2021年, 第34卷, 第7期 刊出日期:2021-07-20
  

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  • 中国公路学报. 2021, 34(7): 0-0.
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    车路协同技术通过感知、通信、计算、控制等技术的一体化融合,实现“人-车-路-云-网”之间的高可信信息交互与智能协同管控,是提高现有道路运行安全、通行效率、用户体验与节能减排的重要手段,是赋能智能网联交通系统、自动驾驶汽车的关键技术,是道路交通运输领域技术革新的重要发展方向。2020年初,我国开始部署加快推进新型基础设施建设(简称新基建)。新基建战略为车路协同系统带来了全新的发展环境,也带来了新的研究需求。
    近年来,在车路协同管控与服务研究领域,众多学者和科研人员开展了大量卓有成效的研究工作,也取得了较为丰硕的研究成果,为我国车路协同与新型智能网联交通系统的研究与建设提供了重要的理论与技术支撑。为及时总结车路协同管控与服务研究领域的最新研究成果,在国家新基建战略引领下推动原创理论与应用技术创新,《中国公路学报》编辑部邀请长安大学龚思远副教授、同济大学余荣杰副教授、胡笳教授、交通运输部公路科学研究院李宏海研究员、大连海事大学李欣教授、东南大学王建研究员作为组稿负责人,北京工业大学贺正冰教授、北京交通大学王江锋教授、重庆交通大学徐进教授、吉林大学宗芳教授、上海交通大学李德伟教授、中山大学钟任新副教授、宁波大学陆丽丽副教授作为组稿专家,共同向该领域知名专家、学者约稿,出版本期“车路协同管控与服务”专栏。本专栏共收到车路协同管控与服务方向理论、技术、方法与试验研究等论文40余篇,最终录用14篇。研究内容主要集中于以下几方面:
    (1)车路协同环境下的信号管控与公交运行策略。主要内容包括:车路协同环境下基于车速与信号协同优化的区域绿波协调控制、重叠线路公交车速诱导策略、纯电动公交车交叉口节能驾驶策略等。
    (2)网联环境下的智能车辆协同式轨迹规划与运行控制。主要内容包括:人机混驾环境下无信号交叉口自动驾驶汽车运动规划、基于二次规划的智能车辆动态换道轨迹规划、车路协同下车队避让紧急车辆的换道引导方法、考虑前后多车的网联自动驾驶车辆混流跟驰模型等。
    (3)基于车路多源传感器的交通信息检测与数据质量评估。主要内容包括:车路多源感知环境下面向多元场景结合GLNet的车道线检测、弱GNSS信号下基于EMD和LSTM的车辆位置预测、低渗透率网联车辆轨迹数据条件下的信号控制交叉口周期最大排队长度估计、基于人车交互行为的上下客行为识别、路侧感知车辆轨迹数据质量的智能评估等。
    (4)车路协同系统中的交通参与者接受度研究。主要内容包括:车路协同系统接受度建模及性别差异分析、基于扩展TAM的车路协同系统中驾驶人接受度研究等。
    车路协同环境下管控与服务方向的创新理论与应用技术研究,将为我国构建现代综合交通运输体系、提升道路交通系统运营安全和运行效率提供重要的支撑。《中国公路学报》将继续关注该领域的国内外最新研究进展,更好地为学界和工程界专业人员提供学习和交流的平台,促进我国交通基础设施建设的高质量快速发展。
  • 院士专栏
  • 龚晓南, 郭盼盼
    中国公路学报. 2021, 34(7): 1-30. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.07.001
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    渗漏水防治是隧道及地下工程全寿命周期内必须面对的难点和挑战。为此,综述了隧道及地下工程渗漏水防治实践与研究的最新进展,探讨了渗漏水类型及诱发原因、服役期渗漏水检测方法及原理、设计施工阶段渗漏水预防的理念及技术措施、施工运营期渗漏水处治的内涵及方法,展望了值得重视的未来发展及研究方向。研究结果表明:隧道及地下工程渗漏水可按照渗漏水发生部位、形式、水量分为不同类型;渗漏水诱发原因极其繁杂,涉及水文地质条件、设计、施工、使用环境等多个方面;服役期渗漏水快速无损检测法的精度还有待提高,现阶段应与传统检测法相辅相成,其未来发展趋势为智能化、轻巧化和实时监控预警;渗漏水预防的核心在于防排水设计原则合理、防排水系统施工质量可靠、防水材料强度及耐久性满足要求;渗漏水处治的主要方法是注浆封堵,浆液扩散机理、注浆量及注浆厚度确定、浆液与水相互作用以及新型注浆材料研发等方面值得进一步研究。所得研究结论与展望对于隧道及地下工程渗漏水防治的实践和研究具有积极意义。
  • 信号管控与公交运行策略
  • 卢凯, 张杰华, 邓兴栋, 尹帅帅
    中国公路学报. 2021, 34(7): 31-41. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.07.002
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    针对车路协同环境下的区域绿波协调控制问题,根据自动驾驶车辆车速可控的特点,提出利用绿波车速与信号配时的协同优化方法,建立一种区域绿波协调控制模型。模型在信号配时与相位相序优化的基础上,增加对路段绿波车速的优化,为车路协同环境下的自动驾驶车辆提供路段车速引导方案;通过扩大优化模型的可行解空间,以解决区域协调中相位差的设计问题;选取绿波带宽折减率与通行速度折减率的加权量作为模型评价指标,使得设计方案能够实现绿波带宽与通行速度的综合最优。算例结果分析表明:模型可以根据不同的绿波带宽权重系数,求解相应的绿波带宽与通行速度综合最优协调控制方案,其中绿波带宽最优方案的路网绿波带宽占比均值能够达到95%,明显优于TRANSYT模型的绿波协调优化效果。VISSIM仿真结果显示,与TRANSYT优化方案相比,所提模型方案能够减少干道平均停车次数39%,缩短交叉口平均延误时间10%,使区域交叉口的通行效率得到进一步提升。
