中国公路学报杂志2024年第7期-中国公路学报杂志社

中国公路学报杂志2024年第7期

隧道智能建造技术与装备专栏导语

近年来, 随着“一带一路”合作倡议和“交通强国”战略的不断推进, 我国隧道建设技术不断提升, 隧道和地下工程发展取得了显著成就。国家《“十三五”现代综合交通运输体系发展规划》提出, 要加快城市轨道交通装备关键技术产业化, 提升绿色安全水平, 推动云计算、大数据、物联网、移动互联网、智能控制等技术与交通运输的深度融合, 实现基础设施和载运工具数字化、网络化、智能化发展。在此背景下, 加快隧道及地下工程智能建造水平, 已成为我国地下工程建设的战略重点。隧道智能建造是工程建造领域的发展方向, 也是新形势下隧道工程建设发展的必然趋势, 智能时代的到来给隧道建造技术的创新发展带来了新的机遇与挑战。随着我国工业水平和经济的快速发展, 隧道工程机械行业经历了从无到有、由弱到强的发展历程。近年来, 公路隧道机械化装备配套施工、爆破智能设计、掌子面地质与力学信息智能采集和监测、隧道辅助工序智能机器人与装备、机械化施工工序优化与智能管控等技术的不断创新, 促进了我国隧道智能建造技术与装备的快速发展。 为充分展现我国隧道智能建造技术与装备领域的最新研究成果, 及时总结该领域的前沿动态与技术发展, 推动隧道建设的智能化创新与应用, 《中国公路学报》编辑部联合山东大学李利平教授、广西大学张稳军教授(本刊副主编)共同策划了“隧道智能建造技术与装备”专栏, 并邀请山东大学李术才院士、深圳大学陈湘生院士、同济大学朱合华院士、中国煤炭科工集团王国法院士作为顾问专家, 中国中铁李建斌高级专家、中国铁建股份有限公司程永亮副总工程师、北京交通大学袁大军教授、西南交通大学王明年教授、中国铁道科学研究院集团有限公司马伟斌主任研究员、高端工程机械智能制造全国重点实验室程磊主任、同济大学李晓军教授、长安大学叶飞教授、北京航空航天大学杜博文教授、青岛国信(集团)有限公司曲立清总工程师、山东高速建设管理集团有限公司侯福金总经理、中铁十四局集团有限公司陈健副总工程师作为组稿专家, 共同向该领域的知名专家、学者约稿, 出版本期“隧道智能建造技术与装备”专栏。本专栏共收到相关论文20余篇, 最终录用7篇, 研究内容主要集中于以下3个方面： (1)钻爆法隧道智能建造技术进展与发展趋势。主要内容包括：钻爆法隧道智能建造进程、智能建造体系、钻爆法隧道智能化围岩评价与爆破设计、智能建造施工装备与管控平台、隧道智能建造辅助工序机器人装备等。 (2)隧道机械化快速施工与施工工序优化。主要内容包括：公路隧道装配式仰拱、仰拱接头变形特征与破坏规律、仰拱接头模型试验与有限元分析、接头设计、全机械化施工装备配套、二次衬砌支护时机动态确定、考虑二衬时机的隧道力学解析与稳定性分析。 (3)隧道典型灾害风险预测评估方法。主要内容包括：岩溶隧道突涌灾害风险预测、基于深度神经网络和属性数学的灾害预测方法、灾害等级划分与概率预测。 在此特向专栏组稿专家、审稿专家、论文作者的辛勤付出致谢, 希望本期专栏的出版可以进一步推动“交通强国战略”和“双碳战略”背景下交通基础设施中隧道智能建造技术与装备的高质量发展。《中国公路学报》将持续关注该领域的国内外最新研究进展, 以期为广大专家、学者及工程技术人员提供学习、交流的平台, 促进我国隧道工程建造的高质量与可持续发展。由于水平及时间有限, 专栏中的不足之处在所难免, 恳请各位专家不吝指出。
钻爆法隧道智能建造研究现状与发展趋势

