中国公路学报杂志

中国公路学报杂志2018年第1期

• 基于卷积神经网络的路表病害识别与测量

  沙爱民, 童峥, 高杰

  为进一步提高利用二维图像统计路面病害的精度与效率，将卷积神经网络（Convolutional Neural Network，CNN）技术引入了基于图像分析的路面病害识别与测量。首先，将原始图像进行等尺寸分割作为CNN的训练样本。其次，经结构设计、前反馈算法训练及样本测试3个步骤后，建立病害识别模型（CNN1）。用训练完成的CNN1对所有图像进行病害类型识别并将输出结果作为裂缝特征提取模型（CNN2）和坑槽特征提取模型（CNN3）的训练样本。采用相同步骤建立裂缝特征提取和坑槽特征提取模型，完成训练后，运行CNN2，CNN3对路面裂缝与坑槽图像进行特征提取。最后，分析图像分辨率对3个CNN识别和特征提取精度以及效率的影响。结果表明：CNN1可以准确识别多种病害，CNN2的裂缝长度提取的平均误差为4.27%，宽度提取的平均误差为9.37%，裂缝病害严重等级判断准确率为98.99%；CNN3的单张图像中的坑槽个数测量无误差，单个坑槽面积的平均误差为13.43%，坑槽病害等级判定准确率为95.32%，可见CNN具有较高的测量精度；CNN1在使用CPU的情况下测试完成原始图像平均用时为704 ms·幅^-1，CNN2用时为5 376 ms·幅^-1，采用图形处理器加速后CNN1用时为192 ms·幅^-1，CNN2测试平均用时为1 024 ms·幅^-1，可见CNN在图形处理器加速下效率具有显著优势，相比其他方法，在图像分辨率高于70像素时，CNN对路面裂缝与坑槽的识别与测量具有运算高效、结果精准等优势。

• 一类三维土压力盒的设计及试验验证

  李顺群, 陈之祥, 桂超, 夏锦红, 张少峰

  为测试土体内部一点的三维应力状态，基于常规应力状态与主应力之间的关系，给出了一类三维土压力盒的设计原理和制作方法。与普通土压力盒相比，该类三维土压力盒能测试空间一点完整的应力状态，即3个正应力和3个剪应力。该类装置均由1个特定基座和6个镶嵌于基座上的微型土压力盒组成。基座的形式可以多种多样，但根据6个土压力盒法线的方向余弦得到的转换矩阵必需是满秩的。考虑工程应用方面的要求，分别阐述3种三维土压力盒的制作方法和数据处理方法，并进行了误差和适用性分析。在一个模型槽内对某重塑土进行了压缩试验，分别用给出的3种三维土压力盒测试土中不同深度处的三维应力状态。研究结果表明：土体在一维侧限压力作用下，2个水平方向的正应力均小于竖向应力且与之具有线性关系；随着土体固结度的增加，外荷载引起的土体应力状态变化偏于平缓；采用分层密实方法制备的模型土体仍具备明显的各向异性，外荷载作用下土中的各向应力增量仍存在一定差异；侧限形式和外荷载大小是引起土体应力状态不同的主要因素，分层密实导致的土体初始各向异性在加载-卸载作用后趋于缓和；测得的竖向应力随深度增加逐渐减小，反映出随深度增加附加应力的扩散效应，从而初步证实该类测试装置是科学和可靠的。

• 基于贝叶斯多元泊松-对数正态分布的交通冲突模型（双语出版）

  郭延永, 刘攀, 吴瑶, 杨梦琳

  为了构建信号交叉口直左交通冲突模型，利用计算机视频识别技术提取了温哥华市12个信号交叉口101 h的交通冲突数据和交通流数据，考虑交通流状态对交通冲突的影响，用<i>v/c</i>（<i>v</i>为实际交通流量；<i>c</i>为基本通行能力）将交通流状态划分为4种场景。构建了多场景下基于多元泊松-对数正态分布的交通冲突模型和单一场景下基于单维泊松-对数正态分布的交通冲突模型，采用贝叶斯估计方法对模型参数的后验分布进行了推导，利用马尔可夫链蒙特卡罗仿真方法对模型参数进行了估计，分别利用方差信息准则（DIC）和模型期望方差对2种模型的拟合优度和精度进行了比较。研究结果表明：多元泊松-对数正态分布交通冲突模型拟合优度优于单维泊松-对数正态分布交通冲突模型；4种场景下，多元泊松-对数正态分布交通冲突模型拟合精度分别是传统单维泊松-对数正态分布交通冲突模型拟合精度的2倍、1.5倍、2倍和1.4倍；不同交通流状态下的冲突流量对交通冲突的影响具有差异性；若保持左转车流量不变，当直行车流量增加1%时，交通流状态场景为1，2，3，4下的直左交通冲突频次分别增加0.36%、0.56%、0.17%和0.78%；若保持直行交通流量不变，左转交通流量增加1%时，交通流状态场景为1，2，3，4下的直左交通冲突频次分别增加0.40%、0.67%、0.40%和0.51%。

