交通运输工程学报

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2025年第25卷第1期封面与目录

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国家自然科学基金委员会交通与运载工程学科2024年度管理工作综述与展望

(双语出版: English)

王之中, 余荣杰, 邱斌

摘要: 更多> 国家自然科学基金委员会交通与运载工程学科直面经济主战场及国防安全的需求，持续强化“需求牵引、问题导向”，布局基础性、前瞻性、原创性、变革性、颠覆性研究，通过有组织科研，引领体系发展。概述了2024年度交通与运载工程学科基金项目的申请、受理和资助情况，学科有组织科研工作，解读了2025年度学科重点类项目指南方向。2025年度，学科对以下诸领域开展重点资助，促进相关领域的发展：在轨加注大型空间转移运载器变构型设计、自动驾驶测评与验证、移动运载平台构型设计与多平台协同作业、分布式电驱动车辆底盘域协同控制、可变构/重组特种车辆、翼身融合布局飞机设计、宽域空天运输飞行器飞/发匹配与组合动力变流道自适应控制、综合立体交通网多网融合、枢纽机场飞行区交通系统协同运行等。

2025, 25(1): 1-7. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.01.001

摘要(91) HTML(85) PDF (1044KB) (27)

交通大模型综述

(双语出版: English)

肖建力, 邱雪, 张扬, 苏海昇, 李志鹏, 张传明

摘要: 更多> 对大语言模型(LLMs)技术在交通领域的促进作用进行了深入探讨，展现了其在改善交通管理和控制、提高交通安全以及推动自动驾驶技术发展方面的巨大潜力；系统阐述了LLMs、视觉大模型、多模态大模型的基本概念及发展历程。针对部分交通LLMs，总结了它们的模型架构和训练方法，探讨了LLMs在交通领域，如交通管理和控制、交通安全和自动驾驶方面的主要应用。研究结果表明：在交通管理和控制方面，LLMs的应用可改善交通信号控制和交通状态预测等问题，并为城市交通管理带来新的可能性，这不仅能减少交通拥堵，还降低环境污染；在交通安全方面，相比于传统模型，LLMs的应用显著提高交通事故分析和预测能力，通过对历史事故数据的深入学习，模型能够识别出事故高发区域和时段，从而采取预防措施，提高交通安全指数；在自动驾驶领域，传统模型向多模态自动驾驶模型的转变不仅能提高自动驾驶系统的决策和环境适应能力，还会为用户提供更加安全、舒适的驾驶体验。本文挖掘了LLMs在当今交通领域中的潜力和价值，同时为实现更加智能、高效的交通系统提供了有用的建议，如降低交通LLMs的计算成本，提升模型的实时性和可靠性等。

2025, 25(1): 8-28. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.01.002

摘要(100) HTML(83) PDF (8659KB) (25)

关节轴承摩擦学性能与剩余寿命预测综述

吕延军, 赵晓伟, 陈锐搏, 杨鑫亮, 张永芳, 杨凌宇, 方建敏

摘要: 更多> 从外部因素和表面处理两方面梳理了关节轴承摩擦学性能的研究进展，从模型预测和数模联动预测两方面概述了关节轴承剩余寿命预测的研究进展；剖析了作用载荷、环境温度、摆动周期、润滑材料、表面涂层、表面改性、表面织构及表面加工对关节轴承摩擦学性能的影响；探讨了关节轴承寿命的影响因素及预测方法。研究结果表明：外部因素对关节轴承摩擦学性能影响较大，大多情况下均是多因素相互耦合，需要阐明外部因素对关节轴承摩擦磨损的作用机理，进而设计关节轴承的结构、润滑方式及耐磨材料等；表面处理能够减小关节轴承摩擦副的磨损，为了采用表面处理改善关节轴承摩擦副的摩擦磨损，需阐明涂层参数、改性工艺、织构参数及加工工艺等对关节轴承摩擦学性能的影响规律，进而研发具有成本低、可靠性高、能源消耗低及环境污染小等特点的表面处理方法，提升关节轴承的摩擦学性能；影响关节轴承剩余寿命的内外因素较多，为了准确地预测关节轴承的剩余寿命，需要分析服役工况下关节轴承的工作状态及摩擦磨损情况，进而构建可靠的寿命预测模型和评估方法，预测关节轴承的剩余寿命。

2025, 25(1): 29-47. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.01.003

摘要(46) HTML(24) PDF (11040KB) (8)