李利平, 邹浩, 刘洪亮, 屠文锋, 陈雨雪
近年来，随着人口老龄化的加剧以及隧道建造环境越来越恶劣，机器代人成为了当前隧道建设发展的必然趋势。作为当前隧道工程的两大主流施工工法之一，钻爆法相较掘进机法能够适应各种隧道断面形式和地质条件，灵活性和适应性更强，应用更加广泛；同时，得益于大数据、物联网、5G通讯、人工智能等技术的快速发展和深度融合，钻爆法隧道智能建造技术已经得到了迅速的发展，在隧道围岩智能评价与爆破设计、智能施工装备、智能化建造管控平台以及辅助工序装备上均有了一定的积累和突破。由此，在信息技术、隧道建造技术和智能装备进一步融合的基础上，已初步形成了隧道建设新模式——钻爆法隧道智能建造。首先，系统阐述了钻爆法隧道的发展历程，详细介绍了当前钻爆法隧道智能建造体系；其次，介绍了围岩智能评价与智能化爆破设计的相关进展；随后，介绍了智能凿岩台车、智能锚注台车、智能拱架台车、智能湿喷台车及智能衬砌台车的发展历程和智能化提升过程，同时，对当前隧道智能化管控平台技术体系和应用情况进行了说明；之后，在前期的科研成果基础上，针对隧道施工辅助工序中遇到的问题，研发了隧道掌子面勘察测量机器人和掌子面围岩坍塌预警机器人，部分成果已经在现场推广应用。最后，针对智能化机器人在长、大、深埋隧道中自主行进、自主控制和自主作业的难题，提出了探索思路，以期为中国隧道智能化建造技术发展和灾害主动防控提供参考。
基于钻进参数的隧道掌子面围岩单轴抗压强度和弹性模量解析

王明年, 易文豪, 赵思光, 夏覃永
随着隧道的埋深、断面尺寸、长度逐渐增大，隧道掌子面围岩的力学参数将直接影响掌子面的稳定性。传统的岩石室内试验方法人力、物力耗费较大，难以指导当前隧道智能化设计和施工，为此，提出了一种基于钻进参数的隧道掌子面围岩单轴抗压强度和弹性模量（Rb-E）解析方法。首先，从能量角度出发，提出了智能型凿岩台车冲击-推进-回转协同破岩过程中机械比能的计算公式。然后，采用数值模拟的方法，模拟智能型凿岩台车的破岩过程。通过动态分析方法，分析了单位体积的围岩在不同围岩单轴抗压强度、弹性模量条件下，钻进速度、围岩“密集单元”内能与围岩单轴抗压强度、弹性模量的动力响应规律。随后，利用能量法，建立了基于钻进参数的隧道掌子面围岩单轴抗压强度、弹性模量解析模型（DP-Rb-E）。最后，依托郑万高铁、宜兴联络线等钻爆法隧道工程开展了现场钻进试验和围岩力学参数测试，验证了该方法的可靠性。研究结果表明：在相同推进压力、冲击压力、回转速度条件下，围岩单轴抗压强度、弹性模量越大，钻进速度越慢，围岩“密集单元”的内能平均值越大；现场验证性试验结果表明，掌子面围岩单轴抗压强度解析结果与实测结果差异率为－5.52%～－20.89%，掌子面围岩弹性模量解析结果与实测结果差异率为－9.01%～－22.03%。
基于三维激光点云的隧道掌子面挤出位移场高精度监测方法

