结论】所提出的预测模型可有效用于对具有季节性和趋势性的数据进行预测, 在公路交通流量预测场景中具备一定精度与稳定性, 可为交通管控与路网规划提供一定的决策依据与技术支撑。

【目标】为准确预测信号交叉口区域内周围车辆的换道决策行为, 提出一种基于时空图卷积神经网络的换道决策预测方法, 以提升自动驾驶车辆的行车安全性与乘坐舒适性。【方法】首先利用图论对交叉口区域换道车辆与周边车辆间的空间交互关系进行建模, 通过GCN提取多车交互的空间特征; 进而采用LSTM神经网络挖掘空间关系在时间维度上的演化规律; 最后由全连接网络结合Softmax函数输出换道决策的分类结果。【结果】基于无人机轨迹数据提取2 875个有效样本进行模型训练与验证, 结果表明: 在特征提取时间窗口为4 s、预判时间为―2 s时模型预测性能最佳, 总体准确率相比LSTM, GCN, SVM和XGBoost这4种基线模型平均提升4.3%, 达到了91.3%;消融试验进一步证实, 时空信息融合建模在预测精度和不同换道类型间的均衡性上均优于单一维度特征建模。【结论】该研究为网联环境下多车交互建模与换道行为预测提供了一种有效的新方法, 有助于增强高级辅助驾驶及自动驾驶系统的安全决策能力。

【目标】为解决传统路面病害检测中人工巡检效率低下、移动端部署时模型计算复杂度高及特征表征能力不足等问题,设计了一种融合RT-DETR与YOLOv11优势的混合架构检测方法RC-YOLO。【方法】 该方法采用结构重参数化技术,将RepConv结构嵌入HG Block形成RC-HG Block模块,训练时启用多分支异构架构,推理时融合为单一卷积核,兼顾检测精度与计算效率;基于RC-HG Block构建RC-HGNetV2特征网络,通过四阶段渐进式特征金字塔与跨层特征增强策略,强化多尺度特征表达以提升细微病害识别能力;提出空间边缘感知增强注意力机制(SEAM),利用边缘提取与标准卷积的双路径互补框架,增强模型对道路病害线性结构及纹理特征的敏感度;将SEAM集成至C3K2模块并插入特征金字塔高层语义层,提升了模型对局部边缘细节与全局语义信息的交互能力。【结果】混合架构模型RC-YOLO在自建数据集与公共数据集上均取得最优性能,自建数据集mAP50达81.3%,较YOLOv11和RT-DETR分别提升5.4%和8.3%。在计算效率方面,模型参数量较YOLOv11减少19.4%,计算量降低9.5%。【结论】该混合架构通过协同优化计算效率与检测精度,在保持轻量化特性的同时,显著提升复杂场景下道路病害检测的精度与鲁棒性,为公路养护模式的智能化转型提供了可行的技术方案。

【目标】悬索桥几何非线性效应显著, 其成桥状态主缆找形迭代计算中受计算初始值及迭代增量影响, 存在计算发散、计算效率低等问题。为探究悬索桥施工期主缆与主索鞍间摩擦接触效应对主缆找形的影响, 本文开展主缆找形解析算法研究。【方法】首先, 根据缆索索端斜率与缆力斜率关系, 建立缆索高度递推计算公式; 其次, 根据力学平衡条件建立吊点力学关系式; 然后, 根据跨中点标高及末端标高闭合条件, 建立成桥状态主缆找形解析方程组; 最后, 通过求解构建的非线性方程组以实现成桥主缆找形。根据无应力长度守恒原则、主缆与索鞍间摩擦接触方程及相容条件, 构建施工期主缆解析方程式。【结果】成桥主缆找形解析算法计算结果与有限元值的线形及无应力长度计算差值控制在3.0 mm以内, 解析算法具有计算效率高、可参数化建模等优势。【结论】主缆与索鞍间的摩擦接触效应对中跨和边跨主缆的影响不同, 且随着吊梁施工的推进, 二者影响的差值呈现非线性, 其非线性效应越加显著。摩擦接触效应影响主缆线形计算结果的根本原因为缆索在主索鞍切点位置的变化, 悬索桥施工期主缆与索鞍摩擦接触问题宜引起重视。

