高速公路研究 文献综述 2023 年 2 月 13 日  目录 TOC \o 1-3 \h \z \u 1. 前言 1 2. 研究现状 2 2.1 国内研究现状 2 2.2 国际研究现状 2 3. 研究热点 3 4. 研究前沿 9 4.1 多年冻土区（PERMAFROST REGION） 10 4.2 公路工程（HIGHWAY ENGINEERING） 11 4.3 按重量收费（TOLL-BY-WEIGHT） 11 4.4 空气质量（AIR-QUALITY） 11 4.5 形成机制（FORMATION MECHANISM） 12 4.6 风险评估（RISK-ASSESSMENT） 13 4.7 跟车（CAR-FOLLOWING） 14 4.8 交通事故（TRAFFIC ACCIDENT） 14 4.9 时间间隔（TIME HEADWAY） 14 4.10 管理车道（MANAGED LANES） 15 5. 结论 16 参考文献 16 PAGE PAGE 23 高速公路研究文献综述 摘要：高速公路，简称高速路，是指专供汽车高速行驶的公路。高速公路在不同国家地区、不同时代和不同的科研学术领域有不同规定。国内外对高速公路的研究目前处于成熟期，发展中存在一些潜在问题，但是多年冻土区、公路工程、按重量收费的发展为高速公路提供新的契机与研究方向。本文拟分析目前高速公路的发展现状、研究热点与发展趋势，为高速公路研究的开题指明方向。 关键词：高速公路 文献综述 前言 高速公路，简称高速路，是指专供汽车高速行驶的公路。高速公路在不同国家地区、不同时代和不同的科研学术领域有不同规定。根据中国《公路工程技术标准》（JTG B01-2014）规定：高速公路为专供汽车分向行驶、分车道行驶，全部控制出入的多车道公路。高速公路年平均日设计交通量宜在15000辆小客车以上，设计速度每小时80至120千米。 从整体上看，关于高速公路的研究成果丰富，国内相关领域研究于二十世纪80年代起步，本世纪10年代开始该领域研究热度升高，主要集中于施工技术、机电工程与高速公路桥梁等研究方向；国际方面，针对高速公路的研究源于二十世纪中叶，兴起于近三年，重点研究方向包括多年冻土区、公路工程与按重量收费等。根据成熟度理论，高速公路的发展期共经历四个时期：1956年-2012年是该领域的萌芽期，此时，全球对高速公路的研究方兴未艾，无论是论文发表数量还是学者数量都普遍较少。2012年之后，高速公路领域进入到了高速的发展期，相关研究数量呈指数级增长，研究内容也愈发丰富。一直到2019年，高速公路的研究步入成熟期，论文发表数量保持增长，但增速逐渐放缓。从2033年开始，该领域的研究日趋减少，高速公路的发展进入稳定期。 本文采用文献计量学、科学知识图谱、自然语言理解等研究方法，借助 猎研SciRadar一站式科技创新情报平台，利用大数据分析和文本挖掘技术，采用1956-2022年期间高速公路领域的全球期刊和会议论文数据，综合梳理高速公路领域内的国内外研究现状，分析高速公路领域的研究热点和新兴研究领域，并通过相关统计预测模型估算判断其未来发展趋势。 研究现状 2.1 国内研究现状 国内研究现状分析数据主要来源于中文期刊。早期的研究有：郭耿新(1996)[1]重点探究了沪宁高速公路软基处理方法优选。王康臣(1996)[2]主要探索了高速公路路堑边坡的防护。姜紫峰(1996)[3]重点探究了高速公路交通流控制仿真的若干问题。张森林等(1992)[4]重点论述了高速公路监控系统设计实践。薛恢华(1990)[5]重点探索了国外高速公路管理体制综述。张维然等(1993)[6]重点论述了高速公路收费模式的研究。学者(1995)[7]着重分析了美国州际高速公路系统的规划。张省忠(1996)[8]着重发表了法国高速公路特许经营权项目的情况和我国推行特许经营权的前景探讨。沈怿宁(1994)[9]着重探究了惠盐高速公路边坡植草防护。后续的研究有：学者(1995)[7]重点探索了美国州际高速公路系统的规划。刘希柏等(1995)[10]着重探索了高速公路安全行车（14）。郭耿新(1996)[1]集中阐述了沪宁高速公路软基处理方法优选。王康臣(1996)[2]重点发表了高速公路路堑边坡的防护。闫百兴等(1997)[11]主要研究了高速公路建设对环境的影响分析——以吉长高速公路为例。孔祥金(1997)[12]着重剖析了对高速公路服务区的一些认识。殷宗泽等(1998)[13]集中论述了沪宁高速公路地基沉降有限元计算分析。陈海珊等(1998)[14]重点探索了广佛高速公路加宽工程的软基处理。刘建宁等(1999)[15]主要分析了山西太旧高速公路边坡绿化种草技术研究。郭昱葵等(1999)[16]着重研究了模糊数学在当宜高速公路膨胀土判别和分类中的应用。谭满春等(2000)[17]集中探索了高速公路交通流的建模与入口匝道最优控制。王茵等(2000)[18]集中论述了高速公路沥青路面使用性能综合评价指标的研究。赵剑强等(2001)[19]重点发表了高速公路路面径流水质特性及排污规律。舒翔等(2001)[20]重点探究了生态工程在高速公路岩石边坡防护工程中的应用。张俊云等(2002)[21]集中探究了高速公路岩石边坡绿化方法探讨。郑安文等(2002)[22]集中阐述了高速公路静态交通标志设置科学性分析。