近年来，中国公路建设成果斐然，路网规模快速增长、关键技术不断突破。为进一步提升中国路面工程学科水平及国际影响力，推动路面工程可持续、高质量发展，从公路韧性评估与恢复、长寿命路面结构与材料、公路交通能源自洽、低环境影响公路技术、路面材料基因与高通量、公路数字化及智能化、公路智能检测与高性能养护等七大研究方向，系统梳理了近年来国内外路面工程的发展现状、前沿热点问题与未来发展趋势。具体围绕公路绿色化、韧性化、智能化、长寿命与交能结合等领域，遴选了20个热点研究方向，涵盖公路致灾因素及失效机理、公路韧性评估与恢复、公路韧性提升关键技术、公路长寿命路面结构足尺试验、公路结构与功能寿命增强技术、公路清洁能源采集技术、公路能源自洽设计、公路路域环境影响测试与评估方法、低环境影响路面新材料、沥青路面温拌再生技术、路面材料基因研究、路面材料跨尺度计算、路面材料基因与高通量研究、公路数字化建模技术、公路数字孪生仿真技术、公路运维数据驱动技术、公路探地雷达检测技术、路面性能轻量化检测、公路沥青路面抗滑性能检测及恢复技术、公路高性能预防养护技术等主要内容。该综述可为中国路面工程学科发展提供指引和参考，为路面工程领域研究人员与技术人员提供参考和借鉴。
关键词
综述 | 公路韧性评估与恢复 | 长寿命路面结构与材料 | 公路交通能源自洽 | 低环境影响公路技术 | 路面材料基因与高通量 | 公路数字化及智能化 | 公路智能检测与高性能养护
3、公路交通能源自洽
3.1公路清洁能源采集技术(长安大学王朝辉教授撰写)
自然界蕴藏着丰富的高熵能源，中国500多万km的公路规模包含丰富的清洁能源，包括交通荷载的机械能、太阳辐射的温差能和光能等。若能通过能源采集技术将能量转换为清洁电能，则可解决公路沿线基础设施的供电问题，提高公路交通能源自给率。现有公路清洁能源采集技术主要包括压电能源采集技术、热电能源采集技术和光伏能源采集技术。
3.1.1公路压电能源采集技术
行车荷载作用下，公路内部蕴藏大量机械能，压电能量转换技术能够将这部分机械能转化为电能，压电能量采集存储技术能够将转化的电能采集和存储。此过程包含压电俘能单元的能量转换、压电俘能装置的能量传递、采集存储电路的能量收集及压电俘能系统的现场铺设等。
压电俘能单元以压电材料为载体，以一定的形式和结构承接车辆荷载实现能量转换。现有道路领域研究多采用PZT系列压电陶瓷材料的堆叠式、悬臂梁式或蜂鸣片式压电俘能单元[206-209]，并通过电极结构改进、整体尺寸优化及保护措施设计等方式[210-211]，提高了其电学性能、耐久性能和公路适用性。但现有压电俘能单元的整体发电量仍然不足，且长期疲劳发电性能尚未明确。同时，PZT压电材料自身的力电效率限制了压电俘能单元更高效的电学输出，急需研发性能更优且适用于公路交通的压电材料，并针对其特性有的放矢的设计压电俘能单元结构，提高其力电效率和耐久性。近年来，PVDF柔性压电薄膜材料因其在抗振和抗疲劳等方面的优势逐渐被考虑用于公路能量采集[212]，但其压电常数相对较低[213]，高功率输出的大位移需求与公路行车舒适要求之间的矛盾成为其在公路领域应用的主要问题。根据应用场景研究具备良好抗压/抗弯和高电学性能的PVDF-PZT复合压电材料，或许是未来提高压电俘能单元各方面性能的有效途径。
压电俘能装置实现能量传递，其传荷结构需考虑压电俘能单元的工作模式及车辆荷载的传递方式，并考虑结构承载能力和防水密封要求。现有设计采用有限元模拟、加载试验等手段[214-216]，通过匹配功能模块与路面和轮胎之间的尺寸与结构进行设计，提高了压电俘能装置发电性能和公路兼容性，但单次碾压输出功率多处于MW级别。部分学者通过改进荷载传递结构和增加压电俘能单元数量[209，217]，将输出功率提升至W级别，达到约100Wm^-2水平。未来仍需结合压电俘能单元特性设计合理的荷载传递结构，进一步提高其整体发电量和单位面积发电量。关于实现能量收集的采集存储电路，已有学者证实了商用能量采集电路的采集效率较低[218]，需有针对性地设计压电能量采集存储电路。具有代表性的压电能量采集存储电路包括监测峰值电压的同步电荷提取电路、基于最优功率点跟踪理论的压电能量采集电路等[218-219]，但在能量采集和结构损耗总体控制方面仍存在提升空间。未来可针对公路压电能量输出的低频、不连续、不规则特性，考虑压电陶瓷的高电压、低电流、高阻抗特性，设计适用于公路交通和压电特性的高效能量采集存储电路，提升公路压电能量采集存储技术的整体效率。
