2022年, 第35卷, 第9期　刊出日期：2022-09-20

  

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  中国公路学报. 2022, 35(9): 0-0.

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  封一/四

  中国公路学报. 2022, 35(9): 2-0.

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  道路交通运行风险防控技术专栏导语

  中国公路学报. 2022, 35(9): 3-0.

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  我国已建成高效通达的道路交通网，公路客货运输量均居世界第一，但道路交通安全形势依然严峻。中共中央、国务院在2019年发布的《交通强国建设纲要》中将“构建安全的现代化综合交通体系”列为最重要的交通强国建设目标。
  近年来，道路交通主管部门、高校、科研院所和企业等对道路交通运行风险防控技术高度关注，开展了大量的科研攻关和应用实践工作，在运行风险演化机理、运行风险感知-辨识-防控方法与技术、新型安全设施研发及应用效果评价等方面，取得了一批具有代表性的研究成果。
  为全面展示道路交通运行风险防控技术领域最新研究进展和成果，广泛开展学术交流，推动道路交通运行风险防控理论与技术创新，促进新型道路交通运行风险防控技术发展与应用，《中国公路学报》编辑部邀请公安部道路交通安全研究中心王长君研究员、长安大学付锐教授作为组稿负责人，邀请长安大学袁伟教授、浙江大学梁军教授、清华大学刘亚辉副教授、北京工业大学赵晓华教授、长安大学牛世峰教授、吉林大学宋现敏教授、长安大学崔华教授、长安大学王永岗教授、长安大学王畅教授作为组稿专家，共同向该领域的知名专家、学者约稿，出版本期“道路交通运行风险防控技术”专栏，回顾、总结和推广我国道路交通运行风险监测、评估、预测与防控研究领域的最新成果，探讨该方向的理论研究和应用技术发展趋势。本专栏共收到交通运行风险防控相关理论、技术、方法、试验研究等论文70余篇，最终录用15篇。研究内容集中于以下几个方面：
  （1）风险辨识与处置。主要内容包括：交通警情信息自动处理方法、自动驾驶系统交通规则符合性仿真验证方法、超速等危险驾驶行为的告警与矫正方法、不良天气条件下高速公路运行风险防控方法、隧道与互通等特殊路段出口换道可靠性、匝道合流区等特殊路段的车辆交互行为模式、车-人冲突时间窗预测模型等。
  （2）智能交通与智能车辆理论。主要内容包括高速公路相机自动标定与道路坐标系构建技术、路侧单目视角车辆三维形态精确感知技术、行人轨迹自适应压缩与误匹配识别技术、注意力监测技术及其对行为决策的影响等基于视频的交通信息提取技术,还包括考虑路网拓扑时变的交通拥堵自适应预测方法、信号交叉口自动驾驶左转车辆类人化全局运动轨迹规划方法、考虑动力学模型系统误差补偿的智能车组合定位算法、不同情景下自动驾驶接管行为的影响特征等。
  道路交通运行风险防控相关方法、理论与应用技术研究，将为我国道路交通安全保障提供先进的技术、方法、系统和装备等科技支撑。《中国公路学报》将继续关注该领域国内外最新研究进展，以期为广大专家、学者和工程技术人员提供学习和交流的平台，促进我国道路交通安全领域的高质量和可持续发展。
风险辨识与处置
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  基于多任务迁移学习的交通警情信息自动处理方法

  李昀轩, 李萌, 陆建, 顾欣, 郭娅明

  中国公路学报. 2022, 35(9): 1-12. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.09.001

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  从交通警情数据中自动获取信息对于快速处理交通事故和提高交通管理水平具有重要的意义。为此，提出了一种基于多任务迁移学习的交通警情信息自动处理方法，该方法上游采用文本预训练模型作为共享参数层，下游建立多任务并行学习方法，实现对交通警情中的关键信息、类型和语义自动处理。选取江苏省苏州市2年内共120 191条原始交通警情作为试验数据，通过自动处理方法构建了一套标准的交通警情信息数据库。试验结果表明：所建立的关键信息抽取方法可以更精准地提取警情数据中的时间、地址和车牌信息；交通警情分类模型性能优于现有的深度学习模型，分类准确率达93%；基于局部特征增强的警情语义分析方法重点识别了警情中事故的严重程度和救援需求，识别准确率达87%。研究结论显示交通警情自动化处理方法具有良好的可移植性和实用性。
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  自动驾驶系统交通规则符合性仿真验证方法

  王长君, 胡伟超, 于鹏程, 周文辉, 宋思达

  中国公路学报. 2022, 35(9): 13-25. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.09.002

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  随着自动驾驶技术的不断发展，高级别自动驾驶车辆逐步在限定区域开展实际道路测试，确保和提高自动驾驶系统安全驾驶能力是当前研究、测试和工程开发的热点难点。面对自动驾驶车辆将长期与人类驾驶车辆混行，并与其他交通参与者遵守同样交通规则的现实需要，提出一种验证和测试自动驾驶系统交通规则符合性的方法，以期降低多车混行条件下的交通安全风险。针对各类交通法律法规语义自动解析技术瓶颈，提出规范化-逻辑化两阶段交通规则数字化模型，基于改进谓词度量时序逻辑框架(Metric Temporal Logic，MTL)，将自然语言交通规则转换为命题、逻辑连接词和时序算子组成的逻辑编码，生成了自动驾驶系统可理解、可执行、可验证的数字化交通规则，并构建了交通规则命题的分级分类体系。提出了一套基于自动驾驶车辆高精度运动轨迹的交通规则符合性验证算法，并搭建仿真试验平台，在高速公路交通场景下开展了试验验证。理论分析与试验表明：精简命题空间、新增时序算子和谓词逻辑词等改进有效提高了原有MTL框架的时间表现能力，解决了时序逻辑性不足等问题，大幅提高了交通规则数字化转换效率，对地方性交通法规和未来交通法规修订提供了良好的兼容性。提出的交通规则符合性验证方法及试验平台可以有效测试自动驾驶系统对现有交通规则的遵守能力，相关成果对提高自动驾驶系统安全性能和未来混行交通安全管控水平具有重要意义。
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  超速行为多通道告警及差异化矫正研究

  郭羽熙, 袁小慧, 高在峰, 付锐, 孙港

  中国公路学报. 2022, 35(9): 26-37. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.09.003