最新的研究有：贺梦伟等(2020)[23]着重剖析了高速公路高填方路基工程中冲击碾压施工技术的应用。赵淑俊(2020)[24]重点提出了高速公路机电设备物资管理系统的设计与实现。曹芳东等(2021)[25]主要分析了江苏省高速公路流与景区旅游流的空间关联及其耦合路径。邸洪江等(2021)[26]着重论述了高速公路桥梁大直径组合后压浆灌注桩自平衡试验研究。冯剑(2022)[27]重点分析了高速公路造价的控制与合同管理策略。贺俊华(2022)[28]重点剖析了探讨PLC在高速公路隧道监控系统中的应用。 2.2 国际研究现状 国际研究现状分析数据主要来源于外文期刊、会议论文。 国际上早期的研究有：TEITZ, M(1958)[29]主要描述了高速公路与工业区位。RAWLS, H(1957)[30]着重论述了高速公路是城市发展的新天地。学者(1961)[31]重点剖析了高速公路对次级中央商务区的影响。DEMARSH, LF(1956)[32]主要论述了菲茨杰拉尔德，约翰，F.高速公路波士顿中央动脉。学者(1961)[33]集中提出了高速公路建设项目效益成本评价方法。 后续的研究有：学者(1962)[34]着重提出了高速公路高峰小时拥堵规律。BARTELSMEYER, RR(1962)[35]集中提出了芝加哥西北高速公路上的双向高速公路车道。学者(1964)[36]着重论述了高速公路行驶过程中车速变化的检测。FRONCEK, FX(1972)[37]主要提出了联邦跨城高速公路上诉-反向谴责可能由非物理因素证明。FARRIER, DG(1974)[38]集中分析了环境立法对新奥尔良交通决策过程的影响-I-310河滨高速公路脱轨。学者(1976)[39]主要分析了高速公路上交通流的1-f波动。学者(1979)[40]着重剖析了城市发展的政治-加拿大城市高速公路争端-Leo，C。学者(1979)[41]着重剖析了高速公路噪音与公寓住户的反应。学者(1993)[42]集中探索了邻里完整性和居民熟悉度-使用地理信息系统调查地方身份。学者(1993)[43]主要分析了关于视觉、眼球运动和视觉注意力的协调，没有一条通往综合理论的高速公路。Kaufman, MM(1997)[44]着重探究了边缘城市的水文生态意义。Fujii, S等(2000)[45]主要发表了预期的旅行时间，信息获取和实际体验-阪神高速公路路线关闭，大阪酒井，日本。Hatano, Y等(2000)[46]主要发表了金属间化合物沉淀在氢通过锆合金氧化膜传输中的作用。Dijksterhuis, A等(2001)[47]着重论述了知觉-行为高速公路：社会知觉对社会行为的自动影响。Kawamura, K(2001)[48]主要发表了企业区位与交通设施关系的实证研究。Jeon, SI等(2002)[49]集中剖析了基于驾驶模式识别的并联混合动力电动汽车多模式驾驶控制。 最新的研究有：Safa, Maryam等(2020)[50]着重发表了生态护坡安全系数预测的模糊神经网络和蜜蜂神经网络预测模型。Pan, Kecheng等(2020)[51]集中发表了一种用于固态锂金属电池的柔性陶瓷/聚合物混合固体电解质。Chen, Xinqiang等(2021)[52]重点提出了航拍视频中高分辨率车辆轨迹提取与去噪。Xu, Fu等(2021)[53]着重提出了黄土地区不同成孔方式对后注浆桩承载特性影响的试验研究。学者(2022)[54]主要阐述了基于深度强化学习的实时主动道路安全管理智能干预框架。学者(2022)[55]主要发表了考虑充电选择行为和里程焦虑的电动汽车充电站选址模型。 研究热点 利用 猎研SciRadar平台的研究热点分析功能，生成高速公路领域内的主题词聚类网络图（图1）。图中节点标签的大小表示主题词的频次，颜色表示该主题词的聚类。如图所示，该网络有12个聚类，57个主题词节点、78条连线。从图中可以得出，从图中可以得出，交通安全、超细微粒、损伤严重程度、道路安全、冷却性能等高频词汇代表了当前领域的研究热点。等高频词汇代表了当前高速公路领域的研究热点。表1列举了各个聚类及其热点主题词。 图1 高速公路研究主题词共现网络图 表1 高速公路研究热点聚类及其代表主题词 序号 聚类名称 热点主题 1 交通安全（TRAFFIC SAFETY） 交通安全（TRAFFIC SAFETY）、损伤严重程度（INJURY SEVERITY）、道路安全（ROAD SAFETY）、预测模型（PREDICTION MODEL）、交通事故（TRAFFIC ACCIDENTS） 2 超细微粒（ULTRAFINE PARTICLES） 超细微粒（ULTRAFINE PARTICLES）、空气污染（AIR-POLLUTION）、主成分分析（PRINCIPAL COMPONENT ANALYSIS）、细颗粒物（FINE PARTICULATE MATTER）、空气质量（AIR-QUALITY） 3 冷却性能（COOLING PERFORMANCE） 多年冻土区（PERMAFROST REGION）、青藏公路（QINGHAI-TIBET HIGHWAY）、田间试验（FIELD EXPERIMENT）、两相闭式热虹吸管（2-PHASE CLOSED THERMOSIPHON）、复合路堤（COMPOSITE EMBANKMENT） 4 细胞自动机（CELLULAR AUTOMATA） 细胞自动机（CELLULAR AUTOMATA）、遗传算法（GENETIC ALGORITHMS）、细胞自动机（CELLULAR-AUTOMATA）、土地利用（LAND-USE）、逻辑回归（LOGISTIC-REGRESSION） 5 重金属（HEAVY METALS） 重金属污染（HEAVY-METAL CONTAMINATION）、重金属（HEAVY METALS）、重金属（HEAVY-METALS）、风险评估（RISK ASSESSMENT） 交通安全（TRAFFIC SAFETY）方面，Molnar, Lisa J.