改扩建公路平面线形参数识别原理及其应用

公路实施改扩建工程,其平纵面设计应尽量拟合老路中线并在原线路的基础上对各项指标加以优化。讨论了拟合道路平面曲线的基本方法,阐述了三次样条函数用于公路平面线形拟合应具有的特点及分段模型的建立,分析了道路线形组成单元与分段函数的对应特征,提出了基于三次样条函数曲率变化值获取道路线形单元及参数的识别方法。结合某城市快速路改扩建工程设计,通过测绘既有道路中线点坐标,拟合得到分段三次样条函数模型,并根据各段模型特点及各段曲率值,计算得到线形参数。结果表明:拟合得到的样条函数较好地揭示了道路线形的曲率与其组成单元的对应关系,各段线形参数识别正确,可为改扩建设计提供依据。     

基于车载LiDAR数据的公路竖向净空自动化评估

现役道路基础设施管理过程中缺乏大范围区域内不同路段的现状或实时的竖向净空数字化资料，导致部分过高车辆撞击跨线桥或其他上空构造物的事故时有发生，造成了重大财产损失与人员伤亡。针对该问题，基于车载LiDAR数据构建公路竖向净空自动化评估方法框架。通过数据重构方法将复杂道路线形的车载LiDAR点云转化为简单的直线形式，利用基于线性索引的点云数据分块方法实现重构场景下车载LiDAR数据的条形、柱形与体素单元的快速分块，建立柱形单元非平面点初步滤波、基于K-Means与体素聚类的复杂LiDAR点云环境中路面优化分割流程。在基于条形单元划分提取道路边界后，利用体素聚类将路面上方点云进行划分。以提取的路面点云作为二维插值基准面，完成不同物体的竖向净空计算，并利用江苏南京市内的2条公路LiDAR数据的对算法框架进行测试。研究结果表明：所提方法在噪音存在的复杂LiDAR环境中可以有效分割出道路上方物体并完成竖向净空的计算；通过部分算法提取与人工标注结果的对比，显示公路1与公路2的竖向净空平均绝对误差分别为0.94、1.57 cm，具有较好的可靠性；在32 GB内存、Intel® Xeon® E5-1650 v4@3.6 GHz六核处理器的计算机上完成公路1与公路2竖向净空评估的平均时间分别为6.62、7.83 s·km^-1，算法效率可满足大尺度场景下的公路竖向净空自动化计算；相比于已有研究方法，所提方法框架考虑了车载LiDAR点云环境内的路面上测量噪音的存在，对变宽度路面条件复杂场景下的公路竖向净空评估具有更好的适用性。     

基于运行速度的高速公路线形评估

通过简介国外道路安全评价工作,阐述开展道路安全评价的必要性。公路线形条件与公路交通安全有着密切的联系,顺畅的线形是行驶安全的基本保障。从提高道路安全角度出发,对公路线形设计中潜在的不利安全因素进行鉴别以便消除或减弱道路危险因素,就显得尤为重要。通过对运行速度的计算,并分析了公路运行速度与道路组成部分的联系,提出相应的安全评价指标和建议。最后结合实际工程,找出了设计中潜在的安全隐患并为以后设计提供相应的建议。     

公路与城市道路部分平面设计参数对比分析

为方便道路设计者厘清公路与城市道路在平面设计上的区别,对比分析了《公路路线设计规范》（JTG D20—2017）和《城市道路路线设计规范》（CJJ 193—2012）中平面线形设计参数。通过对比得知：公路规范和城道规范的设计参数在计算中计算公式相同,但部分变量取值不同;变量取值不同的原因是公路与城市道路在建设时追求的侧重点不相同,公路规范更侧重于安全、平顺、经济,城道规范更侧重于舒适、安全、环境协调性。因此,设计人员在进行计算时需根据道路种类,依据侧重要点进行取值。     

