重庆交通大学学报（自然科学版）

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基于车联网的车辆纵向碰撞分级预警研究

石建军，汪旭，付玉

2020, 39(09): 1-7. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2020.09.01

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为了预防和减少车辆纵向追尾事故的发生，提出了一种基于车联网的车辆纵向碰撞分级预警模型。首先，构建了基于下一代移动通信网络的车联网框架，通过车联网平台采集前车和自车的位置信息，基于卡尔曼滤波进行位置信息的融合，得到某一时刻车辆位置信息的最优值，得到自车和前车的实时距离。其次，基于自车和前车的实时距离以及通过对车辆制动过程分析得到的临界预警距离和临界制动距离建立了车辆纵向碰撞分级预警模型，并且根据不同的预警等级以及预警参数和危险警告灵敏度参数设计了不同的预警信息提示。考虑到实地进行车辆预警试验存在着成本高和安全性等方面问题，搭建了基于VISSIM和OMNeT++的车联网仿真平台。仿真实验结果表明：相比较于传统固定阈值预警算法的车辆，基于车联网的分级预警模型的误警率降低了14.4%，预警漏报率降低了3.5%。综合来看，基于车联网的分级预警模型可以更加有效的减少纵向交通追尾事故的发生，提高了行车的安全性。

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基于时空特性和灰色残差的交通故障数据诊断与修复

陆百川1,2，张冬梅1，舒芹1，李玉莲1

2020, 39(09): 8-16. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2020.09.02

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针对交通检测器获取的数据可能存在不完整或异常等问题，同时路网中交通流数据之间存在时间相关和空间相关的特征，笔者提出了基于时空特性和灰色残差的交通故障数据诊断与修复方法。在分析故障数据特点基础上考虑交通流数据存在的时间、空间特性，建立基于马氏距离（MD）的故障数据诊断模型；然后利用灰色关联模型计算出时空维度相关系数，选择强关联路段时空相关数据建立基于灰色—遗传小波神经网络（GM(1,N)-GA-WNN）的故障数据修复模型。研究结果表明：基于GM(1,N)-GA-WNN模型的故障数据诊断与修复的平均相对误差与GM-WNN模型相比降低了1.7%，与GM(1,N)模型相比降低了4.8%；考虑时空特性的故障数据修复精度优于单一时间、空间修复序列，为道路交通预测、交通诱导等服务提供可靠的数据保障。

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基于虚拟对比控制组的交通拥堵费安全影响研究

李科君1，李豪杰2，3，4，朱曼曼2，3，4

2020, 39(09): 17-24. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2020.09.03

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以伦敦为研究案例，采用虚拟对比控制组的因果效应方法，估计伦敦中心区实施拥堵收费对交通事故伤亡人数的影响。通过对比伦敦实际发生的伤亡人数和虚拟对比控制组估计的伤亡人数，分析发现交通拥堵收费区的交通事故总伤亡人数减少了4.29%，其中轻伤和重伤数量各自减少了5.05%和12.12%。采用安慰剂试验对模型进行验证，结果显示伦敦交通拥堵费的评估效应达到95%的置信水平。研究结果表明：在交通安全分析研究中，当没有合适的对比控制组的情况下，虚拟对比控制方法可作为一个有效的研究方法。

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基于改进人工势场的路径规划与跟踪控制

李军，李古月

2020, 39(09): 25-30. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2020.09.04

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针对传统人工势场法应用于无人驾驶车辆路径规划存在的道路势场不完善问题,提出了改进的人工势场模型，用于场算法获取避障轨迹。笔者首先结合势能在道路变化来改进引力势场，增加类椭圆形斥力势场代替传统斥力势场，增加道路边界斥力势场保障车辆不会驶出边界，增加障碍物速度势场来完善障碍物的合理性，同时建立3自由度车辆动力学模型，运用模型预测控制算法进行跟踪控制。研究结果表明：改进的人工势具有良好的避障路径规划，同时满足各方面动力学约束，转角变化在±3°以内，最大侧向加速度为4.54 m/s2＜0.67 μg，保证规划路径具有行驶的稳定性和舒适性。

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基于协调路径的节点关联性模型研究

鄢小文1，徐建闽2

2020, 39(09): 31-37. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2020.09.05

