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多维图像融合驱动的复杂场景路表破损识别

交通运输工程学报 2024年第3期24卷 154-170页

作者：管进超丁玲杨旭刘鹏飞汪海年长安大学公路学院陕西西安710064 浙江沪杭甬高速公路股份有限公司浙江杭州310020 长安大学运输工程学院陕西西安710064 长安大学未来交通学院陕西西安710064 德国亚琛工业大学道路工程研究所北威州亚琛52074

为提升复杂场景中路表裂缝与坑槽的识别精度和鲁棒性,考虑实际检测场景中路表破损形态的不规则性和环境噪声干扰,提出了一种面向多维图像的路表破损自动分割模型与特征融合优化方法;基于多目立体视觉重构的路表高精度点云模型,通过同源... 详细信息

为提升复杂场景中路表裂缝与坑槽的识别精度和鲁棒性,考虑实际检测场景中路表破损形态的不规则性和环境噪声干扰,提出了一种面向多维图像的路表破损自动分割模型与特征融合优化方法;基于多目立体视觉重构的路表高精度点云模型,通过同源点云栅格化生成二、三维图像,建立了复杂场景路表破损图像数据集;结合深度可分离卷积和多层位特征叠加,构造了轻量化编码-解码网络PDU-net,用于像素级裂缝与坑槽识别;在分割模型基础上,提出了像素运算和通道重组2种多维图像融合策略,以提升深度学习网络对浅细裂缝特征的提取效率。试验结果表明:PDU-net模型能够有效学习不同类型图像和破损特征,在不同数据集上的训练损失均能稳定收敛,其中三维图像训练周期小于二维图像;相较于现有卷积分割网络,PDU-net模型在复杂场景下的路表破损分割精度和效率更高,三维裂缝与坑槽图像分割的调和均值分别为81.00%和95.85%,平均正向推理时间约为现有模型的30%;多维融合图像可以提升复杂裂缝分割的精度和鲁棒性,在最优色彩-深度比为0.2时,裂缝分割的调和均值可提升至83.31%。综上所述,所提出的方法可在复杂场景中有效抑制环境噪声并强化病害特征。

关键词：道路工程路表破损识别多维图像分割复杂检测场景轻量化编码-解码网络图像特征融合

级配碎石层协调沥青混合料层温度收缩变形行为

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吉林大学学报（工学版） 2024年第4期54卷 1045-1057页

作者：万铜铜汪海年郑文华冯珀楠陈玉张琛长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室西安710064 西安航空学院能源与建筑学院西安710077

为揭示级配碎石基层与沥青混合料面层的温度收缩协调变形规律,本文采用动静态应变采集系统实时获取沥青混合料层的温缩应变,基于PFC6.0 Suite和FLAC3D构建了组合结构连续-离散耦合模型,探究了级配碎石层与沥青混合料层温缩协调变形宏观... 详细信息

为揭示级配碎石基层与沥青混合料面层的温度收缩协调变形规律,本文采用动静态应变采集系统实时获取沥青混合料层的温缩应变,基于PFC6.0 Suite和FLAC3D构建了组合结构连续-离散耦合模型,探究了级配碎石层与沥青混合料层温缩协调变形宏观和细观响应规律。研究结果表明:连续-离散耦合模型与室内试验的吻合度相比连续介质模型高,温缩系数相对误差最大为8.1%;沥青混合料及其组合试件温缩应变-时间关系曲线均呈先快后慢的非线性变化规律,沥青混合料类型及降温温差对级配碎石的约束作用基本无影响;组合试件温缩变形主要发生在前1 h内,沥青混合料层整体由“翘起”状逐渐过渡到“平缓”状;级配碎石层通过颗粒向内挤压运动,使两端松散膨胀及颗粒接触重组来实现与沥青混合料层的协调变形。本文从宏观应变响应与空隙率、配位数及三维组构细观响应揭示温缩协调变形机制,研究结果可为级配碎石基层沥青路面低温抗裂研究提供理论参考。

关键词：道路工程协调变形连续-离散耦合温缩开裂级配碎石细观响应

考虑砂浆随机分布的多孔沥青混合料黏附/黏聚失效行为

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交通运输工程学报 2024年第3期24卷 139-153页