程云建, 王辉, 仇文革
为实现快速、自动化、高精度的隧道掌子面整体监测，基于三维激光点云提出了一种掌子面挤出位移场监测方法，其中包括简单易行、精度高的刚体参照引入方法和隧道非刚体掌子面变形路径追踪技术。首先基于平面应变假设提出了一种基于初期支护纵向方向的稳定刚体参照；然后基于局部小变形刚体假设和二维连续小波表达初期支护的波动特征，并使用多级迭代配准算法修正初期支护的位置，实现刚体参照的配准；最后使用点云法向量聚类算法分割隧道掌子面，并基于局部小变形刚体假设和路径追踪算法获取每期掌子面的位移路径，得到掌子面挤出位移场。对所提方法的有效性在高速公路隧道进行了试验验证，并将估算的掌子面挤出位移结果分别与传统刚体参照下有变形路径追踪和无变形路径追踪的挤出位移进行了定性对比分析，同时又与全站仪监测的挤出结果进行了定量对比分析。结果表明：所提方法能够高精度地监测隧道掌子面的挤出位移场，监测结果与全站仪监测结果对比的中误差为0.83 mm。所提方法可用于掌子面稳定性的监测分析和地质灾害有效预警，从而提高隧道开挖过程的安全性。
公路隧道装配式仰拱接头变形破坏规律

王迎超, 徐杭, 雷雅婷, 周鑫, 郝英
接头部位是公路隧道装配式仰拱受力最薄弱的部位，研究接头的力学性能意义重大。首先，预制仰拱采用弯螺栓连接，通过室内试验研究不同轴力分级加载过程中接缝张开量、竖向位移、接头附近表面混凝土应变等变化规律。然后，建立装配式仰拱接头的三维精细化有限元模型，模拟接头连接形式及接触状态，研究不同轴力-弯矩组合荷载作用下装配式仰拱接头变形、竖向位移以及混凝土应力发展规律。研究结果表明：室内试验和数值模拟获得的弯螺栓抗弯性能具有很好的一致性，且接头破坏过程特征也基本一致，即从接缝靠近施力侧压紧，到对侧张开，再到接头靠近施力侧表面混凝土先产生裂缝，紧接着侧面裂缝斜向上方发展逐渐贯通至顶面，混凝土压坏，最终接头破坏；接缝最大张开量和接头转角随着弯矩的增大，先线性增大后曲线形增大；轴力相同时，接头抗弯刚度随弯矩增加而减小；弯矩一定时，接头抗弯刚度随轴力增加而增加。研究成果可为公路隧道装配式仰拱接头设计及力学性能分析提供参考。
微生物诱导固结疏浚底泥填料路用力学性能

方明镜, 林芝阳, 党云, 刘政伟, 易毅, 姚永胜
为探究基于微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）的疏浚底泥路基填料改良过程优化与路用性能提升可行性，采用混拌法对疏浚底泥进行改良并制备试件，通过无侧限抗压强度（UCS）、抗剪强度（DSS）和加州承载比（CBR）试验研究了改良疏浚底泥的路用基本力学特性，并采用X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）辨析了典型土样的物质成分与微观形貌，揭示了不同养护环境、养护时间、菌液掺配比例及胶结物质浓度对微生物固化疏浚底泥力学性能的影响规律。研究发现：混拌MICP法可以用于疏浚底泥的强化处理，30 ℃且通风良好的养护环境更有利于试件强度的增长；试件强度随着胶结物质浓度的增大呈现先增加后减小的趋势，剪切性能由应变软化逐渐过渡为应变硬化；经过MICP改良后的试件在菌液掺量为100%、胶结水平为1.0 mol·L－1，环境温度为30 ℃且保持良好通风的条件下养护14 d，其UCS由0.16 MPa提升至0.96 MPa，剪切模量E50及黏聚力c、内摩擦角φ也表现出不同程度的提高，常用于表征填料路用性能的CBR提升了5.0%。XRD和SEM分析表明：土颗粒间方解石结晶是试件力学性能提升的原因。采用混拌法基于MICP改良后的疏浚底泥路用性能提升明显，满足路基上路床填料最低要求，可以用于高速公路路基填筑。
考虑雨水感热作用的降雨对多年冻土路基水热影响模型试验

