基于振动传递率函数的水泥混凝土铺面脱空识别方法

为提高水泥混凝土铺面脱空识别的准确性和便捷性,提出一种基于振动传递率函数的板底脱空识别方法。首先,建立了九块板全尺寸铺面结构三维有限元模型,获取冲击荷载作用下铺面板的多点加速度响应;其次,在2个振动传递方向上,分别计算相邻2个测点间的振动传递率函数,分析特定频段内传递率函数的差异,并提出传递率损伤指标(transmissibility-damage indicator,TDI)及其矩阵表达式;最后,计算分析11种不同脱空形式、程度下TDI矩阵的差异,并分析测点布设方式、信号噪声水平对TDI矩阵的影响。结果表明:该脱空判定指标能较好识别定位板角和板边局部脱空。所得TDI矩阵在板角脱空的2个传递方向均十分显著,在板边脱空的垂直脱空边方向较为显著;对于板中脱空,2个传递方向上的TDI矩阵均无法有效识别。板中脱空的分布与TDI矩阵的分布一致性较差;对于多区域脱空,其计算得到的TDI矩阵与单区域脱空类似,对于板角和板边局部脱空均能有效识别;测点布设越密,TDI矩阵的分布与脱空分布的一致性越高。然而,该识别方法对噪声水平较为敏感,噪声水平越高,识别精度越低,需要较高精度的传感器或设备予以支撑。

道路基础设施管养标准图谱体系

为提升道路基础设施管养标准体系的一致性和完整性,探究了对道路基础设施管养影响较大的重要标准并分析了标准体系的时间、地域特色。建立道路基础设施管养标准规范的引用网络,使用度中心性、半局部中心性、PageRank算法估复杂网络中关键节点的重要性,并引入逼近理想解排序(TOPSIS)法进行综合评估,从标准引用网络中挖掘出具有重要性、代表性、权威性的标准规范。此外,使用基于词云的词频统计方法分析了不同时间段内标准和3个不同地理分区地方标准的主题热点,得到养护技术、养护对象的特点。通过道路管养标准图谱梳理了道路基础设施管养标准的关联与脉络,为完善标准体系提供了重要参考。

基于LiDAR三维数据的路面平整度横向分布差异特性评估方法

路面平整度是进行道路养护决策的重要依据,传统检测手段受限于其设备结构,仅能获取路面上单一轨迹的平整度数值,难以表征路面横向不同断面的平整度分布情况。针对这一问题,利用高精度激光雷达(Light Detection and Ranging,LiDAR)采集路面的三维点云数据,提取了路段横向典型位置测线的高程信息,结合方差分析与Kruskal-Wallis非参数检验等方法,分析不同横向测线平整度数值是否具有显著性差异,并基于上海市超过25km的实测道路数据总结了平整度横向分布的差异特性。结果显示:就单一路段而言,不同测线的国际平整度指数(International Roughness Index,IRI)具有明显差异,从分布上来看,仅在相邻纵断面间距超过2.5m时,平整度分布才具有显著差异,而其他情况下各测线的平整度分布无显著性差异;但从多路段平整度分布来看,路面平整度横向分布是否具有显著性差异与路段本身属性相关。路段平整度分布离散性越强的道路,其各测线平整度结果具有显著差异的概率就越大。由此可知,基于LiDAR的多测线路面平整度可以有效反映路段的平整度分布情况,避免单一测线造成的测量误差。

脱空对刚性道面板应力分布的影响及临界脱空状态

基于层间弹簧模型提出支承状态模拟方法,构建刚性道面板数值仿真模型。考虑不同飞机荷载和接缝状态,分析脱空影响下的道面板荷载应力增幅、位置偏移及重分布规律。结果表明:层间弹簧模型可准确地模拟脱空导致的刚性道面板支承损失以及不同脱空状态;随着脱空加剧,脱空区边缘的荷载应力增大,最大荷载应力在板厚方向上的位置由板底转移至板顶;当脱空区内最大荷载应力超过健康状态(即无脱空)下临界荷位的峰值应力时,该脱空状态即为临界脱空状态。相比传统弯沉指标,临界脱空状态能够更准确地反映脱空对道面结构的影响。

