中国公路学报

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中国公路学报. 2022, 35(12): 2-2.

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封一/四

中国公路学报. 2022, 35(12): 3-3.

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分层铺筑与反挖试验条件下级配碎石结构模量特性

吕松涛, 郑国志, 吴政达, 夏诚东, 刘超超, 樊国鹏, 李喆, 黄爱军

中国公路学报. 2022, 35(12): 1-11. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.12.001

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为了客观揭示级配碎石模量的结构服役状态相关性，采用室内动三轴材料试验和足尺结构试验开展级配碎石的模量特性研究，室内动三轴试验通过控制含水率、密实度、围压及偏应力等指标探究级配碎石在不同服役状态下的动回弹模量。研究发现，级配碎石的动回弹模量随着含水率的增大而减小，随着密实度、围压及偏应力的增大而增大。采用承载板和便携式落锤弯沉仪(PFWD)测试方法，通过分层铺筑与反挖2种室外足尺试验对级配碎石层顶面当量模量及该层结构模量进行测试与对比分析。分层铺筑测试结果表明：采用承载板法和PFWD方法测试得到级配碎石顶面当量模量和其结构模量均随铺筑层厚度的增加而增加，但增长速度随铺筑厚度增大而减小；级配碎石顶面模量随着下承层的顶面当量模量的增大而增大，但增长速度逐渐降低。反挖测试结果表明，由于上部级配碎石层的影响，反挖处级配碎石顶面当量模量先增加后减小，在开挖深度为20 cm时达到峰值，随着开挖深度的增加逐渐降低，但降低速度逐渐减小。对比室内三轴材料试验和足尺现场结构试验结果发现，级配碎石在足尺路面结构中的结构模量大于其三轴试验测试结果，将三轴模量测试结果用于路面结构设计将低估其承载能力，并产生较大的设计偏差。反挖方法同时考虑了下承层与上覆结构层自重及摩擦力的影响，与其实际服役条件相符。

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透水性级配碎石基层填料永久变形特性及预估模型

肖源杰, 李文奇, 于群丁, 华文俊, 陈晓斌

中国公路学报. 2022, 35(12): 12-23. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.12.002

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透水性级配碎石基层填料因其大而连通的孔隙可有效增强道路系统的排水和生态功能,对“海绵城市”建设意义重大,但其在交通荷载重复作用下的变形稳定性仍有待深入研究。针对由颗粒堆积理论提出的石砂比(G/S)指标所设计的5种不同的透水性级配碎石填料试样，开展了室内动-静三轴试验,研究了级配和应力状态对填料抗剪强度和累积塑性(永久)应变特性的影响,相应地提出了基于级配和剪应力比的力学-经验法预估模型,验证了模型的准确性。研究结果表明：相同G/S值的填料试样在同一围压水平下的轴向累积塑性应变随剪应力比的增大而增大,在同一剪应力比水平下的轴向累积塑性应变随围压的增大而增大；G/S=1.6~1.8的级配碎石填料抗剪强度和抗永久变形性能均最佳,预估模型对于不同G/S值、剪应力比和围压水平下透水性级配碎石填料轴向累积塑性应变的预测具有较高的准确性。

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有机蒙脱土改性沥青抗老化性及其分子模拟试验

金娇, 高玉超, 李锐, 曾清, 刘雅儒

中国公路学报. 2022, 35(12): 24-35. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.12.003

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为延长沥青路面的使用寿命，延缓沥青因光氧造成的老化，探究了不同类型有机蒙脱土(OMMT)对改性沥青抗老化性能的影响。采用扫描电镜和X射线衍射仪对OMMT的微观结构进行表征；并采用傅立叶变换红外光谱仪、全自动比表面和孔径分布分析仪及同步热分析仪对OMMT的官能团、微孔结构及热稳定性进行了评价。将OMMT应用于基质沥青，对其流变性能进行研究；同时采用3种不同的老化方式探究不同类型的OMMT对改性沥青的影响。最后采用分子动力学法从微观层面上对OMMT改性沥青的物理老化现象进行模拟，分析沥青分子在运动过程中分子间的相互作用关系。研究结果表明：有机基团通过离子交换进入蒙脱土层间，提高了层间的吸附能力；沥青混合料拌合温度下OMMT拥有较好的热稳定性，初始分解温度大于200 ℃；其中双十八烷基二甲基氯化铵(DDAC)OMMT和十八烷基二甲基苄基氯化铵(ODBA)OMMT制备出的改性沥青均表现出较好的高温抗变形能力。OMMT层间结构越大和苄基的存在均可以提高对沥青分子的约束能力，阻碍沥青分子间的相对运动；同时较大层间的OMMT更易产生剥离结构，可有效阻隔紫外线及氧气分子进入沥青，减缓沥青老化。ODBA-OMMT改性沥青的抗老化性能最佳，DDAC-OMMT改性沥青次之，Na-OMMT改性沥青最差。分子动力学模拟物理老化后的OMMT改性沥青分子状态相对活跃，DDAC-OMMT改性沥青相对自由体积增长最大，ODBA-OMMT改性沥青分子的迁移率最高。研究结果为合理选择OMMT改性剂，增强改性沥青的抗老化性能提供了参考和理论支撑。