张明礼, 雷兵兵, 周志雄, 周凤玺, 侯彦东
为探究雨水感热作用下的降雨对多年冻土路基稳定性的影响，参照青藏高原北麓河地区的环境特点和多年冻土路基结构，通过底板-大气双控温室内模型箱开展了多年冻土区沥青路面路基模型试验，考虑了环境潜在雨水温度导致的雨水感热能量脉冲作用，分析了多周期不同降雨工况下的路面温度与辐射、路基含水量、热通量和温度响应。结果表明：多年冻土环境中雨水温度与气温在夏季差异显著，最大温差近3 ℃，在春秋季差异小于1 ℃；受雨水感热的影响，夏季降雨引起路面温度、地表向上辐射通量和浅层土壤热通量显著降低，导致的路基降温效果从强到弱为路面、路肩、边坡、天然场地，降幅与降雨量正相关；秋季降雨对路基土体降温效果较弱，春季降雨促进路面与路肩下土体热通量和温度的降低，而易引起边坡和天然场地土体的升温；同样，多年冻土路基活动层水分变化表现出相似的季节特征，但含水量增量从大到小为路肩、边坡、天然场地、沥青路面，降雨对路面下土体含水量的影响深度（大于0.25 m）小于路肩（小于0.35 m）。因此，在降雨入渗深度范围内，多年冻土路基不同深度土体周期性平均降温从大到小为路肩、边坡、天然场地，沥青路面下土体仅在浅层0.05～0.15 m降温显著；忽略雨水感热作用时低估了降雨对路面长波辐射和路面温度的降低作用，高估了水分累积量，路面下降温效果减弱，从而导致路肩、边坡和天然场地出现升温。
高桩承台连续刚构桥的调谐隔震设计方法

赵灿晖, 杨正浩, 袁小聪, 肖仕周, 任小朋, 廖文彬
高桩承台连续刚构桥具有基础抗侧移刚度小的特点，能有效延长结构自振周期，减小地震内力响应。为更好地利用高桩承台的柔性变形，基于质量调谐原理，提出了一种调谐隔震设计方法。该方法将连续刚构桥简化为2自由度体系，建立调谐隔震的力学模型，将随机振动作为外部激励，以墩底弯矩最小为优化目标，采用频域解法建立了墩底弯矩响应与桥墩-桩基的频率比f、主梁-承台质量比μ的函数关系。通过枚举法，得出最优频率比与质量比的函数关系，进而求出优化后的桥墩刚度和桩基刚度。计算结果表明：连续刚构桥的2自由度简化模型可以准确反映其主要动力特性，经调谐隔震优化设计后，墩顶和墩底弯矩的减震率分别可达46.5%和58.7%，验证了调谐隔震方法可有效控制高桩承台连续刚构桥的地震响应。
基于三维气弹模型的悬索桥2类吊索尾流致振及其控制措施研究

李寿英, 李啸宇, 邓羊晨, 宋神友, 陈焕勇, 陈政清
大跨度悬索桥吊索频率低、阻尼小，极易在风荷载作用下发生大幅振动。为比较研究平行钢丝和钢丝绳2类吊索尾流致振特性的差异，以深中通道伶仃洋大桥四索股吊索为工程背景进行了系统的试验研究。首先，设计并制作了2类吊索的气弹模型，并进行了模型动力参数识别；然后，进行了2类吊索的气弹模型测振风洞试验，比较研究了风速和风攻角等参数对2类四索股吊索尾流致振的影响规律；最后，进行了多种抑振措施（包括分隔架、调谐质量阻尼器、辅助索和增加结构阻尼等）对上述2类四索股吊索风致振动的抑振效果研究。结果表明：2类吊索发生尾流致振的最不利攻角均为75°，并在多个工况下发生碰索现象，吊索主要为一阶振动，轨迹呈顺时针椭圆；相较于平行钢丝吊索，钢丝绳吊索发生尾流致振的风攻角范围更大；采用等间距3个分隔架可有效抑制吊索相对振动，在此基础上，增加辅助索措施可有效抑制吊索的整体振动。
考虑主缆镀锌层蠕变的索夹螺杆紧固力损失预测