• 基于线性变参数实时简化模型的重型半挂车稳定性控制策略（双语出版）

  聂枝根, 王万琼, 宗长富, 王超

  为实现重型半挂车各工况稳定性精准最优控制，提出了基于线性变参数实时简化模型的重型半挂车稳定性控制策略。该控制策略基于制动系统，采用分层控制方式，运用线性二次型调节器（LQR）方法，选择多个车辆状态为反馈状态，以实现重型半挂车横摆、折叠和侧倾稳定性综合控制；应用遗传粒子群算法，设计综合提高横摆、折叠和侧倾稳定性的优化目标函数，优化控制策略权重系数，以实现重型半挂车各工况稳定性最优控制；最后搭建硬件在环试验台并进行了台架试验。结果表明：采用所提出的控制策略后，牵引车质心侧偏角、牵引车横摆角速度、挂车质心侧偏角和挂车横摆角速度最大值分别改善了38.6%、13.8%、15.8%、8.4%，铰接角最大值改善了5.1%，牵引车侧向加速度、牵引车侧倾角、挂车侧向加速度、挂车侧倾角最大值分别改善了10.4%、15.4%、10.8%、17.7%，表明所设计的控制策略综合提高了重型半挂车普通工况的横摆、折叠和侧倾稳定性，并且实现了极限工况侧翻精准控制，从而避免重型半挂车侧翻。

• 焊接工艺对客车骨架T形接头强度的影响

  那景新, 慕文龙, 袁正, 贺午阳, 沈传亮

  为了给客车骨架T形接头焊接工艺方案的选择提供参考依据和技术指导，以某全承载式客车为载体，研究焊接顺序和焊接电流对客车骨架T形接头强度的影响。选取底架上3处危险T形接头作为研究对象，采用与所选取接头截面尺寸相同的方钢进行焊接试验，对其在不同焊接顺序和焊接电流方案下的焊接变形进行测量与统计。根据试验数据建立变形后的T形接头有限元模型，在其端部施加反向位移，从而获得T形接头在各个方案下的焊接变形应力。通过建立车身整体梁壳混合模型，对所研究T形接头在整车危险工况下的工作应力进行统计，并将焊接变形应力引入整车分析，基于应力叠加的方法，获得T形接头处的实际应力值，以此为依据研究不同焊接工艺参数对客车骨架T形接头强度的影响。研究结果表明：焊接工艺对T形接头强度存在较大影响，针对选取的3处T形接头，当采用不同的焊接顺序时，应力最高值与最低值相差可达40%以上；当采用不同的焊接电流时，应力最高值与最低值相差达到了30%左右；合理选择焊接工艺参数可以避免焊接变形应力与工作应力的叠加，从而有效降低接头处的应力水平，进一步提高车身骨架整体的承载性能。

• 面向电动汽车能量管理的城市公交立体工况（双语出版）

  解少博, 刘通, 陈欢, 魏朗

  针对电动公交车的能量管理与优化问题，以西安市为例构建包含车速和道路坡度的城市公交立体工况。采集公交车实车数据，提取含车速和坡度信息的短行程，并利用主成分分析和分层聚类分析法合成得到城市公交立体工况，对比合成工况和总体数据特征值的差异。基于一款插电式混合动力公交车（PHEV），在西安市20个连续的城市公交立体工况（总里程约100 km）下分别应用电量消耗-电量维持策略（CD-CS）和全局优化理论中的动态规划（DP）2种典型能量控制策略进行行驶仿真，同时对比分析平面工况和立体工况及道路坡度对能量管理的影响。结果表明：合成工况特征参数的最大误差为9.44%，平均误差为4.63%；CD-CS和DP两种策略在立体工况下回收的制动能量比不考虑坡度的平面工况分别多32.80%和33.03%，且制动回收的能量随着坡度缩放系数的增大而增加；若忽略上下坡时的电机驱/制动功率，DP策略无法实现符合实际工况的能量优化分配，且当考虑坡度时，2种策略的能耗成本分别增加14.69%和10.43%；随着坡度缩放系数的增大，整车能耗成本以更快的速率增加，且CD-CS策略的能耗成本增长速率快于DP策略。

• 搅拌方式对水泥稳定碎石混合料抗压强度的影响

  赵利军, 蒋文志, 侯劲汝, 冯忠绪, 薛少青

  为了提高水泥稳定碎石混合料的搅拌均匀性，改善抗压强度，采用正交试验的方法，对水泥质量比（用量，下文同）为4%的悬浮密实型混合料，通过分析振动搅拌条件下不同位置混合料的7 d无侧限抗压强度及其变异系数，确定搅拌时间、湿拌时间、振动频率和搅拌速度的合理取值与匹配，并在此基础上对3%、4%和5%水泥用量的悬浮密实型和骨架密实型混合料，开展振动搅拌与普通搅拌的对比试验，分析振动搅拌对水泥稳定碎石混合料抗压强度的影响。结果表明：在振动搅拌条件下，搅拌时间对混合料抗压强度的影响最大，振动频率和搅拌速度次之，湿拌时间的影响最小，并且随着各搅拌参数取值的增大，抗压强度增加且变异系数降低；在选用合理搅拌参数的基础上，振动搅拌能够显著提升混合料的强度指标，但随着水泥用量增加，振动搅拌混合料的强度提高率降低；与普通强制搅拌相比，振动搅拌悬浮密实型混合料的强度平均提高20.7%，骨架密实型混合料的强度平均提高16.1%，强度变异系数降低约40%；在相同的水泥用量下，振动搅拌和普通强制搅拌的骨架密实型混合料强度都明显高于悬浮密实型，但振动搅拌对悬浮密实型混合料更为敏感，强度提升幅度更大。