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考虑矿物各向异性的地聚物/集料界面静动态交互特征模拟

田中男, 张争奇, 刘恒彬, 石杰荣, 杨新红

中国公路学报. 2022, 35(12): 36-46. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.12.004

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地聚物作为一种低碳环保、应用潜力广阔的无机结合料，其与不同表面构造集料的界面交互作用直接影响地聚物混凝土的力学性能和耐久性。充分考虑集料矿物晶向的各向异性，采用分子动力学模拟(Molecular Dynamics， MD)从原子分子层次的作用模式和强度分析，模拟了地聚物主要水化成分N-A-S-H、C-A-S-H和集料矿物化学成分SiO₂、CaCO₃不同晶面的静态界面相互作用，并采用单轴拉伸方法从纳米尺度下讨论了不同界面交互的动态力学行为。模拟结果表明：CaCO₃各晶面表现出比SiO₂更强的表面能和表面浸润性，并与C-A-S-H、N-A-S-H的界面相互作用势和拉伸应力更强，但CaCO₃晶面各向异性明显，性能稳定性不及SiO₂。地聚物与集料矿物的相互作用势主要由静电势提供，由于矿物界面静电作用及浸润特征，交互区水分子聚集，氢键作用明显，同时水分子与Ca²⁺、Na⁺进行配位形成水合离子，有助于离子在矿物表面迁移、沉淀与成核生长，增强界面空间位阻效应。在单轴拉伸模拟中，地聚物与集料矿物界面拉伸失效机制包括2个阶段：第1阶段(0 nm＜界面位移d＜0.15 nm)主要克服界面交互的静电作用，第2阶段(0.15 nm≤d≤0.3 nm)主要克服氢键作用。MD模拟有助于从分子尺度揭示地聚物与集料界面作用机制，为进一步研究地聚物混凝土材料优化、交互界面强化及损伤等提供了新方法和理论依据。

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基于标准化修正SPT-N值的砂土液化评估双曲线模型

张小玲, 李秀瑜, 许成顺, 杜修力

中国公路学报. 2022, 35(12): 47-55. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.12.005

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目前大多数砂土液化评价方法是基于某一地区或某一国家的地震液化实例提出的，但由于不同国家标准贯入试验所采用的测试设备和修正方法不同，因此得到的液化判别经验关系在适用范围上存在一定局限性。针对这一问题，首先对不同国家和地区的标贯试验数据资料进行了标准化修正，将其整理成可以进行统一分析的综合数据集；然后基于该综合数据集建立了修正的液化判别双曲线模型，由此确定了考虑3个影响项的标贯击数临界值，并通过比较标准化修正后的实测标贯击数和由双曲线模型计算得到的临界标贯击数的大小来判别场地的液化情况；最后采用了不同的综合数据集来评估不同模型的判别成功率，以此来检验所提出修正模型的适用性和有效性。结果表明：所提出的修正双曲线模型能有效适应不同试验标准的液化判别，且对液化案例和非液化案例的判别成功率均保持在80%左右，符合构造砂土液化判别模型的基本原则。

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预制拼装桥墩体系及其抗震性能研究进展

陈彦江, 丁梦佳, 许维炳, 王瑾, 方荣, 杜修力, 韩强

中国公路学报. 2022, 35(12): 56-76. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.12.006

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预制拼装桥墩体系(Pre-fabricated Concrete PierSystem, PCP)抗震性能是影响其推广、应用的关键。为加快PCP在中、高烈度等复杂恶劣工程环境中的设计、施工与建造，首先综述了PCP节点连接的接缝形式、连接构造类型及典型工程示例，指出了PCP常用3种接缝形式和6种连接构造力学性能的研究现状及其优缺点；其次，系统地梳理了PCP抗震性能的研究进展，分析了不同连接条件下PCP的抗震性能，明晰了现有PCP抗震性能研究的不足及未来研究方向；最后，详细地论述了PCP抗震性能提升方法的研究前沿，探究了耗能延性构造的设置、高性能材料的应用、新型装配式节点构造设计以及新型混合预制桥墩体系的提出等PCP抗震性能提升方法的优缺点和发展方向。结果表明：通过对装配式节点的合理设计以及薄弱区域的预处理，预制拼装桥墩体系的抗震性能能够达到“等同现浇”的设计原则。然而PCP在复杂恶劣工程环境中的推广应用仍面临以下关键问题：PCP既有节点连接方式、体系和改进措施的抗震性能研究成果亟需归纳；新型节点连接方式、新体系和新型改进措施亟待提出，相关抗震性能有待验证；既有和新型PCP抗震性能的理论分析及抗震设计方法尚需完善；适用于复杂恶劣环境的预制拼装桥墩设计、施工标准亟需制定。