【目标】路面内部力学传感器高频响应信号的处理和分析是当前路基路面野外科学观测工作的研究重点, 如何获取路面结构内部的真实力学响应信号特征是确定路面结构力学响应状态、研究路面结构服役性能演化规律的重要依据。【方法】本研究依托足尺路面试验环道, 针对实车荷载和落锤式弯沉仪(Falling Weight Deflectrometer, FWD)落锤荷载作用下路面结构内部的力学响应信号, 进行了2种荷载作用模式下路面结构动态响应的信号特征和时频特性分析, 介绍了基于时域、频域和小波域的3种常见滤波降噪方法, 对比了移动平均、低通滤波和小波变换对路面动态响应信号的处理效果, 并进行了不同滤波降噪方法的适用性分析。【结果】连续实车荷载和定点FWD落锤荷载作用下路面响应信号具有不同的作用特征, 定点FWD作用下的信号更具稳定性, 响应波形更加清晰简单; 由于FWD荷载相较于实车荷载作用更有瞬时性, 其对不同滤波方法更加敏感, 通过对比发现, 移动平均步数和低通滤波截止频率的选择对滤波效果的影响较大, 小波变换的滤波降噪方法还原度高, 更能反映原始信号的有效特征。【结论】研究成果可为路基路面野外科学观测中动态力学响应信号的数据处理和信号分析提供技术支撑。

【目标】装载稳定性是确保车辆行驶安全的关键因素。本研究以集装箱半挂车为对象, 旨在探讨兼顾装载稳定性和装载效率的车辆配载优化问题。【方法】首先, 提出了一个考虑装载稳定性的多车辆配载问题, 并将其分解为2个子模型: 以空间利用率最大化为目标的墙单元构建子模型和以使用车辆数及合重心偏移量最小化为目标的墙单元指派子模型。其次, 设计了一种基于筑墙法和改进遗传算法的混合启发式算法进行2阶段求解: 阶段1采用筑墙法将待装载货物组合成候选墙单元集合; 阶段2设计改进遗传算法将墙单元装车, 通过调整墙单元在车辆中的位置, 在满足装载稳定性要求的前提下最大限度地提升车辆装载效率。最后, 通过对文献算例和企业实例数据进行优化求解, 验证了模型与算法的有效性。【结果】与文献算法相比, 本研究算法使货物的合重心纵向偏移量减少了15.11%, 能够更好地实现装载稳定性; 与企业现实装载方案相比, 本研究算法使车辆平均多装载了1 067.5 kg货物, 货物的平均合重心纵向偏移量减少了38.58%, 车辆平均容积利用率提高了1.21%, 车辆平均载重量利用率提高了3.15%。【结论】该研究成果能够在实现装载稳定性的同时获得较高的车辆利用率, 为解决考虑装载稳定性的集装箱半挂车配载优化问题提供一定的方法参考。

【目标】针对目前沥青混合料骨架结构认识的不足以及骨架构成判断标准的不确定性等问题, 研究利用IPAS-2图像处理软件对开级配排水沥青混合料骨架进行分析。【方法】运用阈值分割把图像分成2个目标区域, 一类代表骨架(目标物体), 另一类代表孔隙。在此基础上通过像素识别出粒径大于2.36 mm的粗集料以及接触距离小于0.54 mm的接触点, 从而对沥青混合料的细观骨架结构及其参数(接触点数量、平均接触线长度、平均配位数、接触方向角以及内部结构指数)进行识别和统计。最终对统计结果与试验测得的沥青混合料宏观力学性能(马歇尔稳定度、劈裂强度、车辙动稳定度)进行皮尔逊相关性分析以及线性回归分析。【结果】马歇尔稳定度表征的沥青混合料抗变形能力分别与接触点数量和平均配位数的皮尔逊相关性系数为0.87和0.85, 劈裂强度表征的间接抗拉强度分别与接触点数量和平均配位数的皮尔逊相关性系数为0.94和0.94, 而内部结构指标与车辙动稳定度的线性回归方程相关系数为0.934 4。【结论】研究提出的细观骨架指标与试验测得沥青混合料宏观力学性能有良好的相关性, 可用来表征开级配排水路面沥青混合料宏观力学性能。