浅谈公路行车舒适性评价

文章主要从基于平面线形和纵断面线形两方面评价公路行车舒适性入手,通过具体参数、数据说明平面线形和纵断面线形设计对行车舒适性的影响程度,从而检验公路线型设计的安全性与合理性。     

三维空间路线连续性衰退对公路安全性影响分析

为深入分析公路三维空间线形连续性衰退对事故频数的影响,采集广东省内3条高等级公路243 km道路设计资料,共1 768条有效事故数据,利用Tobit回归模型分析三维空间路线连续性衰退对公路安全性的影响.应用微分几何空间的基本理论,提出公路线形连续性衰退表征参数,利用Tobit回归模型对数据样本中单元内总曲率差(TCD)...     

道路条件对山区高速公路交通事故的影响

为了有效预防山区高速公路交通事故的发生,提高事故隐患点识别的可操作性,基于山区某高速公路近5年交通事故数据,从道路条件成因分析入手,通过描述性统计分析不同道路条件下交通事故发生的时空分布,解析组合路段的交通事故与公路线形参数的关联关系,采用K-means聚类提取山区高速公路的高风险线形指标参数。结果表明,道路条件显著影响交通事故的发生,交通事故在特殊线形条件和交通环境下具有明显分段聚集的特点。     

基于公路三维空间线形连续性的安全性分析及应用

公路线形是影响公路车辆行驶安全的重要因素之一,线形评价是指导线形设计和优化的关键问题.从欧氏三维空间路线连续性衰退的特征出发,提出一种基于公路三维空间线形的公路安全性分析方法,通过获取公路线形的平纵断面的设计数据,结合设计数据和预设的路段组合类型将公路线形划分为多个路段,并根据设计数据计算划分得到路段的加权曲率差、平均...     

VB语言在公路勘测平面线形计算机辅助设计中的算法

讨论了VB编程语言在公路勘测平面线形设计中的算法问题。其中包括：平面线形计算机辅助设计界面设置;平曲线的连接、数据结构、逐桩坐标分段计算：路线控制点距公路中线最题距离计算;各段平曲线数据浏览及修改;沿路线方向设置新平曲线等。这些算法已在高等级公路综合测设软件中得到应用。软件运行结果证明这些算法是可行的。     

基于运行速度的高速公路安全性评价探讨

公路线形条件与公路交通安全有着密切的联系,顺畅的线形是行驶安全的基本保障.从提高道路安全角度出发,对公路线形设计中潜在的不利安全因素进行鉴别以便消除或减弱道路危险因素,就显得尤为重要.通过简介国外基于运行速度的线形连续性研究,并总结基于设计速度的路线设计方法存在的不足,指出以运行车速设计方法作为我国现行设计方法的补充,是改善我国道路行驶安全的手段之一.指出运行速度计算存在的不足,并分析导致的原因,与此同时还从简明实用的角度,建议了新的路段划分方法,并建议增设计算参数说明表.最后结合实际工程,找出了设计中潜在的安全隐患并提供相应的建议.     

汽车道路模拟系统特性辨识研究

在进行室内汽车道路模拟试验时,对由振动台架和被试对象组成的试验系统,准确地辨识出系统特性是实验取得成功的关键步骤之一。详细论述了利用CARMA模型识别道路模拟试验系统的原理和过程。基于单输入单输出系统的时域CARMA模型．通过优化算法和系统辨识的方法识别了模型参数及模型阶次,并通过试验验证了这种方法的正确性。     

Identification of linear handling models for road vehicles

This study reports the identification of linear handling models for road vehicles starting from structural identifiability analysis, continuing with the experiments to acquire data on a vehicle equipped with a sensor set and data acquisition system, and ending with the estimation of parameters using the collected data. The model structure originates from the well-known linear bicycle model that is frequently used in handling analysis of road vehicles. Physical parameters of the bicycle model structure are selected as the unknown parameter set that is to be identified. Global identifiability of the model structure is analysed, in detail, and concluded according to various available sensor sets. Physical parameters of the bicycle model structure are estimated using prediction error estimation method. Genetic algorithms are used in the optimisation phase of the identification algorithm to overcome the difficulty in the selection of initial values for parameter estimates. Validation analysis of the identified model is also presented. The identified model is shown to track the system response successfully.     