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  为了对超速行为进行有效控制，研究多通道告警系统以及差异化矫正系统对不同风险等级超速行为的干预矫正效果。试验基于模拟驾驶三维仿真平台，搭建包含隧道在内的限速高速公路场景，将招募的48名被试平均分为对照组、告警组、矫正组以及告警-矫正组，采用自主设计的多通道告警系统以及差异化矫正系统进行模拟驾驶试验。结果表明：在驾驶表现方面，与对照组相比，告警组的平均车速离差减小，但可接受风险超速比例显著增加，矫正组的平均车速显著降低，比对照组低8.31 km·h^-1，告警-矫正组超速时间比例最低，在可接受风险、低风险以及高风险超速行为下，其平均超速比例分别低至6.55%、0.18%和0.01%；在主观评价方面，告警-矫正组在有效度、接受度、使用度、推广度、满意度、理解度、轻松程度和注意力分散程度等8个维度的综合评分最高；在视觉特性方面，相比矫正组，告警-矫正组的积分界面注视频率以及积分界面注意力分配率均显著下降，对限速标志牌的注视频次最高，且单次视线离开路面时长在462~982 ms区间，表明告警-矫正组合系统在不干扰驾驶人安全驾驶的情况下，提高了驾驶人主动控制超速行为的意识。
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  考虑高速公路运行风险的雨天可变限速方法

  刘玮蔚, 刘建蓓, 余强, 骆中斌, 高健强

  中国公路学报. 2022, 35(9): 38-50. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.09.004

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  为保证雨天环境下高速公路行驶安全，降低道路整体运行风险，结合雨天风险特征，开展考虑运行风险的雨天可变限速研究。首先应用随机森林模型，标定雨天环境下高速公路动静态风险因素的特征重要度，并结合熵值理论，建立高速公路风险模型、计算风险系数、划分风险等级;之后，以空域自适应算法中可变限速推演变化规律为基础，考虑大、小型车的行驶特征，结合预期风险、雨天停车视距、水膜厚度等因素，优化可变限速模型，细化大、小型车辆的初始控制值，进而提出不同降雨强度、不同能见度下的可变限速推荐值；在此基础上，利用驾驶模拟实景仿真系统、心理生理检测设备、微观交通流仿真软件，开展可变限速系统控制值合理性及驾驶人行车适应性与交通流运行状态的实证分析。研究结果表明：随着能见度降低和降雨量增大，在可变限速控制下，驾驶人呈现出交感神经兴奋性减弱、副交感神经兴奋性增强、心理紧张度降低的状态，其平均心率、心率变异性高频值、心率变异性低频值、心率变异性差异值分别由74.13、0.121、0.643、2.37变为78.23、0.192、0.567、2.01，驾驶人对限速方案的适应性良好；同时，可变限速可保证道路整体通行效率，不会造成交通流风险震动，在小型车、大型车限速分别为80、60 km·h^-1和小型车限速60 km·h^-1、大型车禁止驶入场景下，碰撞时间均值、中值大于未限速场景，各车道的行车安全性均能得到保障;提出的雨天可变限速控制方法合理，且具有一定工程适应性，能为异常天气高速公路宏观车流主动防控提供理论支撑。
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  隧道与互通出口小净距路段换道可靠性研究

  陈荔, 张驰, 王博, 刘昌赫, 谢子龙, 李超同

  中国公路学报. 2022, 35(9): 51-65. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.09.005

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  为分析高速公路隧道与互通出口小净距路段在不同交通流状况下的车辆驶出概率，提出了基于交通仿真的安全换道概率模型。首先，采用VISSIM标定仿真模型并进行正交试验，获取小净距路段在不同净距长度、交通量、驶出比例、大型车比例下的交通数据，在此基础上确定瞬时交通流密度及相应车流平均速度的计算方法，构建相应的分布模型，通过K均值聚类算法研究不同速度下的瞬时交通流密度大小和出现概率；同时引入可靠度方法并利用微分法来构建车辆安全换道概率模型，综合考虑车速、车流密度、目标车道临界可插入间隙等因素的不确定性，应用蒙特卡罗仿真法搭建求解概率模型的算法，并通过MATLAB对模型进行求解；针对分流车初始位置的不同，分别得到了不同交通量、大型车比例、净距长度下的换道驶出成功率，进而研究不同交通流状况组合下的净距长度。结果表明：交通量、大型车比例、净距长度对净距路段内侧车道车辆换道驶出成功率有显著性影响，研究结果可为规范的进一步完善提供参考。
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  城市快速路匝道合流区车辆交互行为模式

  张方方, 王长君, 王俊骅

  中国公路学报. 2022, 35(9): 66-79. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.09.006

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  在城市快速路匝道合流区，驾驶任务难度主要来自于车辆与其周边车辆之间的动态交互，目前对这种交互行为的特征和机理的认识还不十分清楚。基于从无人机视频中提取的高精度车辆轨迹数据，提取出表征车辆交互行为的指标TTC和GAP，并结合速度、加速度、车道位置等其他指标，对车辆的交互过程加以刻画，从中获得了大量交互行为实例，并在此基础上归纳总结出9种典型的车辆交互行为模式。通过分析各模式特征发现：即使在相同的外部环境下，车辆交互行为模式也可能存在差异，这表明交互行为不仅与车辆之间的相对位置、时空距离、速度状态等环境因素有关，还与驾驶人的应对能力、动机及风险意识等认知心理有关；另外，不同的交互模式面临的风险不同，并且该风险既可能是周边车辆行为发生改变而被迫卷入，也可能是驾驶人自身主动寻求的结果；9种不同类型的交互行为模式，构成了驾驶人自行感知的4种风险状态互相转换的具体实现形式；在驾驶过程中，驾驶人努力寻找契机并选择某种交互行为模式在各个风险状态之间来回切换，并非仅由心理压力较大的危险态向压力较小的自由态转换，也会发生反向转换，前者主要由降低事故风险和减少认知努力的动机驱动，后者旨在追求行车效率，但同时驾驶人会付出更多的认知努力以对抗风险的增加，这充分反映了驾驶人试图在行车效率、事故风险与认知努力三方面取得平衡。研究成果对深化理解驾驶行为及其背后的决策机制具有积极意义。
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  城乡快速干道车-人冲突时间窗预测模型

  于少伟, 关京京, 吉灿, 秦瑞伶, 姜锐, 封硕, 刘英宁

  中国公路学报. 2022, 35(9): 80-89. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.09.007

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  为了解决城乡快速干道车-人冲突和事故严重的问题，将车-人冲突点的分析方法扩展到车-人冲突时间窗的分析方法，构建一种行人运动轨迹实时监测和穿越时间预测相结合的车-人冲突时间窗组合预测模型。首先，分析行人违规穿越的实测数据，确定不同类别行人对应的穿越时间置信区间以及松弛时间；其次，根据运动学模型的预测结果判断行人的所属类别并初步确定行人的穿越时间，同时通过卡尔曼滤波算法对行人穿越过程进行实时监测；再次，融合运动学模型预测结果和卡尔曼滤波监测结果，确定最终的车-人冲突时间窗；最后，对所提出的组合预测模型进行标定和验证，并通过VISSIM仿真平台进行安全性能测试。模型验证结果表明：在正常情况下，该模型能够保障行人的安全且能兼顾松弛时间重置次数；在行人初始穿越速度过低或穿越前、中期存在持续低速的情况下，该模型可以通过多次松弛时间重置来解决模型的适用性问题。安全性能测试结果表明，在车辆行驶时间均值增加4.7%的情况下，安全车辆数占比增加了37.3%，车辆的后侵占时间(PET)测试值则增加53.8%。因此，与无松弛时间的预测模型相比，所提出的有松弛时间的车-人冲突时间窗预测模型能够在对交通效率影响较小的前提下，较大程度地提高车-人冲突的安全性。
智能交通与智能车辆
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  高速公路相机自动标定及道路坐标系构建