人机共驾控制架构与驾驶权决策研究综述

黄炜, 黄起鹏

摘要: 更多> 从控制架构与驾驶权决策出发，阐述了人机共驾的研究现状以及发展趋势；在控制架构方面，分析了切换控制架构和共享控制架构的特点和应用范围，并提出了混杂控制架构概念；在驾驶权决策方面，讨论了不同驾驶权决策方法对不同来源、不同性质信息的使用方式，概括了执行驾驶权分配时直接和间接共享控制方式所涉及的方法，梳理了策略层决策与执行层决策的研究角度与方法。研究结果表明：针对高阶自动驾驶上路运行安全问题，发展混杂控制架构对安全员干预场景下的系统动态进行描述有利于避免模型失配，从而为控制性能优化和稳定性设计提供了基础；通过融合全息态势感知与数据智能的方式收集和整合多个信息源的数据，能够更加全面地理解人机共驾系统中诸多要素的动态变化并做出最优驾驶权决策；相较于直接共享控制，间接共享控制能避免人机控制流直接对抗，但是其动态驾驶权分配执行层面不仅需要考虑人机之间的冲突反馈，还需要确保合理的交互体验以体现间接共享控制的优势；基于智能体的策略层决策方法并不依赖于数学模型精度，能够自适应环境的动态变化；基于博弈论的执行层决策方法通过建模人机交互过程能够增强驾驶权决策系统的可控性和可解释性；未来的人机共驾系统设计应进一步优化交互体验，关注发展平等共融的人机关系，并提高控制系统的鲁棒性以及驾驶权决策的可解释性和适应性。

2025, 25(1): 48-65. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.01.004

摘要(82) HTML(75) PDF (4289KB) (10)

载运工具用燃料电池空气压缩机技术综述

欧凯, 胡皓文, 吴雨衡, 郭轩, 杨新荣, 张前, 马明辉, 王亚雄

摘要: 更多> 从性能需求与技术现状等角度，综述了载运工具用燃料电池空气压缩机的研究进展，总结了离心式空气压缩机的关键部件参数优化设计、机电耦合控制、加工制造和性能测试等技术，并展望了燃料电池空气压缩机技术未来的发展方向。研究结果表明：燃料电池空气压缩机需满足大流量与快速响应等要求；当前，两级离心式空气压缩机流量与压力等特性可满足5~350 kW燃料电池系统供氧需求，最高转速可达1.0×10⁵ r·min^-1，零转速到怠速的响应时间为秒级；叶轮、扩压器、箔片气体动压轴承等关键部件的参数可采用优化算法进行设计以提高空气压缩机气动性能；为降低驱动电机的转速与转矩波动，离心式空气压缩机机电耦合控制可采用电流环解耦控制和无传感控制等方法以提高空气压缩机的动态响应能力；为保证离心式空气压缩机高速运转下的气动性能和系统稳定性，高精度三元叶轮加工主要通过五轴数控机床铣削实现，箔片气体动压轴承的涂层常采用固体润滑与等离子喷射工艺；燃料电池空气压缩机还需开展流量、压比、效率等特性与启停、寿命等耐久性的指标测试以综合评价其性能；目前，空气压缩机气动性能测试标准与试验方法较为完备，但耐久性相关的测试和评价方法还需进一步完善；未来，随着对可持续交通解决方案需求的不断增长，载运工具用燃料电池空气压缩机技术将朝着集成轻量化与智能化等方向发展。

2025, 25(1): 66-93. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.01.005

摘要(48) HTML(19) PDF (18404KB) (12)

BP神经网络跟踪微分器在磁浮列车悬浮控制中的应用

(双语出版: English)

张和洪, 张文进, 陈建, 林泽如, 陈光垕, 毛彬, 龙志强

摘要: 更多> 为提升磁浮列车悬浮运行的安全性和稳定性，以列车悬浮控制系统为研究对象，研究了基于BP神经网络(BP-NN)实时自适应调节跟踪微分器(TD)参数的问题；为避免TD算法中非线性复杂运算，以二阶最速时间系统和状态反步法构造具备线性特征的最速控制综合函数，提出了一种离散形式的最速跟踪微分器(FST-TD)，并对其进行严格的频域及收敛性分析；针对FST-TD应对不规则输入信号时参数调节不及时的问题，引入BP-NN自学习能力与自适应不确定系统的动态特性，提出基于BP-NN参数自适应调节的最速跟踪微分器(BP-FST-TD)算法，其中BP-NN通过反向传播算法在线更新权值实现参数自适应调节，FST-TD根据自适应参数对复杂、多工况下的输入信号实时的跟踪滤波；为验证算法的有效性和实用性，以磁浮列车悬浮控制系统中的含随机噪声间隙信号为研究对象，对BP-FST-TD的实时跟踪滤波能力进行了研究。研究结果表明：FST-TD具有较好的滤波与微分提取能力，收敛性分析表明其具有无颤振、无超调的特点，且算法表达式中不含复杂的非线性运算，形式相对简单；FST-TD在多种输入信号的跟踪过程中均能够保持良好的光滑度与相位品质；与传统的TD算法相比，BP-FST-TD在工况1、2的间隙信号平均绝对误差分别降低了32.6%、61.8%，时间乘绝对误差积分分别降低了51.8%、70.2%，证明了BP-FST-TD良好的跟踪滤波性能，能够有效抑制磁浮列车间隙传感器在不同运行工况下的随机噪声。可见，基于BP-FST-TD的悬浮控制系统能够有效控制列车稳定悬浮运行，研究结果为其他工程领域的跟踪微分器控制参数优化提供了新的思路和方法。