作者：王晓威张一鸣王兴威任家兴杨旭黄育兆汪海年西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055 新加坡南洋理工大学土木与环境工程学院新加坡639798 长安大学未来交通学院陕西西安710064 长安大学公路学院陕西西安710064

为获得更加真实的多孔沥青混合料(PAC)黏附/黏聚失效行为,提出了一种考虑砂浆随机分布的细观有限元建模方法;基于X射线CT扫描和图像处理技术量化了PAC的真实细观结构和砂浆分布,研究了砂浆的随机分布特性;通过可精确控制砂浆厚度的拉拔... 详细信息

为获得更加真实的多孔沥青混合料(PAC)黏附/黏聚失效行为,提出了一种考虑砂浆随机分布的细观有限元建模方法;基于X射线CT扫描和图像处理技术量化了PAC的真实细观结构和砂浆分布,研究了砂浆的随机分布特性;通过可精确控制砂浆厚度的拉拔试验评价了不同厚度砂浆的黏附/黏聚性能,确定了不同厚度砂浆对应的内聚力模型参数;在砂浆-集料边界和砂浆内部嵌入零厚度内聚力单元,并基于PAC内不同区域的砂浆厚度赋予该区域内聚力单元相应的模型参数,最终构建了考虑砂浆随机分布的细观有限元模型(模型A),研究了PAC黏附/黏聚失效行为的细观演化过程。研究结果表明:推荐将试件分割为36份用于表征砂浆的随机分布特性,砂浆厚度对其黏附/黏聚性能、失效模式以及内聚力模型参数具有显著影响,当砂浆厚度小于0.9 mm或在1.2~1.8 mm时为黏附失效,大于1.9 mm时为黏附-黏聚混合失效,其他厚度下为黏聚失效,且同一失效模式下,黏附/黏聚强度随着砂浆厚度的增大而增大;与不考虑砂浆随机分布的细观有限元模型(模型B)相比,模型A和B的起裂点均为黏附失效,但失效位置不同,模型B以单一的黏附失效为主,模型A表现出多种黏附/黏聚失效行为,与现场复杂的黏附/黏聚失效行为更加一致;砂浆的随机分布对PAC黏附/黏聚失效过程、应力分布、裂缝发展具有显著的影响,故考虑砂浆的随机分布能够更加准确地识别PAC黏附/黏聚失效的最不利位置,增大砂浆厚度能够延缓黏附/黏聚失效的扩展过程。

关键词：路面工程多孔沥青混合料黏附/黏聚失效随机分布细观有限元模型耐久性

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土工格室加筋碎石基层变形机理的数值模拟

中南大学学报（自然科学版） 2015年第12期46卷 4640-4646页

作者：汪海年张然周俊刘玉尤占平长安大学道路结构与材料交通行业重点实验室陕西西安710064 中交通力建设股份有限公司陕西西安710075 密歇根理工大学土木工程与环境系霍顿美国49931

为了研究土工格室加筋碎石柔性基层材料的力学性能与变形机理,采用离散-连续耦合的方法对粒径为10~20 mm和20~30 mm的2档碎石和带有级配的碎石填料,以及3种最大粒径（NMAS）分别为37.500,31.500和26.500 mm的连续级配的集料碎石结构层... 详细信息

为了研究土工格室加筋碎石柔性基层材料的力学性能与变形机理,采用离散-连续耦合的方法对粒径为10~20 mm和20~30 mm的2档碎石和带有级配的碎石填料,以及3种最大粒径（NMAS）分别为37.500,31.500和26.500 mm的连续级配的集料碎石结构层在加载过程中的力学性能进行数值计算。同时对800 mm/200 mm（格室焊距/格室高度）,600 mm/200 mm和400 mm/150 mm这3种类型的土工格室加筋结构层进行力链分析。研究结果表明：在同一型号的土工格室下,不同填料结构层承载能力大小排序为：级配碎石;粒径为20~30 mm的碎石;粒径为10~20 mm的碎石。当连续级配碎石的公称最大粒径为31.500 mm时,土工格室加筋碎石结构层的承载能力最好。碎石结构层加筋后,加载板正下方区域的平均应力较未加筋时的应力增大38.4~49.5 k Pa,同时传递到下承层中心区域的荷载减小25.9~40.0 k Pa,强力链分布明显受到了一定的限制,强力链主要分布在土工格室范围内,弱力链主要分布在土工格室范围外。