等(2008)[56]主要发表了老年驾驶员自我调节能力与驾驶相关能力关系的探索性研究，这是一项探索性研究，旨在更好地了解高龄驾驶人的自我监管实践，通过避免一些特定的驾驶情况来证明，包括在夜间、恶劣天气、交通繁忙和高速公路上左转和独自驾驶。Huang, Tingting等(2020)[57]主要探究了使用深度学习的高速公路碰撞检测和风险估计，探讨了使用深度学习模型来检测碰撞发生和预测碰撞风险的可行性，并表明深度模型比现有技术的浅层模型具有更好的碰撞检测性能和相似的碰撞预测性能。Pervez, Amjad等(2021)[58]主要发表了高速公路长隧道碰撞分析的七区域分析法，为了了解隧道的交通安全，已经进行了研究工作。以往的研究大多没有综合考虑不同长度区间隧道的不同特点。通常采用三区或四区方法，在安全分析中将隧道的入口和出口部分视为对称的。本研究采用七区分析法，对18座长度为2~3km的高速公路隧道进行了安全调查。结果表明，车辆在入口区域的碰撞率先增加，然后在中间区域减少，在出口区域再次增加。入口、入口和过渡区的高事故率归因于追尾事故。虽然单车碰撞发生在隧道入口的中间和出口区（1）：未能保持安全距离；（2）中间区域：未保持安全车距、疲劳驾驶、超速行驶、变道不当；（3）在隧道出口，超速行驶和不适当的变道是导致事故发生的主要原因。Friedman检验用于检验影响因素的显著性。对所选长隧道的碰撞发生机理进行了探讨。最后，提出了改善高速公路隧道交通安全的工程对策和政策建议。 超细微粒（ULTRAFINE PARTICLES）方面，Beckerman, Bernardo等(2008)[59]重点探索了主要高速公路附近二氧化氮与其他交通污染物的相关性，目的：本研究有三个目的：Beauchemin, Suzanne等(2021)[60]集中探究了超细道路灰尘颗粒中金属的定量和表征，道路灰尘是再悬浮可吸入颗粒物（PM）的一个重要来源，但缺乏关于超细颗粒物（UFP）化学成分的信息。；0.1微米）。本研究使用再生空气街道清扫机，调查了从加拿大多伦多市收集的垃圾“尘盒”中分离出的UFP中的金属浓度。来自高速公路、主干道和地方道路的尘盒样品在实验室中被雾化，并被分离成从10nm到10μm（PM10）的13个粒径部分。UFP约占再悬浮PM10总质量的2%（0.23-8.36%）。使用ICP-MS和ICP-OES进行的元素分析显示，与尘盒材料相比，UFP中的CD、Cr、Zn和V浓度显著富集（纳米与尘盒之比= 2).来自主干道的UFP含有比来自地方道路的UFP多2倍的CD、Zn和V以及多9倍的Cr.城市高速公路的锌浓度中值最高，这是由于交通量较大，包括轻型和重型车辆，以及较高的速度。在UFP中观察到的过渡金属浓度升高是一个人类健康问题，因为它们可能导致肺细胞中的氧化应激。Liu, Xin等(2021)[61]着重分析了高架道路两侧可吸入颗粒物垂直分布特征的无人机测量，了解高架道路旁可吸入颗粒物（PM）的分布规律，有助于解决城市空气质量恶化的问题。然而，由于测量方法的限制，颗粒物浓度的垂直分布模式还没有被清楚地认识。因此，在高架高速公路附近的三个典型地点进行了无人机（UAV）测量，以研究声屏障、植被和建筑物对PM垂直分布模式的影响。结果表明，3个试验点的平均PM浓度由低到高依次为：VN（有植被和声屏障）86.3μg/m（3），CT（对照、无植被、声屏障和建筑物）90.2μg/m（3），VNB（有植被、声屏障和建筑物）93.2μg/m.此外，PM1浓度呈单峰分布，在CT和VN站点分别在5-7M和7-9M处达到峰值。CT站PM10浓度随高度的增加而持续下降，VN站PM10浓度呈双峰分布，最大值和峰值分别出现在0~3 m和5~7 m.在开阔道路上，高密度植被比低密度植被更有利于清除下风向PM，而在街道峡谷中则相反。此外，路边浓度与交通量、路边浓度与背景浓度之间存在显著的正相关关系，Spearman相关系数分别为0.61和0.93。本研究可为缓解城市交通PM污染提供参考。 冷却性能（COOLING PERFORMANCE）方面，Zhang, Mingyi等(2015)[62]主要研究了多年冻土区碎石夹层路基通风降温性能评价，在多年冻土区高速公路下，为稳定多年冻土地层，提倡采用带通风管的碎石夹层路堤。这种路堤必须比铁路路堤具有更好的冷却效果，因为高速公路路面更宽更热。为此，通风管道的壁需要穿孔。对青藏高原多年冻土区某高速公路冲积岩夹层路基的通风降温性能进行了研究。基于传热传质理论，建立了三维数值模型。该模型考虑了空气与风管壁的耦合传热、碎石层中空气的对流传热和土壤层中的相变导热。计算结果表明，将通风管开孔并埋入碎石夹层顶部，可以大大提高路堤的降温效果。