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根据路网实时运行的交通数据，基于车流路径研究信号协调控制方法。考虑车队离散性，提出路径可协调度的概念；根据路径可协调度以及流量不均衡系数动态选择协调主路径；根据交通波理论计算红灯排队消散时间；综合考虑路径流量、距离以及红灯时刻排队长度，建立基于协调路径的两节点关联性模型和多节点关联性模型。最后进行仿真实验，与路段关联度模型以及Maxband模型对比，并从路径流量波动、排队长度以及饱和度等3个方面分析了参数的敏感性。结果表明：本模型能够根据动态的路径流量确定协调方案，并使路网的运行指标得到相应改善。

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六车道高速公路内侧车道驾驶员错过路侧交通标志信息的概率研究

杨少伟1, 2，吴佶昀2，潘兵宏1, 2

2020, 39(09): 38-45. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2020.09.06

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高速公路上内侧车道小型车辆驾驶员在发现和阅读路侧交通标志信息时，因多车并行等原因，会出现驾驶员视线被外侧车道上大型车辆所遮挡情况，导致驾驶员错过重要的交通信息。为此，基于驾驶员认读交通标志所需的最短时间、车辆车头时距分布、驾驶员视线与车辆、车道形成的几何关系及微积分原理，对交通标志视认范围内内侧车道小型车辆驾驶员视线被外侧车道大型车辆遮挡概率进行研究，建立驾驶员错过路侧交通标志信息的概率计算模型，并通过VISSIM交通仿真软件对该模型进行检验。结果表明：内侧车道上小型车辆交通量的变化对小型车辆驾驶员错过交通标志信息的概率的影响较小；外侧车道大型车辆总量的增加会使内侧车道小型车辆驾驶员错过交通标志信息的概率增大；内侧车道小型车辆在速度一定的情况下，外侧车道大型车辆速度的提高会降低内侧车道小型车辆驾驶员错过交通标志信息的概率；外侧车道大型车辆在速度一定的情况下，小型车辆驾驶员错过交通标志信息的概率随着内侧车道上小型车辆速度的提高而增大；内外侧车道上车辆在等速差的情况下，小型车辆驾驶员错过交通标志信息的概率随着车速的增加而降低。

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修订版SCQ-MD量表在机场内场驾驶员的适用性研究

刘玲莉1，禹美辰1，王玥1，云天宇2

2020, 39(09): 46-46. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2020.09.07

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为了检验SCQ-MD（safety climate questionnaire，modified for drivers）量表在测量机场内场驾驶员安全氛围感知的适用性，采用问卷调查及SPSS 22.0统计分析方法对机场内场驾驶员安全氛围感知情况的统计数据进行研究。研究结果表明：SCQ-MD量表各项目与总分之间的相关性均达到显著水平，具有较好的项目区分度；探索性因子分析得到6个因子，共解释72.124%的方差变异，具有良好的结构效度；被试的年龄、驾龄、地区分布、在机场的工作时间等4个人口统计学变量与机场内场驾驶员的安全氛围感知之间具有相关性，与以往研究结果一致，具有较好的准则效度；该量表的Cronbachα系数为0.987，且各个因子的Cronbachs α系数均大于0.9，说明该量表具有良好的信度；引入DBQ量表进行安全氛围与驾驶员不安全行为之间关系实证分析，发现两者之间呈现显著负相关。SCQ-MD量表具有良好的信度和效度，且在应用分析结果上也与以往研究结论一致，说明该量表适用于测量机场内场驾驶员对安全氛围的感知状况。

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基于中小跨梁桥结构响应特点的阈值设定及应用

吴海军1，袁光杰1,2，王涛1,3，屈浩然4，李明珊2

2020, 39(09): 54-58. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2020.09.08