【目标】为提高网络货运平台运输资源配置效率、降低货运行业运输成本, 针对同城短途货运场景, 在综合考虑车货动态需求及匹配成功率的基础上提出一种提高装载率、资源利用率的车货匹配策略。【方法】为实现有效货物组合, 且满足货物先到先匹配的实时性需求, 采用拼货运输组织形式, 设计货物组合方案, 建立车辆与货物组合的双边匹配评价指标, 涉及匹配维度包括了车型装载、时间线路和运输成本, 并通过加权得到双边综合匹配度。在此基础上, 设计基于贪心思想的动态车货匹配算法, 建立滑动时间窗的动态车货匹配模型。并以北京市为例进行货运情景分析, 评估模型在优化资源配置方面的效果, 并分析不同时间窗宽度、车货资源比例下匹配结果的适用性。【结果】该策略下各运输场景的装载率、匹配成功率相比传统整车匹配模型提高20%, 10%左右, 节约将近一半的车辆资源, 同时车货双方的运费利润结果均具有明显优势。该策略在不同场景具有较强的灵活性和适应性, 不同车货资源比例下, 资源利用率和装载率均保持稳定。随时间窗灵活调整, 匹配成功率始终保持在95%以上, 动态需求响应良好。【结论】实际应用时可根据系统中不同车货资源比例情况, 确定合适的时间窗, 以实现系统最优化。

【目标】为精准进行短时交通流预测, 挖掘交通流数据潜在价值, 同时为交通管理部门和出行者提供科学决策依据, 提出基于改进蜣螂优化算法(IDBO)优化支持向量机(SVM)的短时交通流预测模型(IDBO-SVM)。【方法】通过引入Bernoulli混沌映射解决传统DBO算法初始种群分布不均问题, 避免算法陷入局部最优; 加入自适应权重因子改进偷窃蜣螂位置更新公式, 平衡算法全局搜索与局部开发能力; 融入差分进化(DE)策略增强算法后期收敛能力, 提升模型精度; 选取8个基准测试函数对IDBO算法进行仿真验证, 再基于英国M6高速公路真实交通流数据, 将IDBO-SVM模型与PSO-SVM, DE-SVM, DBO-SVM模型进行预测性能对比, 以验证所提出模型的有效性。【结果】仿真结果表明, IDBO算法在单峰、多峰和固定维多峰测试函数上均具备出色的寻优性能, 寻优速度和精度较传统算法显著提升; 预测结果显示, IDBO-SVM模型MAE为23.14(改善0.11~3.53), RMSE值为30.79(改善0.21~4.57), MAPE值为3.77改善(0.005~0.87), 预测精度大幅优于对比模型, 能够实现短时交通流精准预测。【结论】该IDBO-SVM模型通过多维度改进蜣螂算法优化SVM参数, 有效克服了传统模型的性能缺陷, 可精准完成短时交通流预测, 具有一定应用前景。

【目标】以某公路隧道连拱段为研究对象, 深入研究无中导洞法后行洞施工引起的先行洞初期支护与二次衬砌受力显著增大和衬砌开裂等问题。【方法】首先, 通过现场监测试验掌握先行洞施工过程中初期支护内力分布特征; 然后, 采用三维数值模拟的方法对后行洞不同施工工法引起的先行洞初期支护及二次衬砌内力变化进行对比, 并分析先行洞仰拱右侧二次衬砌拉应力过大的原因; 最后, 采取中墙基底注浆加固的方法有效改善先行洞二衬结构受力状态。【结果】随着后行洞开挖, 先行洞初期支护结构受力显著增大且明显处于偏压状态, 先行洞拱顶钢架外侧拉应力最大, 达到142.4 MPa; 右侧拱肩钢架外侧压应力最大, 达到201.4 MPa。后行洞开挖对先行洞初期支护受力影响较小, 而对先行洞二次衬砌受力影响较大。当后行洞采用CD法施工时先行洞仰拱二次衬砌最大拉应力相较三台阶法显著降低。在后行洞开挖后, 中墙上侧与基底围岩塑性区面积急剧增大, 先行洞基底承载力显著降低导致仰拱右侧二次衬砌拉应力集中。基底围岩加固能明显改善先行洞受力状态且能显著降低先行洞仰拱二衬最大主应力, 推荐在中墙基底左右对称宽12 m、深3 m的区域内注浆加固。【结论】本研究通过对后行洞施工工法进行优化显著减小了对先行洞的影响, 并通过中墙基底加固的方式有效改善了先行洞二次衬砌受力特征。研究结果可为类似连拱隧道工程设计与施工提供参考。

