高压共轨系统多次喷射下，预喷引发的压力波使得主喷油量产生波动，导致缸内燃烧效率降低、排放污染物增加. 为实现多次喷射下喷油量的精确控制，本文提出一种基于高斯过程回归（Gaussian process regression，GPR）的多次喷射主喷油量数据驱动预测模型. 首先，采用D最优设计和二阶响应面方法，以轨压、预喷脉宽、预-主喷间隔和主喷脉宽为因素建立主喷油量响应面模型，通过方差分析揭示4个工况参数均属于极显著影响因素；然后，基于自主开发的多物理场耦合数字仿真平台，建立涵盖528组工况的主喷油量样本集并进行训练模型；最后，系统对比零均值、常数、线性和二次多项式等不同均值函数以及SEiso、RQard和Matérn等不同核函数的组合形式，确定线性均值函数与二次有理核函数为最优配置. 结果表明：在测试工况下，GPR模型所预测主喷油量的平均绝对百分比误差为0.347%，决定系数R²为0.999 6，不同主喷脉宽和预-主喷间隔下的预测结果均紧密分布于回归线附近；在非测试工况下，该模型仍能准确再现主喷油量随预-主喷间隔变化的波动规律，与前馈式神经网络（BP）、广义回归神经网络（GR）和支持向量机回归（SVR）模型相比具有更低的误差与更高的一致性. 研究证明基于GPR的多次喷射主喷油量数据驱动模型兼具较高预测精度与良好泛化能力，可为高压共轨系统多次喷射下的精确控制提供模型支撑.

为研究地铁双层非线性减振扣件区段由钢轨波磨诱导的弹条断裂问题，以典型的GJ-Ⅲ型双层非线性减振扣件为研究对象，结合现场调研和数值仿真对该区段扣件弹条的断裂诱因及其影响因素进行分析. 首先，构建了含有钢轨波磨的轮对-钢轨-扣件系统有限元模型；然后，采用瞬时动态分析方法从共振响应角度探究了钢轨波磨区段扣件弹条的断裂诱因；接着，通过疲劳累计损伤理论从疲劳特性角度对比研究了低轨两侧弹条在有无波磨情况下的疲劳寿命；最后，进行参数化分析，探究了钢轨波磨外在激励和扣件部件内在特性对弹条疲劳寿命的影响规律. 结果表明：钢轨波磨诱导的高频激励导致了GJ-Ⅲ型扣件弹条共振，是弹条断裂的主要诱因；钢轨波磨加剧了轮轨系统的振动响应，降低了弹条的使用寿命且对低轨外侧弹条影响更为严重，使其疲劳寿命降低至2.18 × 10⁵次，仅为弹条设计寿命的4.36%；钢轨波磨外在激励方面，波磨波深减小和波磨波长增大会使弹条疲劳寿命有所增加，且当波磨波长在40 mm以上时，其疲劳寿命提升较大；扣件部件内在特性方面，减小弹条弹性模量，增加弹条泊松比、橡胶垫板泊松比及其弹性模量，能一定程度上减少弹条的疲劳损伤，进而缓解钢轨波磨区段扣件弹条的断裂.

转轮支撑结构是后处理反应容器的重要组成部分，为提高反应容器的安全强度，该支撑系统采用超静定结构，针对支撑辊子的强度和系统的均载性问题，本文基于能量法，引入拉格朗日乘数，结合能量守恒定律解算各辊子上的法向力，进而求解出弯曲应力和接触应力；建立简易三维模型，使用有限元软件分析各辊子的应力分布和变化规律，并通过实验对结果进行验证；定义载荷分配系数，通过SPSSAU分析得出各制造误差对载荷分配系数的影响规律. 结果表明：辊子的最大弯曲应力为42 MPa，远小于材料屈服强度；有限元结果与理论结果的最大误差约为8%，并通过辊子的应变实验验证该方法的准确性；载荷分配系数与辊子弧面曲率半径呈负相关，与转轮弧面曲率半径呈正相关.

为解决经验傅里叶分解（EFD）方法处理轴承故障信号时易于发生频谱分割边界集中在局部窄带的问题，通过统计排序滤波器（OSF）简化采集的轴承振动信号的频谱，进行平均滑移处理和预分割；针对可能存在的过度分解问题，提出根据频域平方基尼指数（FDSGI）的边界融合算法，实现自适应地确定分割边界和分解模式数；并利用包络谱谐波显著度（ESHS）指标选择最佳分量，进而通过对最佳分量进行包络谱分析，达到轴承故障诊断目标. 轴承故障仿真信号和试验信号的对比试验证明了SREFD在频谱分割精确度方面优于EFD和经验小波变换（EWT），处理后的信号中能够更清晰地观察到轴承故障特征频率及其倍频，证明了所提方法的有效性和鲁棒性.