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鉴于国内外针对中小跨梁桥安全监测的研究和实践相对较少，分析了活载效应比例对桥梁安全监测评估方法选取的影响并做出相应选取，设定了基于中小桥结构响应特点的预警阈值表达式，推导了适用于中小桥动态采集的数据有效性系数公式，以重庆罗家坝桥为工程实例进行应用并对其监测数据进行分析。结果表明：中小桥宜采用基于活载响应监测值进行运营期的安全状态评估；基于中小桥结构响应特点的预警阈值设定，需在有限元理论计算值的基础上同时兼顾校验系数和数据有效性系数的影响；所应用桥梁γ=0.81，应变指标Z1=43 με、Z2=57 με，挠度指标Z1=6.32 mm、Z2=8.42 mm；根据应变和挠度指标的一级、二级预警条件偶然成立，判定该桥处于一级（黄色）预警状态，尚不存在安全问题，对于超载车辆过桥需引起关注。

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基于形函数推导考虑剪切变形的欧拉梁单元刚度矩阵

张军锋1,尹会娜1,孙大勇2,李杰1,陈淮1

2020, 39(09): 59-66. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2020.09.09

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针对考虑剪切变形的等截面欧拉梁单元的刚度矩阵推导问题，笔者以形函数为基础，根据虚功原理，在不计入剪切变形欧拉梁单元的刚度矩阵的基础上，系统给出了计入剪切变形的欧拉梁单元刚度矩阵推导过程，并与ANSYS中Beam4单元刚度矩阵进行了对比研究。研究结果表明：ANSYS中的Beam4单元为可计入剪切变形的欧拉梁单元，并且通过与Beam188单元的应用对比，明确其适用性与Beam188单元一致，即长细比应满足ANSYS的建议值GAL2/EI>30。

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大跨径低刚度钢桥面铺装三维仿真力学分析

王滔1,2，徐恭义3，常城1,2，肖丽1,2，王民1,2

2020, 39(09): 67-73. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2020.09.10

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为研究大跨径低刚度钢桥在不同铺装方案下的力学响应状态，采用Midas/civil软件建立了武汉某长江大桥全桥有限元模型，采用ANSYS软件建立了GA+SMA和三层EA铺装方案的三维仿真模型，分析了该桥主桥跨中的挠曲变形，以及2种铺装方案在162个荷载工况下的弯拉应变和层间剪应力。研究结果表明：随着重载交通量的增加，该桥跨中存在较大的挠动，最大挠度值达到1.02 m，为初始设计值的132.5%；在最不利荷载组合下，铺装体系刚度对组合结构弯拉应变和层间剪应力均有显著的影响，铺装体系刚度大，则纵向最大弯拉应变大，横向最大弯拉应变和层间最大剪应力小；2种铺装方案的横向最大弯拉应变和纵向最大弯拉应变均呈现铺装表面＞铺装层间＞顶板表面，铺装表面横向最大弯拉应变＞铺装表面纵向最大弯拉应变，层间最大剪应力总体呈现铺装层间＞顶板表面；大跨径低刚度钢桥在进行组合结构疲劳开裂和层间脱层推移指标设计时，宜将铺装层表面横向最大弯拉应变和防水层黏结抗剪强度作为控制指标，并通过组合结构疲劳开裂试验和剪切疲劳试验，以确定不同铺装方案的适应性，以及材料和组合结构指标要求。

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BIM施工综合管理平台在隧道工程中的应用研究

王超1，周磊生2，徐润1，宋杰1

2020, 39(09): 74-79. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2020.09.11

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为实现隧道施工领域更高效的管理，基于隧道BIM自动化建模技术并结合GIS加物联网手段，研发了隧道施工综合管理平台，并成功应用于京沪青龙崮隧道项目管理当中。该平台实现七大功能模块：轻量化集成模型浏览与施工信息查询；施工进度、质量、安全多方协同管理；隧道4D施工模拟；人员设备定位和视频监控；施工动态风险评估；监控量测与超前地质预报；BIM综合管理决策看板。该平台实现了隧道项目管理的平台化、信息化、专业化和安全化，为推动BIM技术在隧道项目管理中的长足发展提供了坚实的基础。

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高速公路沥青路面使用性能模糊区间评价方法研究

李海莲1，2，林梦凯1，2，王起才1，2

2020, 39(09): 80-87. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2020.09.12