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钢桁梁整体焊接节点疲劳性能模型试验

张清华, 魏川, 徐召, 杨超, 张朝镪, 崔闯

中国公路学报. 2022, 35(12): 77-90. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.12.007

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整体焊接节点钢桁梁具有广阔的应用前景，其疲劳性能由整体焊接节点所决定。以长清黄河大桥为研究对象，通过理论分析和两尺度疲劳破坏试验对钢桁梁整体焊接节点的疲劳性能进行了研究。首先通过全桥杆件内力分析和多尺度疲劳损伤分析确定了控制主桁疲劳性能的整体焊接节点位置及其控制构造细节；在此基础上设计了2类共21个试验模型，其中包括20个构造细节试样模型和1个足尺节段模型，进行了疲劳破坏试验，确定了整体焊接节点控制构造细节的主导疲劳开裂模式、应力集中系数和疲劳强度。研究结果表明：节点顶板、横梁上翼缘与节点板熔透对接焊连接细节是整体焊接节点疲劳性能的控制构造细节，其主导疲劳开裂模式为从节点板焊趾起裂并沿板厚扩展；实际受力模式下，控制构造细节中节点板焊趾应力集中系数为1.163，横梁上翼缘焊趾应力集中系数为1.789；2类试验模型的宏观疲劳裂纹起裂寿命均占总疲劳寿命的75%以上，故将2类试验模型的疲劳失效判据统一定义为出现宏观疲劳裂纹；基于此，2类试验模型所得到的控制构造细节疲劳强度等级基本一致；控制构造细节2种开裂模式名义应力疲劳强度等级均建议采用公路钢结构桥梁设计规范中的FAT80，热点应力疲劳强度均建议采用欧规中的FAT90。

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基于日照阴影识别的桁式拱肋三维温度场模拟方法

王壮, 刘永健, 唐志伟, 张国靖, 刘江

中国公路学报. 2022, 35(12): 91-105. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.12.008

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为精确高效地识别桁式拱肋的阴影分布范围并准确计算日照温度场，在传统三维温度场计算方法的基础上，引入三角形重心坐标及栅格加速结构，形成一套高效三维温度场模拟方法。首先，将光线追踪技术的阴影识别算法嵌入ABAQUS软件的自定义热源(DFLUX)子程序，实现了三维日照温度场的数值模拟，给出了详细的计算流程并验证了该方法的准确性；其次，选取高效的相交算法与合理的栅格划分方式解决了复杂结构桥梁阴影识别计算量庞大、计算效率低下的问题；最后，利用该方法计算了桁式拱肋的日照温度场并量化了温度效应。结果表明：提出的模拟方法可以实现阴影的精确识别与结构三维温度场的准确计算，通过引入基于栅格加速结构的三角形重心坐标法可以有效减少阴影识别的计算量，显著提升计算效率;日照阴影对桁式拱肋温度场及温度效应的影响不容忽视，考虑日照阴影后：下弦杆温度纵向波动十分显著，且波动幅度随着太阳辐射强度的增强逐渐增加，相邻的光照、阴影区域最大温差达13.0 ℃,拱肋竖向位移减小19%，上弦管上缘应力最大增加12.9 MPa，下弦管上缘由受压状态转变为受拉状态，应力差值达39.1 MPa;桁式拱肋的日照温度效应十分突出,日照温度作用下拱顶位移变化幅度达76 mm，较钢管混凝土拱肋拱圈施工允许误差大26 mm,最大温度应力达58.7 MPa，为恒载效应的3倍，叠加温度效应后钢管最大初应力为110 MPa，为空管稳定承载应力的32%;提出的模拟方法在桁式拱肋日照温度效应分析中得到了成功应用，亦可应用于大跨复杂结构的施工线形精细化控制、健康监测数据的温度响应分离及结构损伤识别中的温度模态频率剔除等多个场景。

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预应力混凝土连续梁桥桥面爆炸荷载模型试验

高超, 宗周红, 娄凡, 院素静, 林津

中国公路学报. 2022, 35(12): 106-114. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.12.009