车轮踏面通常存在麻坑等缺陷，实测车轮非圆化信号往往包含高频噪声干扰，有时也会因为客观因素致使信号首尾端点不闭合. 车轮非圆化是车辆-轨道耦合动力学模型中重要的轮轨界面激扰，对轮轨动力相互作用仿真和车轮非圆化磨耗预测具有重要影响，选取合适的平滑方法是保证仿真结果准确性的关键. 本文对基于标准EN 15610、傅里叶级数、移动平均和形态学滤波4种常用方法在实测车轮非圆化信号处理中的平滑效果展开研究，并讨论4种方法在车轮多边形磨耗预测中的适用性. 结果表明：在处理实测非圆化信号时，傅里叶级数和移动平均2种方法能够在保留原始信号的波形特征下达到良好的平滑去噪效果并保证车轮不圆数据首尾闭合；此外，2种方法也适合在多边形磨耗预测中使用，使用时建议傅里叶级数的阶数取值大于60，移动平均的平滑窗口长度取17 mm左右.

高速地铁进入隧道产生的初始压缩波传播到隧道出口时会产生微压波并引发噪声，某些情况下还会出现音爆现象，给当地居民带来严重的环境问题. 为有效控制隧道出口的微压波噪声，对微压波噪声的声学特性进行数值模拟研究，并提出一种针对低频微压波噪声的声学抑制结构. 首先，采用大涡模拟（LES）方法获取隧道出口的近场非定常流场数据，使用Ffowcs Williams-Hawkings （FW-H）声学类比来预测微压波噪声的声源类型；其次，基于非定常流场数据采用声学有限元法（AFEM）计算微压波噪声的远场辐射，并分析隧道洞口声学结构对微压波噪声的减缓效果；最后，通过动模型试验验证数值方法的准确性. 结果表明：当列车速度为160 km/h时，隧道出口微压波噪声中偶极子噪声占据主导地位；偶极子噪声以半椭球面的形式向外辐射，其能量主要集中在20 Hz频率以下，峰值频率为4 Hz；偶极子噪声沿隧道出口方向上的衰减满足指数衰减规律；隧道洞口增设声学结构后微压波噪声有明显降低，隧道洞口外不同纵向平面上的噪声声压级降低约3.00 dB，标准测点（20 m和50 m）处的声压级分别降低3.54 dB和2.62 dB.

焊接构架式转向架是近年开发的新产品，其运行的安全性与可靠性至关重要，本文针对该型转向架焊接构架进行了疲劳可靠性评估. 基于等效结构应力（ESS）方法和主S-N（应力-寿命）曲线模型提出焊接结构疲劳寿命评估流程，进一步推导多载荷作用下的焊接结构应力状态确定公式；依据BS EN 15085-3:2007标准中铁路车辆焊接结构设计要求，结合有限元模型仿真与疲劳试验数据，全面分析转向架构架焊接接头的应力状态和疲劳寿命；通过建立含焊缝细节的有限元模型模拟实际运行条件下的受力状态，使用疲劳试验大纲提供的载荷谱进行疲劳寿命仿真计算，并根据标准确定焊接接头的应力状态等级，以此评估焊缝的质量等级和检查等级；依据EN 13749:2011标准进行了转向架构架的疲劳试验. 结果表明：ESS方法结合BS EN 15085标准能够精确预测焊接接头的疲劳寿命，转向架构架关键焊缝的总损伤均小于1.00，满足疲劳寿命设计要求；转向架构架疲劳试验结束后，进行磁粉探伤均未发现裂纹，满足疲劳强度试验要求；基于等效结构应力计算构架焊缝的应力因数最大值为0.939，根据每个关键焊缝的应力因数值明确了构架焊缝应力状态等级，为焊缝质量和检查等级的优化提供了依据.

为提高竖井掘进机真空气力出渣系统的输送效率，解决出渣系统参数与岩渣参数不匹配导致的输送效率低下的问题，基于单因素分析法和正交试验法研究输送系统参数对出渣效率的影响. 首先，基于流体力学原理，建立真空气力出渣系统参数与压力损失的计算模型，确定系统关键参数；利用Fluent软件模拟真空气力出渣过程，并以岩渣出口速度和气体平均压降作为出渣效率的考量指标；采用单因素分析法，研究管道内径、气体流速、岩渣粒径和岩渣密度4个因素对输送效率的影响规律；进一步，运用正交试验法开展多因素分析，并应用非支配排序遗传算法获得帕累托前沿解集；最后，开展真空气力出渣系统的输送效率试验. 研究结果表明：气体流速和岩渣粒径对岩渣出口速度的影响最显著，管道内径和气体流速对气体平均压降的影响最显著；气体平均压降与岩渣出口速度难以同时达到最优，岩渣出口速度的最小值对应最佳经济输送点，得到的输送参数优化组合为岩渣粒径10 mm、管道内径150 mm、气体流速40 m/s. 研究成果可为竖井掘进机真空气力出渣系统的施工应用提供参考.