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针对高速公路沥青路面使用性能评价结果过于宽泛且难以有效预测路面使用性能发展态势的问题，笔者采用区间数、模糊分析及粗糙集不完备系统等评价理论，结合沥青路面结构性能、功能性能、车辙性能及安全性能评价指标体系特点及五级评价等级，研究建立了一种基于模糊区间数的高速公路沥青路面使用性能评价模型，应用区间数标度各个评价指标权重及评价结果，并通过实例验证了模型的有效性和评价结果的可靠性。研究结果表明：该评价方法不仅能够对高速公路沥青路面使用性能做出客观有效的评价，同时可对其演变趋势做出二级偏向性评价，评价结果为沥青路面使用性能的预测及养护决策提供了可靠的基础数据。

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盐冻融循环条件下复合纤维改性沥青混合料耐久性能研究

张航1, 2，凌天清1，王学武2

2020, 39(09): 88-96. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2020.09.13

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通过模拟盐冻融循环条件，采用OT试验、四点弯曲疲劳试验，以荷载损失率、疲劳寿命次数分析不同复合纤维对沥青混合料耐久性能的影响，并研究荷载损失率与疲劳寿命、累计耗散能之间的相关性。结果表明：随着盐冻融循环次数增大，5种沥青混合料荷载损失率逐渐升高，疲劳寿命及累计耗散能则呈下降趋势；相较于SBS改性沥青混合料，经过盐冻融循环后复合纤维C改性沥青混合料的荷载损失率显著降低，疲劳寿命与累计耗散能大幅提高，而复合纤维B与SBS改性沥青混合料的耐久性能大体相当；4种改性沥青混合料在不同盐冻融循环次数下，其荷载损失率与疲劳寿命、累计耗散能之间呈线性相关，且相关性系数均大于0.9，OT试验与四点弯曲疲劳试验均能够有效评价盐冻融循环前后沥青混合料的耐久性能。

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沥青路面厂拌热再生RAP料掺量影响因素分析

马辉1,茅荃1，李宁2

2020, 39(09): 97-104. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2020.09.14

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针对目前沥青路面厂拌热再生技术应用中遇到的RAP料掺量较低的问题，以江苏宿淮盐高速淮安大桥服役11年的SMA-13型RAP料为研究对象，通过理论与实验相结合手段分析了RAP料掺量的影响因素。研究结果表明：RAP料掺量受旧沥青性能的可恢复程度、RAP集料级配的可调性、RAP集料级配与油石比的质量控制以及新集料的加热温度4个因素的综合影响。在实际工程中可以通过掺入再生剂、减小RAP料中细料的比例、控制RAP料中油石比的偏差以及设法降低新集料的加热温度来提高RAP料的掺量，提高厂拌热再生技术的经济和社会效益。

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基于模糊贝叶斯网络的长江上游航道整治建筑物技术状况评价研究

李文杰1，张浩游1，张文2，杨胜发1，胡江3

2020, 39(09): 112-118. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2020.09.16

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针对长江上游航道整治建筑物特点，以建筑物功能发挥状况和结构状况为研究点，提出了建筑物包含“目标-准则-要素-指标”4个层次的评价指标体系；基于贝叶斯网络方法和模糊数学理论，建立了航道整治建筑物技术状况的综合评价模型，定义了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共4级评价标准；通过数学期望公式量化建筑物具体技术状况值。以长江上游东溪口碛头坝为例，对其2016、2017、2018年的技术状况进行了验证评价。结果表明：2016、2017、2018年，长江上游东溪口碛头坝技术状况隶属等级分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅱ级，与规范所得结果吻合；量化技术状况值E分别为83.75、75.25、70.25，与工程实际相符。

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抗滑短桩支护土坡的试验研究

曾红艳1，2，刘伟1，2，周成1，2，韩利彪1，2，谭昌明3

2020, 39(09): 119-126. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2020.09.17

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为探究不同长度的抗滑短桩对坡土的支护效果，采用单排抗滑短桩加固无黏性土边坡，抗滑短桩桩长L=0（无抗滑短桩）、18、28、43 cm，开展了天然工况下牵引式滑坡模型试验；分析了模型侧壁观测土条和坡土内小块体的位移变化特征与坡土滑移面的分布规律，研究了不同长度的抗滑短桩对土坡的支护作用机理。结果表明：抗滑短桩能有效加固深层土体；随着抗滑短桩长度的增加，加固的土体范围逐渐增加，滑移面向上抬升；当抗滑短桩长度达到一定值后，滑移面的上移速率开始降低。建议：在实际工程中，应联合使用抗滑短桩与坡脚挡墙以同时加固深层土体及浅层坡土，确保整个边坡达到稳定安全状态。

