公路车辆动态荷载测量及车型分类技术的研究

论文摘要

车辆动态荷载和车型分类一直是高速公路研究工作者研究的热点和难点问题。随着国民经济的快速发展,国家对高速公路建设费用的投入逐年加大,使得我国高速公路里程数已经跃居世界前列,同时国家因每年道路破坏造成的损失也高达几百亿元。传统的车辆动态荷载测量系统（即动态称重系统）由于系统造价高、获取信息少以及称量速度慢很难实现不间断测量等缺点,难以满足公路对车辆荷载监测和车型分类的要求。研究一种能够快速、准确地测量车辆轴重和总重并能对车辆进行分类的动态称重系统具有重要的意义。本课题得到了黑龙江省交通厅基金（No:HJZ200412）的资助,旨在研究一种廉价的能够满足高速公路对车辆荷载监测和车型分类要求的动态称重系统,为重载车辆对刚性路面破坏作用研究提供客观、准确的车辆荷载及车型分类数据。基于此目的本文在分析大量的实验数据的基础上,提出一种新颖的基于路面结构应变响应的车辆荷载测量和车型分类技术,并就若干关键技术进行深入研究,论文具体的研究工作如下:1、论文在全面了解国内外动态称重和车型分类技术研究现状的基础上,分析了现有的动态称重方式和车辆分类方法存在的问题。2、针对路面结构的力学特性,研究了各种移动荷载下刚性路面的响应模型。用三维傅立叶变换方法分析了移动两轴常荷载和谐波荷载下刚性路面的应变响应,建立了荷载、应变响应与移动车速之间的明确数学关系。为基于刚性路面应变响应的动态荷载测量的研究奠定理论基础。3、在研究影响动态称重的精度和称量速度主要因素的基础上,指出车辆振动是影响动态称重的效率和精度的主要因素,提出利用等间距分布的多传感器进行多点测量的方式提高动态称重精度和效率。从理论上给出了等间距分布多传感器的设计方法和设计公式,利用此方法和公式设计和建立了基于多个埋入式应变传感器的动态称重系统原型。4、在获取大量的实验车辆样本数据的基础上,研究了基于多分类支持向量机（MSVM）的多传感器融合分类方法,提出了两种融合分类策略,并用实际数据对两种不同MSVM算法（OAA,OAO）进行了融合分类实验,分别比较了不同算法和不同融合策略对分类准确率的影响。实验数据表明车辆分类准确率超过94.6%。5、对多传感器动态称重系统进行了实际标定实验,并研究了基于支持向量回归和熵权多传感器融合建模方法。并用此方法解决了三个应变传感器动态称重系统建模标定的问题。实验数据测试表明模型可以获得6%以内的动态称重预测误差。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 动态称重技术国内外研究现状及分析
• 1.2.1 动态称重技术国外研究现状
• 1.2.2 动态称重技术国内研究现状
• 1.2.3 车辆分类系统研究现状及分析
• 1.3 现有的动态称重数据处理方法
• 1.4 当前动态称重技术存在的主要问题
• 1.5 本文研究的主要内容
• 第2章 刚性路面结构动态荷载测量模型
• 2.1 引言
• 2.2 移动荷载下刚性路面响应模型
• 2.2.1 模型的基本假设
• 2.2.2 模型的基本方程
• 2.3 移动车辆荷载模型
• 2.3.1 移动点源荷载
• 2.3.2 移动线源荷载
• 2.3.3 移动面源荷载
• 2.4 刚性路面动态应变响应的傅立叶变换域分析
• 2.4.1 刚性路面模型分析
• 2.4.2 移动两轴荷载模型
• 2.4.3 路面结构参数说明
• 2.4.4 路面动态应变响应仿真结果及分析
• 2.4.5 路面动态应变响应仿真与实测结果比较
• 2.5 本章小结
• 第3章 多传感器动态荷载测量系统设计
• 3.1 引言
• 3.2 影响动态荷载测量的精度的主要因素
• 3.2.1 车辆运动状态分析
• 3.2.2 车辆轴载分析
• 3.2.3 车辆振动来源分析
• 3.3 多传感器动态荷载测量系统设计原理
• 3.3.1 多传感器动态荷载测量系统设计理论
• 3.3.2 多传感器动态荷载测量系统设计原则
• 3.4 多传感器动态荷载测量系统的建立
• 3.4.1 系统的总体结构
• 3.4.2 埋入式混凝土应变传感器
• 3.4.3 多传感器布局与安装
• 3.4.4 传感器数据采集系统
• 3.5 车速、轴距和轴数的计算
• 3.5.1 车速的测量
• 3.5.2 轴距和轴数的计算
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于多传感器的车型分类算法及实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 车辆类型的定义
• 4.3 传感器数据的初步分析
• 4.4 基于多传感数据车辆分类流程
• 4.5 基于主元分析的特征提取
• 4.5.1 主元分析基本理论
• 4.6 基于多分类支持向量多传感数据融合分类方法
• 4.6.1 支持向量分类机基本原理
• 4.6.2 多分类机支持向量
• 4.6.3 多分类器支持向量机数据融合策略
• 4.6.4 支持向量机模型参数选择
• 4.7 车型分类实验结果比较分析
• 4.7.1 车辆样本数据的获取
• 4.7.2 特征提取及模型参数选择
• 4.7.3 多分类支持向量机融合分类结果
• 4.8 本章小结
• 第5章 基于多传感器动态荷载测量算法及实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 基于路面应变的称重传感系统
• 5.2.1 系统标定方法
• 5.2.2 多传感器信号融合方法
• 5.3 基于支持向量回归机的多传感器建模
• 5.3.1 支持向量回归机原理
• 5.3.2 选择优化的支持向量回归机参数
• 5.4 多传感器标定试验与支持向量机建模
• 5.4.1 动态荷载测量系统标定实验
• 5.4.2 建模数据的准备
• 5.4.3 标定实验结果分析
• 5.4.4 支持向量机回归建模预测分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士期间所发表的学术论文
• 致谢
• 个人简历