  宋焕生, 张文涛, 孙勇, 崔华, 刘泽东

  中国公路学报. 2022, 35(9): 90-103. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.09.008

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  为解决高速公路场景下利用视频监控系统正确描述车辆相对于道路的空间位置问题，通过引入Frenet坐标系概念，提出一种基于相机自动标定的道路坐标系模型。在相机自动标定阶段，利用线分段拟合方法从曲线车辆轨迹中提取平行于直线路段的轨迹点，并通过级联霍夫变换精确估计道路方向的消失点。然后,根据多车辆三维模型约束，对相机参数进行迭代优化。基于标定结果，将车辆轨迹映射到世界坐标系平面上，并用3次样条插值进行拟合。根据大量运动车辆在道路平面内形成的轨迹域分布特征，综合边界约束估计道路中心点。最后，结合道路中心线在各点处的法线向量与车道宽度信息确定平移量，并利用点平移运动拟合车道线，实现道路坐标系的自动建立。使用真实高速公路视频数据，在多种道路条件下进行试验。研究结果表明:在标定阶段，构建方法对不同高速公路场景的最大标定误差不超过11.55%;与最新的方法相比，直线道路平均标定误差分别降低6.68%和3.58%，弯曲道路平均标定误差分别降低7.43%和2.61%;在道路坐标系构建阶段，构建方法的平均投影距离为0.077 m，接近最新方法的0.069 5 m；而其平均精度为0.916，显著优于最新方法的0.663；所提道路坐标系能够自适应道路形态的变化，有效解决了从监控视频中描述车辆与道路之间相对位置关系的问题。
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  基于CenterNet的路侧单目视角车辆3D形态精确感知

  王伟, 唐心瑶, 崔华, 宋焕生, 李颖

  中国公路学报. 2022, 35(9): 104-118. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.09.009

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  车辆3D形态的精确实时感知对于智能交通中的车辆行为分析、交通流参数估计等应用和无人驾驶都至关重要，其中，如何克服透视投影的限制，从路侧单目视角下感知车辆3D形态正成为具有挑战的课题之一。为解决这个难题，采取深度网络提取投影特征，结合空间标定模型中的几何约束，实现2D投影至3D空间的3D形态恢复构建。首先，基于前期工作，对道路场景中的相机构建空间标定模型，以获取透视空间的2D-3D互映射矩阵；然后，以当前流行的简洁高效的CenterNet深度网络为基础，设计车辆3D形态投影特征的检测网络，融入多尺度特征融合模块以优化透视投影下不同尺度车辆目标的检测，同时优化高斯凸包热力图以增强车辆目标的特征检测力度，根据先验几何约束设计加强损失函数以加快收敛；最后，通过建立的空间形态几何约束模型，对网络输出特征投影点进行解码，构建出完整的车辆3D形态信息。试验以路侧视角下的BrnoCompSpeed数据集和自制数据集为基础，手工标注满足试验需求的样本目标，并做图像增广以模仿多变的道路监控视角及环境。在试验结果评价中，分别对网络检测结果及最终构建的3D形态进行评价，其中对于网络检测结果，以投影特征构成投影凸包的平均精度为评价指标，交并比(IoU)阈值为0.7时，在BrnoCompSpeed测试数据集上得到AP值为87.35%，召回率和精确率分别为87.39%与90.78%。同时，设计消融试验证明网络改进模块的有效性。对于3D形态构建结果，分别对空间定位、3D尺寸、偏转角及3DIoU等指标都进行定义，并以3DIoU为评价标准，验证多个改进模块及不同视角对于最终精度的影响，最后在BrnoCompSpeed测试数据集中的平均3DIoU达到0.738。设计的网络FPS为27，可满足实时性的需求。
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  面向数据驱动建模的行人轨迹自适应压缩与误匹配识别分割

  游峰, 曹水金, 梁健中, 王海玮, 徐建闽

  中国公路学报. 2022, 35(9): 119-140. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.09.010

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  轨迹数据驱动的行人行为分析建模在公共场合异常事件监测、人车冲突风险评估等方面具有重要意义，广布的交通视频监控是行人群轨迹数据的重要来源。行人轨迹具有趋势性和规律性，提取的原始轨迹信息冗余较大，且密集行人群频繁遮挡，不同行人轨迹易发生误匹配，导致数据失真。针对以上问题，根据行人轨迹的局部结构特征和数值特性，设计一种改进的两阶段自适应滑窗轨迹压缩算法ATSSW (Adaptive Two Stage Sliding Window)和基于轨迹局部转向角的误匹配识别和分割方法ABTDS (Angle-based Trajectory Detection and Segmentation)，清洗和压缩行人轨迹数据。首先，ATSSW算法考虑轨迹各坐标分量的数值分布特征，将提取到的所有原始轨迹分为漂移和非漂移2类，采取不同的策略分别压缩2类轨迹；然后，ABTDS算法分析压缩后的轨迹局部转角特征，辨识误匹配轨迹样本；最后，ABTDS算法分割误匹配样本，并用分割后的轨迹更新原始轨迹数据集。研究结果表明：ATSSW算法压缩了653条原始行人轨迹，总压缩信息损失1 002.04，总平均轨迹压缩率为6.07%，总平均轨迹压缩保留率为95.35%；原始轨迹集中存在126条误匹配轨迹，ABTDS算法辨识并成功分割了其中的107条，检出率为84.92%；所提算法抑制了原始行人轨迹中漂移点和误匹配现象所致的干扰，减少了原始轨迹数据噪声，可提高轨迹数据驱动的行人行为建模精确度；适当压缩原始轨迹，可减轻轨迹数据存储处理的负担。
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  基于注意力机制的多模态自动驾驶行为决策模型

  郭应时, 黄涛

  中国公路学报. 2022, 35(9): 141-156. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.09.011