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基于电阻率试验的真空饱水-干燥循环砂岩性能分析

何叶1,2，赵明阶1，汪魁1，吉跃辉1

2020, 39(09): 127-131. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2020.09.18

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针对三峡库区的典型砂岩开展了试验研究，考虑到水位周期性变化的特点，对砂岩试件分别进行了循环次数n=0（自然状态）、1、3、5、9及13的真空饱水-干燥循环作用；分别测试循环后砂岩试件饱水状态及干燥状态的电阻率，并对饱水状态试件进行了物理、力学性能试验，分析了砂岩试件饱水电阻率Res和干燥电阻率Red随着真空饱水-干燥循环次数n变化的规律，对比了饱水电阻率Res、孔隙率P、饱和含水率ws、单轴抗压强度σc、弹性模量E与n的相关关系；结合饱水砂岩试件的SEM结果，分析了砂岩试件的电阻率与其物理、力学性能指标及微观特征之间的相关性。结果表明：自然状态砂岩试件经过1次饱水作用后，饱水电阻率Res下降了81.6%；Res随着n的增加而增大，增长趋势相对稳定；n从5增加到9时，干燥电阻率Red呈跳跃式增大，而n=5～9时，SEM图显示砂岩试件内部有明显裂隙出现；与Res相比，Red变化幅度更大；当n=5时，砂岩试件的Res、P、ws、σc、E均出现了特征点，且Res与P、ws随着n变化的规律基本相同，表明Res可以作为分析真空饱水-干燥循环砂岩宏-微观特性的有效指标。

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微型客车单参数侧翻倾向性研究

李胜琴, 冯新园

2020, 39(09): 132-139. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2020.09.19

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以某微型客车为参考原型，整车悬架为研究对象，建立9自由度车辆仿真模型，在此基础上进行车辆转弯过程中侧翻稳定性研究。在一定路面激励下，通过阶跃转向试验，分析悬架垂向刚度、悬架阻尼、轮胎径向刚度、行驶速度、簧载质量及质心高度等车辆结构及运行参数对微型客车侧翻倾向性的影响。利用正交试验，分析各参数对车辆侧翻倾向性的影响程度，找出最优方案，并通过鱼钩仿真试验和J-turn试验对最优方案进行验证。结果表明：车辆质心高度对车辆侧翻倾向性的影响最为明显，而悬架阻尼对其影响最小；在最优方案下，车辆能够保持良好的侧翻稳定性。

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基于声子晶体的船机减振特性研究

张杰1，2，邓羽1,2，彭中波1，石利勇1

2020, 39(09): 140-145. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2020.09.20

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声子晶体在减振降噪方面具有广阔的应用前景，比如将声子晶体的概念引用到我们日常的交通工具减振的研究中。针对船机的振动和噪音问题，设计一种基于局域共振理论的声子晶体板。其结构为多元复合圆柱体周期排列在基体中构成。通过COMSOL有限元软件分析，计算带隙特性，振动传输损耗，以及隔音效果。最后将所设计的声子晶体板通过振动实验，分析其实际减振效果并与环氧树脂基板对比。研究表明：在完全带隙范围内，振动传输有明显损耗，隔声量也明显优于基板。通过振动实验分析，声子晶体板对低频激励的衰减作用也优于基板，整体对比分析相较基板有5~10个单位的衰减作用。

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工业机器人臂部静动态多目标拓扑优化

胡启国，胡艳敏

2020, 39(09): 146-152. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2020.09.21

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为了兼顾工业机器人臂部具有更高的静动态强度及更轻重量的要求，对其进行静动态多目标拓扑优化。以RB08工业机器人大臂为研究对象，基于SIMP变密度法拓扑优化，将多级容差序列规划法与折衷规划法相结合，对多优化目标进行分级处理，得到同时满足动态低阶频率最高和静态多工况条件下柔度最小的大臂优化结构。根据优化结果对大臂进行改进，分析对比可知，优化后的大臂质量减轻11.9%，动态低阶固有频率及静态各工况刚度均有不同程度的提高。

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