即使穿孔通风管道的中心线间距扩大到Dong, Yuanhong等(2020)[63]着重探索了青藏高原多年冻土区共和至玉树高速公路路堤现场试验，多年冻土区高速公路路基由于存在较大的冻土退化风险，其降温技术越来越受到重视。然而，它们都没有付诸实践。为适应共和-玉树高速公路（GYE）路堤建设中与冻土相关的主要挑战，提出了一些新的联合冷却技术。为了研究新提出的联合降温技术在高温退化冻土和宽路堤条件下的降温性能，沿GYE修建了8.06km长的野外路堤。介绍了2种新型复合冷却技术的结构和现场监测系统。通过现场监测数据，分析了各冷却工艺的工作状态和冷却性能。前3年的监测数据表明，通风板（VS）和热诱导路面（HIP）分别通过降低碎石层（CRL）顶部的温度，延长了碎石层内部自然对流的持续时间。CRL、VS-CRL和HIP-CRL路堤在防止多年冻土强烈融化方面表现有效。现场路堤试验为多年冻土区其他高速公路的建设提供了技术支持。Zhang, Zhenyu等(2020)[64]重点发表了青藏试验高速公路温控通风路基降温效果分析，温控通风路基（TCVE）是一种可行的风冷路基。通过在风管口安装自动控温风门，可根据环境空气温度控制管道通风路基的通风管道内的传热方式。为研究其降温性能和工程效果，在青藏高原某高速公路建设了原型试验段。现场观测数据显示，安装门后暖季管道内的平均空气温度比安装门前的温度低约3℃。年净释热量是在靠近多年冻土平台处安装门之前的1.4倍。门安装一年后，0℃等温线m，并保持与堤基平行；出现了-2℃的低温区，-1.5℃以下的低温区约为安装门前的1.3倍。在TCVE降温作用下，路堤沉降趋势减缓，冻胀力有减小的趋势。该研究验证了TCVE的有效性，在多年冻土区高速公路建设中具有一定的降温潜力。 细胞自动机（CELLULAR AUTOMATA）方面，Feng, Yongjiu等(2018)[65]重点描述了基于空间非平稳转换规则的元胞自动机土地利用动态变化模拟，土地利用变化与其驱动力之间的动态关系在空间上是变化的，可以通过地理加权回归（GWR）来识别。文章提出了一种新的细胞自动机（GWR-CA）模型，该模型结合了GWR导出的空间变化关系来模拟土地利用变化。文章的GWR-CA模型以空间非平稳转换规则为特征，充分考虑了土地利用变化中的局部相互作用。更重要的是，文章的GWR模型中的每个驱动因素都包含促进和土地利用变化的效应。应用GWR-CA模拟了2000-2015年长江三角洲苏州市土地利用的快速变化，并对GWR系数进行了可视化，以突出其空间格局和局部变化，这与其对土地利用变化的影响密切相关。开云 开云体育平台转换规律表明，城市中心区和远郊的土地转换潜力较低，而内近郊沿带状高速公路的土地转换潜力较高。残差统计表明，GWR比Logistic回归（LR）更好地拟合输入数据。与基于LR的CA模型相比，GWR-CA模型的总体精度提高了4.1%，并多捕捉了5.5%的城市增长，这表明GWR-CA在模拟土地利用变化方面可能更具优势。结果表明，GWR-CA模型能够有效地捕捉空间变化的土地转移规律，产生更符合实际的结果，适用于模拟快速城市化地区的土地利用变化和城市扩张。Liu, Song等(2021)[66]着重分析了快速城市化与土地利用政策对上海城市绿地时空动态的影响，城市化导致建成区面积不断扩大，城市人口不断增加，威胁着城市绿地的数量和质量。探索UGS的时空变化规律，有利于制定土地利用政策，保护生态系统。作为世界上最大的城市之一，上海在过去的三十年里经历了快速的城市化进程。深入了解UGS如何应对城市化和绿化政策的变化，对于指导可持续城市发展至关重要。文章采用综合分析方法对1990-2015年上海市绿地变化格局和强度进行了分析，并通过绿地率、动态变化度（DCD）、转移矩阵和景观指数4种主要方法对UGS格局的时空动态进行了分析。结果显示，上海绿地面积从1990年的84.8%下降到2015年的61.9%，而建成区面积则从15.0%上升到36.5%。在绿地亚类中，耕地被城市扩张大量侵占和破碎化，特别是在城市外环高速公路和城郊快速路带。约1522 km（2）的绿地已转移到建成区，其次是农田、水体、森林和草地。2000-2010年期间，UGS经历了强劲的城市扩张和巨大的变化，但在2015年前后，这种变化开始下降并趋于稳定。景观格局指数显示，在过去的25年里，上海整个绿地的破碎化和孤立化程度越来越高。结合1990-2015年发布的绿色空间相关规划和政策，结果表明，快速城市化和绿化政策共同解释了UGS的时空动态。在此基础上，提出了一些对上海新的城市规划和政策的启示。Zeng, Junwei等(2021)[67]主要阐述了Kerner三相交通理论框架下事故与入口匝道组合瓶颈下的高速公路交通流，许多交通事故发生在快速路与匝道的合流、分流区，形成了交通事故与匝道同时发生的组合瓶颈，对交通流产生不利影响。基于经典的KKW（Kerner-Klenov-Wolf）三相位交通流模型，引入交通事故并定义事故地点前方车辆换道优先规则，提出事故条件下高速公路匝道系统交通流模型，模拟分析开放边界条件下交通事故对交通流的影响。研究发现，在自由流情况下，事故引起的阻塞基本不会向上游传播，但在同步流情况下，事故引起的阻塞会明显向上游传播。此外，在流量同步的情况下，事故和入口匝道的联合瓶颈效应明显。