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基于数据增强与机器学习的路面构造深度预测研究

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东南大学学报(自然科学版) 2025年

作者：吴桠楠王超朱兴一同济大学道路与交通工程教育部重点实验室

为精准预测路面构造深度，基于路面状况、气候条件、交通荷载、集料类型4类数据，开发路面构造深度预测模型。根据长期路面性能数据库中的小样本数据，利用PchipInterpolator插值法扩充多段点数据，获得7339组数据。基于该数据集和12个... 详细信息

为精准预测路面构造深度，基于路面状况、气候条件、交通荷载、集料类型4类数据，开发路面构造深度预测模型。根据长期路面性能数据库中的小样本数据，利用PchipInterpolator插值法扩充多段点数据，获得7339组数据。基于该数据集和12个特征输入，开发了XGBoost、AdaBoost、ExtraTrees、LightGBM、RandomForest、TCN六种机器学习模型以预测路面构造深度。结果显示，XGBoost回归模型性能最佳，训练集和测试集的决定系数分别为0.998和0.968，故优先选用XGBoost回归模型进行预测分析。数据扩充显著提升了各模型的预测精度，且对TCN回归模型的积极影响最大，可提升51.09%。利用SHAP方法解释模型特征的重要性，其中影响因素排名前6位的依次为厚度、平均温度、第9类卡车交通量、4.75mm筛孔通过率、重型卡车交通量和0.075mm筛孔通过率。特征选择分析结果显示，特征数量为9时的预测精度较特征数量为12时略有下降，但当特征数量减少至6时，模型预测精度显著降低。

关键词：路面工程构造深度预测机器学习数据扩充路面抗滑

基于车辆参数估计的振动式路面平整度检测标定方法

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中国公路学报 2025年第1期38卷 31-45页

作者：吴荻非刘成龙覃伯豪杜豫川李亦舜同济大学道路与交通工程教育部重点实验室深圳市腾讯计算机系统有限公司

振动式平整度检测技术通过测量路面激励所致的车身振动以估计平整度指标，已成为了近年来广泛应用的检测手段。为解决现有振动式平整度检测技术标定繁琐、稳定性不足的问题，提出了一种基于车辆参数估计的振动式路面平整度检测快速标定... 详细信息

振动式平整度检测技术通过测量路面激励所致的车身振动以估计平整度指标，已成为了近年来广泛应用的检测手段。为解决现有振动式平整度检测技术标定繁琐、稳定性不足的问题，提出了一种基于车辆参数估计的振动式路面平整度检测快速标定方法，并开展了车辆振动参数对检测效果的敏感性分析。首先，构建了七自由度整车动力学模型，采用模型更新理念，提出了基于冲击测试的车辆振动参数快速标定方法；随后，建立可模拟不同平整度的车路耦合振动虚拟仿真平台，将传统需要大量工序的标定流程以仿真计算方法替代，获取车辆振动指标、车速与国际平整度指数IRI（International Roughness Index）的多源回归模型；最后，依托标定完成的整车模型，探究车辆悬架参数、车身质量分布波动对IRI检测效果的影响。现场测试结果表明：标定后的车辆平整度检测结果与激光断面检测结果具有较好的吻合性，检测误差与分割长度、检测车速关联显著，在100 m及以上的分割长度、30～60 km·h-1行驶车速条件下，IRI检测误差在0.5 m·km-1以内；车轮等效刚度系数和悬架刚度系数的敏感性最高，表明胎压变化、悬架弹簧磨损对平整度检测影响相比其他参数更为显著。研究结果可为振动式路面平整度检测技术的大规模应用提供方法支撑。

关键词：路面工程路面平整度快速标定车辆振动参数估计振动式平整度检测参数敏感性车路耦合振动虚拟仿真

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机场智慧飞行区愿景与架构

同济大学学报(自然科学版) 2025年第1期53卷 75-82页

作者：刘诗福赵鸿铎郝航程凌建明同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804 深圳市机场股份有限公司深圳518128

针对目前机场飞行区运行现状及管理使用的需求,结合《智慧民航建设路线图》和未来科技发展趋势,明确了机场智慧飞行区运行愿景。在此基础上,进一步诠释与梳理智慧飞行区的架构。智慧飞行区以智能物理要素为基础,以功能系统为支撑,组织... 详细信息

针对目前机场飞行区运行现状及管理使用的需求,结合《智慧民航建设路线图》和未来科技发展趋势,明确了机场智慧飞行区运行愿景。在此基础上,进一步诠释与梳理智慧飞行区的架构。智慧飞行区以智能物理要素为基础,以功能系统为支撑,组织相关业务模块,最终保障运行愿景的实现。最后,系统分析了智慧飞行区在场面运行、设施管养、地勤服务、应急救援、能源保障方面的发展方向,提出了有效支撑智慧飞行区安全、效率、效益、环保的业务组织模式,对未来智慧飞行区的规划与应用具有重要参考意义和价值。