关键词：道路工程土工格室级配碎石力链分析数值模拟

基于数理统计方法的MEPDG车辙预估模型校正

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长安大学学报（自然科学版） 2013年第6期33卷 1-7页

作者：汪海年张琛尤占平陈兴伟长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室陕西西安710064 密歇根理工大学土木工程与环境学院密歇根霍顿49931 路易斯安那州交通与发展部路易斯安那巴吞鲁日70803

AASHTO新力学经验法路面设计指南(MEPDG)的车辙预估模型具有较好的科学性与准确性,但其预估模型仅基于美国长期路面性能(LTPP)观测结果,其在中国的适用性仍有待进一步验证。基于规划求解原理,采用数理统计方法对陕西省某高速公路25条试... 详细信息

AASHTO新力学经验法路面设计指南(MEPDG)的车辙预估模型具有较好的科学性与准确性,但其预估模型仅基于美国长期路面性能(LTPP)观测结果,其在中国的适用性仍有待进一步验证。基于规划求解原理,采用数理统计方法对陕西省某高速公路25条试验段的车辙实测数据进行分析,对MEPDG半刚性基层沥青路面车辙预估模型的参数进行校正,提出了考虑当地气候条件、交通荷载与参数校正的车辙预估校正模型,并分析了该模型的适用条件。研究结果表明:采用数理统计方法对多条试验路车辙数据的拟合,可大大提高MEPDG车辙预估模型的预测精度;基于规划求解原理得到的MEPDG车辙预估模型的陕西省校正系数,对陕西省类似路面结构的高速公路具有良好的适用性;建立的MEPDG车辙预估校正模型集参数输入与校正模型为一体,为MEPDG在陕西省乃至中国其他高速公路上的应用提供了参考。

关键词：道路工程 MEPDG 车辙预估模型规划求解

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青藏高原多年冻土区路基温度场数值模拟

长安大学学报（自然科学版） 2006年第4期26卷 11-15页

作者：汪海年窦明健长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室陕西西安710064

根据青藏公路沿线近30年的气象资料,考虑太阳辐射、气温、风速、风向、蒸发等第二类、第三类边界条件,结合路线走向、路基高度、路面类型状况,对青藏公路五道梁地区路基温度场进行有限元分析。经验证,计算结果与路基温度场实测资料基本... 详细信息

根据青藏公路沿线近30年的气象资料,考虑太阳辐射、气温、风速、风向、蒸发等第二类、第三类边界条件,结合路线走向、路基高度、路面类型状况,对青藏公路五道梁地区路基温度场进行有限元分析。经验证,计算结果与路基温度场实测资料基本一致。有限元分析表明,在年周期内路基边界处的温度仍然可按正弦曲线较好地加以拟合;路线走向对冻土路基温度场的对称性有着重要影响,东西走向路基阴阳坡效应最为显著,南北走向路基的温度场基本对称;当路基存在坡向差异时,其阴阳坡效应的强弱与季节密切相关,夏季较弱,冬季较强。

关键词：道路工程青藏公路多年冻土路基温度场边界条件路线走向

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道路沥青老化评价方法研究进展

中国公路学报 2022年第6期35卷 205-220页

作者：屈鑫丁鹤洋汪海年长安大学公路学院陕西西安710064

沥青是路面工程中常用的筑路材料之一,被广泛应用于中国高速公路和城镇道路中。在路面服役过程中,沥青材料会出现硬化变脆等老化现象,显著影响了路面的运营品质及服役寿命。为了进一步促进道路沥青老化评价方法研究的发展,以宏观性能测... 详细信息