周勇军, 贾利强, 杨帆, 赵煜, 穆丰睿, 张馨浩, 景薇, 丁丽鑫, 孟广林
为研究悬索桥索夹在施工及运营阶段中螺杆紧固力损失规律与预测模型，以广西龙门大桥主缆索夹为研究对象，基于室内试验，采用时间硬化理论对悬索桥主缆轴向蠕变以及考虑主缆镀锌层蠕变的索夹螺杆蠕变参数分别进行非线性回归拟合，并通过建立的索夹局部有限元模型对拟合参数进行验证。研究了螺杆应力随时间的损失规律；建立了全桥有限元模型，对运营阶段各类型和位置的索夹螺杆进行紧固力损失的有限元模拟预测。研究结果表明：对于材料蠕变，有限元计算值比公式值小6%，螺杆张拉后10 000 h有限元计算误差在10%以内；在索夹螺杆初次张拉完成后的40 d内应对其进行检测与补张，在施工阶段二次补张完成后的2年3个月内应再次对索夹螺杆紧固力进行检测与补张。研究结论可为悬索桥索夹螺杆紧固力检测与养护提供技术支持。
考虑纤维桥接退化的钢筋UHPC梁受弯承载能力计算方法

胡玉庆, 戚家南, 陈东, 崔冰, 王景全
现有UHPC梁受弯承载力计算方法均基于承载力极限状态下的受力模型推导，并用试验验证所得，未考虑正常使用极限状态到承载力极限状态纤维桥接作用退化对极限承载力的影响。对于UHPC梁，若正常使用极限状态允许其带裂缝工作，裂缝在活载作用下会存在闭合和张开的问题；若裂缝宽度达到一定值，伴随裂缝的闭合与张开，跨过裂缝的纤维-基体会因界面黏结疲劳导致黏结性能退化，纤维黏结性能的退化进一步引起UHPC梁跨中截面一定高度上的纤维桥接作用失效，影响其受弯承载能力计算的准确性。为此，充分研究了应变硬化与软化UHPC材料的力学性能，分析了单调和循环加载下纤维与基体的黏结滑移关系，确定了正常使用极限状态下裂缝不扩展的宽度值，然后考虑应变硬化UHPC极限拉应变和钢筋屈服应变的关系，基于循环荷载下跨裂缝纤维-基体黏结性能退化规律，分别建立了受弯全过程纤维桥接合理量化的钢筋UHPC梁受弯承载力计算方法。通过现有文献中UHPC梁的试验结果验证发现，对于应变硬化和应变软化UHPC梁，所提出公式的计算结果与试验结果平均比值分别为0.9和1.0，这表明所提出的计算方法可对应变硬化与软化UHPC梁受弯承载力进行较为准确的预测。另外，研究发现，对于UHPC梁，若要充分利用UHPC中纤维的桥接贡献，其正常使用极限状态下裂缝的宽度不宜大于0.05 mm。
强震区桥梁抗震挡块强度退化模型及其应用

韦旺, 邵长江, 袁得铮, 王春阳, 李贞新, 庄卫林, F F OKOYA ONOUNGOUA
钢筋混凝土抗震挡块作为强震区桥梁的重要受力构件，强震下往往率先发生严重破坏，而现行规范中尚未明确给出挡块的抗震设计方法及其分析模型。为此，在揭示钢筋混凝土抗震挡块斜截面破坏机理的基础上，基于刚体转动平衡方程推导了考虑混凝土残余抗拉强度和钢筋变形协调性的3类挡块强度计算公式，并通过能量等效原理建立了挡块强度双折线退化模型。以九度区一座近断层的中小跨径梁桥为例，通过剪切铰模型模拟挡块强度双折线退化，进而探讨挡块承载力下降对桥梁下部结构地震需求的影响。研究结果表明：所提抗震挡块强度计算公式及其强度退化模型能够较为精确地预测挡块的力学特征（计算平均误差小于5%），采用剪切铰模型能够合理地模拟挡块在强震下的损伤行为；强震作用下，不考虑抗震挡块碰撞效应的影响将低估桥梁下部结构的地震需求，会导致不安全的设计结果；而仅考虑挡块刚性碰撞（不考虑挡块承载力下降）则会高估桥梁下部结构的地震需求，容易造成不必要的浪费；抗震挡块不仅起到限制主梁横向位移的作用，而且挡块的损伤一定程度上起到消耗上部结构地震力的作用；考虑所提挡块强度退化后，能准确反映主梁与挡块之间的碰撞力对桥梁下部结构地震需求的影响。所提的挡块强度退化模型及其模拟方法可为九度区中小跨径梁桥的抗震设计提出借鉴。
盾构管片开口解析分析方法及其应用