【目标】为了更准确地预测公路货运价格, 提高公路货运订单成交率, 解决公路货运价格定价标准模糊、托运人与实际承运人之间信息不对称的问题, 提出在公路货运订单层面采用灰色关联分析(GRA)结合改进粒子群算法(IPSO)、支持向量回归(SVR)的公路货运价格预测方法。【方法】首先, 采用顺丰货运订单数据集, 利用K近邻算法填补数据缺失值; 将货运订单数据集中的分类特征转换为数值型特征, 将数据进行归一化处理, 消除特征间不同量纲的影响, 完成数据的预处理。其次, 使用GRA计算不同特征对于公路货运价格的灰色关联度, 选择灰色关联度大于0.8的特征作为主要影响因子。然后, 考虑到标准粒子群算法容易过早陷入局部最优的问题, 引入非线性递减惯性权重和非对称学习因子, 以平衡粒子群算法的局部搜索与全局搜索能力, 实现对标准粒子群算法的改进。最后, 以决定系数作为目标函数, 采用IPSO对SVR中的惩罚因子、核函数系数、不敏感损失函数进行迭代寻优, 将公路货运价格的主要影响因子作为IPSO-SVR的输入, 最终得到公路货运价格的预测结果。【结果】IPSO-SVR相较于PSO-SVR, SVR, BPNN, 其平均绝对误差、均方根误差、平均绝对百分比误差最低, 决定系数最高, 分别为117.87, 332.20, 0.12, 0.98。【结论】GRA-IPSO-SVR公路货运价格预测模型具有良好的预测能力, 可为公路货运定价提供有效方法支撑。

【目标】评估不同形式护栏对小型客车碰撞行为的影响机制,揭示碰撞能量分配及损伤演化作用规律,为护栏结构优化与标准修订提供试验与理论依据。【方法】首先构建融合规范指标的多维评价体系,包括车辆动能损失率、接触长度、转向角度、侵入距离及加速度峰值等参数;其次集成车辆外部损伤与内部变形的量化方法,建立护栏安全性能与车辆损伤的协同评估框架;最后采用实车足尺碰撞试验,对比小型客车撞击波形梁护栏、梁柱式护栏及混凝土护栏的碰撞动态响应与损伤特征。【结果】波形梁护栏吸能性能最优,其车辆动能损失率达66.6%至83.1%,分别为混凝土护栏的3~6倍和梁柱式护栏的2倍;接触长度介于774.8~1 225.5 cm,较混凝土护栏和梁柱式护栏分别延长42%至63%和236%至431%;纵向加速度峰值较混凝土护栏降低63%至80%,较梁柱式护栏减少35%至54%,缓冲效果显著。当压实度降至81%时,波形梁护栏侵入距离增大9.5%;梁柱式护栏因刚性连接造成局部损伤加剧,最大变形深度674 mm。【结论】研究提出将动能损失率等纳入评价体系,并将内部变形作为新能源车电池防护关键指标。后续需扩展试验样本、统一车型参数并验证多工况适用性,以提升工程应用价值。