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  针对现有端到端自动驾驶模型未考虑驾驶场景中不同区域的重要性和不同语义类别之间的关系而导致预测准确率低的问题，受驾驶人注意力机制和现有端到端自动驾驶模型的启发，充分考虑驾驶场景的动态变化、驾驶场景的语义信息和深度信息对驾驶行为决策的影响，以连续多帧驾驶场景的RGB图像为输入，构建一种基于注意力机制的多模态自动驾驶行为预测模型，实现对方向盘转角和车速的准确预测。首先，通过语义分割模型和单目深度估计模型分别获取RGB图像的语义图像和深度图像；其次，为剔除与驾驶行为决策无关信息，以神经科学和空间抑制理论为基础，设计一种拟人化注意力机制作为能量函数来计算驾驶场景中不同区域的重要度；为学习语义图像中与驾驶行为决策最为相关类别之间的关系，采用图注意力网络(Graph Attention Network,GAT)对驾驶场景的语义图像进行特征提取；然后，以保留RGB特征为原则对提取的驾驶场景的图像特征、语义特征和深度特征进行融合，采用卷积长短期记忆网络(Convolutional Long Short Term Memory,ConvLSTM)实现融合特征在连续多帧之间的传递，进而实现下一帧驾驶场景对应驾驶行为的预测；最后，与其他模型的对比试验、消融试验、泛化试验和特征可视化试验来充分验证所提出自动驾驶行为预测模型的性能。试验结果表明：与其他驾驶行为预测模型相比，所提出模型的训练误差为0.021 2，预测准确率为86.97%，均方误差为0.031 5，其驾驶行为的预测性能优于其他模型；连续多帧的语义图像和深度图像、拟人化注意力机制和面向语义特征提取的GAT有助于提升驾驶行为预测的性能；该模型具有较好的泛化能力,其做出驾驶行为预测所依赖的特征与经验丰富的驾驶人所关注的特征基本一致。
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  考虑路网拓扑时变的交通拥堵自适应预测方法研究

  梁军, 彭嘉恒

  中国公路学报. 2022, 35(9): 157-170. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.09.012

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  对路网交通系统中的交通拥堵进行预测，有利于交通管理和避免交通风险。然而，由于交通管制、道路施工、恶劣天气、自然灾害等原因，路网交通系统的拓扑结构时常发生变化，使得依赖于固定路网拓扑的拥堵预测方法效果不佳。针对这一问题，提出一种双重自适应图卷积循环网络结构(DAGCRN)来处理路网拓扑结构变化情况下的交通拥堵预测问题，该方法运用自适应辅助邻接矩阵对预定义的路网静态图结构进行适应性学习以动态优化原有连接间信息的传递，运用自适应嵌入邻接矩阵对预定义路网静态图结构进行路网隐藏信息的捕捉以确保路网拓扑结构的动态完整性，并采用门控循环单元提取路网交通流的时间特征信息。研究结果表明,DAGCRN具备以下特点：①能够有效捕捉和定位路网拓扑结构发生的变化，并能够在拓扑结构变化时仍然保证拥堵预测的精确率；②相比较一些常见预测模型有更高的预测准确率，尤其是长期预测方面和克服路网结构变化方面更具优势；③进一步的双重自适应功能消融试验，证实了含有自适应辅助邻接矩阵和自适应嵌入邻接矩阵的双重自适应图卷积结构对于路网拓扑结构变化有很强的自适应能力，缺少2个或任一个自适应模块，都会引起模型预测性能的大幅下降。
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  信号交叉口自动驾驶左转车辆类人化全局运动轨迹规划

  杨澜, 绳贺, 赵祥模, 吴国垣, 徐志刚, 南春丽, 占佳豪

  中国公路学报. 2022, 35(9): 171-184. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.09.013

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  为了提高信号交叉口自动驾驶车辆左转运动规划的适应性、鲁棒性与类人化程度，提出一种考虑多目标需求的自动驾驶类人化全局运动规划方法。首先，基于西安市北大街信号交叉口规格构建结构化场景，结合车辆运动学模型与道路几何规格定义自动驾驶车辆规范化行驶安全域和车辆运动参数约束条件；其次，根据信号灯状态、道路限速与车辆性能约束制定上游阶段车辆不停车通行规则，以行驶安全、燃油消耗、通行效率与驾驶舒适度作为目标性能函数，构建类人化全局多目标优化模型，通过人类驾驶的车辆预转弯行为耦合上游阶段与转弯阶段；再次，针对非线性运动规划模型变量与约束规模化问题，采用粒子群算法与全联立正交配置有限元方法求解不同阶段车辆运动轨迹的最优解；最后，试验建立Prescan与MATLAB/Simulink联合仿真平台，从多目标性能、适应性以及合理性方面验证该模型的综合性能。结果表明：在以信号灯状态和车辆初速度为变量建立的12种工况下，该模型与人类驾驶车辆、混合运动规划模型相比，平均可分别节省燃油消耗63.7%和29.5%，平均通行延时分别降低3、0.9 s，且轨迹曲率更平缓，最大横向加速度与方向盘转角平方和的平均值最小，证明该模型的多目标性能更好；在以路缘石半径与车道数目为变量建立的7种交叉口规格工况下，所提出模型的车辆轨迹平滑，轨迹安全域边界距离始终大于1.4 m，曲率变化符合期望且峰值小于0.22 m^-1，说明该模型具有较好的适应性；在自由/固定终端时刻条件下，该模型规划的车辆空间路径、速度、曲率及航向角的变化与目标权重变化保持一致，验证了模型的合理性。
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  考虑动力学模型系统误差补偿的智能车GNSS/IMU组合定位算法

  魏文辉, 赵祥模, 葛振振

  中国公路学报. 2022, 35(9): 185-194. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.09.014

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  为了解决智能车动态组合定位过程中，因动力学模型与实际模型之间存在偏差导致滤波精度下降的问题，针对智能车全球导航卫星系统(GNSS)/惯性测量单元(IMU)组合定位系统，结合非线性预测滤波(NPF)和自适应滤波的优点，提出了一种考虑动力学模型系统误差实时估计和补偿的自适应非线性预测滤波(ANPF)算法。首先，根据NPF算法原理，通过最小化预测观测残差与系统误差的加权平方和，估计动力学模型系统误差；其次，结合自适应滤波原理，利用状态预测残差向量构造自适应因子，设计了一种自适应扩展卡尔曼滤波(AEKF)算法，用于估计系统状态向量，并通过自适应因子抑制动力学模型系统误差和线性化误差对系统状态估计精度的影响，克服NPF对系统状态估计精度有限的缺陷；再次，对动力学模型系统误差的估计误差和由动力学模型系统误差引起的系统噪声的等效协方差阵进行了分析和推导，以补偿动力学模型系统误差对系统状态估计的影响；最后，通过车载GNSS/IMU组合定位系统试验，从算法精度、鲁棒性和实时性方面对提出的算法和其他滤波算法的性能进行了验证和对比分析。研究结果表明:提出的自适应算法继承了NPF算法简易性和高实时性的优点，同时克服了NPF算法估计精度有限的缺陷，具有较好的滤波解算精度，水平定位精度小于1.0 m，算法单次平均执行时间约为0.013 9 ms，在精度和实时性的平衡方面显著优于其他滤波方法。
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  不同情景下自动驾驶接管行为的影响特征

  赵晓华, 陈浩林, 李振龙, 李海舰, 巩建国, 付强

  中国公路学报. 2022, 35(9): 195-214. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.09.015