2025, 25(1): 94-106. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.01.006

摘要(39) HTML(36) PDF (10868KB) (6)

动力车尾部顶推方式安全适应性试验与计算

(双语出版: English)

张志超, 张一喆, 储高峰, 寸冬冬, 祖宏林, 吕凯凯

摘要: 更多> 结合试验与仿真计算，系统研究了动力集中动车组动力车尾部顶推运行方式下的安全适应性问题；开展了动力车尾部顶推方式的动力学性能试验，分析了直线、半径为300 m曲线等线路条件下动力车尾部顶推的安全适应性；采用多体动力学和子结构方法建立了包含尾部动力车、相邻两节拖车以及密接式钩缓装置三维动力学模型的12编组系统动力学模型，并结合实测数据进行了充分的模型校验；开展了更为恶劣工况下动力车尾部顶推动车组运行安全性分析，研究了不同线路该动力车尾部顶推运行方式的安全适应性。研究结果表明：半径为300 m曲线工况下，仿真计算与试验结果基本一致，车钩顶推力对尾部动力车运行安全性影响较小，由于受轮轨纵向蠕滑的影响，在较大车钩顶推力下尾部动力车运行安全性指标反而出现减小的情况，而相邻拖车的运行安全性指标受顶推力的影响相对明显；尾部动力车顶推侧向通过12号和9号道岔工况，动力车与其相邻拖车的运行安全性指标均随着车钩顶推力的增大而增大，并且当动力车发挥100%顶推力侧向通过9号道岔时，其轮重减载率和轮轴横向力会出现超限情况，应尽量减小动力车尾部顶推侧向通过道岔的车钩顶推力。

2025, 25(1): 107-120. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.01.007

摘要(33) HTML(22) PDF (19514KB) (5)

基于主动抗蛇行减振器的高速转向架分岔控制与复杂运动分析

(双语出版: English)

毛冉成, 曾京, 石怀龙, 文敬涵, 魏来

摘要: 更多> 为保障高速动车组蛇行稳定性并提升临界速度，开展基于主动抗蛇行减振器的车辆系统分岔特性控制研究，建立了包含刚性转向架横移/摇头与车体横移的动力学简化模型，结合实测磨耗后期的车轮踏面数据给出了非线性轮轨关系；在传统被动悬挂的基础上并联主动抗蛇行减振器，基于转向架摇头控制分析了车辆系统的Hopf分岔及分岔后的复杂运动。分析结果表明：线性刚度与线性阻尼控制均能延后Hopf分岔点，即能够直接提高车辆系统的蛇行临界速度，从被动状态下247 km·h^-1提高至328 km·h^-1；线性刚度控制不影响分岔后的轮对横移量，将蛇行频率从5 Hz提高至7 Hz，线性阻尼控制能有效降低分岔后的极限环幅值与蛇行频率；非线性刚度与阻尼控制不改变车辆的临界速度，且二次项控制增益将引起车辆系统产生不稳定的极限环；三次项控制增益均可以降低分岔后的极限环幅值，其中三次项刚度控制会提高蛇行频率，三次项阻尼控制能够抑制蛇行频率；传统被动悬挂下车辆在发生Hopf分岔后，系统将经历极限环运动进入倍周期分岔进而通向混沌态，而线性控制在车速为386 km·h^-1时发生超临界Hopf分岔后能维持稳定的极限环单周期运动，其最大李雅普诺夫指数始终小于0，可以有效避免车辆系统产生复杂的混沌运动，但非线性控制的作用效果有限。

2025, 25(1): 121-131. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.01.008

摘要(40) HTML(32) PDF (5589KB) (8)