  • 赵琥, 冯树民, 廖嘉雯, 慈玉生
    中国公路学报. 2021, 34(7): 42-53. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.07.003
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    为了防止公交车辆在线路重叠运行区间产生公交串车,在站点附近形成交通瓶颈,提出一种采用车速诱导策略来调整公交运行状态的动态调度模型。采用车路协同环境下的公交运营调度方式,结合各线路独自运行时的乘客需求和车辆车头时距规律,在避免重叠区站点公交串车的前提下,实现了各线路车辆最大程度地维持各自独立运行时车头时距的优化目标。提出的车路协同环境下的车速诱导调度策略,在引导各线路公交车辆间隔均匀地进入重叠区间后,根据乘客实时交通需求和道路交通状况,实现对车辆的实时调控。开发了一种启发式算法对车辆进入重叠区间的时刻进行求解,采用基于遗传算法的仿真过程求解了重叠区站点之间车辆的最佳运行速度,实现了重叠区间车辆动态调度过程。以哈尔滨市运行区间重叠的3条公交线路为实际案例进行仿真分析,对3条线路共计47辆公交车在重叠区12个站点之间的运行状况进行了优化调度。结果表明:采用提出的启发式算法进行调度后,车辆可以完全均匀地进入重叠区。通过对比采用动态调度优化前后的车辆运行状态发现,车辆串车现象由优化前的单站最多发生6次下降为0次,最大程度地实现了避免公交串车的目标。此外,车速诱导策略不仅避免了不同线路车辆在重叠区站点的串车现象,而且可以调整各线路上相邻两车之间的车头时距偏差,线路1的车头时距最大偏差从55%下降到了30%,线路2的车头时距最大偏差从25%下降到了13%,线路3的车头时距最大偏差从23%下降到了18%。
  • 袁伟, 张雅丽, 王虹霞, 葛振振, 付锐, 王畅, 曹龙
    中国公路学报. 2021, 34(7): 54-66. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.07.004
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    针对纯电动公交车在交叉口区域的高能耗问题,设计纯电动公交车通行交叉口区域的节能驾驶策略。根据公交车通行交叉口区域的驾驶行为将交叉口场景划分为4类,并根据运动学关系划分信号灯剩余时长区间,将其分为6种情况,综合考虑交叉口上游路段和下游路段设计节能驾驶策略。结合基于纯电动公交车能耗特征的单位里程能耗模型和纯电动公交车匀速、加速以及减速策略,在MATLAB中开展仿真试验,验证所提出的节能驾驶策略。研究结果表明:提出的节能驾驶策略至少可以降低8%以上的能耗;对划分的6种情况而言,到达调整段时信号灯为绿灯的驾驶策略可降低8.70%~42.63%的能耗,到达调整段时信号灯为红灯的驾驶策略可降低9.85%~51.65%的能耗。
  • 智能车辆轨迹规划与运行控制
  • 张名芳, 李慢, 陈子凡, 王庞伟, 程文冬
    中国公路学报. 2021, 34(7): 67-78. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.07.005
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    为了使自动驾驶汽车在人机混驾环境下能安全、高效地左转通过无信号交叉口,在借鉴人类驾驶人左转时会对周围车辆驾驶意图进行提前预判的基础上,提出了一种基于周围车辆驾驶意图预测的自动驾驶汽车左转运动规划模型。首先将无信号交叉口处周围车辆的驾驶意图分为左转、右转、直行3种类型,利用相关向量机预测周围车辆驾驶意图,以概率形式输出意图预测结果并实时更新,进一步界定自动驾驶汽车与周围车辆的潜在冲突区域并判断是否存在时空冲突;接着,在充分考虑他车速度、航向及车辆到达冲突区域边界距离的基础上建立基于部分可观测马尔可夫决策过程的自动驾驶汽车左转运动规划模型,生成一系列期望加速度;最后,基于Prescan-Simulink联合仿真平台搭建无信号交叉口仿真场景,对所提左转运动规划方法进行仿真验证,将基于博弈论的运动规划方法、基于人工势场理论的运动规划方法与所提出的方法进行比较,并选取行进比例达到1所用的时间和碰撞次数作为评价指标。研究结果表明:基于相关向量机的驾驶意图预测方法可在自动驾驶汽车到达交叉口之前准确预测出他车驾驶意图;基于部分可观测马尔可夫决策过程的左转运动规划方法能够通过速度调整策略实现人机混驾环境下自动驾驶汽车与周围车辆在无信号交叉口处的交互;不同算法对比效果表明,所提左转运动规划方法在自动驾驶汽车与不同数量周围车辆交互的仿真场景下均可有效避免碰撞事故发生并提高自动驾驶汽车左转通过无信号交叉口的效率。
  • 王莹, 卫翀, 马路
    中国公路学报. 2021, 34(7): 79-94. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.07.006
