道路工程中的学科交叉研究方法与成果

摘要：为了使道路工程产生更多的科研成果，实现前沿问题的重大突破，需要将多学科进行交叉融合。本文主要介绍几种主要的交叉学科在道路工程中的应用，研究发现：可以将医学上常用的CT技术用于研究沥青混凝土的细观损伤研究和地质勘查等；探地雷达在道路检测中应用广泛，最常用的是路面厚度和地下管线的检测；将医学上动态眼动特征用于驾驶员生心理检测中，提高了道路的安全性能 ；将全球定位系统用于道路路线设计中，实现了勘测的数字化和自动化。

关键词：道路工程 学科交叉 CT 探地雷达 动态生心理 GPS

中图分类号：U41 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2013）05-0323-01

一、引言

学科交叉融合是当今时展的必然趋势。据统计，目前比较成熟的学科大约有5550门，其中交叉学科总量近2600门，占全部学科总数的46.8%之多，其发展表现出良好的势头和巨大的潜力[1]。道路工程自成立以来，随着本学科理论知识的进步以及和诸如医学、物理学、心理学、材料学等多学科的交叉融合，给道路工程注入了新的活力，为道路工程更快更好的发展提供了更好的平台。本文主要介绍CT技术、电磁学，心理学和GPS技术与道路工程间的交叉融合情况。

二、CT技术

CT技术是电子计算机X射线断层扫描技术的简称，是利用X射线穿透物体断面进行旋转扫描，收集X射线经此层面不同物质衰减后的信息，进行放大和模数转换后，由计算机在CT的探测空间范围内，与空间某点相关的各个方向射线进行空间解算，得出与该点X射线吸收系数μ直接相关联的数值，从而形成一幅物体层面的μ数字图像。它是一种功能齐全的病情探测仪器。CT技术不仅在医学上应用广泛，而且也可以用于道路工程的研究。例如用来研究沥青混合料的细观损伤和分形特征，研究混凝土的损伤演化，以及用于岩土工程的地质勘查等。

随着我国交通事业的发展，大量沥青混合料被广泛应用在公路建设中。沥青混合料的变形与强度的宏观规律和（微）细观结构是直接相关的，沥青混合料是具有复杂结构的非均质、多相（气相、液相、固相）和多层次（微观、细观、宏观）的复合材料体系，其宏观行为所表现的不规则性、不确定性、模糊性、非线性等特征，正是其微观结构复杂性的反映，其内部结构特征与其力学行为和耐久性有着密切联系[2]。

三、探地雷达

探地雷达测试技术是一种利用高频电磁脉冲电磁波在不同电磁性介质中的传播规律，探测地下目标分布形态及特征的方法。探地雷达勘察方法以其非破坏性探测、抗干扰性强、分辨率高、操作方便等优势，在较短的时间内被迅速推广应用于国内外公路质量检测中。我国自 20 世纪 90 年代引进探地雷达系统开展在道路、隧道、堤坝、灾害地质调查等方面的应用研究工作，取得了良好的社会效益和经济效益[3]。

随着我国城市建设的飞速发展，地下管线的工程设施也愈来愈错综复杂，地面施工也越来越频繁，因为缺乏对地下状况的准确了解而造成的施工事故的频发，不仅给我们带来了许多不便，更多的是危险。将探地雷达用于地下管线中可以使整个城市的地下管线变得透明化。探地雷达技术在道路检测方面的应用十分广泛，其具备很多技术所不能比拟的优点，无论是厚度检测、隧道中安全检测以及路面质量检测中，都能快速有效地得出结果，相信随着科技的更新，探地雷达技术的发展前景会越来越好。

四、驾驶员动态生心理检测

大量的研究表明，与交通事故最为密切相关的是驾驶员的动态视觉特性。可见，驾驶员的视觉―眼动特征如：眼睑闭合状态、注视区域、注视方向、注视时间等是驾驶员注意力的线索，能够很好地反映驾驶员与自身所处驾驶环境（车内、车外）的互动关系，以及反映驾驶员的内在生理、心理状态[4]。因此驾驶员视觉- 眼动特性尤其是动态特性是驾驶员驾驶行为特性研究中的重要内容。驾驶员动态生心理检测仪器主要有：动态眼动仪SMI，动态脑电仪ERP，动态多参数生理检测仪，皮电仪（测谎仪）等。

随着在道路方面研究的扩展，驾驶员视觉-眼动系统的研究有助于完善交通标志的设计、设置，提高交通标志交通管理信息传递的准确率，解决我国的混合交通问题。随着眼动仪智能化的进一步发展，硬件的小型化、低成本，眼动在公路方面的应用研究将会越来越广泛，眼动研究与对驾驶员的研究结合更为紧密。

五、GPS

全球卫星定位系统（Global Positioning System 简称 GPS ）， 是以人造地球卫星为观测对象的无线电导航系统，该系统能为用户提供精密的三维空间坐标、运动物体的三维速度和标准时间， 具有全球性、连续性和全天候的功能。它由导航星座、地面台站和用户定位设备三部分组成。

在道路工程中，GPS目前主要用于建立各种道路工程控制网及测定航测外控点等。目前，国内已逐步采用GPS技术建立线路首级高精度控制网，如沪宁、沪杭高速公路的上海段就是利用GPS建立了首级控制网，然后用常规方法布设导线加密[5]。实践证明，在几十公里范围内的点位误差只有2cm左右，达到了常规方法难以实现的精度，同时大大提前了工期。另外，GPS还可用于建立高精度的道路工程控制网以及道路施工放样。总之，将 GPS 技术应用于道路工程建设，结合传统的道路勘测作业方式带来了巨大变革， 使道路测设水平显著提高。

六、结论

道路工程与其它学科间的交叉是科学发展的必然趋势，完善了道路工程并引出新的子学科，为道路工程的发展提供了源源不断的动力。随着科学技术的迅猛发展，科学研究呈现从高度分化走向高度综合的新趋势。科学发展的这种综合性趋势，使得对每一个科学问题的解决都不能仅仅局限在某一科学领域。因此，对于今天的科学工作者来说，仅仅从一个学科领域来探讨科学问题就如同盲人摸象，只会得出片面的结论。科学上的重要成果、新的生长点以及新学科的产生，往往是在多种学科专业彼此交叉、融合、渗透中形成的。多学科交叉已经在当代科学、经济和社会发展中具有举足轻重的作用。

参考文献：

[1]蔡兵，马跃.交叉学科研究的动力机制分析[J].西南交通大学学报（社会科学版），2008，（9）：75-80.

[2]胡迟春，瑞宜.基于CT技术沥青混合料集料的识别与分离 [J].公路交通科技，2011，（1）：13-17.

[3]梁富会.路面雷达检测技术初步研究[J].交通标准化，2012，（2）：63-66.

[4]林英姿，余群.车辆转向操纵过程中驾驶员的生理/心理分析与测试[J].汽车工程，1998，（2）：71-76.

[5]雷娟.GPS测量在道路工程中的应用[J].铁道勘测与设计，2007，（1）：1-4.