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预应力混凝土连续梁桥是中国公路工程中应用最广泛的桥型之一,尚未经过抗爆防护设计,一旦发生爆炸荷载作用,有可能造成重大的人员伤亡和财产损失。进行了2×8 m两跨预应力混凝土连续T梁桥模型的野外爆炸试验,结合数值模拟的方法,研究了爆炸冲击波与预应力混凝土连续T梁桥的相互作用,分析了爆炸荷载(冲击波超压、冲量)在桥面的分布特点。结果表明：桥面上方爆炸超压和冲量沿纵(横)桥向呈非线性分布,横桥向和纵桥向超压分布基本一致,横桥向桥面冲量相比纵桥向偏小；爆心高度不变的情况下,随着比例距离的减小,桥梁整体受到的爆炸荷载急剧上升；比例距离不变时,随着炸药当量的增大,爆心正下方位置超压峰值不变,但桥面其他位置的超压峰值都显著增大；建立了适用于桥面爆炸荷载模型的超压峰值公式,可供梁桥桥面抗爆设计参考。

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钢纤维特性对无配筋UHPC矩形梁抗扭性能的影响

汪建群, 周聪, 贾文博, 祝明桥, 方志

中国公路学报. 2022, 35(12): 115-129. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.12.010

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钢纤维能明显提升超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete, UHPC)的抗拉强度与韧性，对UHPC构件的扭转行为有显著影响。为深入研究钢纤维特性对UHPC矩形梁抗扭性能的影响规律，以钢纤维体积掺量、类型、尺寸以及混杂效应等为变化参数，完成了8根UHPC矩形梁(含1根未掺钢纤维的对比梁)的纯扭试验；获得了各试件的纯扭破坏形态、扭矩-扭率曲线、扭矩-应变曲线、裂缝形态等关键数据。结果表明：对比梁为脆性破坏，纤维增强UHPC梁的破坏则是有征兆的；纤维增强UHPC梁的开裂和极限扭矩均明显大于对比梁，最大提升幅度分别达79%和159%；增加钢纤维体积掺量能提高开裂和极限扭矩，且斜裂缝数量更多、宽度更小；掺端钩纤维试件的抗扭承载能力和延性均优于掺圆直纤维试件；钢纤维长径比越大，试件的裂缝分布越密集，极限扭率越大，延性越好；2根混掺纤维试件的开裂和极限扭矩均大于单掺试件，正混杂效应明显；钢纤维类型和尺寸均会影响试件的裂后承载能力，掺长径比65的圆直钢纤维在开裂后迅速达到极限状态，极限与开裂扭矩之比为1.07～1.18，长径比为100时对应的比值为1.46，而掺端钩纤维则为1.34，介于两者之间。最后，提出了UHPC矩形梁开裂和极限扭矩计算公式；并对30根UHPC矩形梁进行了验证，结果表明计算公式精度良好。

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采用预制-现浇UHPC板的钢桥面铺装受力性能研究

陈康明, 黄卿维, 吴庆雄, 陈宝春, 谢泽豪

中国公路学报. 2022, 35(12): 130-143. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.12.011

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为解决现有钢桥面铺装因大面积现浇超高性能混凝土(UHPC)产生收缩开裂，需密集配筋，施工现场需要大量蒸养设备等问题，提出了一种采用预制-现浇UHPC板的钢桥面铺装。通过钢-预制UHPC板界面、钢-现浇UHPC板界面和预制-现浇UHPC界面局部模型试验，揭示了采用预制-现浇UHPC板的钢桥面铺装各关键界面黏结性能；通过节段足尺模型试验与有限元分析，明确了车辆荷载下采用预制-现浇UHPC板的钢桥面铺装的荷载效应。研究结果表明：钢-预制UHPC板界面受拉和受剪破坏均发生于粘胶层与预制UHPC板结合面，法向抗拉和切向抗剪承载力可保守地取5.2 MPa和8.7 MPa；栓钉间距在150~320 mm之间时，栓钉加密对钢-现浇UHPC板界面抗剪承载力影响较小，可根据中国规范进行现浇UHPC板中栓钉承载力的计算，抗剪刚度可保守的取110.0 kN·mm^-1；界面凿毛处理和湿接缝采用蒸汽养护，可使预制-现浇UHPC接缝的抗剪强度分别提升23%和20%，预制-现浇UHPC接缝抗剪强度可保守地取2.4 MPa；在3倍车辆设计荷载作用下，UHPC板以及钢-UHPC板界面的应力均小于容许应力。提出的采用预制-现浇UHPC板的钢桥面铺装方案可行。