为探究网格絮凝池涡流中场射流涡结构的演化特征，采用大涡模拟（LES）对网格絮凝池涡流场进行瞬态模拟，从二维和三维的角度对网格涡流场进行研究. 结果表明：水流经过网格板后，立即在网孔后形成射流涡流场；在射流与背景流体间的剪切、卷吸和掺混作用下，格挡后方区域形成回流涡旋区，边壁处生成不断发展的涡环结构；这些涡环结构导致射流前端发生不同程度的变形与偏移，并抑制其向前推进；每一股射流的涡结构均关于射流轴心线呈镜像对称，射流周边的涡旋主要分布在射流的边界层区域，位于射流前沿的涡结构聚集变化最快，且其面积和强度最大，而靠近边壁处的涡结构强度变化最为显著；此外，三维涡结构的前端形似一冠状结构，随射流向前发展，冠状结构会不断延伸、膨胀、变大，并最终离散和脱落；各时刻的涡结构分布与变化均表现出关于流场平分线的镜像对称性，且流场形态变化过程呈现出从边壁向流场中心发展的趋势.

为研究装配式减振轨道应用于地铁道岔区的动力性能，基于考虑了约束效应的板-垫层间接触关系以及道岔区轮轨多点接触理论，以某典型装配式轨道为例，对其在列车荷载作用下的混凝土强度和极限弯矩承载力开展安全性能检算；建立了车-岔-隧耦合动力分析模型，在地铁道岔区采用不同板厚和刚度的装配式减振轨道条件下，利用自编联合仿真程序研究了列车过岔时系统动力学响应和减振效果情况. 研究结果表明：装配式减振轨道在地铁A型车的荷载条件下，轨道板、自密实混凝土层的最大拉应力分别为2.48、1.89 MPa；道岔区各轨道板纵向和横向钢筋的正截面极限弯矩承载力均大于横向荷载弯矩和纵向荷载弯矩；列车以55 km/h的速度通过道岔区，轨道板厚度从180 mm增加到300 mm时，各减振轨道的插入损失分别为8.1、9.3、10.0、10.7 dB，动力响应均满足安全性能要求；当板厚为260 mm，减振垫刚度从0.01 N/mm³增加到0.04 N/mm³时，各工况的插入损失分别为15.0、10.0、8.0、5.2 dB；刚度为0.01 N/mm³时，尖轨和心轨垂向位移分别为4.1 mm和5.2 mm. 综合安全性能、经济效益和减振效果，建议装配式减振轨道板厚为220～260 mm，减振垫刚度为0.019～0.030 N/mm³.

气体迁移在非饱和黄土地基中普遍存在，相关规律及灾变驱动机制研究对黄土高原城市建设、基础设施服役安全性评价与黄土灾变问题解读等方面具有重要意义. 为此，考虑黄土地基的横观各向同性，采用改进非饱和三轴仪，对不同湿度与应力水平的原状与不同干密度重塑土样进行渗气试验，总结气体在横观各向同性非饱和黄土中迁移特性与气体灾变驱动机制，并提出横观各向同性非饱和黄土渗气系数模型. 结果表明：随着密度、湿度和应力水平的增大，在横观各向同性非饱和黄土中的气体流速和渗气系数均呈现出明显的先下降后稳定趋势，其中，当干密度≤1.51 g/cm³，含水率≤12.5%，竖向应力≤100 kPa时，渗气系数下降变化率小于30%，相反加速衰减，三者引起土体内部空气孔隙体积的压缩、孔隙连通性降低及气体流动通道曲折化，致使最终渗气性能降低；横观各向同性非饱和黄土中的气体迁移在密度、湿度和应力水平影响下整体表现为“抑制-加压-驱动”的灾变机制. 研究成果不仅能提高非饱和黄土中渗气计算的准确性，丰富气体泄露防控理论，还可为加压气体致黄土地基灾变防控提供参考.

为揭示覆盖型岩溶降水引发的土洞洞内气压变化规律及其致陷机理，基于气体短管淹没出流理论，提出椭球形土洞内气体渗流流量、气压及稳定性系数的计算方法，并基于有限差分数值解编制相应的MATLAB程序；通过岩溶土洞降水致陷的室内模型试验验证计算方法的可行性. 算例分析结果表明：土洞气体状态参量（流量与气压）及其稳定性系数在降水过程中经历了从初始状态到降水前期剧变、降水后期缓变的过程，最终逐渐恢复至起初状态；降水土洞的最大峰值流量与椭球土洞短半轴长$ b $正相关，与长、短半轴长之比（$ a / b $）及拱高负相关；最小峰值气压均与$ a / b $、$ b $及拱高正相关；最小峰值气压抵达时间与拱高正相关，与$ a / b $负相关，$ b $影响甚小；降水土洞最小峰值稳定性系数与$ a / b $及拱高正相关，与$ b $负相关；最小峰值稳定性系数抵达时间与拱高正相关，与$ a / b $则负相关，$ b $影响甚微.