关键词：智慧飞行区愿景架构功能系统业务模块

不平整激励对飞机-跑道系统动力响应的作用机制

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振动与冲击 2025年第10期44.0卷 198-207页

作者：刘诗福赵家福侯天新凌建明同济大学道路与交通工程教育部重点实验室同济大学民航飞行区设施耐久与运行安全重点实验室

跑道不平整是飞机滑跑最重要的激励因素,对跑道服役寿命、飞机地面运行安全影响显著。为揭示不平整激励对飞机-跑道系统动力响应的作用机制,该研究建立了考虑飞机空间振动的三维整机模型以及考虑半刚性基层的跑道结构双层板模型,通过实... 详细信息

跑道不平整是飞机滑跑最重要的激励因素,对跑道服役寿命、飞机地面运行安全影响显著。为揭示不平整激励对飞机-跑道系统动力响应的作用机制,该研究建立了考虑飞机空间振动的三维整机模型以及考虑半刚性基层的跑道结构双层板模型,通过实测和模拟重构了跑道三维及二维不平整,引入新型快速显式积分法对多参数、高自由度的飞机-跑道耦合系统时域求解与分析。结果表明:实测三维不平整激励下,飞机前端的振动响应显著大于重心附近,不平整激励的横向效应引发了左右主起落架动载的差异,除了竖向振动外,俯仰、侧倾运动对飞机动力响应也产生了较大影响;相对于二维不平整,三维不平整激励下飞机动载系数是二维工况的1.20倍～1.52倍,三维不平整激励下面层底部纵向动应变是二维工况的1.20倍～1.49倍,实际跑道平整度分析评价应从二维转向三维;以目前规范中跑道平整度指标为对象,当平整度恶化到次等级时,飞机振动响应指数级陡增,建议跑道平整度等级应始终保持在中等及以上水平;道面不平整程度对道面纵向应变和竖向位移均有较大影响,在道面结构分析设计中应考虑不平整带来的动力效应。

关键词：飞机-跑道系统不平整激励动力相互作用动力响应

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隧道火灾的视觉跟踪算法

东南大学学报(自然科学版) 2025年第1期55卷 255-265页

作者：马庆禄王伟孙枭邹政罗昊重庆交通大学交通工程应用机器人重庆市工程实验室重庆400074 重庆交通大学交通运输学院重庆400074 同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804

为了实时掌握隧道现场火灾的发展状况,在YOLOv8算法火灾检测的基础上结合改进后的DeepSORT算法,提出一种火焰和烟雾的视觉跟踪算法YOLOv8-T。该算法使用EfficientNetV2替换原YOLOv8特征提取网络实现对算法的轻量化调整;引入三重注意力(... 详细信息

为了实时掌握隧道现场火灾的发展状况,在YOLOv8算法火灾检测的基础上结合改进后的DeepSORT算法,提出一种火焰和烟雾的视觉跟踪算法YOLOv8-T。该算法使用EfficientNetV2替换原YOLOv8特征提取网络实现对算法的轻量化调整;引入三重注意力(TA)模块和第4个检测头,以提高算法检测精度以及对小目标的检测能力;同时采用ShuffleNetV2替换DeepSORT算法中的ReID模块,并引入DIOU方法代替传统的IOU,在保证跟踪准确度的条件下减少模型计算复杂度,以提升火灾跟踪的实时性。实验结果表明,在隧道火灾跟踪方面,YOLOv8-T算法比SORT算法、DeepSORT算法、YOLOv8+DeepSORT算法在跟踪准确度上分别提高了26.20%、15.86%和9.21%,在跟踪精度上分别提高了11.28%、9.06%和2.2%。在ID变换次数上分别减少22.2、15.3和10.4次,表明YOLOv8-T算法具有较高的火灾跟踪能力。研究成果可为公路隧道火灾监测提供参考,并为实现隧道火灾救援提供依据。

关键词：隧道工程隧道火灾跟踪算法应急救援

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钢轨表面伤损的细粒度图像识别

同济大学学报(自然科学版) 2025年第1期53卷 99-106页

作者：周宇姚心弦姚凯洲陆乾晖张子豪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 上海地铁维护保障有限公司工务分公司上海200233

基于智慧工务对钢轨轨面状态和伤损的精准识别、定量化修理等需求,结合深度学习和机器视觉,提出了钢轨轨面伤损细粒度图像识别与量化方法。通过采集轨面状态和伤损图像并实现伤损细粒度标注,建立轨面伤损RD-1094数据集,其中的目标密度... 详细信息

基于智慧工务对钢轨轨面状态和伤损的精准识别、定量化修理等需求,结合深度学习和机器视觉,提出了钢轨轨面伤损细粒度图像识别与量化方法。通过采集轨面状态和伤损图像并实现伤损细粒度标注,建立轨面伤损RD-1094数据集,其中的目标密度达到了每图22.9个。建立轨面伤损深度学习目标检测算法,通过对RD-1094数据集的训练和学习,实现了对0.5~30mm的剥离掉块、波长20~200mm的波磨等轨面伤损及其各自发展阶段特征的识别,达到毫米级细粒度。算法对单双排波磨、细小密集和轻重伤剥离掉块、单支和成片疲劳裂纹等能较好的兼容性,可以实现轨面光带形位、伤损尺寸、轻重伤总数、分布面积、波磨波长等状态和伤损的量化评估。