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    为实现智能车辆的自主换道操作并满足安全性、舒适性和实时性等约束条件,提出一种针对动态交通环境的换道轨迹规划模型。该模型由道路平面曲线表征模块、路径生成模块以及速度曲线生成模块组成。首先,在道路平面曲线表征模块中,模型基于实时获取的周边道路信息,利用切比雪夫多项式插值法回归拟合出连续可导的道路平面曲线函数,用以保证模型在各种道路平面线形上的普适性。然后,在路径生成模块中,根据换道车辆初始时刻的运动状态,建立一系列多项式方程,并利用牛顿迭代法求解方程未知参数,以此生成连接初始位置和目标位置的换道路径,用以保证换道轨迹的平滑性。最后,在速度曲线生成模块中,以满足防碰撞约束、跟驰加速度约束以及车辆运动状态约束为目标,构建二次规划模型,生成沿着换道路径的车辆速度曲线,用以保证换道轨迹的安全性和舒适性。此外,考虑到周边动态的交通环境,车辆系统在每个时间步内会循环调用提出的模型实时更新换道轨迹,直至车辆到达目标位置。仿真试验结果表明:应用提出的换道轨迹规划模型,车辆能够有效避免与周边动态车辆发生碰撞,成功完成换道;基于二次规划框架,模型优化求解时间明显缩短,满足轨迹规划的实时性和有效性要求。
  • 焦朋朋, 杨紫煜, 洪玮琪, 王泽昊
    中国公路学报. 2021, 34(7): 95-104. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.07.007
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    为保证紧急车辆更安全、高效地到达紧急事故现场,基于车路协同系统,提出车队避让紧急车辆的换道引导策略。针对目标车道无车辆、有车辆和有车队3种不同场景,分别提出确保紧急车辆快速通过的协同换道策略。通过协同换道策略引导紧急车辆前方行驶的车队和目标车道的车辆改变速度以调整车辆间距,使其满足换道安全距离,依据换道轨迹规划使车队完成换道,并提出紧急车辆发送紧急避让信号的位置方法,计算当不影响紧急车辆的速度情况下,其发送紧急避让信号时与车队尾车的最短距离。利用SUMO交通仿真软件,实现车路协同环境下3种不同场景车队避让紧急车辆的换道引导,并比较目标车道为车队的场景下,车队换道至目标车队的每个空档中(方式A)和车队换道至目标车队的同一个空档中(方式B)2种不同的换道引导策略。研究结果表明:目标车道有车队的场景下,方式B的协同换道时间更短,发送紧急信号的位置距车队尾车82 m,较方式A的87 m更近,对周围车辆影响更小,因此此场景采用方式B的协同换道策略;在目标车道无车辆、有车辆和有车队3种场景下,紧急车辆分别距车队尾车71,71,82 m时发送紧急避让信号,其可以维持期望速度,验证了最短距离与车辆速度的关系式;与未使用换道引导策略的情况相比,紧急车辆的速度提高,延误减少。
  • 宗芳, 石佩鑫, 王猛, 贺正冰
    中国公路学报. 2021, 34(7): 105-117. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.07.008
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    随着中国新基建战略的提出及自动驾驶和网联通信技术的不断发展,网联自动驾驶车辆(CAV)、自动驾驶车辆(AV)和常规人驾车辆混行的交通流将在未来长时间存在。建立适用于网联自动驾驶车辆、自动驾驶车辆和常规人驾车辆3种类型车辆的混流跟驰模型,考虑多前后车车头间距、多前车速度差、加速度差、与主体车辆的相对距离等因素,并进行典型场景的数值仿真。刹车和起步过程的3种混流数值仿真结果显示,模型在几种典型混行场景下均具有可行性,车辆的加速度和速度变化更为平缓。不同CAV比例下的数值仿真结果显示,车队中CAV比例越高,车队整体恢复至平稳状态的时间越短,波动幅度越小。CAV均质流数值仿真结果表明,与MHVAD模型相比,该模型不稳定区域减小33.8%,所控制的车队速度波动幅度减小14%。CAV与AV混流的数值仿真结果显示,与PATH实验室模型相比,由该模型控制的车队加速度进入相对稳定状态提前5.5 s。该模型可用于不同车辆均质流及3种车辆混行的队列控制,在目前开展混行实车试验困难的情况下,也可应用该模型进行混行跟驰仿真,从而为混行交通流的道路交通管理及基础设施布设提供理论依据和模型支持。
  • 交通信息检测及质量评估
  • 周经美, 王钰, 宁航, 程鑫, 赵祥模
    中国公路学报. 2021, 34(7): 118-127. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.07.009
