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道路交通系统数字孪生:概念、成熟度分级与研究展望

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中国公路学报 2024年第7期37卷 218-236页

作者：孙剑秦国阳同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804

数字孪生的概念和技术的兴起为建立物理和虚拟空间融合交互的道路交通系统提供了关键的理论框架和技术指引,因此受到国内外学术界、工业界和政府部门的广泛关注。然而,在研究和应用过程中,道路交通系统数字孪生存在以下突出问题:①概念... 详细信息

数字孪生的概念和技术的兴起为建立物理和虚拟空间融合交互的道路交通系统提供了关键的理论框架和技术指引,因此受到国内外学术界、工业界和政府部门的广泛关注。然而,在研究和应用过程中,道路交通系统数字孪生存在以下突出问题:①概念有待明晰;②孪生对象有待明确;③能力成熟度分级有待制定;④支撑数字孪生的新交通技术研究有待加强。为此,首先系统梳理并界定道路交通系统数字孪生的对象和概念,进一步提出道路交通系统数字孪生“可视-可诊-可管-可优”四级成熟度VDMO模型。以典型应用场景为切入点,系统分析了四级成熟度模型对应的研究进展、科学问题和关键技术。最后,从可持续发展和工程实践应用的视角,总结了道路交通系统数字孪生未来应用挑战和展望。该综述可为道路交通系统数字孪生的技术研究,工程实践及其可持续发展提供重要参考。

关键词：交通工程道路交通系统综述数字孪生成熟度模型交通仿真管控优化

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基于避险脱离的自动驾驶路测安全影响因素

吉林大学学报（工学版） 2024年第7期54卷 1935-1943页

作者：涂辉招鹿畅陆淼嘉李浩同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804

本文采用自动驾驶路测避险脱离率来表征自动驾驶路测风险。首先基于大量自动驾驶路测实测数据,采用LSTM方法辨识自动驾驶路测避险脱离,并基于Tobit模型分析车道宽度、天气等动静态因素对路测避险脱离率的影响,由此建立基于避险脱离的自... 详细信息

本文采用自动驾驶路测避险脱离率来表征自动驾驶路测风险。首先基于大量自动驾驶路测实测数据,采用LSTM方法辨识自动驾驶路测避险脱离,并基于Tobit模型分析车道宽度、天气等动静态因素对路测避险脱离率的影响,由此建立基于避险脱离的自动驾驶路测安全模型。本文安全模型从更为积极主动的角度来规避自动驾驶路测事故,保障自动驾驶路测安全有序地进行。

关键词：交通运输工程自动驾驶路测避险脱离安全影响因素 Tobit模型

智能汽车变道盲区影像对驾驶员认知负荷与安全性的影响

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同济大学学报（自然科学版） 2024年第6期52卷 864-874,885页

作者：岳李圣飒潘昱蓉孙剑朱奕昕崔晓烨李奕劼同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804

智能汽车变道盲区影像在为驾驶员提供更多环境信息的同时也可能增加驾驶员的认知负荷。针对这一问题,提出改进AttenD算法,建立认知负荷与驾驶员注视点分布的关系模型,对3种智能汽车品牌车辆开展实车路测实验,分析多种外部条件下驾驶员... 详细信息

智能汽车变道盲区影像在为驾驶员提供更多环境信息的同时也可能增加驾驶员的认知负荷。针对这一问题,提出改进AttenD算法,建立认知负荷与驾驶员注视点分布的关系模型,对3种智能汽车品牌车辆开展实车路测实验,分析多种外部条件下驾驶员与不同变道盲区影像交互过程中注视特征、驾驶行为特征以及认知负荷的差异。结果表明,增大盲区影像面积、提高盲区影像面积占中控屏面积的比例、减少扫视路径冗余能降低变道过程中的认知负荷。

关键词：智能汽车变道盲区影像认知负荷变道安全 AttenD算法

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智慧公路毫米波雷达感知精度分析与验证

中国公路学报 2024年第1期37卷 205-214页

作者：赵聪师钰鹏丁德隆暨育雄杜豫川同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804

毫米波雷达是当前智慧公路中路侧感知系统的重要组成部分,在交通流运行态势感知与智能管控、车路协同与自动驾驶中广泛应用。然而,车辆与毫米波雷达之间的相对位置、相对姿态的变化会对雷达信号回波及点云分布产生影响,导致雷达对车辆... 详细信息