【目标】作为人类生存、生产、生活与发展所必需的关键基础, 城市道路交通系统中普遍存在着供给与需求在时间和空间上高度不匹配的现象, 引发较为严峻的拥堵、事故、排放以及低效等问题。城市道路交通拥堵溯源研究对于实现路网的交通供需动态平衡具有关键性理论意义和实用价值。本研究旨在系统梳理其在智能交通领域的研究现状与发展趋势。【方法】首先, 基于城市道路交通出行需求的分布特征、瓶颈状态的演化规律及拥堵问题的深层致因, 构建了城市道路交通拥堵溯源分析的三层次方法论体系: 第一层次为起讫点溯源分析, 追溯导致城市道路拥堵的交通流的起讫点等信息; 第二层次为交通瓶颈溯源分析, 对城市道路瓶颈交通状态的时空演变规律进行刻画; 第三层次为致因溯源分析, 探究造成城市道路供需不匹配问题的本质原因。在此基础上, 以CNKI核心数据库和Web of Science核心合集为数据源, (时间跨度分别为2003—2025年、1994—2026年), 采用"拥堵溯源""OD估计""瓶颈识别""致因分析"等组合关键词进行文献检索, 最终纳入183篇核心文献, 结合VOSviewer文献计量方法, 对现有研究成果进行系统归纳与评述。【结果】研究表明, 现有的溯源分析已初步实现了从单一断面的流量统计向路网级时空轨迹重构的跨越: 起讫点溯源能够有效掌握导致拥堵的交通需求在路网上的分布情况, 实现道路的车源定位; 交通瓶颈溯源实现了对拥堵瓶颈产生的时空信息分析确定, 追溯交通状态的演化规律; 致因溯源则尝试从规划、设计与管理层面探寻拥堵生成的深层根源。而随着交通大数据技术的不断进步, 精准可靠的多源异构数据持续积累, 正推动着城市道路交通拥堵溯源分析方法体系及其实践的创新发展, 有效地提高了拥堵溯源分析结果的精准性和实时性。【结论】本文所构建的三层次方法论体系, 对于推动城市道路交通拥堵溯源分析研究及未来城市交通系统的可持续创新具有重要指导意义。【展望】在未来的研究趋势上, 城市道路交通拥堵溯源分析方法应结合多源数据与模型方法, 形成多层次溯源体系, 重点应用分析城市路网中的关键路段。未来研究发展方向归纳为以下3个方面: 数据驱动与机理模型相结合的溯源分析方法、交通拥堵溯源与城市交通系统重构、从溯源诊断到靶向治理的转化应用。

【目标】针对钢管混凝土拱桥脱空缺陷检测中识别精度不足、参数依赖经验性强及抗噪性能较弱等问题, 本研究提出一种脱空智能检测方法。【方法】首先, 基于钢管混凝土拱桥脱空数值模型, 施加瞬态矩形脉冲荷载模拟敲击激励并获取加速度响应信号。然后, 采用蝗虫优化算法(GOA)优化变分模态分解(VMD)参数, 构建GOA-VMD自适应信号分解框架, 并结合Teager能量算子与同步挤压小波变换实现微弱脱空特征增强及时频表征。最后, 构建综合循环峰度熵(CKE)指标, 并结合多因素方差分析和梯度提升树模型实现脱空状态识别与评估。【结果】无损状态与脱空状态下的CKE值分布存在显著差异, 显著性概率为0.048, 这表明CKE指标对脱空损伤具有良好的识别能力。测量位置是影响CKE响应的最显著因素, 且厚度与测量位置交互作用达到显著水平。当脱空厚度为0.4 mm时, CKE标准差较0.2 mm工况和0.3 mm工况提高约15%。采用同位敲击-测量布置方案时, CKE标准差较其他方案降低约72%。【结论】所提方法可有效识别钢管混凝土拱桥不同位置及不同程度的脱空缺陷, 具有较好的稳定性、抗噪性和工程适用性, 可为桥梁健康监测系统中的脱空检测与状态评估提供技术支撑。

【目标】为了精确量化近断层地震动引起的剧烈轴力变化对圆端形实心桥墩抗震性能的影响机制, 本研究采用拟静力试验、精细化数值模拟与理论分析, 弥补当前规范与评估方法在此方面的不足, 并为性能化设计与震后评估提供理论依据。【方法】首先, 设计并制作了2个具有不同剪跨比与配筋率的圆端形桥墩缩尺试件, 构建了随水平位移变化而动态调整桥墩轴力的混合加载制度并开展试验, 旨在模拟地震下最不利荷载组合。其次, 基于OpenSees平台建立了近断层桥梁非线性时程分析模型, 采用纤维-分层壳复合单元准确模拟桥墩的弯剪变形, 并输入7组近断层脉冲型地震动记录进行分析。最后, 基于试验与数值分析结果, 对适用于圆端形实心桥墩的Park-Ang损伤指数进行修正, 提出了考虑变轴力的抗震性能指标计算方法。【结果】变轴力导致桥墩性能响应呈现高度不对称性, 试件在轴力增大方向(正向)的峰值强度均为轴力减小方向(负向)的150%, 且损伤发展、刚度退化及残余变形在正负方向差异显著。数值模拟进一步揭示了桥墩关键滞回环的单圈耗能占比高达40%~60%, 占全过程损伤的主导地位。考虑变轴力的抗震性能指标计算方法对桥墩性能水平的预估准确率达75.6%, 较忽略轴力变化的传统方法精度提升6%。【结论】轴力作用对圆端形实心桥墩具有一定影响, 建议在桥墩性能评价中纳入变轴力因素。