基于模态仿真的桥梁数据采集系统研究

文中以STM32单片机和ADXL362加速度传感器为核心,以4G网为无线传输方式,设计分布式传感器桥梁形变监测系统,采用COMSOL对目标桥梁结构模态仿真,对数据采集传感器节点布置的位置和数量进行优化,保证采集数据的有效性。通过现场振动数据采集,验证了所设计分布式传感器桥梁形变监测系统的可靠性和稳定性。

基于离散平整度指数的城市道路舒适性预估方法

道路平整度是影响行驶舒适性的重要因素,不平整路面会增强行驶车辆的车身振动,降低车辆行驶质量。该研究针对城市道路的行驶舒适性预估问题,提出一种基于离散平整度指数(discrete roughness index,DRI)的城市道路舒适性预估模型和方法。依托MATLAB/Simulink构建8自由度整车仿真模型,提取驾驶员座椅的垂直加速度,并计算最大瞬时振动指标(maximum transient vibration value,MTVV)对舒适性水平进行量化。以某代表车型为试验对象,采用实测路面高程数据进行仿真,解析速度、时长、轮迹等因素对行驶舒适性的影响程度,采用幂函数构建基于DRI的瞬时舒适性预估模型。结果表明,相对于传统采用的国际平整度指数(international roughness index,IRI),DRI与瞬时舒适性的关联性更好,其拟合优度超出IRI达0.1以上;车速对舒适性影响显著,车速越大,MTVV对路面局部平整性敏感度越高。最后,选用2 s-MTVV对应的舒适性预估模型,基于ISO 2631-1(国际标准:机械振动与冲击人体处于全身振动的评价)中提出的舒适性等级标准,提出了可表征瞬时舒适性等级的离散平整度指数阈值。结果可为城市道路舒适性评估,车辆驾驶辅助提供可靠决策支持。

基于点云数据的道路变形类病害自动化检测方法

拥包、沉陷等路面变形是常见的病害类型,但传统基于二维图像的判断方法无法获取深度信息,线性激光扫描的方法精度较高但是单次扫描范围有限,难以短时获取全局状况,导致大尺度变形类病害识别困难。利用车载移动激光雷达系统获取三维点云数据,解决了变形类病害检测的难点,并可提取其三维特征。实测数据验证了方法的可靠性和有效性,可实现拥包、沉陷和坑槽等变形病害的自动化检测,有效提高了检测效率。与全站仪测量结果对比,该方法三维特征提取信息完整且准确率达84.662%。

基于三维纹理特征的沥青路面级配预估方法

采用三维激光扫描获取路面纹理数据,提取基于几何特征的表面性状参数和基于二维小波变换的多尺度特征参数作为模型输入。通过对比参数和分类器对8种已知级配沥青车辙板的分类效果,验证了表面性状参数与二维小波参数相结合,在多层感知机分类下效果最佳。选用多层感知机多元回归算法对8种路面类型级配曲线进行预估,其拟合优度R2高达0.849。采用消融实验分析不同参数的贡献度,发现二维小波能量参数影响较为显著。

基于振动-图像融合的道路窨井高差检测方法

在长期荷载和环境影响下,道路窨井通常会产生沉降等病害,导致其与周围路面产生高差,显著影响车辆行驶平顺性。文中提出一种基于振动-图像融合的新型道路窨井高差检测方法:面向大范围检测需求,设计了一套轻量化、模块化的智能车载检测装备,实现路面窨井的快速抓拍、车身振动的感知、检测窨井的高精定位;基于Yolo-V3深度学习方法,研发路面窨井的图像智能识别模型,并通过建立虚拟轮迹带构建了井盖检测有效性的判别方法;进一步融合振动解析技术,提出可表征振动量级的当量rms指标,用以评定窨井高差。现场试验证明,该方法可实现94.9%窨井的智能识别,窨井高差与当量rms呈显著线性关系,其判别误差在5 mm以内。