陈张鹏, 臧延伟, 杨仲轩, 徐荣桥, 龚晓南, 王金昌, 刘长宝, 严佳佳
为方便隧道中人员和车辆在灾害中能就近逃生和避险，需要设置大量的地下结构联络通道，这就带来了盾构隧道管片开口问题。采用Timoshenko曲梁理论描述管片的力学行为，通过土弹簧和荷载模拟周围土体对隧道的约束和加载作用，三向弹簧模拟环内纵缝接头，均布剪切弹簧模拟环间接头，建立了分析模型。首先采用状态空间法，推导了不考虑开口时多环衬砌传递方程。其次引入自由边界条件，调整荷载和系统矩阵，导出了考虑开口工况和错缝拼装的多环衬砌传递方程，得到了开口工况下盾构隧道的响应。最后结合之江路联络通道工程，通过数值算例，验证所提方法的同时分析了大直径盾构隧道开口工况下开口环和邻近环的变形和内力分布规律，研究了地质条件和环间连接情况对衬砌开口的影响。结果表明：开口环位移增加而内力减小，邻近环则位移和内力都增加；周围地质条件越好，隧道受开口工况的影响越小。在实际工程中，可以通过增强环间连接的方法来减小开口工况对于衬砌受力的影响。
基于多维时空层递的交通信号分布式强化学习方法

王福建, 范诚睿, 周斌, 封春房, 马东方
信号控制是智能交通系统的重要组成部分，融合人工智能等新技术的信号优化逐渐成为研究热点，具体策略可分为集中式和分布式2类。分布式控制的轻量化状态空间可以有效避免深度强化学习中的维度灾难问题，近年来愈发受到研究者关注。现有的分布式协同控制策略多以图卷积网络或图注意力网络为基础挖掘路口的耦合关系，但对路口状态之间的时空关联性随时变交通流的动态变化特征考虑不足。为此，首先基于门控循环神经网络建立时变交通流特征的提取方法，确定多路口时空关联度；其次采用图注意力机制搭建区域时空特征的层递融合算法，以路口重要度为指标实现状态空间重构；再次，采用全连接理念面向自适应相位相序结构构造路口通行权切换决策模型。最后，基于实际路网仿真测试了模型控制效果。结果表明：相比于传统分布式强化学习算法，该模型在低、中、高3种流量下的车辆平均排队长度分别降低了13.74%、5.03%、6.30%以上，表明了新方法的潜在应用价值。
基于改进DEMO算法的高速公路分布式光伏设施布局优化

王宇, 耿庆桥, 张路凯, 孙东冶, 王登科
合理的光伏能源利用及设施布局优化对于高速公路的低碳化建设和“净零”排放目标的趋近具有重要意义。从能源自洽角度，以经济成本最低为布局优化目标，构建考虑选型建设成本、位置距离成本、运营维护成本及额外能源增益的光伏设施布局优化模型（Photovoltaic Layout Optimization Model，PLOM），对光伏设施的布局面积、密度设置、布局数量及倾角方位等约束进行条件限制。为避免解空间分布不均匀及漏解现象，引入控制参数调整策略、精英选择双变异策略与动态拥挤距离排序策略，提出改进多目标差分进化算法（Improved Differential Evolution for Multi-objective Optimization，IDEMO）进行布局方案求解。依托G40沪陕（上海—陕西）高速（陕西段）及其周围区域的地理信息及路网数据，探讨服务区屋面区域及道路边坡区域光伏设施的布局方案及发电效果。研究结果表明：建筑物屋面面积、太阳辐射强度、边坡位置及设施倾角方位是高速公路光伏设施选址布局的关键要素，当倾角设置为18°～21°、边坡朝南时能量转换和发电效果最佳；IDEMO算法与标准DEMO算法、非支配解排序遗传算法（Non-dominated Sorting Genetic Algorithm，NSGA-II）、粒子群算法（Particle Swarm Optimization，PSO）、混沌猫群算法（Chaos Cat Swarm Optimization，CCSO）及禁忌搜索算法（Tabu Search，TS）的性能对比分析结果显示，IDEMO算法在各基准函数下具有更好的搜索能力和更高的收敛精度，更容易获得全局最优解，其算法寻优效率和寻优可信性较高，整体具有更好的寻优性能。所提出的研究方法可为高速公路的低碳化建设和零碳目标的趋近提供理论基础及思路参考。
智能汽车SINS/GNSS动态组合导航观测模型系统误差自适应估计方法