基于信号质量监测的高效鲁棒的多结构GNSS接收机

贾琼琼, 郭琪琪, 李伟鹏, 陈泓锦

摘要: 更多> 为保证复杂环境下全球卫星导航系统(GNSS)导航性能的同时兼顾接收机的运行效率，充分利用传统标量跟踪环路(STL)、矢量跟踪环路(VTL)以及直接位置估计(DPE)接收机的优势，设计了一种基于信号质量监测的多结构GNSS接收机，通过实时监测卫星信号质量自适应切换接收机的工作模式；除基本的STL、VTL和DPE这3种工作模式外，进一步在STL和VTL模式中增加排除多径通道模式和窄相关技术抗多径模式，在DPE模式中增加排除多径通道模式。研究结果表明：对于仿真信号来说，卫星信号质量良好的环境下，接收机进入STL模式，水平和垂直定位误差分别为2.20和4.65 m，多径出现时切换至STL抗多径模式，对应的水平和垂直定位误差分别为3.23和18.18 m，较切换前的STL模式(误差分别为28.07和112.24 m)显著减小，当存在卫星遮挡时，接收机切换至VTL工作模式，此时水平和垂直定位误差分别为7.24和38.44 m，优于切换前的STL抗多径模式(误差分别为16.59和110.10 m)，当进入弱信号环境时，接收机切换至DPE模式，对应的水平和垂直定位误差分别为3.24和17.30 m，较切换前模式(误差分别为4.47和24.89 m)进一步改善，仿真试验结果验证了多结构接收机能根据实时信号监测结果切换至最佳工作模式；对于实测数据来说，信号质量良好的情况下接收机在STL模式工作，水平和垂直定位误差分别为7.74和13.19 m，当部分卫星被遮挡时，接收机切换至VTL模式，水平和垂直定位误差分别为16.07和9.31 m，进入弱信号环境下，切换至DPE模式，对应的水平和垂直定位误差分别为6.72和48.99 m，均优于切换前的VTL模式。

2025, 25(1): 132-144. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.01.009

摘要(18) HTML(9) PDF (13182KB) (7)

基于船舶动态群组的复杂通航水域碰撞风险评估

(双语出版: English)

刘克中, 俞月蓉, 庄素婕, 周阳, 袁志涛, 杨星, 辛旭日

摘要: 更多> 针对复杂通航水域船舶碰撞风险感知时空精细度不足、动态实时性不强等问题，提出了基于船舶动态群组的碰撞风险评估框架；在船舶轨迹数据预处理的基础上，构建了复杂通航水域船舶交通拓扑网络模型，表征区域内船舶碰撞风险的相互作用关系；考虑船舶动态时空变化特性，引入了谱聚类算法进行交通划分，界定船舶动态群组，并通过Davies-Bouldin指数进一步优化船舶动态群组划分策略；基于图论知识，引入船间干扰复杂度量化指标，建立了船舶动态群组风险评估方法，辨识复杂通航水域内船舶碰撞高风险区域；选取典型复杂通航水域——宁波-舟山港核心港区开展研究，采集该水域1个月的船舶交通流数据，评估了多船会遇场景下船舶碰撞风险状态。研究结果表明：通过自适应确定船舶动态群组划分方法，将水域内船舶划分为若干群组，简化船舶碰撞风险关系，同时保留全局范围内最主要的碰撞风险；所提船舶碰撞风险评估方法可保留全局84.98%的风险，与传统基于距离的聚类算法、K-means、层次聚类、带噪声的基于密度的空间聚类(DBSCAN)算法等经典聚类算法相比，本文方法的保留风险值更大，并可以减少不必要的风险关系，在精度、群组紧凑性、尺度均衡性上综合效果最优，可有效降低虚警率、离散区域整体风险；进一步利用所提风险评估方法对8 640个的多船会遇场景的风险状态进行叠加计算，识别出的港区高风险区域与实际调研情况相符。

2025, 25(1): 145-159. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.01.010

摘要(30) HTML(43) PDF (12821KB) (10)

R1234ze及其混合工质的船舶余热TEG-ORC联合循环性能模拟与优化

(双语出版: English)

柳长昕, 石飞雄, 王锋, 李怡然, 乔广超, 孙德平, 李华安

摘要: 更多> 为提高船舶航行中的能源效率，以船舶余热为研究对象，研究了基于温差发电-有机朗肯(TEG-ORC)联合循环的船舶余热回收系统中的工质选择问题；构建了TEG-ORC联合循环系统热力学和经济性模型，分别研究了采用R1234ze单工质和R245fa/R1234ze混合工质时联合循环系统的性能参数；将系统输出功率、热效率和发电成本作为评价指标，对比了采用不同混合比时系统的输出性能；以系统最高输出功率和最低发电成本作为优化分析的指标，明确了采用混合工质时该联合循环系统的最优配置。分析结果表明：采用R1234ze单工质时联合循环系统最大输出功率为1 836 W，最小发电成本为0.493元·(kW·h)^-1，最大热效率为17.09%；随着混合工质中R245fa组分的不断增大，相对于R1234ze单工质，系统的输出功率最大提高了12%；相对于R245fa单工质，系统的发电成本最大降低了54%，对应的输出功率提高了10%；确定了R245fa/R1234ze的最优混合比为0.9，此时系统最大输出功率为2 076 W，最小发电成本为0.231元·(kW·h)^-1，最大热效率为34.5%；相对于采用R1234ze单工质，采用混合工质的系统最大输出功率提高了13%，最大热效率提高了102%，最小发电成本降低了53%；在系统采用最优混合比工质时确定了系统最佳输出功率为2 076 W，此时TEG模块数量为33，工质流速为0.06 kg·s^-1，蒸发压力为1 000 kPa。可见采用混合工质进一步提升了联合循环系统输出性能以及对于冷热源匹配性。