为解决公路线形设计过程中交点法依赖的非对称基本型计算模型，在转弯曲线包含非完整缓和曲线时出现计算失效的问题，以非对称基本型计算模型为基础，通过分析计算模型在解算非完整缓和曲线场景下的失效原因，对计算模型结构与求解逻辑予以优化改进，进而提出非对称通用型计算模型. 此模型新定义了缓和曲线方向，通过判断缓和曲线曲率变化趋势与路线行进方向间的关系，将缓和曲线划分为正向和逆向两类，再根据缓和曲线在单曲线中的前后关系，建立特殊局部坐标系，通过几何推导，得出非完整缓和曲线切线增长值和曲线内移值，进而可以使用非对称基本型计算模型进行求解. 研究表明：非对称通用型计算模型突破了非对称基本型计算模型对线形组合类型的限制，允许缓和曲线起、终点曲率半径可为任意值；通过与传统线元法对同一复杂曲线段进行解算对比，控制桩号里程值及控制桩号坐标的计算差异均小于1 mm，满足工程精度要求.

为研究钢结构桥梁涂装层的力学本构模型，以长效型涂装体系为试验对象，分别进行单轴拉伸试验，得出面漆、中间漆、底漆和复合涂层的应力-应变曲线；通过无量纲化处理获得长效型涂装体系上升段本构方程的统一表达形式，并针对每种漆膜适用条件给出相应的本构方程. 研究结果表明：1） H06-X环氧富锌底漆（含锌量80%）和长效型复合涂层的应力-应变曲线分为弹塑型阶段、应变强化阶段和破坏阶段；H06-C2环氧厚浆云母氧化铁中间漆的应力-应变曲线分为应变强化阶段和破坏阶段；E01-JY氟碳面漆的应力-应变曲线分为近似线弹性阶段和破坏阶段. 2） 依据应力-应变曲线得出底漆、中间漆、面漆和复合涂层的弹性模量、泊松比、剪切模量、单轴拉伸强度、拉伸断裂应变等力学性能特征参数；底漆的单轴拉伸强度最强，中间漆次之，面漆最差；面漆的变形性能最佳，中间漆次之，底漆最差.

为缓解高速铁路纵连结构型无砟轨道结构在高温环境下易出现的形变上拱病害，使用自制氟改性黑色颜料，配制一种兼具中明度值和高反射性能的反射隔热涂料. 该涂料在实现高效控温的同时，可避免常规高明度白色反射涂料对目视人员造成的视觉损伤. 采用红外光谱对自制氟改性黑色颜料的分子结构进行表征，并利用紫外-可见-近红外分光光度计揭示其高太阳光反射性能作用机制，同时与常规冷颜料进行对比分析；在此基础上，配制相应的中明度反射隔热涂料，对成膜后涂层的控温、黏结、耐久等性能进行测试；进一步，对在自然暴露环境下的实尺轨道板结构进行表面涂装，通过长期温度监测评估其现场控温效果. 试验结果表明：自制氟改性黑色颜料凭借其近红外波段的透明特性，提升了中明度反射隔热涂层的太阳光反射性能；与常规颜料中明度涂层相比，自制涂层的太阳光反射率提升7.2%以上，在模拟太阳辐射下隔热温差可提升3.0 ℃以上，并具有较好的匀质性、黏结力和耐紫外老化性能；在典型晴朗天气条件下，自制涂层可将实尺轨道板结构表面峰值温度降低10.0 ℃以上，表面日温差减小5.0～10.0 ℃，并将轨道板纵向正温度梯度降低约50%.

针对公路隧道存在光线突变、昏暗以及眩光等复杂光环境问题，本文提出一种基于嵌入式AI （artificial intelligence）视觉的车道线识别方法——IHLS （improved Hough & least squares），该方法利用改进的Hough变换算法将车道特征点进行霍夫变换以检测直线，并利用最小二乘法（least squares，LS）进行曲线拟合识别弯曲车道线；通过在车载摄像头上内嵌AI视觉处理算法对捕获图像进行实时亮度检测和AI增强，使用Zero-DCE （zero-reference deep curve estimation）模型增强图像，采用改进最大类间方差法（Otsu）进行边缘检测并通过像素统计划分DROI （dynamic region of interest），用导向滤波增强和平滑图像，以提升车道线识别准确率. 以青兰高速六盘山隧道为原型，对所提识别方法开展试验，试验结果表明：IHLS算法相较LS算法，其平均交并比（MIoU）指标提升4.14%，平均准确率（AP）提升3.08%，运行时间（RT）增加0.01 s；对比Hough变换，IHLS算法的MIoU指标提升4.18%，AP提升2.88%，RT增加0.01 s. 经内嵌AI视觉处理的IHLS算法解决了机器视觉过曝光、色彩失调、失真等光学问题，实现了复杂光环境下车道线的实时识别与跟踪.