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  为探究不同情景下自动驾驶接管行为的影响特征，面向驾驶人、自动驾驶车辆、交通环境等内容提出自动驾驶测试研究框架。基于驾驶模拟技术开发自动驾驶测试平台，通过案例验证其有效性，为自动驾驶相关技术的测试评估提供有力支撑。研究以接管场景、接管请求时间、驾驶次任务、交通流为要素设计18个高速公路接管情景，邀请被试开展驾驶模拟试验测试。从主观维度探究驾驶人对自动驾驶的适应性差异，从客观维度构建广义线性混合效应模型，研究驾驶人属性因素(性别、年龄、驾龄)和接管情景因素(接管场景、接管请求时间、驾驶次任务)的主效应及其交互作用对接管行为的影响。统计分析结果表明：①性别因素对自动驾驶的信任度和状态感知度有统计学差异，男性对自动驾驶的适应性高于女性；②驾驶人的年龄和驾龄因素对试验前和试验后的技术接受度具有显著影响，对技术信任度和状态感知度具有统计学差异，中年人和老年人、中驾龄和高驾龄人群的适应性相对较高；③不同因素水平对应的接管成功率、正确率和第一操纵行为不同。广义线性混合效应模型结果表明：①接管情景因素及其交互作用对接管行为指标具有显著影响；②模型中引入驾驶人属性因素，发现与接管情景因素存在交互效用。研究基于驾驶模拟技术开发自动驾驶测试平台的方法具有一定的推广性，研究结果可为深度挖掘自动驾驶接管行为影响因素及其作用机理奠定基础。
道路工程
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  粗细集料磨光值对沥青路面长期抗滑的影响

  何玉林, 邢超, 洪斌, 谭茜文, 王大为, OESER Markus

  中国公路学报. 2022, 35(9): 215-223. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.09.016

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  良好的路面抗滑性能是车辆安全行驶的重要保障，而集料品质是影响沥青路面抗滑性能的重要因素之一。集料的耐磨光性能直接决定路面抗滑性能的衰变规律和抗滑终值。因此，集料磨光值的表征和评价对沥青路面全寿命周期抗滑性能的研究具有重要意义。为充分明确粗、细集料对沥青路面长期抗滑性能的影响，引入了3种新的试验方法：①使用Wehner/Schulze (W/S)加速磨光试验对不同种类粗、细集料的磨光值进行评价；②使用自主研发的轮式加速磨光机对9组试样进行加速磨光试验；③使用W/S试验仪抗滑测试机体在速度为60 km·h^-1和水膜覆盖条件下测量试件磨光后的动摩擦因数。结果表明：①集料矿物成分是决定磨光值的重要因素，且磨光值越高沥青路面的长期抗滑性能越好；②密级配沥青路面细集料对路面长期抗滑性能的影响比粗集料更大；③W/S加速磨光试验不仅较Polished Stone Value (PSV)试验结果精度更高，还能评价细集料的抗磨光值；④不同抗滑检测设备与试验方法间具有较大的差异性，轮式加速磨光试验能对试件的全磨耗周期行为进行表征，W/S抗滑检测则可在高速动态旋转和水膜覆盖条件下进行检测(且不受人为操作影响和可重复性高)，二者的工况模拟和工作原理具有较强的科学性与可靠性。未来工程应用中，应尽量提高细集料的磨光值，以进一步提高路面抗滑性能；同时，如需精确地表征集料磨光值差异性与路面抗滑性能之间的关系，建议使用W/S试验进行研究。
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  基于间接拉伸模式的沥青混合料内部力链分布特征

  常明丰, 刘志玲, 张久鹏, 张艺行, 杨博清

  中国公路学报. 2022, 35(9): 224-234. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.09.017

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  为了表征沥青混合料在间接拉伸模式下的力链分布特征，成型3种骨架结构沥青混合料的马歇尔试件，以及旋转压实试件和相应3种类型的沥青砂浆静压试件。利用简单性能试验分别测试不同温度条件下沥青混合料和沥青砂浆的动态模量、相位角，在获取沥青混合料旋转压实试件和马歇尔试件截面图像的基础上，结合数字图像处理技术和MATLAB编程，借助离散元方法重构了3种类型沥青混合料的旋转压实和马歇尔数字试件。对旋转压实数字试件进行虚拟简单性能试验，运用反演算法计算数字试件的细观参数，校验细观模型的准确性和合理性。对马歇尔数字试件开展虚拟间接拉伸试验，提取颗粒间接触力力链信息，以力链概率分布和角度分布作为量化指标进行分布特征分析。研究结果表明：利用离散元方法重构的3种骨架结构沥青混合料黏弹性细观模型具有较高的预测精度，动态模量和相位角的实测与预测最大差异分别为9.64%、0.24°；间接拉伸荷载模式下，3种骨架结构沥青混合料的内部法向压力力链概率分布均随f(接触力与平均接触力的比值)的增大而衰减，强力链(f≥1)的概率分布较小，而弱力链(f＜1)的概率分布较大，随着温度的升高，力链的最大概率分布基本呈增大的趋势；不同温度的压力力链角度分布差异较大，呈沿0°-180°水平线和90°-270°垂直线的非对称分布，0°-180°水平线以上分布占主导，随着温度的升高，角度分布均向外延伸，但延伸幅度不大，最大仅为3.954%；不同截面的沥青混合料具有一致的法向力链概率分布和角度分布。研究结果为从细观角度认知沥青混合料的非均匀力学响应及荷载传递演化提供了理论依据。
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  山区公路高陡边坡引导式柔性缓冲系统的设计方法

  许浒, 邹鹏, 余志祥, 金云涛, 张蓝月, 骆丽茹

  中国公路学报. 2022, 35(9): 235-246. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.09.018

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  为了进一步推广引导式柔性缓冲系统的工程应用，验证其防护性能和可靠性，依托渝黔线高速公路区间内某山区桥梁的高陡边坡落石防护工程，开展了工程设计计算，并对引导式柔性缓冲系统的防护性能进行分析。首先利用无人机航测建立防护区域的三维模型，明确了桥梁结构与边坡的空间位置关系和防护需求；基于危岩体实际特征对5个边坡纵断面开展了落石运动轨迹分析，根据弹跳高度和冲击动能包络值确定防护高度和防护能级指标；初步设计了引导式柔性缓冲系统的部件规格参数，建立了系统的有限元模型，并通过与关键部件试验数据对比验证了数值模型的有效性；基于离散元-有限元耦合算法，分别验算了相同初始动能的单体落石和多体落石2种工况下引导式柔性缓冲系统的内力，对比分析了有无防护时落石灾害对桥梁结构的侵害情况，从而验证了防护效果。计算结果表明：满足设计要求的引导式柔性缓冲系统能够有效抑制落石弹跳高度，从而避免落石侵限和撞击桥梁结构；引导式柔性缓冲系统关键部件内力响应均未超过设计限值，但不同工况下相同部件的内力峰值差异较大，因此，应采用各工况内力包络值进行设计，且关键构件的承载力安全储备系数不应小于1.2；防护全过程的耗能机制主要由系统塑性变形、系统阻尼以及落石与边坡和系统的摩擦碰撞3部分构成，其中塑性变形和摩擦碰撞耗能占主导地位，可分别按40%和60%的比例进行设计；拦截区段和引导区段的设计耗能比例系数可分别按0.7和0.3考虑，各区段中的主要耗能部件均为耗能器和环形网片。在此基础上，提出了基于能量匹配原理的引导式柔性缓冲系统的工程设计方法及流程，并建议了针对不同性能目标的多水准设计策略，以期发挥系统更大的防护潜能。
桥梁工程
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  桥梁缆索断面钢丝腐蚀进程差异性试验