2025, 25(1): 160-171. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.01.011

摘要(23) HTML(10) PDF (7528KB) (4)

基于时间比率-航速-航向的船舶轨迹压缩方法

刘畅, 曹鲁芳, 杨雨露, 林彬, 张仕泽

摘要: 更多> 考虑船舶航迹中包含的时间、位置、航速与航向等信息，提出一种全面考虑时空运动特性的船舶轨迹压缩方法；针对船舶自动识别系统(AIS)数据中的对地航速和对地航向分别提出航速及航向压缩算法以提取轨迹运动数据；为保留时间信息和空间数据，引入时间比率算法；通过综合这3种算法，提出时间比率-航速-航向(TSH)压缩算法，并根据压缩率和长度损失率实现了TSH算法参数的自适应确定；为验证方法的有效性，以威海、老铁山和长江水域的AIS数据作为研究对象，与道格拉斯-普克(DP)算法、改进DP算法进行对比。试验结果表明：TSH算法能够更精细地提取船舶轨迹的特征点，从而保留时空和运动行为，其中，单条轨迹压缩结果显示，经TSH算法压缩后的轨迹与原始轨迹之间的豪斯多夫距离比DP算法和改进DP算法分别降低1.6和1.1倍，多属性对称分割路径距离(MSSPD)较改进DP算法降低1.9倍，更好地保留了船舶轨迹的原始特征；整体轨迹压缩结果显示，对于威海、老铁山和长江水域，TSH算法在豪斯多夫距离上较DP算法分别降低2.1、2.2和1.7倍，较改进DP算法分别降低1.4、1.5和1.1倍，在MSSPD指标上分别低于改进DP算法1.3、1.1和1.2倍，进一步证明TSH压缩算法对船舶航行行为保留的有效性。经验证，所提出的TSH算法在较高压缩率下展现出更好的轨迹重构能力。

2025, 25(1): 172-183. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.01.012

摘要(23) HTML(22) PDF (18855KB) (7)

基于混合模型的自动驾驶车辆事故严重程度影响因素分析

阎莹, 王玉莹, 周旋, 袁华智, 王文璇

摘要: 更多> 为深入探究自动驾驶车辆事故中各因素之间的交互作用对事故严重程度的影响，提出考虑因素交互作用的可解释机器学习与树形增强朴素(TAN)贝叶斯网络混合模型，基于汇总后的加利福尼亚州2014~2023年自动驾驶车辆事故报告公开数据，确定了13个影响因素为自变量，并将因变量(事故严重程度)划分为无伤害、轻微和中重度事故3类；分别采用极端梯度提升、随机森林、K最近邻、支持向量机4种机器学习算法，建立了自动驾驶车辆事故严重程度分类预测模型，选择性能最优的分类预测模型作为基础模型，结合基础模型与沙普利加和解释(SHAP)算法，筛选关键因素并建立TAN贝叶斯网络，以提取9组交互因素对，并结合SHAP算法分析了单因素和交互效果显著的3组交互因素对。研究结果表明：碰撞对象的碰撞部位、车辆驾驶模式和主车碰撞前的运动状态分别对无伤害、轻微和中重度事故严重程度有重要影响；2020年后自动驾驶车辆尾部被碰撞时，无伤害事故中SHAP交互值均为正值，中重度事故中SHAP交互值均为负值；在自动驾驶车辆碰撞部位为正面与碰撞对象的碰撞部位为尾部两因素交互情况下，中重度事故中SHAP交互值仅有16.7%为正，在自动驾驶车辆碰撞部位为正面且碰撞对象碰撞部位也为正面两因素交互情况下，轻微事故中89.1%的SHAP交互值为正。可见，自动驾驶车辆能够及时改变运行轨迹，避免车辆正面碰撞，从而降低车辆碰撞的严重程度。

2025, 25(1): 184-196. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.01.013

摘要(39) HTML(60) PDF (7717KB) (17)