公交站承担着居民出行链中的衔接和接驳作用，其区域内慢行异质群体密度较高，增加了彼此间交通冲突的可能性. 既有研究多针对公交站区交通冲突问题，未深入研究公交站区慢行异质群体交通冲突致因机理和影响因素间的异质性. 以昆明市4类公交站为研究对象，采集2022年12月至2023年3月20个公交站数据，分析慢行异质群体运动特征，并基于DOCTOR （dutch objective conflict technique for operation and research）方法对冲突的严重程度进行判别，构建考虑均值和方差异质性的随机参数Logit模型，以更好地识别随机参数中的异质性，提高公交站区安全. 结果表明：在随机参数分布方面，行人的侧向冲突和非机动车道宽度分别服从N(0.455,0.872²)、N(−0.541,1.214²)，以及骑行者的让路和速度高分别服从N(−0.399,1.274²)、N(0.745,1.043²)；在均值异质性方面，侧向冲突在行人速度高和非机动车道宽度在岛屿直线型公交站中存在均值异质性，骑行者让路在人行道上骑行和骑行者速度高在骑行者密度中时存在均值异质性；在方差异质性方面，非机动车道宽度的参数在老年人中以及骑行者速度高参数在女性骑行者中存在方差异质性. 进一步计算平均边际效应系数，量化了各影响因素对交通冲突严重程度的作用程度. 行人群体中，下车乘客发生严重交通冲突的概率最大；骑行者群体中，逆向骑行者发生严重交通冲突的概率最大.

如何在考虑线路通过能力等复杂约束的基础上，快速编制高质量的车流径路方案，以期降低运输总成本，是铁路运输组织过程中面临的重要难题之一. 针对铁路车流径路的树形径路特征，将相同到站的所有车流视为一个整体，同步考虑并提出入树的概念，进而将问题转化为求解每个终到站（树根节点）的入树方案；在此基础上，对经典的基于弧段的多商品流模型采用入树选择变量进行重构；针对重构模型的结构特点，提出两阶段求解方法，第1阶段采用列生成算法得到有潜力的入树方案池，第2阶段在方案池中对每个树根优选出符合条件的入树方案，进而得到每支车流的径路；最后，利用中国西南地区路网数据构造不同规模路网的算例，对算法性能进行验证. 研究结果表明：本文方法能在较短时间内获得近似最优解，相较于CPLEX和模拟退化算法，列生成算法的求解效率更高、求解质量更佳；相较于弧段模型，入树模型具有更低的模型复杂度.

针对城市快速路交织区内固定标线控制存在的缺陷，本文提出基于元胞自动机的快速路交织区可变标线干预，以根据交通场景需要灵活变换标线形式，体现多标线控制策略的优势. 首先，基于三相交通流理论建立元胞自动机模型，为模糊控制器的建立提供基础；其次，生成可变标线主动干预的策略库并构建模糊控制器，以实现可变标线控制下交织区场景的全时段仿真；然后，通过选取上海市交织区线圈数据和典型高峰期交通流量数据作为交通流输入进行全时段仿真，输出得到标线控制方案；最后，从运行效率、潜在事故风险和污染物排放共3个方面对干预效果进行评价. 研究结果表明：在可变标线干预下，现实工况与设计工况场景的平均延误相比普通标线显著降低，其中，设计工况从71 s降低至48 s；现实工况中可变标线干预下的危险场景数量相比普通标线降低了23.4%；车辆排放的几类重要污染物均值均有明显减小.

针对当前3D打印的物理地形模型制作方法效率低、成本高的问题，提出一种改进KD树（K-dimensional tree）空间分割的地形模型快速打印方法，以提升打印效率、节约材料. 首先，通过分析数字地形模型特征与3D打印参数间的关联，构建空间分割约束规则集，进而建立融合维度自适应与尺寸约束的改进KD树模型，突破传统分割中位置与维度固化的局限，实现对地形模型的精细化分割与地下部分的有效剔除；在此基础上，设计融入贪心策略的快速空间分割算法，通过局部最优分割最大化底座镂空体积，并借助区域聚类整合微小地形区域，优化子块划分结果；针对分块后的各地形单元，提出基于分块并行与倒置打印的快速成型方法，通过在四角设置细支撑结构避免模型畸变，同时实现底座大幅镂空，从而减少材料消耗与打印时间；最后，搭建实验环境并开展案例实验分析，选取地震、林火、洪水、滑坡和泥石流5种典型灾害地形数据，在不同分辨率与空间范围条件下进行打印验证. 研究结果表明：所提方法有效克服了传统分割的固化限制与熔融堆积打印中的模型下垂畸变问题；在5种灾害类型实例中，3D打印时间平均可减少17.69%，节省打印材料28.98%，实现物理地形模型快速、低成本打印，并展现出良好的多种地形适用性.