关键词：轨道交通钢轨表面伤损目标检测图像识别

基于过剩生活出行的15分钟社区生活圈评价指标

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同济大学学报(自然科学版) 2025年第2期53卷 272-279页

作者：张琬昕杨超同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804 同济大学城市交通研究院上海200092

借鉴“过剩通勤”的概念,提出“过剩生活出行”的概念,并以生活出行距离为基础构建“15分钟社区生活圈”评价指标,从居民实际生活需求角度评价社区生活圈的设施建设情况。基于居民出行调查数据,选取上海市典型社区分析居民生活出行特征... 详细信息

借鉴“过剩通勤”的概念,提出“过剩生活出行”的概念,并以生活出行距离为基础构建“15分钟社区生活圈”评价指标,从居民实际生活需求角度评价社区生活圈的设施建设情况。基于居民出行调查数据,选取上海市典型社区分析居民生活出行特征,对典型社区的生活圈进行评价。结果表明,越接近市中心,社区生活圈建设越完善,15 min步行可达率越好,生活出行的过剩程度越低。

关键词：过剩生活出行 15分钟社区生活圈评价指标典型社区

填料蠕变性能对高填方明洞减载效果的时效性分析

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应用力学学报 2025年第1期42卷 71-80页

作者：王昱杰李盛贾聂宇驰马莉王长丹兰州交通大学土木工程学院兰州730070 同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804

为明确高填方明洞采用相对低压实黄土(relatively low-compacted loess,RLC)减载时,回填材料蠕变性能对明洞上方土压力的影响。利用有限差分软件FLAC3D,分析了填料蠕变性能显著(黄土)和不显著(砂砾石)时,RLC减载层所发挥的减载作用,同... 详细信息

为明确高填方明洞采用相对低压实黄土(relatively low-compacted loess,RLC)减载时,回填材料蠕变性能对明洞上方土压力的影响。利用有限差分软件FLAC3D,分析了填料蠕变性能显著(黄土)和不显著(砂砾石)时,RLC减载层所发挥的减载作用,同时进一步研究了RLC减载层宽度、高度和位置的变化对高填方明洞上方的竖向土压力的长期影响。研究结果表明,填料的蠕变性能对RLC减载层减载效果的时效性影响显著,在蠕变性能不显著的填料中,RLC减载层可以发挥更好的减载效果。填料回填完成时,RLC减载层通过增加明洞顶部的填料相对竖向位移来有效减小明洞顶的竖向土压力。工后,若填料为黄土,RLC减载层及填料的沉降均随时间不断增加,洞顶土压力会随时间增大,RLC减载效果随时间减弱;若填料为砂砾石,仅RLC减载层的变形会随时间增加,洞顶土压力随时间减小,RLC减载能力随时间增大。另外,RLC减载层的几何参数变化对高填方明洞上方土压力的长期影响与填料的蠕变性能密切相关,且存在最优值。以上结果对高填方明洞的长期减载有一定的参考价值。

关键词：高填方相对低压实黄土减载效应数值模拟蠕变黄土砂砾石

有轨电车钢轨包裹材料-沥青混凝土交界面损伤行为研究

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铁道学报 2025年

作者：李加陕耀周顺华纪小平李檬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同济大学道路与交通工程教育部重点实验室长安大学公路学院

现场调研表明，有轨电车轨道近距离范围内的沥青路面与钢轨包裹材料界面的黏结失效是新型嵌入式有轨电车轨道结构的主要病害之一。分别从试验及仿真角度开展相关探索，设计沥青混凝土-包裹材料交界面试件的双悬臂梁实验(DCB)，通过ABAQU... 详细信息

现场调研表明，有轨电车轨道近距离范围内的沥青路面与钢轨包裹材料界面的黏结失效是新型嵌入式有轨电车轨道结构的主要病害之一。分别从试验及仿真角度开展相关探索，设计沥青混凝土-包裹材料交界面试件的双悬臂梁实验(DCB)，通过ABAQUS的UMAT子程序对内聚力模型（CZM）进行数值实现，对双材料接触界面的损伤特性进行表征。针对无法精准获取不连续接触界面内聚力模型关键性参数问题，提出一种基于试验信息的界面参数反分析识别方法，对黏结界面所采用的常见3种内聚力模型的相关参数开展反演研究，并分析不同有轨电车运行条件下钢轨包裹材料-沥青混凝土界面的损伤特征。结果表明：反分析识别方法能够有效快速地获取界面相关内聚力模型参数，其中双线性内聚力模型提供了最接近试验数据的结果；黏结界面损伤扩展路径为自下而上，失效范围是界面底部3 cm以内。

关键词：有轨电车内聚力模型黏结界面损伤反分析识别