基于多级网络划分的匹配道路初筛方法研究

针对GPS车辆定位系统地图匹配过程中传统匹配道路初筛方法在筛选速度和准确性方面的不足,提出了一种基于多级网络划分的匹配道路筛选方法。算法采用多级网络简单划分、层层筛选的策略,保证了初筛区域的快速、准确定位与初筛路段的准确获取,与多种传统的筛选方法,进行了基于实际数据的运行效果的对比。实证分析可知,文中提出的方法效果较好。     

一种基于幂级数展开和最小二乘法的高速公路稳态速度-密度平衡关系式的辨识算法

提出了一种新的辨识Markos Papageorgiou提出的高速公路交通流模型中稳态速度-密度平衡关系式的算法.该算法分为两个步骤,第1步,利用幂级数的原理,将该关系式由非线性模型转换成线性模型;第2步,采用最小二乘法辨识线性模型,并在此基础上获得非线性模型的所有参数,从而达到辨识稳态速度-密度平衡关系式的目的.理论分析和仿真结果均表明,与传统的非线性辨识算法相比,该算法大大提高了模型辨识的运算速度,同时可以实现任意的辨识精度.     

The Tyre as a Sensor to Estimate Friction

Continuously updated knowledge of the friction potential and the friction demand can help to improve manoeuvrability and thereby safety of vehicles under slippery road conditions. An on line friction estimation method is presented using a simple brush type tyre model. First the method is verified by outdoor experiments using a tyre test trailer. Then the setup of a low-cost measurement system in a vehicle is discussed and results from both simulations and outdoor experiments are presented. Neural networks have been used both for modelling and identification of friction potential and friction demand.     

高速公路相机自动标定及道路坐标系构建

为解决高速公路场景下利用视频监控系统正确描述车辆相对于道路的空间位置问题，通过引入Frenet坐标系概念，提出一种基于相机自动标定的道路坐标系模型。在相机自动标定阶段，利用线分段拟合方法从曲线车辆轨迹中提取平行于直线路段的轨迹点，并通过级联霍夫变换精确估计道路方向的消失点。然后,根据多车辆三维模型约束，对相机参数进行迭代优化。基于标定结果，将车辆轨迹映射到世界坐标系平面上，并用3次样条插值进行拟合。根据大量运动车辆在道路平面内形成的轨迹域分布特征，综合边界约束估计道路中心点。最后，结合道路中心线在各点处的法线向量与车道宽度信息确定平移量，并利用点平移运动拟合车道线，实现道路坐标系的自动建立。使用真实高速公路视频数据，在多种道路条件下进行试验。研究结果表明:在标定阶段，构建方法对不同高速公路场景的最大标定误差不超过11.55%;与最新的方法相比，直线道路平均标定误差分别降低6.68%和3.58%，弯曲道路平均标定误差分别降低7.43%和2.61%;在道路坐标系构建阶段，构建方法的平均投影距离为0.077 m，接近最新方法的0.069 5 m；而其平均精度为0.916，显著优于最新方法的0.663；所提道路坐标系能够自适应道路形态的变化，有效解决了从监控视频中描述车辆与道路之间相对位置关系的问题。     