精确、连续的位置信息是保障轨道交通列车安全、高效运营的关键. 然而，在隧道、高架、城市峡谷及郊区等构成的复杂运营环境中，实现无缝精确定位仍是当前列车定位系统面临的严峻挑战. 弹性导航、定位与授时（positioning， navigation， and timing，PNT）通过融合多种PNT信息源，能够生成连续可用、可靠、稳健的位置信息，具备抵御危害、适应风险和干扰的能力，为解决上述难题提供了可行路径，并已在军事国防、航空航天等领域展现出巨大潜力. 为促进该技术在轨道交通领域的应用与发展，本文在分析轨道交通行业用户对导航、定位与授时需求的基础上，结合当前轨道交通既有系统的导航定位能力，提出适用于轨道交通的弹性PNT体系概念与架构. 并从轨道交通PNT特殊性出发，归纳轨道交通弹性PNT系统的基本特征与评价指标，阐述弹性与精确性、完好性、连续性、可用性等指标的关系. 最后，以轨道交通多源PNT传感器为基础，包含GNSS （global navigation satellite system）、应答器、5G-R （5G-railway）等，重点探讨轨道交通弹性PNT技术体系及信息融合等关键技术，并指出多源信息深度融合与弹性融合架构是未来轨道交通实现连续无缝定位的重要研究方向.

为实现古石拱桥数字化建模与性能评估，基于无人机倾斜摄影和图像轮廓提取技术开展古石拱桥逆向建模方法研究. 首先，使用无人机采集石拱桥的多视角序列图像；其次，基于运动恢复结构（SfM）和多视图立体匹配（MVS）算法，构建石拱桥的三维（3D）实景模型；接着，基于石块与砂浆存在色差和石块几何规则性的特点，提出色差强化与小面积杂质滤除策略，改进Canny边缘检测，引入循环识别四边形与形状优化改进多边形逼近算法，实现表面轮廓的自动化识别；然后，基于地面控制点标定真实尺度，利用提取的轮廓坐标参数化建模，生成有限元模型；最后，使用提出方法对透龙桥进行建模和性能分析，并与试验结果进行对比. 研究结果表明：透龙桥3D实景模型表面未检出明显病害，最大尺寸误差为0.8%；有限元模型的挠度最大计算误差为2.1%. 该方法能够准确反映古石拱桥的几何形态和力学性能，为其数字化保护与性能评估提供技术支持.

为提升古桥裂缝检测的精度与效率，解决传统传感器检测方法易导致信息缺失及二次损伤的问题，提出一种基于改进YOLO11与SegFormer的裂缝识别与测量方法. 首先，针对YOLO11模型参数量大、推理速度受限的缺陷，提出YOLO-CD （You Only Look Once-Crack Detect）目标检测模型：通过StarNet轻量化主干网络降低计算成本，结合HSANet颈部网络增强裂缝边缘细节保留能力，并设计优化空间上下文（OSCD）检测头优化多尺度检测效率；其次，提出改进的SegFormer-HF语义分割模型，通过特征融合模块（FFM）与高低频分解块（HLFDB）抑制下采样信息丢失，提升裂缝分割的语义一致性；最后，提出先检测后分割的联合方案，结合骨架线算法实现裂缝长度与宽度的自动化计算. 基于研究获取的古桥裂缝数据集进行实验，结果表明：YOLO-CD模型的F1分数、mAP50与mAP50-95分别为0.678、0.715与0.464，浮点运算量（GFLOPs）较YOLO11降低了47.62%；SegFormer-HF的F1分数、mIoU与mPA分别为0.915、0.852与0.905，优于现有的主流模型. 研究证明了该方法在兼顾检测速度与精度的情况下，模型更小、检测效率更高，可适合部署于摄像头和无人机等移动设备.

古石拱桥保护研究面临图纸缺乏、现场勘测困难和结构老化等多重挑战，导致精细化力学模型建构参数获取受阻，且砌块损伤状态难以准确模拟，限制了精细化力学模型的有效建立. 针对此，提出一种基于砌体结构缝隙图像识别的古石拱桥有限元建模策略. 首先，建立一个包含大量石拱桥砌块轮廓标签的数据集，采用YOLOv8卷积神经网络模型，对石拱桥图像进行各结构砌块轮廓的实例分割；其次，采用Douglas-Peucker算法对识别结果进行后处理，提取砌块的关键几何信息；最后，建立石拱桥的参数化建模流程，通过ABAQUS参数化建模脚本的开发，自动化生成与实际砌体结构精确匹配的分离式有限元模型，并通过建立砌块间的接触界面作用，进行后续有限元仿真分析. 研究结果表明：在自重及桥面荷载作用下，本文所建立的分离式有限元模型拱肋主应力峰值约为传统整体式有限元模型的1.2倍，且能够在砌体缺陷处呈现明显的应力集中现象，能够更准确地再现实际桥梁的砌块分布和局部缺陷，对揭示古桥砌体结构破坏机理具有显著优势，为古桥保护的力学仿真研究提供了新的视角和方法.