该工作有助于理解交通拥堵的发生机理，为事故状态下的交通管制提供参考建议。 重金属（HEAVY METALS）方面，Faiz, Yasir等(2009)[68]主要描述了巴基斯坦堡高速公路沿线镉、铜、镍、铅和锌的扬尘污染，堡高速公路是巴基斯坦首都最繁忙的公路之一。为了评估高速公路产生的灰尘中的重金属污染水平，Wang, Shibao等(2020)[69]重点分析了道路交通警察微量元素的来源及暴露风险，2015年采集并分析了天津市主干道、次干道、支路和快速路4类道路沿线样品，发现道路沿线年均浓度均超过《环境空气质量标准》（GB3095-2012）。不同季节PM2.5和PM10中铬（Cr）、锰（Mn）、镍（Ni）、锌（Zn）、砷（As）和镉（CD）的浓度差异显著（P0.05），0.05).富集因子（EF）分析表明，PM2.5和PM10中的CD、Cu、Zn、As、Ni和Pb主要来源于人为源。因子分析（FA）和相关分析（CA）表明，机动车排放（尾气排放和非尾气排放）、土壤尘、燃煤和工业排放是天津市路边PM2.5和PM（10）的主要来源。PM2.5和PM10中所选元素的总危险商（总HQ）和总致癌风险（总Cr）均在可接受范围内。Pb的HQ高于其他金属，因此应给予特别关注。交通警察的Cr暴露最高（PM2.5为1.01×10（-5），PM10为1.52×10（-5）），其次是As和Ni.敏感性分析表明，Cr、As和Ni的暴露浓度、暴露时间（ET）和暴露频率（EF）的总贡献超过50%，表明这些金属对健康风险评估的不确定性影响最大。Beauchemin, Suzanne等(2021)[60]主要探索了超细道路灰尘颗粒中金属的定量和表征，道路灰尘是再悬浮可吸入颗粒物（PM）的一个重要来源，但缺乏关于超细颗粒物（UFP）化学成分的信息。；0.1微米）。本研究使用再生空气街道清扫机，调查了从加拿大多伦多市收集的垃圾“尘盒”中分离出的UFP中的金属浓度。来自高速公路、主干道和地方道路的尘盒样品在实验室中被雾化，并被分离成从10nm到10μm（PM10）的13个粒径部分。UFP约占再悬浮PM10总质量的2%（0.23-8.36%）。使用ICP-MS和ICP-OES进行的元素分析显示，与尘盒材料相比，UFP中的CD、Cr、Zn和V浓度显著富集（纳米与尘盒之比= 2).来自主干道的UFP含有比来自地方道路的UFP多2倍的CD、Zn和V以及多9倍的Cr.城市高速公路的锌浓度中值最高，开云 开云体育平台这是由于交通量较大，包括轻型和重型车辆，以及较高的速度。在UFP中观察到的过渡金属浓度升高是一个人类健康问题，因为它们可能导致肺细胞中的氧化应激。 研究前沿 运用 猎研SciRadar平台的前沿发现识别功能，可以检测高速公路领域内在短时间内出现频次快速增加的专业术语，并从中挖掘该领域的研究前沿，如表2所示。 表2 高速公路研究前沿 序号 主题词 前沿度 兴起时间 1 多年冻土区（PERMAFROST REGION） 1.77 2015~2016 2 公路工程（HIGHWAY ENGINEERING） 1.77 2011~2011 3 按重量收费（TOLL-BY-WEIGHT） 1.44 2012~2012 4 空气质量（AIR-QUALITY） 1.05 2017~2017 5 形成机制（FORMATION MECHANISM） 1.04 2012~2012 6 风险评估（RISK-ASSESSMENT） 1.03 2019~2019 7 跟车（CAR-FOLLOWING） 1.00 2017~2017 8 交通事故（TRAFFIC ACCIDENT） 0.94 2009~2011 9 时间间隔（TIME HEADWAY） 0.88 2017~2017 10 管理车道（MANAGED LANES） 0.86 2018~2018 4.1 多年冻土区（PERMAFROST REGION） Wang, Tao等(2019)[70]主要描述了寒区路基不确定水热特性的随机耦合分析，寒冷地区路基热工性能的不确定性是路基安全设计和施工的重要依据。特别是对于高含水地基，由于水分迁移的存在，其工程性质非常复杂和特殊，会对随机水热过程产生强烈的耦合作用。为了评估寒区路基的不确定水热特性，提出了水分迁移、热传导和冰水相变耦合的随机分析方法。热液参数被认为是随机场。提出了由点方差计算局部平均方差的方法，建立了冻土随机水热过程的耦合模型。利用随机耦合程序对青藏铁路沿线某路基的不确定水热行为进行了计算，得到了温度和未冻水含量的统计特征变化规律，并对其进行了分析。该研究为寒区路基随机水热特性的评价提供了一种新的途径，表明水分迁移可以促进冻土中不确定的热传递，提高冻土温度特性的有效性。7月15日和10月15日，路堤底部未冻水含量的标准差较大，温度和未冻水含量的平均标准差随时间的推移而增大，不确定水热性质的变异性越来越明显。研究结果有助于加深对不确定水热过程随机耦合效应的认识，为寒区堤防工程的设计、运行和维护提供理论依据。 Yu, Qihao等(2019)[71]重点提出了多年冻土区高速公路复合降温路基的蓄冷效应，通过对青藏高原北麓河流域试验段复合降温路基的长期现场监测，研究了复合降温路基的热工性能。6年的土壤温度记录表明，采用混凝土空心砖和通风管相结合的措施对路基土壤进行降温效果显著。