  黄平明, 辛公锋, 袁卓亚, 龙关旭, 袁阳光, 刘晓东

  中国公路学报. 2022, 35(9): 247-256. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.09.019

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  为实现桥梁缆索断面内高强钢丝腐蚀进程差异性量化表征，进而支撑该类构件在服役期内的强度退化模拟与承载力评定等工作,以镀锌钢丝缆索为对象，采用旧索构件破除实测与人工加速腐蚀试验相结合的方法，构造相邻层钢丝腐蚀进程差异性指标，研究了实际服役环境下的平行钢丝缆索断面腐蚀进程差异性。进一步考虑缆索断面构造特征及护套可能出现的病害类型，通过捆绑试件加速腐蚀试验，研究试验环境下平行钢丝缆索断面腐蚀进程差异性,护套破损对断面腐蚀进程差异性的影响以及钢绞线内外丝腐蚀进程差异性。研究结果表明：护套整体老化失效时，平行钢丝缆索断面相邻层钢丝总体腐蚀进程差异系数不拒绝正态分布，均值与变异系数分别为0.675 8、0.254 3;实际服役环境下总体腐蚀进程差异系数均值水平更高、变异性更强，腐蚀介质沉积效应对缆索断面钢丝腐蚀进程差异性的影响因破损形态而异；随着腐蚀时间的延长，断面总体腐蚀进程差异性逐渐减弱，钢绞线内外丝总体腐蚀进程差异系数概率分布特征由对数正态分布向正态分布过渡。
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  基于细-宏观数据交互的桥梁水毁数值仿真

  熊文, 张嵘钊, 石惠铎

  中国公路学报. 2022, 35(9): 257-268. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.09.020

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  为精细化探究桥梁水毁倒塌机理，基于计算流体力学与泥沙动力学数值仿真，得到桥梁冲刷形态演变与波流力时程数据，构建桥梁水毁全过程的连续倒塌数值模型；通过开发细-宏观数据交互接口，将冲刷所致边界条件改变与波流力对桥梁结构作用效应实时传递至结构域桥梁连续倒塌数值模型，高精度连续仿真冲刷发展与波流力作用下桥梁水毁全程力学响应与结构形态演化；最后，通过河源东江大桥倒塌案例分析，验证该仿真方法与数据交互接口的正确性和有效性。结果表明：河源东江大桥连续倒塌可能由冲刷掏空基础后倾斜、拱脚薄弱节点失效以及非制动墩承受不平衡水平推力所致；所提出的仿真方法可实现冲刷仿真、波流力计算与结构倒塌分析的同步交互实施，可为从水文源头探究桥梁水毁失效机理与倒塌模式提供精准高效的分析工具，为桥梁抗水设计、评估以及未来规范修订提供理论基础与技术手段。
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  钢-混凝土组合梁桥的温度梯度作用——作用模式与极值分析

  刘江, 刘永健, 马志元, 张国靖, 吕毅

  中国公路学报. 2022, 35(9): 269-286. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.09.021

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  为建立适用于钢-混组合梁桥的竖向温度梯度作用模式和取值方法，对一组合梁节段模型开展超过一年的长期温度测试与有限元数值模拟，以温度场分解得到的竖向线性温差和残余温度作为温度评价指标，根据指标达到极值时的竖向温度分布特征建立适用于组合梁桥的温度梯度模式体系。利用气象站23年的历史气象数据计算组合梁桥的长期温度梯度，采用基于广义帕累托分布(GP分布)的超阈值模型进行温度梯度代表值极值分析。研究结果表明：竖向线性温差和残余温度可反映温度作用在结构产生的次生效应和自生效应，是判断竖向温度梯度模式合理性的有效评价指标；考虑中梁和边梁腹板的日照条件差异，建立了适用于多主梁组合梁桥的竖向温度梯度模式体系，包括了2种升温模式和1种降温模式，对不同铺装厚度和桥面板板厚均有较好的适用性；钢梁形状对各温度梯度模式的影响并不显著，桥面板厚度、沥青铺装厚度对组合梁顶部的温差影响显著，钢表面吸收率则对升温模式1、2中钢梁部分的温差影响显著；在边梁的升温模式2中，钢梁温度渐变段高度与组合梁的悬高比(桥面板悬臂宽度与钢梁高度的比值)有直接关系，当悬高比大于1.51时，钢梁完全处于阴影之中；建立了西安组合梁桥各温度梯度中温差的GP分布模型，计算得到了各温差50年重现期的代表值，通过与中国通规和欧洲规范中的温度梯度模式对比，发现提出的3种温度梯度模式可以更好地包络住组合梁桥中梁和边梁长期运营期间产生的正负线性温差和拉压应力状态，对于中国规范组合梁桥温度作用相关条款的补充具有重要意义。
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  纤维编织网-ECC加固RC梁受弯性能试验

  盛杰, 尹世平, 裴浩

  中国公路学报. 2022, 35(9): 287-297. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.09.022

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  为研究纤维编织网-ECC联合加固RC梁的受弯性能，对1根普通RC梁和9根加固梁进行了四点弯曲加载，分析了ECC高度和纤维编织网层数对加固梁破坏形态、裂缝分布和承载力等受弯性能的影响。试验结果表明：加固梁受弯破坏时裂缝细而密，且呈现ECC中多、混凝土中少的分布特点；和普通RC梁相比，加固梁纯弯段混凝土裂缝数量增加33.3%~66.7%；增加纤维编织网层数或ECC高度对提高加固梁裂缝数量影响较小；加固梁承载性能随纤维编织网层数和ECC高度增加而提高，当ECC高度与加固梁截面高度之比为0.5且布置3层纤维编织网时，加固梁开裂荷载、屈服荷载、极限荷载和普通钢筋混凝土梁相比分别提高111.11%、37.86%、36.13%；ECC高度和纤维编织网层数对加固梁抗弯刚度影响较小，但影响作用不同；加固梁抗弯刚度随纤维编织网层数增加略有增加，随ECC高度增加略有减小；增加纤维编织网层数或ECC高度可降低加固梁钢筋应变。受弯加载过程中加固梁截面仍保持平面，满足平截面假设。基于正截面受弯承载力计算理论，并考虑纤维编织网利用率，建立了加固梁受弯承载力计算公式。由该公式得到的计算结果与试验结果吻合较好。最后，基于该公式分析了加固梁极限弯矩对ECC高度和纤维编织网层数的敏感性，发现加固梁极限弯矩对纤维编织网层数变化敏感性较低。
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  空心板桥新型粗骨料UHPC铰缝抗剪性能试验