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    各种复杂环境下路面车道线的高效精确检测是自动驾驶领域中车道偏离预警系统的关键性技术之一。由于车辆实际运行环境的复杂性和路面车道线的多样性,现有方法在车道线检测的准确性和鲁棒性上仍需不断增强。提出一种面向多元场景结合GLNet的车道线检测算法。首先采用改进Gamma校正对待检测路面图像预处理,消减光照不均匀、夜晚等环境干扰,增强车道线纹理。然后为增强数据集的多样性,在LaneNet网络的基础上引入对抗生成网络DCGAN,构建GLNet网络模型。该模型采用编码-解码的网络结构提取车道线特征(车道蒙板和像素点),通过DBSCAN聚类算法将不同车道线划分为不同的实体,使用H-Net网络学习的视觉转换矩阵优化并拟合输出车道线。最后基于已训练好的GLNet权重模型对车道线进行精确提取,并在Tusimple数据集和自制数据集上测试验证。试验结果表明:该方法的检测准确率可达97.4%,相较于基于LaneNet网络的车道线检测算法明显提高;DCGAN网络的加入丰富了数据集类型,并提高了该模型的表征及分类能力;DBSCAN聚类算法的平均聚类时间约为0.016 s,相较于Meanshift算法运行效率更高。所提出的方法考虑了不规范、环境复杂等多种道路类型的车道线检测任务,提升了对复杂噪声与多元场景的处理能力,在车辆辅助驾驶领域具有较好的鲁棒性和适用性。
  • 闵海根, 方煜坤, 吴霞, 徐志刚, 赵祥模
    中国公路学报. 2021, 34(7): 128-139. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.07.010
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    针对弱GNSS环境下组合导航(INS/GNSS)系统存在的定位偏差问题,提出一种基于经验模态分解和长短期记忆网络的车辆位置预测算法。首先,针对训练数据中噪声较大的惯导数据,提出一种融合经验模态分解与离散小波变换的降噪算法。该算法基于噪声能量估计和各阶本征模态函数的功率谱密度函数,提出一种确定混合模态函数阶数上下界的方法,并采用离散小波变换硬阈值法对混合模态函数进行滤波处理,最终利用经过处理的各阶模态函数重构原始数据以达到降噪目的。训练数据经过预处理后,采用改进的堆叠式长短期记忆网络离线训练位置预测模型,利用该训练模型可在线实时进行位置预测。针对车辆定位序贯数据预测,提出一种局部数据降噪方法,该方法利用一定长度时间窗口的历史数据,通过线性最小二乘给出当下时刻数据的预估值,并与实际量测值进行滑动平均滤波,优化位置预测的结果。在封闭场地模拟隧道环境下,对长短期记忆网络输入端进行局部数据降噪与不进行降噪处理比较,经度和纬度的归一化均方误差分别下降了13.34%和9.38%,经度和纬度的归一化平均绝对误差分别下降了8.64%和5.41%;在复杂城市交通环境下,检验提出的方法,经度和纬度的归一化均方误差分别下降了6.51%和5.66%,经度和纬度的归一化平均绝对误差分别下降了5.70%和8.23%。试验结果表明,在弱GNSS信号环境下,提出的车辆位置预测方法有效提高了车辆定位精度和稳定性。
  • 谈超鹏, 姚佳蓉, 曹喻旻, 唐克双
    中国公路学报. 2021, 34(7): 140-151. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.07.011
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    近年,基于网联车辆轨迹数据的交通管控与服务研究方兴未艾。其中,信号控制交叉口排队长度估计备受关注。然而,在低渗透率条件下,单个周期内轨迹稀少且提供的交通信息十分有限。现有研究仅以当前周期内网联车辆轨迹数据为输入,难以获得准确且可靠的周期级排队长度估计结果。因此,融合利用历史网联车辆轨迹数据提供的车辆到达和停车位置信息以及当前周期内实时观测的网联车辆排队信息,提出一种基于最大后验概率的周期最大排队长度估计方法。首先,依据历史轨迹数据的停车位置信息,估计排队长度的先验分布;其次,依据历史轨迹数据的车辆到达信息,估计周期内车辆的历史到达分布,并结合周期内最后1辆排队网联车辆的到达时刻与停车位置,构建排队长度似然函数;最后,基于贝叶斯理论,结合前述先验分布与似然函数,推导周期排队长度的后验分布,并采用最大后验概率方法实现周期最大排队长度的估计。仿真结果表明:所提方法在不同饱和度和渗透率条件下,均优于现有的方法;即使在车辆轨迹数不超过1 veh·周期-1的低渗透率条件下,所提方法的平均绝对估计误差也不超过2 veh·周期-1。实证结果表明:在渗透率仅为8.96%的条件下,所提方法的平均绝对误差为2.12 veh·周期-1,平均相对估计误差为12.4%,同样优于现有同类方法。
  • 李熙莹, 陆强, 张晓春, 陈振武, 梁靖茹, 张枭勇
    中国公路学报. 2021, 34(7): 152-163. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.07.012
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    上下客行为是常见的人车交互交通行为,但随意地在路边或者禁停区域上下客,不但容易干扰道路交通秩序,还可能造成人员伤亡的恶性交通安全事故,需要及时检出以便疏导管理。受益于智慧灯杆的开发和部署,全路段的上下客行为检测成为可能。设计了一种基于智慧灯杆监控视频的人车交互行为模型HVIB(Human-Vehicle Interaction Behavior)及上下客行为识别方法,实现路边停车和上下客行为的检测。人车交互行为模型HVIB由车辆运动状态检测模块和人车关系检测模块组成。在车辆运动状态检测模块中,利用YOLOv4(You Only Look Once,Version 4)目标检测模型和SORT(Simple Online and Realtime Tracking)跟踪算法输出高置信度目标信息,并抽取车辆时空位置特征表达。在人车关系检测模块中,结合人与车辆的空间位置变化和相对运动方向,形成人车关系的时空特征表达。通过计算视频中人车时空位置特征,基于车辆运动状态判别函数和人车关系判别函数输出车辆运动状态和人车关系类别,并依据不同人车交互行为的定义,可以实现上下客行为识别。使用真实城市交通场景视频数据,对多种天气条件(晴天、阴天、雨天)下的不同人车行为进行了识别试验。试验结果表明:所提出的方法可以全天候工作,其中在白天多种天气条件下,停车和上下客行为的检测准确率能达到90%和87%以上,夜晚正常天气条件下分别为82.5%和77.5%;同时,检测速度在每秒30帧以上,满足实际应用的实时性要求。