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锚固段穿越双地层拉力型锚索拉拔力学模型及应用

郭盼盼, 龚晓南, 魏支援

中国公路学报. 2022, 35(12): 144-153. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.12.012

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预应力锚索灌浆体与周围岩土体结合面的极限黏结强度是预应力锚索设计优化的基础参数，然而该参数的取值目前还严重依赖于经验，尤其对于锚固段穿越双地层的工况。此外，预应力锚索现场拉拔试验只是被用来验证初步设计方案是否满足极限承载力要求，并未与设计方案优化建立定量联系。基于对拉力型预应力锚索工作状态作出的合理化假设，建立了适用于锚固段穿越双地层的拉力型预应力锚索拉拔传力机理力学模型，即弹簧-粘片力学模型。该模型给出了锚索锚固段剪应力状态处于不同阶段时的锚固段剪应力分布函数、拉拔力上下限以及拉拔力-始端位移理论关系式。通过将弹簧-粘片力学模型与现场拉拔试验相结合，提出了一种适用于锚固段穿越双地层的预应力锚索极限黏结强度的半解析预测方法。通过与实际工程中的预应力锚索现场拉拔试验成果及三维有限差分数值分析的对比，验证了该预测方法的有效性及其在预应力锚索设计优化中的应用性。研究结果表明：采用所提出的半解析预测方法确定锚固段穿越双地层的预应力锚索极限黏结强度时，只需开展一组现场拉拔试验，从而克服了仅依靠现场拉拔试验获取双地层中极限黏结强度时需开展至少2组现场拉拔试验的缺点，可大幅节约工程造价且有效缩短了工期，具有较好的工程应用前景。

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盾构静-动态泥浆渗滤成膜及支护效率控制方法

金大龙, 袁大军, 毛家骅

中国公路学报. 2022, 35(12): 154-167. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.12.013

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近年来，泥水盾构在越江跨海隧道中被广泛应用，隧道开挖面“泥浆-土水”相互平衡作用是工程安全的关键。盾构泥浆能否成膜、动态掘进泥膜是否存在、动态泥膜如何发挥支护作用等问题受到广泛关注，理清这些问题是保障开挖面稳定的基础。对此，基于多相流理论提出了泥浆“渗滤-成膜-生长”瞬态力学模型，探明了泥浆的流体特性和地层的水力传导性质的时空变化规律，揭示了盾构停机静态成膜和掘进动态成膜机制，并通过静、动态成膜2个实例计算验证了理论方法的适用性。研究结果表明：盾构静态停机状态下通常为全断面泥膜，泥浆以面力形式进行支护，盾构掘进时表现为动态局部泥膜，泥浆压力可较长距离前向传递，以渗透力的形式发挥作用；盾构掘进时开挖面泥膜分布为多辐扇形的局部泥膜，可分为泥膜渐变区和无泥膜区，无泥膜区域靠近先行刀臂，随着刀盘转速的增加，泥膜的厚度和泥膜面积逐渐减小；实际工程中，可以从泥浆材料和掘进参数两方面提升泥浆的支护作用，一方面根据地层-泥浆粒径比和泥浆黏度双控指标进行泥浆配置，另一方面宜降低盾构刀盘转速，同时适当增加掘进速度，充分发挥局部泥膜的支护作用，提高泥浆的支护效率和开挖面的稳定性。研究成果对泥水盾构施工安全有一定的指导意义。

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不同干湿循环路径下Q₂原状黄土强度与微观结构演化试验

刘禹阳, 安驰, 来弘鹏, 王耕, 谢门东

中国公路学报. 2022, 35(12): 168-180. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.12.014

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为探明不同干湿循环路径对Q₂原状黄土宏观强度和微观结构的影响，考虑地下黄土赋存环境，开展了3种干湿循环路径下的三轴剪切试验、核磁共振测试和扫描电镜试验，分析了Q₂原状黄土强度、微观孔隙分布和土颗粒结构的演化规律与特征，并结合矿物成分变化探讨了相互之间的影响关系。研究结果表明：不同干湿循环路径下，宏观参数-黏聚力与微观参数-孔隙分布、孔隙和土颗粒平均直径均表现出不同程度的劣化效应，参数衰减趋势完全一致，即干湿循环幅度越大，上限含水率越高，衰减越严重，劣化效应越明显。宏观参数-内摩擦角与微观参数-孔隙和土颗粒结构演化特征相似，即内摩擦角小幅波动，孔隙与土颗粒的形态、结构复杂度和排列有序性基本稳定。考虑干湿循环幅度、上限含水率和循环次数3种参数，构建了微观孔隙劣化特征函数，解释了不同干湿循环路径下的孔隙劣化特征，揭示了Q₂原状黄土微观孔隙损伤劣化两阶段发展规律，即波动式损伤积累上升阶段和损伤劣化稳定阶段。相关研究成果可为不同循环路径下的原状黄土宏微观劣化认知提供有益参考。