在调查期间，路堤下的永久冻土上限向上移动至自然地面，深度为-15 m的路基土层经历了相当大的冷却。在此基础上，通过数值模拟，对比研究了不同表面宽度（13和26m）的这种冷却路堤的长期热性能。模拟结果表明，两种路堤在冷却路基土壤方面都表现良好。然而，宽路堤下路基土壤的年热损失大于窄路堤下路基土壤的年热损失。通过较宽的冷却路堤，路堤施工后更多的冷量积聚在路基土中，文章称之为“冷量积聚”效应。这种冷积累效应可以在气候变暖的背景下更好地保证下伏多年冻土的热稳定性，增强路基的长期稳定性。 4.2 公路工程（HIGHWAY ENGINEERING） Shi, Shaoshuai等(2019)[72]重点阐述了浅埋公路隧道围岩变形智能预测及工程应用，拱顶下沉是浅埋暗挖隧道施工的主要危害因素之一。因此，准确预测拱顶沉降范围对于最大限度地降低可能发生的破坏风险至关重要。考虑浅埋隧道围岩变形的时间序列回归特征。将支持向量机（SVM）信息粒化方法应用于深埋隧道围岩变形预测。首先，获取隧道拱顶沉降监测数据。其次，将三个拱顶沉降数据转化为三角形模糊粒子。模糊粒子中的Low、R、Up三个参数分别表示拱顶三天沉降的最小值、平均值和最大值。然后，利用支持向量机预测隧道拱顶沉降的下限值、R值和上限值。最后，将SVM信息粒化方法建立的围岩变形预测模型应用于青兰高速公路盘龙山隧道，预测结果与实际情况吻合较好，表明SVM信息粒化方法应用于浅埋隧道围岩变形预测具有较高的精度。同时，SVM信息粒化方法简单可行，易于实现。该方法是一种有效的围岩变形预测方法，具有良好的工程应用前景。 Gao, Hongjie等(2019)[73]集中描述了超大断面公路隧道围岩压力计算方法研究，莲塘隧道围岩压力的估算和监测结果与国内外30多个工程围岩压力的对比，有力地证明了文章提出的相关关系的合理性和普遍适用性。 4.3 按重量收费（TOLL-BY-WEIGHT） Mo, Xianglun等(2020)[74]主要提出了基于图像处理的公路货车限载方法研究，提出了一种以改进的Hough和CURE算法为核心的圆检测方法来识别货车轮轴，结果表明该方法具有较高的精度和效率。 4.4 空气质量（AIR-QUALITY） Azeez, Omer Saud等(2019)[75]重点剖析了交通车辆Co排放的人工神经网络模拟，交通排放被认为是特大城市环境影响及其对人类健康的危险影响的主要原因之一。文章提出了一种基于数据挖掘和GIS模型的混合模型，旨在预测马来西亚新巴生谷高速公路交通排放的车辆一氧化碳（Co）。该混合模型基于地理信息系统（GIS）和优化的人工神经网络算法，并结合基于相关性的特征选择（Correlation Based Feature Selection，CFS）算法，利用实地调查和开源数据，在微尺度水平上预测小城市区域的每日机动车Co排放量并生成预测图，这是文章的主要贡献。另一个贡献与案例研究有关，它代表了收费广场区域和道路网络之间车辆Co排放的空间和数量变化。所提出的混合模型包括三个步骤：第一步是实现基于相关性的特征选择模型，以选择最佳模型的预测器；第二步是利用多层感知器神经网络模型对车内Co浓度进行预测；第三步是创建微尺度预测图。该模型使用了六个交通Co预测因子：车辆数量、重型车辆数量、摩托车数量、温度、风速和数字表面模型。通过网格搜索方法优化网络结构及其超参数。周末和工作日每隔15分钟观测一次交通Co浓度，每天观测4次。结果表明，所建模型的验证准确率达到80.6%。总体而言，所开发的模型被认为是在高度拥挤地区进行车辆Co模拟的有前途的工具。 Zhi, Huinan等(2020)[76]集中描述了高架桥对典型街道大气颗粒物扩散的影响：现场实验与数值模拟，为了研究高架桥对高架桥下方颗粒物扩散的影响，对有高架桥和无高架桥的道路两侧的可吸入颗粒物（PM）浓度进行了现场测量。采用拉格朗日坐标系下的离散相模型，利用计算流体力学（CFD）方法模拟了高架桥周围的空气流动和颗粒物（PM2.5）分布。该案例研究的实验结果表明，高架公路上的PM10（156.7 mu G m（-3））、PM2.5（77.3 mu G m（-3））和PM1（56.5 mu G m-3）的平均质量浓度分别超过地面高速公路的15%、10%和12%。模拟发现，在有高架桥和障碍物的情况下，峡谷中产生了两个主涡和两个或三个次涡，而在没有高架桥的情况下，峡谷中只有一个主涡。高架桥导致可吸入颗粒物分布不均匀，下风侧近地面浓度最高。涡旋中心随地面气温升高而升高，但浓度基本保持不变。结果表明，高架桥增加了街道峡谷内的可吸入颗粒物浓度，并对气流场产生了较大影响。Delta T和高架桥上的声屏障都能降低PM浓度，但效果有限。 4.5 形成机制（FORMATION MECHANISM） Liu, Weiwei等(2021)[77]重点探究了挤压性围岩中大跨度隧道双衬砌变形特性及力学机理研究，大变形一直是深埋挤压性围岩隧道施工中的重点和难点问题。以往的研究主要集中在软土地层中小跨度铁路/公路隧道的大变形问题。然而，在不良地质环境下修建大跨度（三车道）公路隧道，对大变形控制方法的研究还很有限。以宝汉高速公路连城山隧道为依托，采用现场试验和数值模拟相结合的方法，研究了绿泥石片岩地层中大跨度隧道在初期支护采用单层衬砌和双层衬砌时的围岩变形特征和力学机理。