考虑多源车型的公路轴载谱计算方法研究

考虑多源车型的公路轴载谱计算方法研究

席慧彩1，徐国山2*，于洪兴1 ，杨一诺3

（1. 天津市公路事业发展服务中心，天津 300182；2. 天津市政工程设计研究总院有限公司，天津 300392；3.天津城建大学 土木工程学院，天津 300384；）

摘  要：为解决国省道公路缺乏动态称重系统，难以计算轴载谱的问题。通过全面分析天津市现有交调数据、收费站数据及动态称重数据的车型分布特点，明确了各类车型之间的关系，并提出考虑多源车型数据融合的公路轴载谱计算方法。通过该方法，研究得出了适用于天津市3-11类车的分布规律。结果表明除3类车外，天津市6类车、8类车、9类车较多，且没有5类车、11类车。本研究为地方道路设计提供了更为科学的数据支持，增强了设计与实际情况的一致性。

关键词： 道路工程；公路；轴载谱；车型融合

中图分类号：U416文献标识码：A

随着社会经济增长，车辆数量大幅度增多，公路轴荷压损显著增大，给路面性能带来的影响日益凸显。在相应的养护设计与决策优化问题中，公路轴载谱与当量轴次计算逐渐成为理论研究和工程实践的重点[1]。

学者们展开了大量公路轴载谱与当量轴次研究，提出了轴载谱计算方法。林吉[2]根据收费站数据提出适用于福建高速公路的交通荷载参数，并指出规范推荐值严重偏大。张路凯[3]运用广义回归神经网络模型得到了区域重载路段分布和轴载分级，并将其用于徐州市的养护决策。高雪池[4]根据山东省高速公路动态轴载称重系统实测值，确定了适用于山东省的满载车比例与满载车当量设计轴载换算系数（EALF），并指出山东省治超成效显著。王中平[5]创建了河南省高速公路交通荷载数据库，并提出了河南省高速公路轴载谱推荐值。虽然上述学者给出了适用于当地的轴载谱，但多为利用称重数据，较少用到交调数据。

本文充分调查天津市现有交调数据、收费站数据及动态称重数据，明确交调车型、收费站车型、动态称重车型与现行规范规定的车型关系，提出考虑多源车型数据融合的公路轴载谱计算方法，从而使天津市的标准轴载的当量作用次数计算更准确，路面结构设计更合理。

1轴载谱定义

轴载谱是指不同轴型在不同轴重区间所占的百分比，反映了不同轴重级别的车辆出现的频率[6]。采用水平一计算EALF时，必须确定轴载谱。

1.1车辆当量设计轴载换算系数EALF计算

采用水平一计算EALF时，需确定设计车道上车辆类型、轴型组成和轴重数据，然后按照下式计算。

式中：

——类车辆中种轴型的平均轴数；

——类车辆中种轴型在级轴重区间的轴重分布系数；

——类车辆中种轴型在级轴重区间当量设计轴载换算系数。

1.2轴载谱定义

计算EALF时，ALDF即为轴载谱，同时其他参数也根据轴载谱计算得到。因此给出轴载谱计算公式如下。

式中：

——为规定的2-11类车型类型；

——为规定的轴型，表示单轴单胎、单轴双胎、双联轴和三联轴；

——为规定的轴重区间，单轴单胎、单轴双胎、双联轴和三联轴应分别间隔2.5kN、4.5kN、9.0kN和13.5kN划分轴重区间；

——类车辆种轴型在级轴重区间的数量；

——类车辆中种轴型的数量；

综上，确定轴载谱ALDF后，可据此计算得到EALF。

2车型融合方法

2.1车型融合思路

交调站点统计了其代表路段的交通量，但因其只有交通量缺乏轴载谱，难以准确计算得到EALF。为此，本文系统分析了典型动态称重数据车型，采用随机森林分类法统计不同轴数中相应车型的占比；并将比例应用至收费站车型中，从而计算得到收费站车型的轴载谱，并按就近原则分配至相应交调点，与交调数据结合从而计算得到EALF。

2.2车型分类

干线公路交调数据分类按照车辆轮廓及轴数特征进行车型划分。

表1  交调车型分类

高速公路收费站数据按照计费车型进行车型划分。典型动态称重数据包括车辆轴数、车辆总重及各单轴重。轴载谱计算需按《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2017）中车型分类[7]，需要明确车型编号和具体车型，因此需将各类数据的车型统一至标准车型。

3车型融合结果

3.1典型动态称重数据车型转化为规范标准车型

根据武清、静霸、团大的动态称重数据，通过人工识别统计超限车辆，并据此确定不同轴数中不同车辆类型的占比，进而构建基于随机森林算法的机器学习模型，确定全部车辆中，不同轴数中不同车型占比。典型动态称重数据车型转化为规范标准车型如表2所示。

表2  动态称重数据车型转化为规范标准车型

由表可知，天津市3轴、4轴、5轴、6轴中，分别以6类车（具体车型为112型）、6类车（具体车型为115型）、8类车（具体车型为155型、127型）、9类车（具体车型为157型）为主，占比均高达85%以上。因此，除3类车外，天津市6类车、8类车、9类车较多；且没有5类车、11类车。

3.2高速公路收费站车型转化为动态称重车型

天津市实际高速公路收费站出入口称重数据车型按计费车型分类，根据相关研究，其与动态称重车型对应轴数关系如表3所示。

表3  高速公路收费站车型转化为动态称重车型

3.3交调车型转化为高速公路收费站车型

本次主要采用交调车型包括小货车、中货车、大货车、特大货、集装箱总共5种。根据表4，可将交调车型转化为收费站车型。

表4  交调车型与收费站车型对应关系

4结论

综上，本文通过全面分析天津市现有交调数据、收费站数据及动态称重数据的车型分布特点，给出了考虑多源车型数据融合的公路轴载谱计算方法，并指出除3类车外，天津市6类车、8类车、9类车较多；且没有5类车、11类车。

参考文献：

[1]段美栋,苏春华,许思思,等.普通国省干线重载交通道路轴载谱快速实测技术及应用[J].山东交通科技,2024,(01):10-13.

[2]林吉,范剑伟,马涛,等.基于轴载谱的福建省高速公路交通荷载参数优化[J].公路,2022,67(07):1-8.

[3]张路凯,撒蕾,王英平,等.公路轴载谱与当量轴次的深度学习计算及应用[J].公路,2023,68(12):1-6.

[4]高雪池,范剑伟,申全军,等.基于实测轴载谱的沥青路面轴载参数优化与结构寿命预估[J].公路,2022,67(09):1-8.

[5]王中平,王学修,齐明.基于实测的河南省高速公路交通荷载参数分析[C]//中冶建筑研究总院有限公司.2022年工业建筑学术交流会论文集.河南交投交通建设集团有限公司,2022:4.

[6]赵曜,张中亚,朱宇杰.新规范下采用旧车辆类型的路面轴载谱分析[J].重庆交通大学学报(自然科学版),2021,40(11):106-113.

[7]余四新,徐飞萍,刘甲荣,等.基于新版沥青路面设计规范的路面结构设计分析[J].中外公路,2019,39(02):37-41.基金项目：天津市交通运输科技发展计划（2024-B17）；S315港中线工程计划（2024-0437）

作者简介：席慧彩（1977-），女，汉族，河北省石家庄市，高级工程师，硕士，研究方向为公路养护工程路面养护成效。

通讯作者：徐国山（1991-），男，满族，河北省承德市，工程师，硕士，研究方向为交通工程与智慧交通。