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基于毫米波雷达组群的全域车辆轨迹检测技术方法

王俊骅, 宋昊, 景强, 刘坤

中国公路学报. 2022, 35(12): 181-192. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.12.015

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高精度车辆轨迹数据对于高速公路交通管理和智慧服务具有非常重要的研究及应用价值，然而现有的车辆轨迹感知技术难以获得全域全时车辆轨迹数据。为此，提出一种基于毫米波雷达的全域车辆轨迹跟踪技术方法，该方法包括：雷达原始数据获取及适配、轨迹数据清洗及降噪、道路线形感知及还原、车辆轨迹匹配及拼接。其中，雷达原始数据获取及适配通过构建雷达帧数据适配表将雷达数据格式标准化，并通过构建的轨迹可信度评价指标K，剔除镜像车辆轨迹数据，进而基于历史行车轨迹的统计学特征，采用聚类方法还原道路线形，最终通过雷达群组间车辆轨迹特征分析及匹配拼接，实现设备内部及跨设备对车辆轨迹的持续跟踪。利用载波相位差分技术(Real-time Kinematic, RTK)和基于无人机航拍视频定位技术分别对单车及多车轨迹跟踪精度进行检验。研究结果表明：在单目标跟踪状态下，系统的纬度偏差均值为-0.284 m，经度偏差均值为-0.352 m，纬度误差均值为0.712 m，经度误差均值为0.539 m；在多目标跟踪状态下，系统丢车率约为8%，轨迹定位与真实位置偏差均值为0.990 m，具备良好的轨迹跟踪精度。该方法为未来从更加宏观的范围内研究个体驾驶行为风险转移分析、微观水平的驾驶风险的时空演化提供了数据支撑。

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基于目标空间分布特征的无人机航拍车辆实时检测技术研究

李旭, 宋世奇, 殷晓晴

中国公路学报. 2022, 35(12): 193-204. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.12.016

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针对无人机航拍视角下存在整体图像分辨率高但占比较高的小尺度车辆检测特征点稀少这一问题，从卷积网络检测器针对性优化与基于目标分布特征的航拍图像自适应切分2个角度综合考虑，提出一种基于目标空间分布特征的无人机航拍车辆检测网络DF-Net。以单阶段目标检测框架SSD为基础，引入深度可分离卷积和抗混叠低通滤波器对网络结构进行优化搭建E-SSD，为后续检测网络搭建提供高效检测器；接着基于条件生成对抗CGAN思想构建密度估计网络生成器，从而得到航拍图像中车辆的准确分布特征，生成高质量的车辆密度图；将E-SSD与车辆密度估计网络结合，对车辆密度图进行自适应切分，并将切分后的局部图像与全局图像一同输入E-SSD，最后在决策层融合检测结果，由此实现对航拍视角道路交通场景下车辆目标的精确高效检测。在试验中，一方面将设计的基于目标空间分布特征的无人机航拍车辆检测网络DF-Net与E-SSD进行对比分析，另一方面将DF-Net与航拍目标检测领域表现较为优秀的网络进行比较。研究结果表明：设计的方法对于2个试验在均值平均精度指标上均有提升，与E-SSD网络对比时提升了至少4.4%，与航拍目标检测领域优秀网络比较时也有一定提升，并保持了较好的实时性。

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基于M形深度架构的非结构化道路可行驶区域推荐模型

王雪玮, 李韶华, 梁晓, 郑津津

中国公路学报. 2022, 35(12): 205-218. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.12.017

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针对边界模糊、路况多变的非结构化道路，为满足智能汽车在正常、应急等复杂行驶工况下对可行驶区域的视觉检测需求，提出一种在M形深度架构下融合多尺度交互策略和双重注意力机制的可行驶区域推荐模型，能够在复杂驾驶场景中精细分割出非结构化道路的强推荐、弱推荐、不推荐行驶区域。首先，在编码器-解码器的骨架基础上，构建倒金字塔式的多尺度分层输入和分层输出结构，以有效融合非结构化道路的浅层形态学特征与深层语义信息，并平衡模型在不同尺度上的预测偏倚，提升复杂驾驶场景下对多尺度与变尺度目标的分割精度；其次，构建集成通道注意力和空间注意力的跳跃连接结构，使模型在实现编码特征与解码特征高效传递的同时，聚焦于学习与道路可行驶性相关的重要特征，进一步强化模型对非结构化道路的检测性能。通过多种途径构建包含城郊、乡村、园区等真实场景的非结构化道路驾驶数据集。试验结果表明：得益于M形深度架构对多尺度交互策略和双注意力机制的融合，提出的模型在多种真实驾驶场景下均能较好地实现强推荐行驶区域、弱推荐行驶区域、不推荐行驶区域和背景区域的精细分割，平均交并比达到92.46%，平均检测速度达到22.7帧·s^-1；与现有其他主流模型相比，提出的模型兼顾了分割精度和时间效率，在非结构化道路可行驶区域检测任务上有明显优势。