研究结果表明，初期支护采用双衬砌比单衬砌更能有效地抑制围岩变形，最大竖向位移和水平收敛分别减小了67%和66%。采用双HK200B型钢套钢与大直径锚杆（FRB）、深仰拱相结合的支护方式，有效控制了箱型隧道的大变形，避免了单一初衬支护方式造成的支护结构失效、反复侵限和多次整形工作，符合挤压性地层隧道“无限界干扰、无支护整形”的节能施工理念。通过对围岩变形、支护结构应力和塑性区分布的模拟分析，评价了两种变形控制方法的支护效果。最后，建立了两种变形控制方式下围岩-支护的变形和应力特征曲线，揭示了绿泥石片岩大跨度隧道一次双衬支护机理。研究成果可为类似大跨度隧道在挤压性围岩中的大变形控制提供理论依据和实践参考。 Li, Q.等(2020)[78]主要论述了开挖和降雨诱发粉砂岩边坡失稳的现场调查与数值模拟研究，软弱岩质边坡失稳是我国南方公路建设中常见的工程问题。针对广东省某高速公路施工过程中诱发的粉砂岩边坡失稳问题进行了研究。通过现场监测和数值模拟分析，研究了该滑坡的破坏机制和形成过程，该滑坡与施工活动和长时间降雨有关。根据边坡变形特征和监测资料，将边坡变形分为两个阶段：开挖引起的缓慢蠕变期和降雨触发的加速滑动期。数值模拟结果表明，在开挖过程中，坡体前缘产生较大的水平位移，初始塑性区发育，形成浅层滑坡。在20天的连续降雨过程中，边坡浅层含水量不断增加，边坡表层形成暂态饱和区。雨停后7天内，边坡的零孔隙压力面逐渐向边坡内部移动，塑性区开始向坡顶扩展。此外，雨水沿裂隙向下渗透形成渗透带，加速了岩土体的软化过程，进一步降低了边坡的安全系数。开挖和降雨的共同作用最终导致粉砂岩边坡失稳。然而，持续降雨是引发深层滑动的关键因素。边坡的变形破坏主要经历了坡面局部崩塌、坡脚塑性区形成、坡脚隆起、滑坡顶部拉裂缝形成四个阶段。粉砂岩边坡的破坏模式属于前缘鼓胀、后缘拉裂的后退型。根据滑坡的变形特征和破坏机理，提出了滑坡的综合防治措施，包括临时应急措施和长期治理措施。 4.6 风险评估（RISK-ASSESSMENT） Han, Cheng等(2019)[79]重点论述了基于GC/MS和PTR-TOF-MS的广州市不同功能区挥发性有机物污染特征及其大气环境意义，臭氧是目前中国珠江三角洲地区的主要大气污染物。大气中的挥发性有机物（VOCs）是臭氧形成的重要参与者。因此，采用离线（气相色谱-质谱（GC/MS））和在线（质子转移反应-飞行时间质谱（PTR-TOF-MS））两种方法测量了广州市环境空气中VOCs的污染状况。选择了三个不同的功能区，即车辆检测站（VSD）、城市高速公路路侧（RCE）和高等教育中心（HEMC）。GC/MS测定结果表明，VSD、RCE和HEMC站点的总VOCs（TVOCs）浓度平均值分别为55.0、44.9和24.5ppb.在VSD现场，主要组分为芳香烃（占TVOCs的41.4%），其中甲苯所占比例最大（17.6%）。相反，脂肪烃是RCE（占TVOCs的50.2%）和HEMC（占TVOCs的47.4%）的主要基团，其中正己烷是主要化合物（RCE和HEMC位点分别为18.4%和21.6%）。相比之下，PTR-TOF-MS分析的所有研究站点的平均TVOC水平都要高得多，因为可以检测到大量的氧化VOCs（在VSD、RCE和HEMC站点，OVOCs分别占TVOCs的72.0%、76.3%和73.5%），而GC/MS没有检测到。在所有三个研究站点的OVOCs中，甲醇是最丰富的成分。对大气光化学活性的评估表明，在VSD、RCE和HEMC站点，VOCs对臭氧生成潜势（OFP）的平均贡献分别为8.5×10（2）、7.3×10（2）和8.2×10（2μg m（-3），OVOCs是OFP的主要贡献者。研究结果可为当地政府消除VOCs、减轻臭氧污染提供参考。 Kim, Do-Gun等(2019)[80]主要发表了通过清扫减少与道路沉积沉积物有关的非点源污染物，本研究的结果表明，清扫收集RDS是减少径流中污染物的一种很好的替代方法，并且RDS含有大量可生物降解的有机物。 4.7 跟车（CAR-FOLLOWING） Ahmed, Ahmed Abdulkareem等(2019)[81]重点提出了使用神经网络和地理空间信息系统的车辆交通噪声预测和传播建模，所提出的神经网络模型被认为是密集城市地区交通噪声评估和使用数学模型模拟交通噪声排放传播的有前途的工具。 Dong, Yaping等(2019)[82]主要研究了碳排放与中国高速公路交通流模式，交通流模式严重影响车辆碳排放。通过实地测试，获取不同交通流模式下的燃料消耗和交通量数据，探讨交通流模式与机动车碳排放之间的关系。碳排放数据是通过政府间气候变化专门委员会提出的间接碳排放核算方法获得的。以容量比为解释变量，分别建立了柴油车和汽油车的碳排放预测模型。结果表明，拥挤流量条件下的碳排放量最高，其次是不稳定流量、自由流量和稳定流量。容量比与碳排放呈三次曲线函数关系。体积容量比为0.4~0.5的货车和客车的碳排放量相对较小。所提出的碳排放模型有效地量化了不同交通流模式下车辆的碳排放量。文章的研究成果可为高速公路运营管理和未来低碳高速公路改扩建项目提供数据支持和可操作的参考。 4.8 交通事故（TRAFFIC ACCIDENT） Sun, Hao等(2019)[83]重点探究了2001年至今中国隧道交通事故的时空特征，为了减少事故的发生，需要在重点时段采取特殊的交通勤务，高速公路隧道运营部门应完善管理制度，并教育所有驾驶员在进入隧道时要更加小心。 