毫米波雷达是当前智慧公路中路侧感知系统的重要组成部分,在交通流运行态势感知与智能管控、车路协同与自动驾驶中广泛应用。然而,车辆与毫米波雷达之间的相对位置、相对姿态的变化会对雷达信号回波及点云分布产生影响,导致雷达对车辆的感知结果出现偏差,进而影响交通系统的管控决策。分析毫米波雷达感知精度的空间特征,对于指导毫米波雷达在智慧公路中的应用至关重要。为此,基于毫米波雷达的感知原理,综合考虑毫米波雷达信号处理与点云数据处理2个阶段中的感知误差来源,通过数值仿真与实测试验相结合的方式对目标在不同位置与姿态下毫米波雷达的感知精度特征进行分析与验证。研究表明:雷达纵向感知精度主要受到与车辆相对位置的影响,当车辆与雷达纵向距离小于30 m或大于200 m时,车辆位置感知结果会向车头或车尾方向显著偏移,相应产生的纵向感知误差通常超过0.5 m;雷达横向感知精度主要受到车辆横向位置及相对姿态的影响,当车辆横向位置偏离雷达中心光束超过5 m或车辆行驶的航向角超过40°时,车辆位置感知结果会向车身侧向偏移,相应产生的横向感知误差通常超过0.5 m。得到的影响因素分析结果,可进一步为智慧公路场景中毫米波雷达感知数据的应用与感知设备的部署提供建议。

关键词：交通工程感知精度数值仿真毫米波雷达智慧公路路侧感知

集中力下的Winkler地基上双层弹塑性梁

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东南大学学报（自然科学版） 2024年第4期54卷 894-901页

作者：成林燕谈至明同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804

为了完善弹性地基上弹塑性梁的理论基础,假设梁弯曲符合理想弹塑性模型,双层梁层间为竖向弹簧连接,根据受力平衡和本构关系建立Winkler地基上双层弹塑性梁的微分方程并给出通解.以无限长双层梁中心处作用集中荷载为例,研究同质同宽双层... 详细信息

为了完善弹性地基上弹塑性梁的理论基础,假设梁弯曲符合理想弹塑性模型,双层梁层间为竖向弹簧连接,根据受力平衡和本构关系建立Winkler地基上双层弹塑性梁的微分方程并给出通解.以无限长双层梁中心处作用集中荷载为例,研究同质同宽双层梁的加载全过程,分析梁厚、层间竖向模量等参数对梁极限承载力的影响.结果表明:当上、下层梁厚度相同或下层梁更薄时,不论层间竖向模量取多大都是上层梁先屈服;层间竖向模量趋近于无穷时,上下层梁的挠曲线相同,极限承载力趋近于双层叠合梁的极限承载力,此时结构退化成双层叠合梁;当层间竖向模量与地基反应模量之比大于5000时,上、下层梁竖向拉压变形对梁极限承载力的影响超过3%,应予以考虑,宜采用广义模量计入梁截面竖向拉压变形的影响.

关键词：弹塑性地基梁极限承载力双层梁 Winkler地基解析解

领域知识与数据驱动的混合交通流车辆轨迹预测

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同济大学学报（自然科学版） 2024年第7期52卷 1099-1108页

作者：刘晗孙剑同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804

自动驾驶车辆需具备预测周围车辆轨迹的能力。诸多发展中国家普遍存在弱规则、强交互的混合交通流道路,高密度混合交通流的车辆轨迹预测是极具挑战性的任务。为了兼顾混合交通流道路环境下轨迹预测的高精度和可解释性,设计一个融合领域... 详细信息

自动驾驶车辆需具备预测周围车辆轨迹的能力。诸多发展中国家普遍存在弱规则、强交互的混合交通流道路,高密度混合交通流的车辆轨迹预测是极具挑战性的任务。为了兼顾混合交通流道路环境下轨迹预测的高精度和可解释性,设计一个融合领域知识和经验的深度学习模型(DKConv-LSTM)实现车辆的长、短时轨迹预测。该模型采用卷积结构(Conv)提取交互特征,并将融合车辆历史信息的特征向量送入长短时记忆网络(LSTM)模型实现轨迹预测。知识经验通过嵌入损失函数的方式引导深度学习模型的训练。与基础的LSTM相比,仅添加卷积层结构的Conv-LSTM模型可提升终点轨迹误差(FDE)约30.46%,提升平均轨迹误差(ADE)约34.78%;而DK-Conv-LSTM模型可分别提升FDE 46.81%和ADE 49.08%;同时DK-Conv-LSTM模型可还原多前车跟驰、超车行为的驾驶轨迹。