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基于聚类和优序图法的事故再现结果融合方法

邹铁方, 谢荣荣

中国公路学报. 2022, 35(12): 219-229. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.12.018

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科学合理地融合多个事故再现结果具有重要现实意义，针对现有事故再现结果融合方法不能处理结果中包含潜在风险区间的问题，采用聚类算法与优序图法相结合的方式对多个事故再现结果进行融合。首先提出基于聚类的基础融合法，其先离散多个事故再现结果，再对离散后的数据进行聚类得到类结果，最后整理聚类结果可得融合结果。基础融合法操作简单、高效但不能处理再现结果中的潜在风险区间。进而通过引入优序图法提出基于优序图法的改进融合法，所提改进方法先从基础融合法的结果中得到各聚类区间概率与各聚类中心之间的距离表，并根据距离表中的距离极值将距离分段；再按照正态分布原则可知，各聚类中心之间的距离十分接近，现遵循距离越小分值越高的前提给予每段距离一定分值，距离表可根据分值得到各聚类中心的权重计算表;然后对权重计算表使用优序图法计算出各聚类中心的权重即各聚类区间权重；最后结合各聚类区间概率及其对应的权重得到融合结果。数值算例与真实案例均表明:改进融合法不仅可高效融合再现结果，还能识别出潜在风险区间并降低其在融合过程中的影响，从而提升融合结果的客观性，得到更理想的符合正态分布的结果，为融合包含潜在风险区间的多个事故再现结果提供有效解决方案。

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电动汽车充电站规划研究综述

王震坡, 张瑾, 刘鹏, 张照生

中国公路学报. 2022, 35(12): 230-252. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.12.019

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新能源汽车尤其是电动汽车已在全球范围内得到广泛推广应用，从而带来了巨大的充电需求。同时，部分充电站规划不合理导致充电站空间布局和服务容量与实际充电需求不匹配，充电站利用率低和用户充电不便并存的现象已经成为了电动汽车产业痛点。充电站的合理布局规划是优化电动汽车使用体验和充电体验、降低用户“里程焦虑”、提高充电桩利用率、优化城市电动汽车交通网络和电力网络的关键，也成为当前电动汽车及智能交通领域急需解决的问题。为提供该领域较为全面的综述视角，首先概述电动汽车充电站的发展情况、设施类型、相关标准，总结从“车端”、“站端”出发的电动汽车充电需求估计方法，然后从选址、定容、求解算法维度分析充电站规划模型，列举国内外在多优化目标、多约束条件、多阶段规划的覆盖模型、截流模型等规划模型中的研究成果，以及在各经典模拟网络和实际城市环境中的测试、应用情况，最后对目前充电站规划领域存在的充电需求估计准确性、充电站与未来需求的匹配度等问题进行总结，对“车-桩-路-网”互联时代下充分利用电动汽车的分布式储能、灵活充放电的特征进行有序充电引导、新能源消纳、电网削峰填谷的协同规划发展应用前景进行展望。

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基于状态空间采样的高速公路智能网联车辆轨迹动态规划

郭烈, 王旭, 胥林立, 秦增科

中国公路学报. 2022, 35(12): 253-267. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.12.020

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为实现智能网联车辆在高速公路动态行车环境下的轨迹实时规划，提出一种基于状态空间采样的轨迹动态规划方法。首先，以安全性为原则选取主车当前行驶的理想车道。基于Frenet坐标与笛卡尔坐标的转换关系，建立车辆运动横、纵向解耦的独立积分系统。将高速公路常见的行驶状态分为车道保持与定速巡航、变道以及前车跟随3类，预测主车行驶车道并针对3类行驶状态分别设计轨迹终端的目标配置方法。然后，利用多项式函数生成连接初始配置和目标配置的多条待选轨迹。构建考虑轨迹偏离理想车道程度、始末速度变化、规划周期和轨迹舒适性的综合损失函数，结合速度、加速度、曲率检查来评价各条待选轨迹的成本并进行排序。最后，预测车辆的横、纵向运动轨迹并构建一种胶囊形的车辆虚拟安全边界，通过碰撞检测，确定主车的最优轨迹，设置动态规划触发条件及时更新最优轨迹并避免过度规划浪费资源。研究结果表明：提出的算法能满足高速公路场景的动态规划需求；通过对轨迹规划周期、虚拟安全边界、动态规划时间间隔等关键参数的分析与优化，主车的横摆角速度范围稳定在-0.1~0.15 (°)·s^-1，横向加速度范围稳定在-0.16~0.32 m·s^-2，跟踪参考轨迹的最大误差不超过0.022 m，提出的算法能规划出具有高安全性、稳定性和舒适性的轨迹。