考虑低光照场景的自适应路面病害检测模型

为提升低光照环境下路面病害识别模型的精确度与鲁棒性,提出了一种考虑低光照场景的自适应路面病害检测模型。将采集的数据按照亮度分成低光照图像和正常光照图像2类,随后对低光照图像进行自适应增强,并接入路面病害检测流程。为解决现有光照增强图像失真的问题,在Zero-DCE++基准模型上引入光照约束网络,提出了光照增强模块Zero-DCE-Retinex。在此基础上,以提升路面病害检测精度为核心需求,提出了以病害识别模型为驱动的光照增强模块训练策略。具体的,在训练过程中,将病害识别模型嵌入光照增强模块,并通过损失函数来引导光照增强模块的训练。试验结果表明:当使用所提模型对低光照图像进行增强后,再经过YOLOv7模型进行检测,比直接输入低光照图像的方式,AP指标提升了7.04%,F1-score指标提升了11.22%;图像质量亦得到进一步改善,表现在图像信息熵、标准差和平均梯度的提升分别为0.62、13.24和21.61。与同类无监督光照模型相比,所提模型在目标检测任务的AP和F1-score提升方面显著优于其他模型,同时有效避免了增强结果出现色彩失真和过度曝光等问题。因此,提出的模型可广泛适用于复杂道路光照场景,拓展了现有病害检测模型的应用环境,具有重要的工程应用价值。

基于振动传递的水泥混凝土路面接缝损伤感知

采用振动传递理论分析了接缝刚度对振动跨缝传递特性的影响机制,并通过40万次缩尺度室内疲劳加载测试,验证了接缝边界损伤对振动传递特性的影响规律,据此建立了基于振动传递率的接缝损伤感知方法。依托6块水泥混凝土路面板接缝的振动传递率实测结果,并与弯沉比检测结果进行对比,检验振动传递率感知接缝损伤的实际效果。结果表明:接缝两侧振动传递率与接缝刚度显著相关(相关系数>0.8),在不同季节和不同接缝的重复性测试中振动传递率均能够灵敏、准确地感知接缝损伤(刚度损失比识别精度为±0.069),验证了该接缝损伤感知方法的可靠性。

为道路巡查装上火眼金睛和聪明大脑

在过去的40年历程里,我国交通行业实现了"跨越式"发展,道路设施路网规模位居世界前列,成为名副其实的交通大国.面对海量道路设施资产的管理难题,《交通强国发展纲要》中明确提出:完善设施数字化感知系统,构建数据驱动运行机制.道路设施数字化治理已成为交通大国向交通强国迈进的必然举措.

基于车载多传感器的路面平整度检测方法

为提高路面平整度检测的便捷性,降低测量的能耗和成本,在国际平整度指数(IRI)计算模型的基础上,结合上海市多条沥青路面的测量实例,采用功率谱密度分析方法,提出了一种利用车内簧载竖向加速度推算IRI值的理论模型,开发了一套基于多个加速度传感器和GPS的路面平整度检测原型系统,并采用控制变量法对比分析了加速度测量位点和车速对测量结果的影响。结果表明:IRI值与加速度功率谱密度均方根值具有线性关系;与单位点测量模型相比,双位点测量模型精度更高;测试车速对测量结果的影响可利用修正系数校正;该国际平整度检测系统具有能耗低、成本低、效率高等优势,适用于大范围的路面测量评估。

新一代智慧高速公路系统架构设计

伴随中国高速公路的快速发展,智慧高速成为下一代公路系统技术形态演变的必然趋势。对其功能描述与架构解析能够有效指导未来高速公路的规划与建设,为智慧交通体系提供有力支撑。针对智慧高速的基本服务功能,结合车路耦合发展脉络,首先提出了以服务能力升级为导向的新一代智慧高速技术特征与系统内涵。面向不同服务对象与功能,明确了智慧高速系统的核心组分与技术板块:广域全息感知、数字孪生刻画、车路协同应用与实时通讯媒介。面向自动驾驶的发展需求,介绍了不同条件下各核心板块间的业务交互与数据交互。借鉴现有国内外典型智慧高速发展案例,重点阐述了新一代智慧高速公路的物理架构与应用架构,从精度、维度、鲜度3个层面探析了不同应用系统的数据模式与数字化要求。在此基础上,讨论了新一代智慧高速车路强耦合的推进路径,界定了从R0到R5的高速公路智慧化等级特征,揭示了不同车辆自动化等级与高速公路智慧化等级间的耦合作用,并总结了现阶段工程建设的关键问题与发展方向,从系统兼容性、设计场景、规范标准、通讯安全等4个角度研判了亟待解决的关键问题。研究成果可以指导设计可迁移、可持续的新一代智慧高速公路发展路径,对智慧高速的技术研究与建造应用具有重要参考意义。