  • 杜豫川, 都州扬, 师钰鹏, 赵聪, 暨育雄
    中国公路学报. 2021, 34(7): 164-176. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.07.013
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    智慧公路布设了大量路侧智能传感器,可以获取全时空车辆运行轨迹数据。然而,如何实现轨迹数据质量高效便捷的评估一直是困扰行业管理部门的难题。现有评估方法大多存在量化指标维度单一、鲁棒性较差等问题。为此,提出一种通过挖掘轨迹数据多维特征以快速评估轨迹数据质量的方法。首先基于轨迹多元信息从元素特征、时序特征和空间特征3个维度设计轨迹合理性、波动性与交互异常性评估指标,并分析评估指标与轨迹数据质量水平的相关关系;在此基础上提出一种利用多元评估指标实现轨迹质量评估的自适应融合回归模型;最后,结合公开轨迹数据集和实测数据集对指标和模型的可靠性及稳定性进行测试与验证。结果表明:轨迹合理性、波动性指标与数据质量显著相关,可基于此构建指标融合模型评估轨迹质量,且引入提出的交互异常性指标可较好地提升模型评估效果。随着模型得分的降低,轨迹数据的运动与交互特征的异常程度增大,持续时间增加。提出的智能评估模型可以挖掘评估指标与轨迹质量的关系,对不同质量水平的轨迹均保持较好的评估效果且优于传统的单一维度评估指标方法,具有良好的稳定性、鲁棒性和优越性,可为车路协同环境下海量的路侧感知轨迹数据提供可靠的质量评价与监测方法。
  • 车路协同系统接受度研究
  • 章锡俏, 毛伟, 洛玉乐, 杜泽华, 王刚
    中国公路学报. 2021, 34(7): 177-187. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.07.014
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    为了研究公众对车路协同系统(CVIS)的接受度以及在性别上的差异,考虑心理因素,基于拓展的技术接受模型建立车路协同系统接受度模型,通过网络问卷调查方法获取车路协同系统接受度影响因素的主观评价数据,使用偏最小二乘法的结构方程模型(PLS-SEM)检验测量模型的内部一致性和可靠性、收敛效度和判别效度以及模型的假设。研究结果表明:该模型对男性接受意向方差具有70.1%的解释力,对女性接受意向方差具有45.0%的解释力,表明模型对男性接受意向的解释力更强;男性与女性之间的接受意向存在很大的差异,女性比男性更加注重车路协同系统的实用性和安全性,而男性比女性更加注重车路协同系统的便利性,也更容易受到社会因素的影响;对于男性和女性来说,行为态度(ATB)对行为意向(BIU)具有正向显著影响,感知易用性(PEU)可以通过感知有用性(PU)和行为态度间接影响行为意向,感知有用性和可靠性对信任度具有正向显著影响;由于受访者对车路协同系统的实用性感知很高,导致对隐私的关注就越少,因而感知隐私风险(PPR)对信任度的影响并不显著;总体来看,构建的模型对于描述车路协同系统接受度具有一定的合理性与有效性,并且可以针对不同性别的人提高其接受度,可对制定精细化、差异化的策略提供支持。
  • 李振龙, 邢冠仰, 李佳, 赵晓华, 张靖思
    中国公路学报. 2021, 34(7): 188-200. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.07.015
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    车路协同系统(Cooperative Vehicle Infrastructure System,CVIS)已成为智能交通领域的前沿技术和研究热点。世界各国都在致力于CVIS的研发、试验、示范应用和效用评估。然而CVIS的服务对象是驾驶人,在其正式投入使用之前研究驾驶人对CVIS的主观接受度及其影响因素非常重要。基于此,以基础的技术接受模型(Technology Acceptance Model,TAM)为理论框架,在基础变量(感知有用性、感知易用性、态度和使用意图)的基础上,引入预警服务质量、分心感知、个人创新和信任度4个扩展变量,建立扩展TAM,分析驾驶人对CVIS的主观接受度及其影响因素。首先,通过在线调查收集392名驾驶人对CVIS的技术接受问卷;然后,使用Cronbach's α和验证性因子分析检验问卷的信效度;最后,采用路径分析探究驾驶人对CVIS的接受度及其影响因素。研究结果表明:基础TAM变量之间的关系与基础模型假设一致;CVIS的预警服务质量通过感知有用性、感知易用性和态度间接影响使用意图;驾驶人对CVIS的分心感知对其态度和使用意图没有负向影响;驾驶人的个人创新不仅直接影响使用意图,而且通过态度间接影响使用意图;驾驶人对CVIS的信任度是使用意图的直接影响因素,也通过其他变量间接影响使用意图。研究结果有助于了解驾驶人对CVIS的接受度及其影响因素,并为CVIS的设计提供理论依据。