  刘杰, 陈旭勇, 卜阳敏, 叶见曙, 蒋欣

  中国公路学报. 2022, 35(9): 298-310. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.09.023

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  为研究空心板桥新型粗骨料超高性能混凝土(UHPC)铰缝的抗剪性能，对14个铰缝试件进行了静力抗剪试验，试验参数包括铰缝混凝土材料类型、界面处理方式、抗剪钢筋构造形式、抗剪钢筋强度等级和配筋率。分析了试件的裂缝发展过程和分布规律、破坏模式以及各试验参数对铰缝抗剪性能的影响；同时，基于铰缝典型的荷载-位移曲线分析了铰缝的抗剪机理。试验结果表明：铰缝的裂缝宽度从下至上呈现逐渐减小的规律，由于传统配筋方式上部抗剪钢筋的位置靠近顶部，导致上部抗剪钢筋在铰缝抗剪承载力极限状态时尚未屈服，对抗剪承载力的贡献小。试件破坏模式分为2种：传统铰缝的界面剪切破坏；UHPC铰缝的预制混凝土块剪切破坏。UHPC材料、界面预留槽处理方式、抗剪钢筋新配筋方式以及提高抗剪钢筋的强度等级和配筋率，均能不同程度地提升铰缝的抗剪性能。与传统铰缝相比，新型粗骨料UHPC铰缝的开裂荷载、抗剪承载力和名义抗剪刚度提升幅度分别可达42.8%、185%和218.3%。当达到抗剪承载力极限状态时，UHPC铰缝主要依靠抗剪钢筋屈服提供的剪切摩擦抗力以及预制混凝土块剪断提供的剪切抗力来抵抗外荷载。提出了UHPC铰缝开裂荷载及抗剪承载力计算公式。计算结果表明：开裂荷载、抗剪承载力试验值与计算值比值的均值分别为1.47、1.19，变异系数分别为0.05、0.12，所提出的计算公式可以较精确和稳定地预测UHPC铰缝的开裂荷载及抗剪承载力。
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  预应力TRM加固混凝土梁最优预应力计算方法

  任伟, 黄平明, 李晓路, 赵煜, 刘贺

  中国公路学报. 2022, 35(9): 311-320. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.09.024

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  为了扩大纤维织物网增强水泥聚合物砂浆加固技术(TRM)在钢筋混凝土梁加固上的应用范围，深入研究预应力TRM的力学机理，探索纤维预应力的合理取值范围，提高加固设计计算精度。基于预应力TRM加固混凝土梁模型试验与非线性损伤数值试验交互验证，对比分析了原结构和加固结构承载全过程力学机理，在参数影响规律研究的基础上，建立了分析模型，提出了计算方法，得到以下结论：预应力TRM可以有效改善被加固梁截面的受力状态，提高纤维材料强度的利用率；随着纤维预应力的增大，被加固梁承载力存在一个极值点，此极值点对应的纤维预应力即为最优预应力。最优预应力率并非定值，它随纤维加固量的增大而增大，随混凝土强度的增大而减小，初始荷载对其影响可以忽略。以受拉钢筋屈服、受压混凝土压溃、TRM达到设计强度，即3种材料强度均得到发挥，为最优破坏模式，给出的预应力TRM加固混凝土梁正截面承载力的计算方法及其参数优化后的简化计算公式，并进行了精确性验证，可直接应用于设计计算。研究揭示了TRM加固混凝土梁最优预应力的力学机理，提出了可直接应用预应力TRM加固混凝土梁的计算分析方法。
隧道工程
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  考虑走滑断裂活动影响的公路隧道初始地应力场反演分析

  寇昊, 何川, 吴枋胤, 杨文波, 汪波, 肖龙鸽

  中国公路学报. 2022, 35(9): 321-330. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.09.025

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  为了使跨活动断裂带区域地应力反演结果更加符合实际，提出了考虑走滑断裂活动影响的公路隧道初始地应力场反演思路。通过在断裂带与两侧岩体之间建立接触单元，采用边界位移荷载实现了断裂带两侧岩体的相对挤压及滑动作用。依托华坪至丽江高速公路东马场1号隧道工程，对比分析了采用常规边界荷载和考虑走滑边界荷载2种情况下隧址区地应力场的反演结果。研究结果表明:考虑走滑边界荷载反演得到的地应力场更加符合实际且精度更高；常规边界荷载的最大残差为2.29 MPa，而走滑边界荷载的最大残差仅为0.66 MPa，其残差平方和也均小于常规边界荷载；在断裂带附近，考虑走滑活动影响的最大、最小水平应力值相对常规边界均有所减小，上盘岩体垂直应力也相对减小，下盘岩体受上盘岩体的影响垂直应力相对增大，符合跨断层岩体区域实际地应力场的分布规律；隧址区整体表现为水平应力大于垂直应力，以水平构造应力为主。
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  盾构隧道管片及接头耐火试验

  叶继红, 李俊杰

  中国公路学报. 2022, 35(9): 331-339. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.09.026

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  盾构隧道衬砌由预制钢筋混凝土管片通过螺栓连接拼装而成，存在很多薄弱接头，这使其在火灾高温条件下会呈现出更加复杂的力学响应。因此，为了获取盾构隧道管片及接头高温下力学性能，对7组足尺管片试件进行了火灾试验，研究了火灾类型(ISO834、HC及RABT标准升温曲线)、管片类型(标准块、标准块接头及封顶块接头)和密封设置对盾构隧道管片在火灾高温下力学性能的影响。试验结果表明：①在较快的升温速率和较高的温度下，管片受火面混凝土发生严重剥落，导致大量钢筋外露，影响盾构管片高温下承载力，威胁盾构隧道衬砌结构安全；②当各试验距受火面25 mm处混凝土温度均超过《建筑设计防火规范》规定的耐火极限判断标准时，试验管片变形较小且未出现破坏现象，可知仅将温度作为隧道内承重结构体耐火极限判定依据较片面和保守；③管片接头处手孔密封设置及接缝密封设置分别对连接螺栓螺母和螺杆起到了很好的保护作用，但对止水条的温度变化趋势和特征影响不大；④混凝土严重剥落导致的管片厚度减少、大量裂缝产生造成的管片完整性下降以及混凝土水分受热蒸发留下的与外界贯通的毛细孔道均严重降低管片的抗渗性能。
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  寒区富水隧道冻结圈围岩冻胀力演化规律研究