【目标】针对智能交通系统中交通流数据具有高度非线性、动态时空相关性及显著周期性模式的特点, 现有预测方法往往难以充分挖掘节点间隐含的长时依赖规律与动态空间关联, 导致复杂路况下的预测精度受限。为了克服这一难题并全面提升预测性能, 本研究提出了一种融合近期感知特征与周期感知特征的双重感知时空图注意力(DPST-GAT)。【方法】该模型构建了双通道特征提取框架。近期感知模块设计了融合自注意力机制的时间卷积网络(TCN-SAM), 通过位置编码重构输入以捕捉时序依赖; 并结合改进的基于距离的图注意力网络, 利用空间距离阈值筛选邻居节点, 精准提取局部空间特征。周期感知模块引入时空相似性聚合算法, 应用深度嵌入聚类技术挖掘周期性模式, 识别物理位置非邻接但变化趋势相似的节点, 从而捕获全局长时依赖。【结果】基于PeMS03, PeMS04, PeMS07和PeMS08这4个真实数据集的对比试验显示, DPST-GAT在长短期预测中均表现优异。与SVR, LSTM, STFGNN等8种主流基线模型相比, 该模型在均方根误差指标上较性能最优的STFGNN分别降低了6.30%, 3.16%, 5.66%以及7.01%。【结论】引入的自注意力机制、空间距离约束及聚类挖掘策略有效强化了模型对动态时空异质性的建模能力, 显著提升了预测准确性与鲁棒性。

【目标】针对传统道路裂缝分割方法分割精度低、模型参数量大的核心问题, 提出一种轻量且高效的裂缝分割网络, 以实现精度与轻量化的平衡。【方法】采用改进DeepLabV3+的编码器-解码器结构构建轻量级裂缝分割网络, 核心改进包括2方面: 一是将原始模型的特征提取网络Xception替换为轻量级MobileNetV3, 通过深度可分离卷积与通道注意力机制结合, 在高效提取裂缝特征的同时降低参数量; 二是在特征提取网络输出端嵌入高效通道注意力机制模块, 通过自适应分配各通道权重, 强化网络对裂缝像素特征的关注, 提升分割精度。整个网络以道路裂缝图像为研究载体, 通过特征提取、注意力增强、编码解码映射完成裂缝分割。在道路裂缝森林数据集上, 所提网络的平均交并比和F1得分较传统SegNet方法分别提升11.6%和5.4%;在CRACK500数据集上, 平均交并比较SegNet提升1.1%, F1得分较NestNet提升17.5%。CRACK500数据集上的消融试验显示, 与原始DeepLabV3+相比, 所提网络平均交并比提升0.7%、F1得分提升0.6%, 模型参数量减少89.5%, 训练时间缩短64.1%, 验证了网络轻量性与有效性。【结论】本研究的核心创新在于通过MobileNetV3替换与高效通道注意力机制嵌入, 实现了DeepLabV3+网络的轻量化改进, 解决了传统方法精度与参数量的矛盾。

【目标】为了更准确地模拟岩土工程的剪切变形和揭示土石混合体的剪切力学性质, 研发了一台室内大型叠环单剪仪器。【方法】首先, 对含石率60%的土石混合体分别开展了叠环单剪和直剪试验, 详细对比了这2种试验方法测得的剪应力-剪切位移比关系特征、抗剪强度和强度参数。其次, 对不同含石率的土石混合体进行了叠环单剪试验, 探讨了含石率对剪应力-剪切位移曲线、抗剪强度和强度参数的影响。【结果】叠环单剪试验所得的最终抗剪强度比直剪试验的高, 其应力-应变曲线可以划分为剪密、近弹性和应变硬化三阶段。抗剪强度与含石率、法向压力呈正相关, 符合摩尔-库仑强度准则。不同含石率的土石混合体的剪应力-剪切位移曲线变化规律基本相同, 但抗剪强度指标变化较大, 表现为黏聚力随含石率增大而减小, 内摩擦角随含石率增大而增大, 且黏聚力对含石率的变化更为敏感。含石率与黏聚力、内摩擦角之间均满足幂函数关系。【结论】该仪器能更真实地反映土石混合体剪切特性。含石率是影响其力学性质的关键因素, 所得幂函数关系可为工程参数选取提供参考。