关键词：交通工程轨迹预测混合交通流深度学习模型知识

基于内聚力模型数值算法的无砟道床变形与损伤分析

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铁道学报 2024年第9期46卷 139-147页

作者：严道斌石梓煊许玉德同济大学道路与交通工程教育部重点实验室同济大学上海市轨道交通结构耐久与系统安全重点实验室

针对高速铁路无砟道床层间黏结数值模拟问题，推导混合断裂模式双线性内聚力模型，提出有限元分析框架下的双线性内聚力模型(CZM)数值算法，通过与有限元软件计算结果对比，验证算法的正确性。基于所提出算法，以内聚力单元模拟层间界... 详细信息

针对高速铁路无砟道床层间黏结数值模拟问题，推导混合断裂模式双线性内聚力模型，提出有限元分析框架下的双线性内聚力模型(CZM)数值算法，通过与有限元软件计算结果对比，验证算法的正确性。基于所提出算法，以内聚力单元模拟层间界面，建立CRTSⅢ型板式无砟道床有限元模型，分析温度梯度荷载作用下结构变形与层间损伤规律。结果表明：所提出CZM数值算法与有限元软件计算结果一致，可以反映内聚力单元在受拉、受剪、受拉剪模式下的力学与损伤特性；在-50～100℃/m温度梯度范围内，正温度梯度荷载作用下轨道板垂向位移可达0.509 mm,负温度梯度荷载作用下则可达0.409 mm;轨道板与自密实混凝土层层间损伤受正温度梯度影响大，层间损伤萌生于板角并向板中发展，温度梯度为97.2℃/m时层间黏结局部失效。

关键词：高速铁路无砟道床结构变形层间损伤双线性内聚力模型数值算法温度梯度

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地震波斜入射下浅埋偏压双隧道地震响应分析

振动．测试与诊断 2024年第2期44卷 259-265,407页

作者：朱辉严松宏孙纬宇欧尔峰林峻岑汪精河兰州交通大学土木工程学院兰州730070 甘肃省道路桥梁与地下工程重点实验室兰州730070

浅埋偏压隧道上覆岩土体薄弱,承受荷载不对称,在地震作用下的动力稳定性较差且易发生灾害。为研究其在地震作用下的动力响应特征,首先,基于波动理论将地震波转换为黏弹性人工边界上的等效节点荷载,建立了SV波斜入射时的荷载计算公式;其... 详细信息

浅埋偏压隧道上覆岩土体薄弱,承受荷载不对称,在地震作用下的动力稳定性较差且易发生灾害。为研究其在地震作用下的动力响应特征,首先,基于波动理论将地震波转换为黏弹性人工边界上的等效节点荷载,建立了SV波斜入射时的荷载计算公式;其次,在ANSYS中编制APDL程序实现了黏弹性人工边界的自动生成和地震荷载的自动输入;最后,基于该输入方法,研究了某浅埋偏压双洞隧道在不同洞距时衬砌主应力的分布规律。结果表明:地震波斜入射时两隧道衬砌应力均为不对称的X型分布,随着洞距的增大,深埋侧隧道应力分布逐渐趋于对称,浅埋侧隧道应力分布无明显变化;当洞距达到4D(D为最大洞径)后,浅埋侧隧道对深埋侧隧道的影响可以忽略。因此,认为地震波斜入射时浅埋偏压双隧道的合理洞距为4D。

关键词：偏压隧道地震波斜入射合理洞距地震响应

基于主成分分析和深度森林算法的S700K转辙机故障诊断

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同济大学学报（自然科学版） 2024年第1期52卷 35-40页

作者：胡小晨郭宁沈拓董德存同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804 同济大学上海市轨道交通结构耐久与系统安全重点实验室上海201804

针对目前转辙机故障诊断准确性不高、效率低等问题,提出了一种基于主成分分析(PCA)和深度森林(gcForest)算法的故障诊断方法。对于S700K转辙机11种故障模式下的电流、功率曲线,采用主成分分析进行电流特征值特征简约,然后使用嵌入简约... 详细信息

针对目前转辙机故障诊断准确性不高、效率低等问题,提出了一种基于主成分分析(PCA)和深度森林(gcForest)算法的故障诊断方法。对于S700K转辙机11种故障模式下的电流、功率曲线,采用主成分分析进行电流特征值特征简约,然后使用嵌入简约特征值的改进深度森林模型提高数据处理能力,增强模型内在特征代表性。结果表明,改进深度森林模型故障诊断准确率为97.62%,验证了该方法的有效性和优越性。

关键词：故障诊断 S700K转辙机主成分分析(PCA) 深度森林(gcForest)算法