基于LightGBM模型的公交线路串车状态识别方法

同1条线路上相邻公交车辆由于受到道路等因素的影响，其实际车头时距与发车间隔相比显著缩短，导致相邻车辆在较短的时间内到达同1个公交站点即引发公交线路“串车运行”问题（即相邻公交车辆在实际运行中的车头时距与发车间隔相比显著缩短的现象）。辨识线路的串车状态（串车运行和非串车运行）是进一步提升城市公交车辆运营的稳定性的关键。提出了基于贝叶斯参数优化的LightGBM模型，并将其用以识别公交线路串车状态。从站点、运行、乘客、时间和天气这5个角度初步选取20个影响线路串车状态的关键因素，并采用Spearman相关性检验和方差膨胀因子诊断多重共线性。建立二元Logit模型进行影响因素分析。提取显著的影响因子，构建LightGBM模型用以识别线路串车状态，并分别采用贝叶斯优化与随机搜索优化对模型中用以确定模型属性和训练过程的超参数进行寻优。以西安市公交车辆行车数据为例进行模型的应用验证，对比2种参数寻优方法（贝叶斯优化与随机搜索优化）的效率，并将提出的LightGBM模型与XGBoost、随机森林（RF）、决策树模型（DT）和AdaBoost模型的识别精度进行对比。研究表明:上车乘客数、信号灯数量、近距商业区数量、近距内主路上行驶的距离（即车辆在近距离范围内在主道路上行驶过的距离）和拥堵延时指数对线路串车状态有显著影响。LightGBM模型的参数采用贝叶斯优化比采用随机搜索优化的准确率提高了1.31%。采用贝叶斯算法优化参数的LightGBM模型比采用随机搜索算法优化的准确率提高了1.31%。所提出的经贝叶斯优化的LightGBM模型正确识别公交线路串车状态（包括串车运行和非串车运行）的比率为82.89%，识别性能优于对比模型。      

A real-time approach to robust identification of tyre–road friction characteristics on mixed-μ roads

ABSTRACT

The interaction between the tyre and the road is crucial for understanding the dynamic behaviour of a vehicle. The road–tyre friction characteristics play a key role in the design of braking, traction and stability control systems. Thus, in order to have a good performance of vehicle dynamic stability control, real-time estimation of the tyre–road friction coefficient is required. This paper presents a new development of an on-line tyre–road friction parameters estimation methodology and its implementation using both LuGre and Burckhardt tyre–road friction models. The proposed method provides the capability to observe the tyre–road friction coefficient directly using measurable signals in real-time. In the first step of our approach, the recursive least squares is employed to identify the linear parameterisation form of the Burckhardt model. The identified parameters provide, through a T–S fuzzy system, the initial values for the LuGre model. Then, a new LuGre model-based nonlinear least squares parameter estimation algorithm using the proposed static form of the LuGre to obtain the parameters of LuGre model based on recursive nonlinear optimisation of the curve fitting errors is presented. The effectiveness and performance of the algorithm are demonstrated through the real-time model simulations with different longitudinal speeds and different kinds of tyres on various road surface conditions in both Matlab/Carsim environments as well as collected data from real experiments on a commercial trailer.     

The Tyre as a Sensor to Estimate Friction

SUMMARY

Continuously updated knowledge of the friction potential and the friction demand can help to improve manoeuvrability and thereby safety of vehicles under slippery road conditions. An on line friction estimation method is presented using a simple brush type tyre model. First the method is verified by outdoor experiments using a tyre test trailer. Then the setup of a low-cost measurement system in a vehicle is discussed and results from both simulations and outdoor experiments are presented. Neural networks have been used both for modelling and identification of friction potential and friction demand.     

车辆有线引导的计算机视觉系统

根据车辆自动引导系统在车辆工程中的应用及发展趋势，开展了用计算机视觉技术进行车辆有线引导的基础研究，描述了系统的基本组成及其主要功能，分析了影响视觉输入的各项基本因素。根据哈夫（Ｈｏｕｇｈ）变换的基本原理，设计了引导路线检测的算法，通过典型引导路线特征图象的试验分析，验证了算法对直线特征的检测性能、对复杂背景下直线检测的可靠性和对实际道路中的中心引导线检测的有效性。分析了控制模型中实用视觉系统检测