雷达与视觉传感器融合的高速公路全域车辆轨迹与交通参数检测方法

戴喆, 吴宇轩, 董是, 王建伟, 袁长伟, 左琛

摘要: 更多> 为满足智慧高速公路在复杂交通环境下对交通参数的大范围检测需求，提出了一种毫米波雷达与视觉传感器数据融合的全域车辆轨迹与交通参数检测方法；利用部署于不同路侧立杆的毫米波雷达与视觉传感器采集原始数据，通过对多源检测目标数据进行时空同步、关联、融合及多目标追踪，设计了局部场景车辆轨迹融合检测算法；通过重构车辆运动时空信息，对多个连续不同场景的车辆轨迹进行合并，设计了连续多场景联动的全域车辆轨迹检测算法；根据全域车辆轨迹中提取的位置、速度等微观运动信息，设计了基于全域车辆轨迹的交通参数检测方法；在智慧高速公路试点建设路段进行试验数据采集与人工标注，对所提出方法进行验证。研究结果表明：在目标检测任务与轨迹追踪任务中，各局部场景与连续多场景的目标检测精度整体大于90%，追踪轨迹位置与车辆实际位置的偏差均值不超过0.2 m；在交通参数检测任务中，车辆在观测区域内检测速度与实际速度的平均绝对误差加权均值为3.41 km·h^-1，平均绝对百分比误差加权均值为5.00%；区间平均速度、交通流量及交通密度等交通参数的检测精度可达车道级，检测结果与高速公路出口匝道及分流区的真实交通现象相一致。

2025, 25(1): 197-210. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.01.014

摘要(35) HTML(33) PDF (19346KB) (13)

体内融合热管的通风刹车盘传热数值计算

夏侯国伟, 王瑞麒, 乔妮, 刘豪, 龙葵, 顾小松, 穆康

摘要: 更多> 为强化现有通风刹车盘(VBD)的散热，防止其发生热衰退，提高车辆的刹车安全性，提出了一种体内融合整体热管的新型通风刹车盘，即热管盘(HPD)；为检验HPD的传热性能及其改进效果，在相同工况的条件下对HPD、VBD进行了基于FLUENT的详细的传热数值模拟计算，通过数值计算探究了HPD的传热性能与3个影响因素，即充液率、热流密度、转速的内在关系，并将HPD、VBD的传热性能进行对比。研究结果表明：HPD的最佳充液率在小热流密度下(不大于4 700 W·m^-2)为35%，在大热流密度下(大于4 700 W·m^-2)为40%；HPD的热阻会随热流密度增加而下降，随转速的升高而增加；HPD传热效果较VBD有显著提升，譬如在充液率为35%、转速为23.1 rad·s^-1、热流密度为5 839 W·m^-2时，HPD的盘面平均温度及盘面最高温度较VBD可分别下降49和53 K，同时热阻可降低28%；HPD的盘面平均温度偏差虽略高于VBD，但因其强大的散热能力，HPD的局部超温反而得到改善；HPD联通空间设置的承压块保证了其结构强度和承压能力，且其预测失效循环次数较VBD还可增加269次。可见，提出的新型热管盘从强化传热着手，可明显降低其工作温度，从而提高通风刹车盘的寿命与刹车安全性。

2025, 25(1): 211-220. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.01.015

摘要(19) HTML(11) PDF (9423KB) (8)

重载铁路扣件弹条裂纹扩展与寿命预测

王煜轩, 王志丰, 聂少锋, 王亚琼

摘要: 更多> 为研究重载铁路有砟轨道扣件系统中的弹条疲劳寿命，建立了车-轨-基础耦合动力分析模型与扣件系统分析模型；计算了不同轴质量情况下扣件处轨底位移时程曲线，并将其作为位移荷载施加于正常安装状态下的扣件系统模型中来分析弹条在服役状态下的力学特性；基于应变-寿命曲线、累计损伤理论与裂纹扩展理论，分析了弹条裂纹扩展过程中的受力情况及轴质量对弹条疲劳寿命的影响。研究结果表明：弹条在25 kN的螺栓预压力情况下达到正常安装状态，弹条中肢垂向位移为10.2 mm，扣压力为10.1 kN，且应力最大处位于弹条后弯肢处；轴质量的增加通过改变弹条的应力比来影响疲劳裂纹萌生寿命，随着轴质量的增加，弹条材料属性对萌生寿命的影响比重降低；轴质量在由27 t增加至40 t时疲劳裂纹萌生寿命逐渐减少，40 t轴质量时疲劳裂纹萌生寿命约为128万次，较35、30 t轴质量时分别减少约63%和95%，同时寿命的降低速率也逐渐变缓；裂纹在弹条内部扩展时方向会产生扭转，裂纹前端应力向四周呈放射性衰减，同时应力方向朝两侧呈张拉状；弹条裂纹在开裂初期扩展速率较慢，随着深度增加，扩展速率不断加快；弹条的疲劳裂纹扩展寿命与累计通过总质量随着轴质量的增大而减小，且裂纹扩展寿命低于裂纹萌生寿命。