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基于改进人工势场的自动驾驶汽车弯道超车动态路径规划

张志勇, 邱国梁, 黄彩霞, 吴悠, 杜荣华

中国公路学报. 2022, 35(12): 268-278. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.12.021

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动态路径规划是自动驾驶汽车避障控制的关键技术。针对自动驾驶汽车弯道超车工况，建立基于改进人工势场(Artificial Potential Field, APF)的动态路径规划方法。为使基于APF的动态路径规划方法能运用于包含弯曲道路的复杂交通环境，将已在直道环境验证过的道路APF函数通过极坐标系与笛卡尔坐标系的相互转换，建立考虑道路曲率的弯曲道路APF函数。针对根据车辆质心位置判断车辆碰撞风险方法存在的缺陷，提出考虑车辆体积的碰撞风险预判方法，建立综合考虑车辆位置、速度和体积的障碍车辆APF函数。基于弯曲道路APF和改进障碍车辆APF，建立道路环境综合APF，引导车辆实现弯道超车。为避免目标函数中子目标相互干涉，提高弯道超车安全性，提出根据本车与障碍车辆相对位置关系自适应调整权重矩阵的方法。基于Carsim/Simulink联合仿真平台，分别在静态障碍车辆和动态障碍车辆2种工况下，验证自动驾驶汽车弯道超车动态路径规划的有效性。研究结果表明：所建立的弯曲道路APF能引导车辆转弯行驶，避免冲出车道；目标函数权重自适应调整方法能根据超车过程动态调整子目标的权重，规划出符合道路交通安全法规的路径，避免车辆超车时提前折返原车道，提高了超车安全性；考虑车辆体积的障碍车辆APF提高了车辆碰撞风险的预判精度，有效避免碰撞事故发生。

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基于改进人工势场的无人驾驶动态规划算法研究

罗玉涛, 石紫娴, 梁伟强

中国公路学报. 2022, 35(12): 279-292. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.12.022

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无人驾驶决策算法可以分为端到端的决策算法与分层式决策算法，分层式算法由于可解释性强、鲁棒性高而被大多数主机厂采用。规划模块是分层式决策算法中的核心模块，它承接感知与地图模块的信息并输出驾驶轨迹或动作，而人工势场法由于规划效率高、信息提取能力强，被越来越多地应用于无人驾驶决策规划领域。但现阶段的人工势场存在未考虑目的地因素或建立目的地单点引力场导致远距离引力过大、方向错误的问题，无法应对复杂交通环境。针对这些问题，提出一种无人驾驶“行车意图-风险复合场”(Driving Intention & Risk Field, IRF)，根据目的地、车辆、道路边界等要素各自的特点分别建模，并以势场的形式统一在IRF中。创建考虑全局规划的全局引力场，将全局规划路径离散成等距离的路径点，并动态选取感兴趣范围内的路径点进行全局引力场的构建。为了验证模型的性能，搭建IRF-SAC动态规划算法平台，并在CARLA仿真环境分别设置高速公路场景、十字路口场景和环岛场景。研究结果表明:相比于NF-SAC和FSM，IRF-SAC算法在安全性、舒适性、通行效率上均有显著提升；在高速公路场景下，IRF-SAC显示出较强的路径跟踪精度和鲁棒性，最大位移偏差相对于NF-SAC和FSM算法分别下降了44.8%、70.2%；在十字路口场景下，与NF-SAC及FSM算法相比，平均危险系数分别降低12.0%、20.6%，纵向加速度均方根分别降低13.2%、44.9%，行驶时长相较于FSM算法减少了39.2%；在环岛场景下，与NF-SAC及FSM算法相比，平均危险系数分别降低了31.7%、52.9%，纵向加速度均方根分别降低了27.0%、19.0%。

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《中国公路学报》2022年（第35卷）总目次

中国公路学报. 2022, 35(12): 293-308.

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2022年, 第35卷, 第12期　刊出日期：2022-12-20

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