Zhao, Jiandong等(2019)[84]着重发表了基于LSTM方法和北斗卫星导航系统数据的交通速度预测，基于长短期记忆（LSTM）的深度学习模型对交通速度进行预测，结果表明，该方法的预测精度高于SVR算法，且在非周期通拥堵情况下具有更好的鲁棒性。 4.9 时间间隔（TIME HEADWAY） Lyu, Nengchao等(2019)[85]重点剖析了中国的现场运行试验：探索先进驾驶员辅助系统对驾驶性能和制动行为的影响，已经开发了各种高级驾驶员辅助系统（ADAS）来改善驾驶员的行为和感知能力。然而，这些ADAS是否对驾驶性能有任何可测量的影响，需要通过现场操作测试来验证。本研究的目的是评估ADAS对中国驾驶员的有效性，以及道路类型、性别和经验对驾驶行为的任何可能的影响，这些影响可以通过几个变量来衡量，包括纵向、横向和制动行为。本研究中使用的ADAS是具有前向碰撞预警（FCW）和车道偏离预警（LDW）功能的Mobileye M630。32名参与者被招募来驾驶一辆装有Mobileye M630的车辆。参与者驾驶相同的测试路线公里的高速公路以及一条14公里的改造道路。通过CAN（Controller Area Network）总线和摄像机记录车辆动力学、环境信息和驾驶操作数据。结果表明，ADAS显著影响制动行为。当驾驶员暴露于ADAS时，制动时间增加，相对速度降低。ADAS还显著影响几种纵向行为，包括纵向减速度和车头时距（THW）。在实验中，临界低THW的发生减少。然而，对横向行为没有显著影响。此外，驾驶员对FCW功能的接受度远高于LDW功能，高速公路和高速公路上的接受度远高于城市道路。研究结果还揭示了道路类型和经验对驾驶行为的显著影响。这些发现为ADAS未来发展的政策制定和技术改进提供了支持。 Farrag, Siham G.等(2020)[86]集中分析了基于微观仿真的拥挤高速公路驾驶行为建模分析，最近，仿真模型在世界范围内被广泛用于评估不同交通设施和管理策略的性能，以实现高效和可持续的交通系统。微观模拟模型的校准和验证是保证模型反映当地情况的可靠性的关键因素之一。大多数现有的校准工作集中在驾驶员行为和变道参数的实验设计上。为此，文章描述了在高峰时段使用VISSIM软件对微观模型进行校准和验证的必要程序。该程序适用于阿曼苏丹国的马斯喀特高速公路。通过多参数灵敏度分析，确定了校准参数和有效性度量。通过最小化模拟数据和现场数据之间的误差来获得这些参数的最佳值。在文章提出的模型中，文章使用交通量和旅行速度来校准模型，并使用平均旅行时间来验证校准的模型。研究结果表明，驾驶特性对合流区合流/分流流量比、路段长度、出入口匝道间距以及重车比例均有显著影响。研究结果还表明，提前并线和合作变道设置以及安全距离折减系数、必要的变道、最小车头时距（前/后）和紧急停车对模拟精度有显著影响，尤其是在入口匝道和出口匝道。最后，文章提出的模型可以作为未来交通策略分析和智能交通系统评估的基础，以帮助决策者进行长期和可持续发展的决策。 4.10 管理车道（MANAGED LANES） Farrag, Siham G.等(2020)[86]重点探索了基于微观仿真的拥挤高速公路驾驶行为建模分析，最近，仿真模型在世界范围内被广泛用于评估不同交通设施和管理策略的性能，以实现高效和可持续的交通系统。微观模拟模型的校准和验证是保证模型反映当地情况的可靠性的关键因素之一。大多数现有的校准工作集中在驾驶员行为和变道参数的实验设计上。为此，文章描述了在高峰时段使用VISSIM软件对微观模型进行校准和验证的必要程序。该程序适用于阿曼苏丹国的马斯喀特高速公路。通过多参数灵敏度分析，确定了校准参数和有效性度量。通过最小化模拟数据和现场数据之间的误差来获得这些参数的最佳值。在文章提出的模型中，文章使用交通量和旅行速度来校准模型，并使用平均旅行时间来验证校准的模型。研究结果表明，驾驶特性对合流区合流/分流流量比、路段长度、出入口匝道间距以及重车比例均有显著影响。研究结果还表明，提前并线和合作变道设置以及安全距离折减系数、必要的变道、最小车头时距（前/后）和紧急停车对模拟精度有显著影响，尤其是在入口匝道和出口匝道。最后，文章提出的模型可以作为未来交通策略分析和智能交通系统评估的基础，以帮助决策者进行长期和可持续发展的决策。 Lei, Tian等(2021)[87]主要提出了基于机器学习的交通流连续性参数高速公路交通事故预测，为了更好地捕捉高速公路交通流特性，提高实时碰撞预测模型的实用性，提出了两个新的描述交通流在空间维度上的平滑性和连续性的变量，并将其引入到碰撞预测模型中，以解决变量空间的相关性问题。 5. 结论 综上所述，国内外学者对高速公路的研究虽然成果较为丰富，但是高速公路的研究本身涉及众多领域，一方面不同的学者可以从不同的角度、不同的方法来研究高速公路领域；另一方面，关于高速公路的深入研究仍存在不少现实问题。正因为如此，也为论文的写作选取了不错的突破口，相信通过本文的概述能够为相关课题的研究指出方向。 参考文献 [1] 郭耿新.沪宁高速公路软基处理方法优选[J].地基处理,1996(1). 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