2025, 25(1): 221-233. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.01.016

摘要(23) HTML(23) PDF (14660KB) (11)

钢桥表面相对湿度分析方法

王壮, 刘永健, 龚勃旭, 陈莎, 刘江, 刘冒佚, 汪志强

摘要: 更多> 为探究钢桥表面相对湿度时变规律与分布特性，提出了相对湿度边界层的概念，厘清了表面相对湿度与环境相对湿度的差别；基于空气温、湿度物理关系，提出了一种钢桥表面相对湿度计算方法并验证了其准确性；利用提出的方法计算了钢拱桥的表面相对湿度，并量化了表面相对湿度与环境相对湿度的差异。计算结果表明：对于钢拱桥而言，表面相对湿度与环境相对湿度变化规律基本一致，年、日变化规律均具有明显的正弦特征，表面相对湿度变化幅度更大；表面相对湿度高于环境相对湿度的情况普遍发生，且在高湿环境下该状态可能持续数日；拱肋表面相对湿度纵向分布极不均匀，拱顶和拱脚的顶、底板表面相对湿度最大分别相差16%和10%；系梁中部表面相对湿度分布均匀，但端部与中部表面相对湿度差异显著，最大差值超过30%；测试周期内环境湿润时间为1 191.5 h，表面湿润时间为2 016 h，为环境湿润时间的1.71倍；拱肋顶板表面湿润时间大于底板，最大差别达17.5%，系梁顶板表面湿润时间小于底板，最大差别达25.5%；相对湿度差异系数与湿润时间差异系数均可表征钢桥表面环境与大气环境的差异，2种表征方式下差异系数的分布规律基本一致，拱顶附近差异系数大于拱脚，系梁中部差异系数大于端部，同一断面处拱肋顶板差异系数大于底板，系梁顶板差异系数小于底板。

2025, 25(1): 234-247. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.01.017

摘要(22) HTML(15) PDF (26856KB) (7)

基于桥检领域-任务迁移的检测报告信息提取少样本模型

(双语出版: English)

朱彦洁, 王瑜晨, 熊文, 蔡春声

摘要: 更多> 为减少桥梁检测关键信息提取方法对大量人工标注样本的依赖，提出了一种适用于少样本场景的桥梁检测关键信息提取模型，由桥检领域预训练语言模型、双向长短时记忆(BiLSTM)网络和条件随机场(CRF)组成；通过使用桥梁领域语料与检测任务数据对原始语言模型进行领域预训练和任务微调，实现从领域知识到任务特征的两阶段迁移，构建出更适应桥梁专业术语和检测报告格式的预训练语言模型；利用BiLSTM捕捉桥梁检测报告中的上下文依赖关系，并结合CRF对最终信息提取结果进行约束优化；根据行业规范和现有相关研究，重新定义了8类桥梁检测报告中通用的关键信息；为验证方法的有效性，分别在仅包含50和100个句子的少样本数据上进行训练，并在1 491个句子的测试集上评估性能。试验结果表明：当训练样本数分别为50和100个时，本文提出模型的F₁值分别达到0.860 7和0.820 2，均显著优于4个主流模型，验证了该模型在少样本情况下对桥检报告关键信息的精准提取能力；消融试验进一步证明了领域与任务两阶段迁移学习策略在快速提取少样本数据中领域相关信息和任务显著特征方面的有效性，从而显著提升了模型在少样本场景上的整体性能；提出的少样本场景下桥梁检测信息提取方法可用于构建知识图谱，以评估桥梁的结构状态和预测未来可使用寿命。

2025, 25(1): 248-262. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.01.018

摘要(32) HTML(26) PDF (6568KB) (8)

设计荷载下中小跨径连续梁桥负弯矩冲击系数计算模式

(双语出版: English)