当前闽浙木拱廊桥大都存在详尽图纸资料缺失问题，导致保护效果不佳，且在火灾蔓延规律和防灾方面的研究较为匮乏. 为解决这些问题，提出基于三维扫描-BIM参数化的数字重建技术构建木拱廊桥数字孪生体，基于BIM-FDS （fire dynamics simulator）分析木拱廊桥火灾蔓延规律和防火策略. 首先，通过现场三维扫描获得合龙桥原始点云模型，经配准、去噪、抽稀处理后，建立BIM参数化数字孪生体，计算其火灾荷载密度；其次，采用IFC格式文件实现BIM与FDS交互，建立木拱廊桥火灾数字孪生体，通过热释放速率（HRR）、火灾蔓延现象、能见度、温度、有害气体浓度等进行仿真分析，在FDS中通过模拟分析多个典型火源场景工况得出火灾蔓延规律；最后，探讨材料阻燃处理、桥面非燃化改造及喷淋布设等防火优化策略. 研究结果表明：木拱廊桥火灾荷载密度高达4 017.764 MJ/m²，远超国内外典型建筑，具有极高的火灾风险性；多个典型火源场景中，除去HRR突变值，拱结构、桥底工况的HRR峰值分别稳定在100、95 MW，桥中心、桥头工况的HRR峰值分别稳定在88、70 MW，桥侧底、桥顶工况的HRR在1000 s内未达到峰值，最大值分别为55、22 MW，因此，桥下起火的火灾风险性最大，桥面起火次之，屋顶起火和桥侧底面起火的火灾风险性相对较低；通过火灾仿真和多个火灾参数量化分析，证实了3种防火措施能延缓木拱廊桥火灾蔓延，且上下防火分区、木材阻燃、喷淋系统分别使得HRR峰值下降23、39、63 MW. 研究成果可作为木拱廊桥的信息存储、火灾蔓延量化分析以及预防性保护的依据，也可为文物建筑的长效安全运维提供技术支撑.

为开发古代石拱桥传感器优化布置方法，本文以全国重点文物保护单位北京卢沟桥为例，建立考虑初始残损和材料参数随机的传感器优化计算模型；提出考虑复杂监测目标的适应度函数设计与求解方法、以元学习思想为基础的元遗传算法，对传感器优化布置问题进行搜优；并将提出方法与2种基于传统遗传算法的优化模式进行对比，实现了面向古代石拱桥的高效传感器优化布置. 研究结果表明：所提出方法具有更好的参数识别能力、损伤灵敏度与信息冗余水平；当噪声水平在5%以内时，元遗传算法给出的方案均可成功检测损伤，而另外2种方案的损伤检测成功率仅60.0%；当噪声水平达到10%时，元遗传算法给出方案可以检测出60.0%的损伤，而其他2种方案无法有效检测出损伤.

为明确川西地区藏寨民居中生土片石石砌体墙的抗震性能，设计并制作了四片生土片石石砌体墙构件，开展拟静力加载试验，以木墙筋设置、墙体收分以及墙体窗洞口作为主要参数，研究其对生土片石石砌体墙抗震性能的影响规律. 通过试验获得生土片石石砌体墙的水平荷载-位移曲线，分析其承载力、变形性能、刚度、延性和耗能能力等关键抗震性能指标，探讨墙体开洞及木墙筋设置对墙体破坏模式的影响，并对藏寨生土片石石砌体墙与普通砖砌体墙的抗剪强度进行对比分析. 研究结果表明：藏寨生土片石石砌体墙整体表现出良好的抗震性能及变形能力，本试验中各墙体构件的平均单位面积抗剪强度达到0.16 N/mm²，极限变形能力在2.4%～3.0%，其变形能力相对于普通砖砌体墙有明显优势；窗洞口及木墙筋的设置均会影响墙体的破坏形态及破坏模式；与无木墙筋的墙体相比，配置木墙筋的墙体抗剪强度和耗能能力分别提升约27%和37%，同时，剪切裂缝数量及裂缝宽度均显著减小.

为构建古代砖石拱桥的预防性保护监测系统，开展面向风险识别的监测方法研究. 首先，采用残损评定等级、Von Mises应力和构件重要性分别作为残损最严重、受力最不利、构件最重要3项原则的量化表示；其次，基于残损矩阵、受力矩阵和重要性矩阵求解卢沟桥64个构件的监测目标值；最后，制定卢沟桥基于三原则的传感器优化布置方案. 研究结果表明：该方法能够定位待监测的高目标值构件，并且监测信息可提取卢沟桥的结构季节性波动规律和累积损伤风险；除沉降项目基本不受季节变化影响，其余监测项目存在明显的季节性波动规律，波动波峰位于每年6月—7月，波谷位于每年1月；应变传感器的冬季与夏季峰值之比为1.577，东起第7孔位移传感器的冬季与夏季峰值之比为0.849，东起第9孔位移传感器的冬季与夏季峰值之比为1.206，横桥向倾斜传感器的冬季与夏季峰值之比为1.549，季节性波动比率平均介于20%～60%. 沉降传感器监测到东起第5桥墩沉降量为第9桥墩的1.156倍；靠近拱桥中部或位于损伤严重构件的传感器在同类型传感器中具有更大的峰值. 研究结果可为古代砖石拱桥的预防性保护监测提供科学基础.