基于振动感知的混凝土铺面板底脱空识别方法

水泥混凝土铺面在使用过程中常由于冲刷和沉降产生脱空,进而诱发断板、错台等病害,严重影响铺面使用性能。为此,提出一种基于振动感知的混凝土铺面板底脱空识别方法,以有效控制混凝土铺面的结构性损坏。通过有限元数值模拟与室内试验,发现板底脱空会影响铺面板局部振动的频谱分布,且影响程度与脱空面积、位置等因素相关。在此基础上,采用分布式光纤传感技术搭建铺面板振动感知系统,分布式地采集铺面板振动特性;利用时频分析技术解析铺面板振动特性,捕获振动频谱特征;研究不同脱空状况下铺面板局部的振动频谱特征。分析结果表明:脱空状况对20~150Hz频段上频谱特征的影响显著;以该频段为敏感频段,计算加权频率的变化量,并以此为脱空监测指标,提出基于振动感知的混凝土铺面板底脱空识别方法。于上海龙华机场开展现场试验,在3块铺面板内搭建了分布式振动感知系统;采集了12个测点不同日期的动态弯沉与振动特性数据,比较了振动感知法和传统弯沉法的脱空识别结果。试验结果表明:2种方法的识别结果趋于一致且具有较好的相关性,验证了振动感知法用于脱空识别的可行性。

基于分布式光纤的混凝土路面振动场感知与解析

感知并解析路面振动可为智能车路系统提供健康诊断、定位循迹、风险预警等多功能服务,有效驱动路面智能化。通过优化分布式光纤器件设计与阵列布设,研发了水泥混凝土路面振动分布式感知系统;利用短时能量分析、功率谱分析等构建了振动时间-空间特征、频域-空间特征的场式表达方法;基于短时能量时空场、功率谱频空场,提出了水泥混凝土路面振动时空响应特征、全局频域特征的变维度解析方法;并于同济大学足尺试验场进行实测验证。结果表明:(1)荷载位置显著影响短时能量时空场,短时能量峰值坐标能灵敏地反映荷载位置变化,且相比线形光缆,由光纤环阵列组成的感知系统具有更高的空间分辨率(0.35 m);(2)相同荷载激振下,振动分布式感知系统与商用高精度加速度计测试结果相近(频峰识别误差小于1 Hz,空间振型置信度大于0.9),且在多点重复测试下具有较高稳定性;(3)面板模量显著影响功率谱频空场,模量越大前4阶频率越大,且增幅随阶次增高而愈发显著,该实测现象与理论分析吻合,且在6块板内测得相同趋势。该振动分布式感知系统能够准确、稳定地感知路面振动场时间、空间、频域信息;振动场变维度解析方法能够有效、可靠地解析时空响应特征、全局频域特征。

斜向预应力混凝土铺面振动特性

为了明确预应力影响下斜向预应力混凝土铺面的振动特性,并揭示预应力水平与振动特性的关系,首先开展足尺模型试验,通过分级张拉模拟不同预应力水平,并利用加速度计采集足尺模型振动数据,依托快速傅里叶变换捕获各预应力水平对应的振动特性,从而揭示预应力对斜向预应力混凝土铺面振动特性的影响。其次,利用ABAQUS软件建立斜向预应力混凝土铺面数值模型,通过等效荷载法模拟预应力作用,采集不同预应力水平下数值模型的加速度响应,并通过数值模拟拓展试验工况,开展参数(模量、密度、摩擦因数等)敏感性分析,进一步研究斜向预应力铺面振动特性及其变化规律。研究结果表明:预应力对振动主频影响较小,以主频为指标的传统方法在斜向预应力混凝土铺面振动分析中具有局限性,难以体现预应力影响下振动频谱的整体变化;预应力水平会显著影响50~150Hz频段的振动频谱分布,随着预应力增大,50~150Hz频段频谱曲线向高频呈现明显偏移,该频段权重频率变化量与预应力变化幅度具有显著的相关性;该规律在不同材料、摩擦因数等参数组合下具有一定普适性,进一步佐证预应力水平对权重频率具有显著影响,因此,建议采用权重频率作为指标以观测频谱分布的变化,从而分析预应力对斜向预应力混凝土铺面振动特性的影响。