  • 道路工程
  • 周德泉, 冯晨曦, 肖灿, 胡鹏, 曹之烨, 刘承昕, 朱沁, 蔡港旗
    中国公路学报. 2021, 34(7): 201-214. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.07.016
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    倾斜软基上修建高速公路(铁路)时,地基容易出现差异沉降、滑移甚至垮塌。提出坡脚斜直桩组合结构+桩体复合地基加固倾斜软基,采用模型试验,对比测试倾斜软基上桩体复合地基受压时,坡脚处插入硬层的双单桩、双直桩组合结构以及斜直桩组合结构的桩侧土压力、桩身应变和外侧桩水平位移,揭示倾斜软基上插入硬层的斜直桩组合结构单侧受力变形机制与破坏模式,为倾斜软基上斜直桩组合结构的设计提供试验依据。结果表明:①内、外侧桩在桩身中部偏上位置呈现桩侧土压力峰值;外侧桩倾斜度增大,其桩侧土压力峰值快速减小,内侧桩桩侧土压力大于外侧桩;②外侧桩在桩身中部偏上位置呈现侧移峰值,桩顶嵌固连梁外侧桩的桩身水平位移及其峰值均随倾斜度增大而减小,总是小于桩顶自由的外侧桩,峰值位置也较低;③桩身中上部出现弯矩峰值,外侧桩弯矩峰值位置略低,外侧桩倾斜度增大导致内侧桩弯矩增大、外侧桩弯矩减小;④单侧受载时,斜直桩发生水平位移,随后弯曲变形,内侧桩率先破坏、外侧桩后破坏,具有关联性,而双直桩的破坏荷载介于斜直桩的内侧桩和外侧桩之间。加大内侧桩的抗弯刚度和外侧桩的倾斜度将大幅度提高斜直桩组合结构的整体稳定性。工程中,建议外侧桩倾斜度为10%~20%,并根据路堤高度(荷载)选择内侧桩与外侧桩刚度之比大于2。
  • 吴谦, 毛雪松, 王常明
    中国公路学报. 2021, 34(7): 215-225. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.07.017
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    结合水对软土的工程特性具有重要影响,为研究结合水对软土次固结特性的影响机制,选取天津软土为研究对象,开展了结合水的等温吸附试验及原状土和不同结合水含量下重塑土的固结蠕变试验。从结合水角度对原状土的固结蠕变特性进行了探讨,并就结合水类型及含量对重塑土蠕变特性的影响机制进行了研究。研究结果表明:等温吸附试验中90%相对湿度节点为土中强、弱结合水的界限,98%相对湿度节点为弱结合水和自由水的界限;相应的,土中强结合水吸附量为13.2%,弱结合水吸附量为22.6%;另外,水化中心的改变导致强结合水阶段吸-脱附过程之间存在明显的滞后效应。原状土固结蠕变过程中,当固结压力p>400 kPa后,土体的次固结受弱结合水控制,此时结合水排水比自由水困难许多,这是原状土次固结系数在400 kPa后开始逐渐减小的原因之一;原状土在整个固结蠕变过程中排出了12.1%的自由水和9%的弱结合水,没有强结合水排出。在强结合水范围内重塑土的次固结变形及次固结系数对结合水量的变化并不敏感,进入强、弱结合水共存状态后,结合水量对重塑土次固结的影响逐渐显现出来,次固结变形量及次固结系数随含水量的增加呈现加速增加的趋势,说明弱结合水是软土固结蠕变的主控因素。
  • 徐世法, 张业兴, 郭昱涛, 马春锋, 高登峰, 彭庚
    中国公路学报. 2021, 34(7): 226-235. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.07.018
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    为了解决实际工程中聚氨酯混凝土因强度形成影响因素多而导致压实时机难以确定的问题,提出一种便捷直观的压实时机确定方法。首先针对自主研发的聚氨酯混凝土设计了一种贯入阻力测试系统,将容许空隙率(1.5%~4.0%)作为压实效果评价标准,通过重复性试验确定可压实贯入阻力范围值,提出以聚氨酯混凝土贯入阻力量化其固化反应程度的方法,进一步建立以催化剂用量为唯一可控因素的施工可压实时间预测模型。试验结果表明:在温度、湿度及催化剂用量代表性组合的试验条件下,当聚氨酯混凝土的贯入阻力在可压实贯入阻力值范围(0.20 kN±0.03 kN)内时,其马歇尔试件空隙率可满足容许空隙率(1.5%~4.0%)范围要求,相应的可压实时间预测模型相关系数高(R2=0.89)且差异性极显著。工程实例验证了该方法的可行性及可靠性。
  • 陈谦, 王朝辉, 傅豪, 杨国林, 孙泽强
    中国公路学报. 2021, 34(7): 236-245. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.07.019