  郑新雨, 徐飞, 孙浩凯, 高阳, 蔚立元

  中国公路学报. 2022, 35(9): 340-351. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.09.027

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  寒区富水隧道冻结圈围岩冻胀演化机制是影响其运营安全的关键科学问题。为探究冻结圈围岩的冻胀力演化规律,开展含水围岩低温冻结作用下三维地质力学缩尺模型试验；采用环境冷气进入洞内降温的方式,模拟隧道洞口段围岩温度场分布特征；利用微型压力传感器对含水围岩在低温冻结过程中的冻胀力进行实时动态监测,以获取不同含水率和冻结圈厚度围岩下的冻胀力时空演化曲线。采用多元回归分析方法,建立围岩冻胀率、冻结圈厚度与含水率等参数的拟合计算式；据此建立平面应变状态下考虑围岩含水率和围岩比重指标的冻结圈围岩冻胀力理论解。采用热应力方法模拟冻胀力演化特征,对冻胀力的理论计算值和模型试验测试值进行对比分析,进一步验证试验方法和理论解的合理性。研究结果表明：围岩温度场呈三阶段变化特征以及类似带柄状“正勺”形状分布规律；含水围岩温度场的下降阶段呈非线性分布特征；围岩温度表现出滞后于环境温度变化的趋势。不同含水率和冻结圈厚度下的冻胀力演化规律曲线形态类似,表现为孕育-发展-稳定变化特征。冻胀力理论解与现场实测数值偏差19.7%,与数值解、试验值偏差均在0~20%之间,所提出的冻胀力理论计算方法可为围岩含水率为0~60%范围和冻结圈厚度为0~8.0 m范围冻胀力取值提供参考。研究结论可为寒区富水隧道冻结圈围岩的冻胀力设计及预测研究提供支持。
汽车工程
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  双腔室空气弹簧模型及动态特性研究

  邬明宇, 尹航, 李雪冰, 张建杰, 吕靖成, 危银涛

  中国公路学报. 2022, 35(9): 352-360. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.09.028

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  双腔室空气弹簧以其优良的隔振性能及刚度可变特性已经在部分高端车型和赛车上得到应用，但是对其动刚度预报的精确模型及动态特性的深入研究还不够完善。基于能量原理从热力学角度出发，结合空气动力学及结构动力学给出一套双腔室空气弹簧的精确模型并给出各刚度、阻尼项明确的物理意义。设计示功试验，选取不同振幅和频率的正弦激励对双/单腔空气弹簧进行试验验证。试验结果表明所提动刚度模型能够很好地反映出双腔室空气弹簧的滞回特性及刚度可变特性，也能够明确反映出动刚度的频率相关性。最后基于模型给出各参数项对动刚度幅值和滞回相位角的影响规律，基于试验验证仿真结果并给出规律的物理解释。研究结果表明：单腔室空气弹簧的动刚度频率特性相位角仅因热交换而存在一个峰值；双腔室空气弹簧的动刚度相位角存在2个峰值，主要是由热交换(第1峰)与小孔产生的阻尼效应(第2峰)导致；当激励频率趋向于无穷时，由于热交换不充分及腔室之间气体来不及进行交换，故单/双腔室空气弹簧的动刚度相位角逐渐趋向于零；研究得出的模型预报方法及动态特性可以对单/双腔室空气弹簧的动刚度进行准确估计，并给出了其动刚度的频率相关性及其影响因素与变化规律。研究结论能够对空气弹簧的整车动力学匹配及设计提供正面的指导。
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  典型工况构建方法对新能源汽车能耗评价的影响分析

  解少博, 张思雨, 史珊珊, 王惠庆

  中国公路学报. 2022, 35(9): 361-371. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.09.029

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  新能源汽车的能耗及其经济性与行驶工况高度关联。为了对新能源汽车的能耗进行合理评估，以西安市为例，分别应用聚类分析法、聚类马尔可夫分析法、短行程车速-加速度(Velocity-Acceleration,V-A)矩阵法和变步长V-A矩阵法构建城市客车运行工况，并进一步提出基于自组织映射(Self-organizing Maps,SOM)神经网络聚类的V-A矩阵法。对5种方法构建的工况进行对比和误差分析。在此基础上，基于一款插电式混合动力城市客车，应用全局优化方法——庞特里亚金最小值原理设计能量管理策略，分析车辆能耗和经济性以及5种工况的优缺点。研究结果表明：聚类分析法构建工况的平均特征值误差最大，计算量较大；变步长V-A矩阵法的平均特征值误差小于聚类法，计算量最小；短行程V-A矩阵法与变步长V-A矩阵法误差接近；聚类马尔可夫法的误差居中，计算量最大；基于SOM聚类的V-A矩阵法的平均特征值误差最小，能反映不同路段以及运行时间的差异，且能在聚类之后快速提取短行程的同时兼顾速度和加速度的分布；从能耗角度来看，基于SOM聚类的V-A矩阵法的能耗在5种方法中居中；聚类分析法构建的工况平均车速低于其他工况，但加减速频繁，能耗成本最高；聚类马尔可夫法由于对车速进行平滑处理，加减速频繁程度最小，能耗成本最低。
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  复杂动态环境下智能汽车局部路径规划与跟踪算法研究

  张智能, 李以农, 余颖弘, 张紫微, 郑玲

  中国公路学报. 2022, 35(9): 372-386. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.09.030

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  路径规划及路径跟踪控制是智能汽车研究的关键技术，而复杂、时变的交通环境给智能汽车的路径规划与跟踪提出严苛要求。针对现有局部路径规划方法只适用于较为简单的工况，无法应对多车道、多静/动态障碍等复杂工况的问题，提出一种基于离散优化思想的动态路径规划算法。该算法利用样条曲线曲率变化均匀的特性，在s-ρ曲线坐标系中生成了一组参数化候选路径簇；考虑动态碰撞安全影响，在碰撞带约束下结合道路法规限制及车辆动态安全要求，规划车辆速度；此外，综合考虑静态安全性、舒适性、目标车道、道路占用率等影响因素，以选择最优路径。在路径跟踪层面，基于预瞄理论设计鲁棒性好、跟踪精度高的分数阶PID路径跟踪控制器，以跟踪误差最小为目标，采用粒子群优化算法对分数阶PID控制器参数进行整定。最后，基于Simulink/CarSim建立联合仿真平台，设计多车道，多静/动态障碍的复杂工况以验证该算法的有效性。研究结果表明：由于在评价函数中引入动态安全评价指标、目标车道评价指标以及道路占用率指标，极大地提升了规划器性能，使车辆在行驶过程中根据驾驶环境自主调整速度，降低换道次数，从而保证智能汽车的主动安全性能，提升了通行效率，使该算法能够较好地处理复杂动态环境下的避障问题。