【目标】为了提高寒区高速公路路侧安全运行水平, 针对冰雪路面低附着系数的特殊工况, 开展了冰雪环境下高速公路路侧净区宽度研究。【方法】选取圆曲线半径、硬路肩宽度、纵坡坡度、边坡坡度、边坡高度、路面附着系数、车速和车型8个路侧事故风险因素, 基于PC-Crash低路面附着系数仿真试验, 收集2 808组数据。以减速至40 km/h的横向位置作为净区边界对仿真试验数据进行拟合, 构建了冰雪环境下路侧净区宽度计算基准模型, 采用贝叶斯网络构建了寒区高速公路路侧事故概率预测模型, 将路侧事故概率用于事故损失计算。【结果】本研究构建的贝叶斯网络模型对路侧事故的预测准确率可达91.27%, 能够很好地预测路段路侧事故的易发程度, 以仿真试验测得的净区宽度为基准, 修正模型计算结果的最大相对误差为4.6%, 平均相对误差为3.1%。【结论】综合考虑事故损失和工程成本对基准模型进行修正, 构建了寒区高速公路路侧净区宽度计算修正模型, 并结合案例进行了验证。结果显示, ROC曲线下面积达到0.921 9, 预测正确率约为91.27%, 证明了模型在预测路侧事故概率方面的有效性和准确性。研究为寒区高速公路路侧净区的设计、运营与管理提供理论支撑和实践指导。

【目标】研究环境腐蚀和地震作用下低配筋RC桥墩在不同服役时间的抗震性能演化规律, 并评估不同服役年限桥墩的时变可持续性, 为在役低配筋桥墩的维护加固提供依据。【方法】首先, 建立低配筋RC桥墩的有限元模型, 考虑氯离子的侵蚀作用建立桥墩劣化概率模型。其次, 开展不同服役时间桥墩的Pushover分析和地震易损性分析, 以评估低配筋RC桥墩的时变地震损伤。最后, 基于考虑最大位移和残余位移的双参数抗震韧性评估框架, 评估近场地震作用下桥墩的时变可持续性。【结果】随服役时间的增大, 低配筋RC桥墩的承载和变形能力显著下降。不同服役时间桥墩的超越概率主要取决于严重损伤和完全损伤状态, 桥墩的抗震性能随服役时间的增大而严重退化。随着峰值地面加速度增大, 不同服役时间桥墩的功能恢复时间、震后经济损失和二氧化碳排放量明显增大。【结论】在服役过程中, 低配筋RC桥墩的社会可持续性、经济可持续性和环境可持续性显著降低。本研究为在役低配筋RC桥墩的抗震性能评估与时变可持续性评估提供一定的理论参考。

【目标】为预测滑行道桥疲劳寿命并分析其影响因素, 基于疲劳累积损伤理论, 借助有限元软件Abaqus, 提出新的滑行道桥疲劳寿命预测方法。【方法】首先, 结合工程实例建立滑行道桥实体模型, 模拟结果与实测误差在合理范围之内, 模型有效性得到验证; 其次, 以雨流计数法计算疲劳应力; 最后, 基于S-N曲线计算损伤度, 使用Miner理论以预测滑行道桥疲劳寿命, 并分析飞机架次增长、钢筋锈蚀、刚度退化、桥面板开裂对滑行道桥疲劳寿命的影响。【结果】飞机荷载作用下滑行道桥的动响应模拟与实测结果一致; 飞机运行架次的增长对滑行道桥面板造成的损伤度影响显著, 体现在整体飞机运行架次的增长幅度达到50%时, 桥面板的疲劳寿命下降约1/3。钢筋锈蚀率的增加对滑行道桥疲劳寿命的影响较大, 当钢筋锈蚀率不大于3%时, 疲劳寿命的下降趋势呈线性, 当锈蚀率达到20%时, 桥面板疲劳寿命将降低约97%。滑行道桥在运营中出现的裂缝等病害会造成结构整体刚度降低, 以滑行道裂缝密度表征桥面板刚度折减, 随着桥面板开裂程度的加深, 滑行道桥的疲劳寿命下降速度较快, 达到重度开裂程度时, 滑行道桥的疲劳寿命降低63.57%。【结论】本研究明确了多因素对滑行道桥疲劳寿命的影响规律, 对机场滑行道桥的性能评估及安全运营具有重要意义。