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    为进一步提升水性环氧沥青开普封层使用品质,针对水性环氧沥青开普封层施工现存问题,借助有机玻璃界面状态图像观测与层间剪切试验,研究了不同固化状态下碎石封层黏结性能,提出了水性环氧沥青碎石封层两阶段分步式压实方法;系统分析了微表处摊铺时机对碎石封层沥青-碎石黏附与层间黏结性能的影响程度,探究了微表处开放交通时间与交通荷载对开普封层结构强度与表面功能的影响规律,确定了水性环氧沥青微表处最佳摊铺时机与开放交通条件;最终优化了水性环氧沥青开普封层施工方法,推荐了最佳施工参数与时机。结果表明:有机玻璃界面状态图像观测方法可快速、准确评价水性环氧沥青碎石封层的黏结防水状态,其结果与宏观试验一致。两阶段分步式压实方法能够有效提高水性环氧沥青开普封层层间黏结性能,增幅达14.29%以上,具体流程为:碎石封层摊铺后,立即采用前期轻微压实工艺进行碾压1次,待碎石封层养生至表干与实干之间时,采用后期标准压实工艺再碾压1次。基于碎石封层性能演变规律,可得微表处最佳摊铺时机为:碎石封层处于表干与实干状态之间。基于开普封层性能演变规律及交通荷载影响,可得最佳开放交通条件为:微表处摊铺后常温(25℃)持续养生1~1.5 h,适度开放交通,约2 h后完全开放。研究结果可为水性环氧沥青开普封层品质管控提供科学依据与理论支持。
  • 桥梁工程
  • 熊文, 覃忠余, 郭建, 刘华, 宋晓东, 叶见曙
    中国公路学报. 2021, 34(7): 246-257. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.07.020
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    南京长江大桥于1968年建成通车,经过近50年的铁路(约400列次·d-1)、公路(高峰期约10万veh·d-1)运营,公路正桥桥面系破损严重、屡修屡坏,亟需进行全方位性能提升。其中,列车频繁通过所致高频强扰动带来的结构安全是该维修改造的关键技术难题;通过车-桥耦合振动分析得到南京长江大桥维修改造前、中、后各阶段列车动载作用下的结构响应,从振动分析角度评估其维修改造时的结构动力安全。首先,建立不同改造阶段南京长江大桥精细化有限元模型,并验证其动力模拟的准确性;进而基于车-桥耦合空间振动理论,借助MATLAB与ANSYS平台编制南京长江大桥维修改造车致振动分析程序,同时基于既有文献算例完成其分析准确性验证;最后利用该程序得到公路层不同改造阶段列车驶过铁路层时主梁结构振动位移、加速度与应力时程,并计算关键节点的疲劳损伤与剩余寿命。研究结果表明:南京长江大桥改造中,列车过桥结构动载响应与改造前后振动响应规律相同,但改造后其位移量降低,新安装正交异性钢桥面板的轻质高强特性会改善全桥动力行为;旧桥面系拆除与新桥面系安装过程中,列车通行并不会影响其维修改造的结构安全;改造后其动载下疲劳损伤值不大,理论剩余寿命很长,均远超其服役年限。
  • 侯苏伟, 周泰翔, 龙佩恒
    中国公路学报. 2021, 34(7): 258-269. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.07.021
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    针对单根大直径GFRP筋因体表比过大难以锚固的问题,对已有黏结楔式锚固体系作出改进,将直接浇筑于锚筒和筋材之间的黏结介质替代为环氧树脂并在装配前进行预制;在环氧树脂楔块与锚环之间设计锥角差以消除加载端的剪切效应。通过理论分析新型锚具的受力机理,推导出锚具内力的分布规律以及锚具承载能力估算公式,从而为设计尺寸提供依据;利用有限元软件ABAQUS对9组不同内坡角和锥角差的新型锚具进行受力模拟,得到一组最优设计参数使锚固系统承载力达到最大,据此制作实体锚具对Φ32 mm的GFRP筋材进行静力拉伸试验。结果表明:新型锚具的设计参数相互影响,锥角差显著影响内部结构受力,锥角差越大锚具承载力越大,但过大锥角差可能会产生过大径向压力从而对楔形体造成破坏。内坡角越大锚具承载力越大,但过大的内坡角会导致筋材所受夹持力过小从而发生整体滑脱破坏;以锚筒长度235 mm为例,其最优的内坡角可取10%,锥角差取0.5°;预制楔形块的轴向刚度和强度对新型锚固体系的影响巨大,楔形块加入轴向FRP筋可防止黏结介质拉裂,从而有效提高内部结构的整体工作性能;新型锚具能够将复杂应力状态后移至有效锚固区后部分,避免了加载端的剪切效应,在有效锚固段受力始终均匀变化,可充分发挥GFRP大直径筋材抗拉能力;以Φ32 mm的GFRP筋材为例,极限承载力可达629.4 kN,远超GFRP筋材标准承载力,最高锚固效率达到139.9%,破坏方式主要以炸丝为主,静力锚固性能可靠。
  • 方海, 陈志跃, 刘伟庆, 万云磊, 祝露
    中国公路学报. 2021, 34(7): 270-283. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.07.022