周勇军, 薛宇欣, 杨小刚, 范凯翔, 焦晨凯, 赵煜, 王业路

摘要: 更多> 为明确中小跨径连续梁桥在设计荷载作用下的负弯矩冲击系数，采用理论推导和数值仿真相结合的方法开展了中小跨径连续梁桥负弯矩冲击系数研究。根据欧拉-伯努利梁理论推导了两等跨连续梁在多个移动集中力作用下负弯矩冲击系数的解析表达式，以不同标准跨径连续梁桥为研究对象，选用空间三轴车辆模型，基于负弯矩截面荷载效应相等原理，将设计车道荷载等效为准设计状态的重车荷载谱；采用ANSYS软件建立了车辆-桥梁耦合数值仿真振动分析模型，开展了桥梁频率、桥面不平整度和车辆行驶速度对负弯矩冲击系数影响的显著性分析；通过大量的数值仿真结果进行了统计，以桥梁结构频率为自变量，以桥面不平整度为分项标准，提出了负弯矩冲击系数计算模式及其建议取值，并与国内外规范值展开对比分析。研究结果表明：跨径相同但跨数不同的中小跨径连续梁桥的负弯矩冲击系数最大相差38%；随着桥面不平整度等级的降低，负弯矩冲击系数逐渐增大，B级和C级桥面不平整度的负弯矩冲击系数平均值分别为A级对应平均值的2.07倍和4.15倍；车辆行驶速度对负弯矩冲击系数有较大影响，但并未表现出显著规律；在B级和C级桥面不平整度时，各国规范均不同程度地低估了负弯矩冲击系数，建议中小跨径连续梁桥负弯矩冲击系数设计值取为0.335。

2025, 25(1): 263-273. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.01.019

摘要(26) HTML(16) PDF (10414KB) (8)

面向高速公路非检测点位的全域交通状态预测方法

(双语出版: English)

王亦兵, 胡然, 余宏鑫, 李嘉恒, 张玉杰, 徐志刚, 何兆成, 陆启荣

摘要: 更多> 针对既有高速公路交通状态预测研究较少考虑非检测点位和道路拓扑变化的问题，分析了现有研究方法的局限性，提出了一种结合宏观交通流模型、扩展卡尔曼滤波、数据驱动长短时记忆网络(LSTM)的交通状态预测方法，充分发挥机器学习在时域特征表达与可信交通流模型在空间动态跟踪上的优势；基于有限检测点位的流量和速度数据，构建了高速公路网络交通流体模型(METANET)并完成全局模型参数和基本图参数标定，设计了基于METANET和扩展卡尔曼滤波的交通状态估计器，继而训练机器学习模型实现全部检测点位的交通状态预测，并驱动交通状态估计器实现全域交通状态预测。研究结果表明：本文提出的交通状态预测方法能够显著提升高速公路的流量和速度预测精度，其中5 min流量和速度预测平均绝对百分比误差为6.92%和5.29%，相比基线方法分别改善29.62%和24.28%；30 min流量和速度预测平均绝对百分比误差为10.02%和8.62%，相比基线方法分别改善24.84%和15.87%；本文方法充分考虑了出入口匝道流量对主线交通状态的影响，也明显改善了主线流量预测性能。

2025, 25(1): 274-294. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.01.020

摘要(36) HTML(34) PDF (24892KB) (10)

设置借道左转车道的排阵式交叉口组合设计方法

宋浪, 安实, 俞山川, 王健

摘要: 更多> 针对常规交叉口(CI)改造成借道左转车道(CLL)或排阵式交叉口(TI)后因车道划分不可调整导致仅在部分流量场景具有良好表现的难题，将CLL与TI相结合扩展了设计理念，提出了一种组合设计方法；该方法利用车道信号灯、可变车道行驶方向标志在运营期灵活划分了各车道使用功能，形成综合功能区，每个方向均可调整为CI、CLL、TI、CLL与TI合用的设计；构建了设计方案选择、车道分配和信号配时协同优化的混合整数线性规划模型，并通过案例分析和敏感性分析，对比了组合设计与已有的CI4(4个方向全为CI)、CLL4(4个方向全为CLL或CI，且至少存在一个方向为CLL)、TI4(4个方向全为TI或CI，且至少存在一个方向为TI)等交叉口设计方案的运行性能。研究结果表明：组合设计方法实现了在十字交叉口中4个方向共4⁴=256种设计方案的动态切换，也可调整各流向使用车道数；组合设计与CI4、CLL4、TI4相比，高峰时段的车均延误分别降低了42.96%、39.43%、11.73%，故组合设计对交通拥堵缓解优势更加明显；左转比例越高，组合设计对CI4通行能力的提升表现越优，且提升比例随综合功能区长度的增加呈先增后减的变化趋势，建议组合设计综合功能区长度设置为50~70 m；在各种流量场景下，组合设计相对于CI4、CLL4、TI4通行能力提升比例最大值分别达到了58.37%、46.10%、11.94%，最小值均不小于0，即组合设计始终能有效提升交叉口通行能力，且车道布局更为灵活，更符合实际交通运行需要。

2025, 25(1): 295-310. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.01.021

摘要(28) HTML(17) PDF (7167KB) (7)

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