魏文辉, 袁伟, 张逸凡
为了满足当前汽车智能化发展对导航定位精度的更高需求，解决车辆非线性动态组合导航定位过程中，因观测模型偏差导致的定位精度下降问题，结合自适应滤波原理，提出了一种新的非线性动态组合导航系统观测模型系统误差自适应估计方法，用于抑制观测模型系统误差对滤波估计精度的影响，克服现有误差估计方法的缺陷和不足，提升车辆动态组合导航定位精度。首先，利用预测观测协方差矩阵和新息信息构造自适应因子，提出了一种自适应无迹卡尔曼滤波算法（AUKF），通过自适应调整状态预测和观测信息的权重抑制异常观测对动态导航系统的影响。随后，在考虑观测模型系统误差影响的情况下，对非线性导航系统模型进行改进，并在此基础上将提出的AUKF扩展用于估计和补偿观测模型系统误差，以提高系统状态估计精度。最后，将提出的自适应估计方法应用于搭载SINS/GPS非线性组合定位系统的车辆在环山路的跑车试验中，分别从考虑和不考虑观测模型系统误差影响2个方面对算法性能进行验证，并与其他滤波方法进行对比分析。试验结果表明：与现有方法相比，提出的方法不仅能够控制异常观测对非线性导航系统的影响，而且能够有效地估计和补偿观测模型系统误差，因此具有较好的滤波解算精度；定位精度小于0.46 m，即使在系统误差干扰情况下，定位精度仍然达到0.50 m，在抑制观测模型系统误差干扰方面显著优于其他滤波方法，且算法简单易行，在精度和实时性方面达到了更佳的平衡。
基于压力传感阵列的方向盘握持状态识别

郭栋, 李波, 石晓辉, 李明, 刘子敏, 李红玖
自动驾驶是汽车智能化的重要组成部分，完全的自动驾驶是汽车智能化发展的制高点，但当前自动驾驶技术处于人机共驾的阶段，车辆的控制权需要在驾驶人与系统间来回切换，驾驶人仍是“人-车-路-环”的核心。对驾驶人手部握持状态的实时准确识别是实现车辆控制权安全切换的基础。为此，采用柔性仿生微纳米阵列压力传感器与力反馈方向盘相融合的方法，设计开发出用于驾驶人离手检测（Hands Off Detection，HOD）的智能方向盘系统，利用此系统采集了20名驾驶人在模拟驾驶状态下的握持方向盘压力数据集，并基于此数据集分别建立了方向盘握持位置的逻辑判断识别模型和握持指数识别的L-BP（Logic-Back Propagation）神经网络模型，进一步利用消融试验对L-BP模型的逻辑判断单元与BP（Back Propagation）单元对整体模型表现的贡献度进行量化，将此模型与纯逻辑判断模型、BP神经网络和支持向量机模型进行了对比测试。结果表明：L-BP模型的握持指数识别率为98.90%，比纯逻辑判断模型、BP模型和支持向量机模型的识别率分别提升了34.99%、4.00%与13.60%；握持位置逻辑判断的识别率为99.60%。所设计开发的HOD智能方向盘系统能准确实时地采集握力数据；所提出的识别模型能够准确实现驾驶人握持方向盘的手部位置与握持指数识别，为驾驶人危险驾驶检测、驾驶能力评估研究以及方向盘智能交互设计提供参考。

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