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    为研究采用节段拼装桥墩与整体现浇桥墩在抗撞击性能方面的差异,探究撞击作用下节段拼装桥墩的撞击响应和破坏模式。采用缩比模型,通过水平撞击试验获得节段拼装桥墩和整体现浇桥墩的动力时程响应曲线,观测不同构造形式桥墩在不同撞击速度下的破坏模式,并对比分析桥墩在撞击荷载作用下的撞击力、位移等动力时程响应;采用非线性有限元模型,对桥墩撞击响应和破坏过程进行仿真模拟,并通过与试验结果进行对比,验证其有限元结果的可靠性;通过参数分析探明了撞击高度、预应力值对拼装式桥墩动力响应的影响规律。研究结果表明:在撞击荷载作用下,整体现浇桥墩主要发生了由受拉弯曲破坏转变为墩底斜向剪切破坏的弯剪破坏,节段拼装桥墩主要发生受撞节段剪切滑移和加载区混凝土压溃;与整体现浇桥墩相比,在撞击作用下节段拼装桥墩撞击力峰值降低21.25%,撞击持续时间相应增加147.62%,同时节段拼装桥墩展现出更强的变形能力和能量耗散能力,但未能展现出良好的自复位能力,增加混凝土局部损伤;有限元模拟与试验结果吻合良好,验证了有限元模型的正确性;基于节段拼装桥墩有限元模型,分析得到撞击高度和预应力值对桥墩撞击力的影响较小,但撞击高度对桥墩变形影响较大,预应力值对桥墩整体刚度也有较大影响;因此,在节段拼装式桥墩抗撞设计时应综合考虑撞击高度和预应力值对桥墩的影响,从而保证结构的可靠安全。
  • 张寒, 王浩, 徐梓栋, 陶天友, 茅建校, 郜辉
    中国公路学报. 2021, 34(7): 284-290. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.07.023
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    为探明高铁连续梁桥龙卷风荷载特征,采用计算流体动力学手段,开展了高铁连续梁桥龙卷风荷载数值模拟研究。首先,以Ward型龙卷风发生装置为物理原型,按照原理相仿和等效替代的原则建立了相应的数值模型。然后,基于上述模型开展龙卷风场数值模拟,并与文献提供的风洞试验结果进行对比,验证了数值龙卷风场的准确性。在此基础上,以某大跨度高铁连续梁桥为工程背景,将该桥三维模型建于上述数值龙卷风场中心,研究龙卷风作用下高铁连续梁桥结构表面风压的分布规律。研究结果表明:数值模型可较好地模拟龙卷风场的基本特征;龙卷风袭击高铁连续梁桥时,风场受主梁和桥墩的干扰较大,涡核结构发生明显变化,其中,主梁底部风场的涡核半径增大,形成较大范围的高风速区;桥梁结构表面存在较大压差,正负风压极值之差约为负风压极值的2.5倍;负风压出现在主梁跨中的较小范围内,且主梁顶面的负压绝对值高于主梁侧面和底面;正风压极值出现在主梁端部迎风侧,且桥墩迎风侧也承受较高的正风压作用。上述极端不均衡的风荷载在桥梁设计时应予以重视。
  • 李源, 刘建昱, 韩逸涛
    中国公路学报. 2021, 34(7): 291-300. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.07.024
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    为揭示钢筋混凝土桥面板在爆炸荷载作用下的动态力学响应及损伤机理,在RHT动态本构和显式动态数值分析模型合理性验证的基础上,研究了不同TNT当量、板厚度以及钢筋直径对桥面板受爆力学性能的影响。研究结果表明:基于RHT动态本构的显式动态数值分析结果与构件抗爆试验表征一致,能够反映结构在爆炸荷载下的动态力学响应和损伤机理。TNT炸药当量是影响钢筋混凝土桥面板破坏形态的主要因素,在小当量条件下(2 kg TNT),结构发生轻微损伤,板在2个方向力学特征与单向桥面板的受力规律一致,同时应力及变形时程曲线呈自由振动特征,振动周期为3.68 ms。TNT当量逐渐增加时(5,10 kg TNT),桥面板在数毫秒内发生损伤,板在2个方向最大正应力逐渐趋于一致,损伤特征主要表现为局部冲剪破坏,刚度下降后导致其振动频率降低,振动周期分别增加至4.38,8.64 ms。TNT当量进一步增加时(20 kg TNT),结构直接发生大范围冲剪破坏,并迅速失效。板厚增加能够显著提升结构的抗爆性能,增加13%及30%时,损伤区域范围分别降低57.5%及82.5%。钢筋直径增加时,在一定范围内提升了结构刚度,但对于结构的整体抗爆性能改善并不显著。
  • 陈卓异, 李传习, 柯璐, 郭立成, 宋钢兵
    中国公路学报. 2021, 34(7): 301-312. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.07.025
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    对正交异性钢桥面板的弧形切口进行疲劳修复时,切割孔形的优劣决定了疲劳修复效果。以检查到较多弧形切口疲劳病害的钢桥面板为研究对象,采用有限元和结构力流法分析了弧形切口处应力集中的原因。结合4种修复方案对切割孔形的圆弧半径、直线长度和倾角进行参数优化,得到了切割孔形对峰值应力的影响规律。依托钢桥面板弧形切口疲劳裂纹切割、修复工程,选择切割前、后的弧形切口开展试验研究。采用试验车进行纵向和横向移动加载,测试了2片横隔板弧形切口断面和侧面的应力分布规律和轮载位置-应力变化关系,并采用修正名义应力法近似评估其疲劳寿命。研究结果表明:轮载产生的力流通过U肋以剪应力的形式传递给横隔板,力流扩散中遇到弧形切口的阻碍,导致切口处力流高度密集;弧形切口开孔尺寸宜小,开孔半径宜大,避免阻碍力流传递路径;弧形切口优化后,其峰值应力降低58.4%,考虑横向概率分布的等效应力降低55.2%;因增大弧形切口的开孔而削弱截面面积,导致横隔板的平均压应力稍有增大;基于有限元计算和试验测试的峰值应力进行疲劳寿命预测,修复前的疲劳寿命分别为3.8年和7.2年,修复后的寿命分别为58.5年和184.4年,说明此切割修复方法具有良好的加固效果。