沥青是路面工程中常用的筑路材料之一,被广泛应用于中国高速公路和城镇道路中。在路面服役过程中,沥青材料会出现硬化变脆等老化现象,显著影响了路面的运营品质及服役寿命。为了进一步促进道路沥青老化评价方法研究的发展,以宏观性能测试、微观结构探测和数值模拟技术等老化评价方法为脉络,比较了各类评价方法的所属尺度和应用优劣。研究结果表明:现行的沥青热氧老化室内研究方法并不能很好地反映沥青的长期服役耐久性,而紫外老化的室内研究方法更加亟需标准化和规范化;紫外老化和热氧老化的差异在于化学键断裂机制不同,热氧老化主要是由于高温热分解导致化学键断裂,而紫外老化的引发是由于分子内所含的基团吸收了具有能量的紫外线,导致化学键发生断裂;宏观性能测试是构建沥青老化与性能衰退联系的直接研究途径,2类老化类型的宏观性能测试方法和评价指标不能完成等同和替换;荧光显微镜、原子力显微镜、傅里叶红外光谱等微观探测技术能够定性或者定量分析沥青的老化过程和改性剂的老化响应;采用分子动力学模拟和细观力学模型既能继承利用微观研究的精确结论,又可与宏观力学试验建立关联性,对沥青的老化过程进行数值表征,其研究结果能够为其微观演化规律和宏观性能特性提供参考;在实际沥青路面使用中,紫外老化和热氧老化是并行存在的,基于室外沥青路面老化监测的多因素复合老化应是沥青室内老化模拟研究的重点;融合多层次老化评价指标和数值模拟技术,建立多尺度沥青老化动态仿真模拟是沥青材料与数值模拟交叉应用的主要研究方向。

关键词：道路工程道路沥青综述老化评价方法紫外老化热氧老化

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粗集料二维形状特征的图像描述

建筑材料学报 2009年第6期12卷 747-751页

作者：汪海年郝培文东南大学交通学院江苏南京210096 长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室陕西西安710064

利用自行研制的粗集料形态特征研究系统(MASCA),采用数字图像处理技术,提出了以轴向系数与圆度这2个指标来表征粗集料的二维形状特征.研究表明:随着集料粒径的增大,其轴向系数呈下降趋势,岩性特征与集料的轴向系数间并无密切关联.卵石... 详细信息

利用自行研制的粗集料形态特征研究系统(MASCA),采用数字图像处理技术,提出了以轴向系数与圆度这2个指标来表征粗集料的二维形状特征.研究表明:随着集料粒径的增大,其轴向系数呈下降趋势,岩性特征与集料的轴向系数间并无密切关联.卵石颗粒的圆度显著地接近于1,石灰岩、花岗岩、玄武岩和安山岩这4种集料的岩性特征对其圆度影响不大.

关键词：道路工程粗集料二维形状数字图像

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橡胶沥青混合料和易性与压实特性的相关性

东南大学学报（自然科学版） 2016年第1期46卷 202-208页

作者：张琛汪海年尤占平李廉长安大学道路结构与材料交通行业重点实验室西安710064 密歇根理工大学土木与环境工程系美国霍顿49931 兰州理工大学土木工程学院兰州730050

为了研究橡胶沥青混合料的和易性与压实特性之间的关系,采用Superpave旋转压实仪和自行研制的和易性测试设备,测试了不同温度下的压实特性与和易性,并推荐了不同胶粉掺量所对应的适宜压实温度与胶粉细度.结果表明,当胶粉掺量为25%时,胶... 详细信息

为了研究橡胶沥青混合料的和易性与压实特性之间的关系,采用Superpave旋转压实仪和自行研制的和易性测试设备,测试了不同温度下的压实特性与和易性,并推荐了不同胶粉掺量所对应的适宜压实温度与胶粉细度.结果表明,当胶粉掺量为25%时,胶粉细度对橡胶沥青混合料压实过程的影响最为显著.当压实温度为190℃时,胶粉掺量对橡胶沥青混合料压实过程的影响最为显著.当胶粉细度为80目时,压实温度对橡胶沥青混合料压实过程的影响最为显著;橡胶沥青混合料的和易性越好,压实性能也越好.当胶粉掺量为5%和15%时,所推荐的适宜压实温度与胶粉细度分别为160℃和40目;当胶粉掺量为25%时,所推荐的适宜压实温度与胶粉细度分别为160℃和20目.

关键词：沥青混合料橡胶沥青和易性压实特性