从全局结构中获取独立子结构的振动特性非常重要，针对现有基于时间序列的约束子结构法（SIM-TS），在噪声干扰下会因奇异值过小而出现计算误差增大的问题，提出一种改进的SIM-TS方法，以实现更高精度的子结构模态参数识别. 首先，以SIM-TS为基础，引入自适应截断奇异值分解技术，通过动态调整截断阈值来优化分解结果；同时，将ISIM-TS 方法与协方差驱动的随机子空间法（SSI-COV）相结合，构建新的ISIM-TS-SSI-COV子结构模态识别框架；然后，通过一个经典的5自由度数值算例验证方法可行性；最后，将该方法应用于某藏式古建筑子结构的动力特性识别中. 数值算例结果表明：在1%噪声情况下，改进后的方法提高了子结构的识别精度，尤其第二阶频率的识别误差较传统方法降低71.4%；基于环境激励下的响应数据，使用该方法成功识别出子结构的前两阶固有频率，分别为12.18 Hz和13.31 Hz. 本研究结果为后续结构模型修正与损伤识别提供了重要的数据基础.

为研究传统木伸臂梁廊桥抗洪性能及抗洪措施的有效性，基于不同洪水条件和抗洪措施，对廊桥所承受的洪水荷载及其抗洪性能进行了定量分析. 首先，通过计算流体力学（CFD）模拟技术得到廊桥上部结构的洪水荷载，研究水位、流速及拆除风雨板的影响；其次，分析上部结构阻力最大时刻，洪水荷载在主要构件上的分布；最后，通过计算廊桥上部结构的滑动和倾覆风险，评估其抗洪性能，并量化拆除风雨板与桥面加重对廊桥抗洪性能的提升效果. 研究结果表明：水位或流速提高，廊桥上部结构的阻力增幅分别为145.38%和95.71%. 存在风雨板工况下，上部结构阻力主要分布于迎水面风雨板和轴线沿桥梁纵长方向的托木；拆除风雨板后，上部结构阻力主要分布于轴线沿桥梁纵长方向的托木和主梁，基准洪水条件下上部结构最大阻力降低17.79%，高水位洪水条件下降幅达48.08%，高流速洪水条件下则出现1.51%的增量；水位提高，上部结构升力迅速增加后趋于稳定，拆除风雨板可降低最大升力，但会导致最大升力提前出现；廊桥在高流速和高水位洪水条件下均存在滑动破坏风险，当桥面加重均布荷载达到4.0 kN/m²时，可保证最不利工况下廊桥的稳定性；如同时拆除风雨板，高流速和高水位洪水条件下桥面所加均布荷载可相应降低至0.5 kN/m²和2.5 kN/m².

冻融循环是影响北方灰岩质文物的主要因素之一，普遍诱发多种表层风化病害，严重威胁文物的长久保存. 针对新鲜灰岩开展浸水冻融模拟风化试验，综合多种表征技术获取物理力学性质指标发展规律，结合孔隙结构变化从宏观和微观尺度定量揭示灰岩的冻融损伤机制，并通过熵权-线性加权法实现灰岩风化的综合评估. 结果表明：冻融循环50次后，纵波波速、表面硬度显著下降，损失率均在10%以上，毛细吸水系数提升了1倍以上；单轴抗压强度衰减率为30.6%，循环次数越大灰岩压缩后的结构完整性越差；灰岩孔隙主要由介孔（0.1～1000.0 μm）组成，冻融循环导致孔隙数量和体积增加，同时伴随颗粒磨损以及裂隙扩张；力学性能的半衰期是衡量灰岩抗冻融能力的重要参数，基于无损指标构建的多元回归模型能够有效预测单轴抗压强度变化；毛细吸水系数对风化损伤的响应最为敏感，引入完整度指标，有助于从多维度实现建筑灰岩风化等级的量化评估. 研究成果为灰岩材料的科学认知和文物风化的现状评估提供了理论依据和实践指导.

藏式古建筑石砌体墙结构形式的特殊性和材料组成的复杂性，加之环境因素的干扰，使得墙体内隐蔽性损伤的精准检测面临巨大挑战. 针对传统方法在目标信号识别方面存在的局限性，应用逐次变分模态分解（SVMD）方法，实现探地雷达信号的高效分解与有效信号的精确提取. 通过探地雷达检测藏式石砌体墙体的试验数据，验证数值模拟结果的可靠性；随后，系统分析有效波的传播特性，重点考察不同探地雷达（GPR）天线中心频率、GPR离墙体间距以及裂缝宽度等因素对回波特性的影响规律；运用SVMD方法对信号进行分解及重构，分析此方法在不同噪声水平和裂缝宽度下的稳定性，目标信号识别方面的适用范围及相比于现有技术的优势. 结果表明：SVMD方法首次应用于藏式古建筑石砌体墙的GPR信号降噪处，在特定条件下，相较于经验模态分解（EMD）和变分模态分解（VMD）方法，其信噪比可分别提升58.36%和18.67%，并能够有效分离目标信号、背景墙信号和噪声信号，为藏式古建筑墙体损伤特征的准确提取提供了可靠的技术支持.