压电俘能系统的现场铺设需考虑施工便捷和工作耐久要求，现有成规模的现场铺设仍属于以色列技术研究所和Innowattech公司铺设的预计产生100~200kWhkm^-1电力的压电路面，但未见技术公开和推广应用。公开的探索性铺设测试较少，集中于公路常规路段、收费站、减速带等场合[220-222]，输出功率已达到10W级别，每天每公里实际发电量达到110kWh，对应每天每平方米发电量为0.23kWh，机电转换效率达到20%以上，但也暴露出装置或路面材料的耐久性能不足、切割公路导致的施工工序复杂等问题，未来可在改进现场装置布设的基础上，结合先进施工技术提出合理的压电俘能系统现场铺设方案。
3.1.2公路热电能源采集技术
太阳辐射与地热之间的温度差提供了丰富的热能，热电材料能够将其转化为电能，从而减少公路结构内部温度差，延长公路使用寿命[223]。该技术研究相对较少，其组成模块与其他清洁能源采集技术相似，采用热电材料转换能量，通过热电发电系统传递热能。其中，优异的热电材料需具有高Seebeck系数、低电阻率和低导热系数，从而减少能量损失、提高转换效率，但其电导率和导热率之间的内在关系制约了其高热电性能的发挥[224]。
公路热电发电系统的研究包括路面结构管道液体系统设计和热电发电装置设计2种方向。管道液体系统设计方向的研究较少，液体泄露寿命折减、极端天气管道损坏等问题有待解决[225]。热电发电装置设计的研究主要集中于导热结构设计、冷热端优化设计、埋设深度优选等方面，其最大输出功率处于MW级别，每天每平方米发电量仅为0.01kWh，且能量转换效率低于1%。未来仍需继续研发更优异的热电材料或引入其他领域的先进导热技术，并探索匹配的埋设位置，提高温差俘获量、减少温度损失率。
近年来，部分学者尝试研制了热电胶凝复合材料，但其制备工艺复杂，尚未应用于实际路面中[226]。热电胶凝复合材料与热电发电装置之间的匹配设计或许是未来公路热电能源采集技术的发展方向。
3.1.3公路光伏能源采集技术
太阳能辐射为公路提供了丰富的光伏能源，光伏发电技术能够将其直接转化为电能。该技术多以路表安装光伏板的形式呈现，其结构与商用太阳能电池板不同，需考虑路用性能与发电效率之间的平衡问题[227]。现有研究集中于表面层透光结构设计、功能层光电材料优选、结构层力学性能优化等方面[228-229]，并出现了部分铺设测试，如荷兰的SolarRoad模块化自行车道、法国的Wattway太阳能公路、山东济南的光伏高速公路试验段及广东深圳的光伏路面试验段等[230]，每天每平方米实际发电量为0.11~0.22kWh，发电效率为11%~17.6%，且多在一周或几个月后出现发电效率降低甚至大面积损坏。未来可从透光率与粗糙度的平衡设计、耐久结构改进等方面[231]，提高其能量转换效率、路表抗滑性能和承载耐久性能。同时，可参考中国汉能CIGS薄膜太阳能汉墙、德国Solmove GmbH自清洁光伏路面模块等产品，进一步改进其制备工艺、安装工序和维护技术。
为避免路表光伏板出现的问题，研究学者提出路表空心板结构和路侧安装覆盖等改善措施。路表空心板结构包括高性能混凝土底座、导光混凝土空心板及其保护层等，通过内部角度调节提高能量采集效率[232]，但空心板的承载能力和防排水能力需进一步提升。路侧安装覆盖则是将太阳能电池板或柔性太阳能电池板直接安装于公路沿线或覆盖于基础设施之上[233]，避免行车荷载的直接影响，但其电池板强度和路况兼容性有待提升。
3.1.4公路清洁能源采集技术发展前景
公路清洁能源采集技术正趋向高效、耐久方向快速发展，尤以公路压电能源采集技术为主。尽管现阶段存在部分尚待解决的技术问题，但其应用前景十分广阔。公路清洁能源采集技术采集的电能主要用于普通公路或偏远地区公路等应用场景下沿线低功耗基础设施供电，但由于目前单一的能源采集方式的发电量不足、发电场景不匹配，无法满足基础设施在不同地区、不同气候条件下的持续、稳定供电需求。
为进一步提高该技术的发电效率和公路适用性，未来可在逐一解决单一技术问题的基础上，针对单一能源采集方式在道路中应用的优缺点，采用多种能源采集方式互为补充，发展多源清洁能源采集技术，可能的研究方向包括：①研发多功能能量转换材料，提高多源能源的综合转换效率；②研发多源能量融合的公路清洁能源混合采集装备，提高公路清洁能源的总体俘获率；③根据各项清洁能源采集技术特性，因地制宜地布设公路清洁能源采集结构，提高公路清洁能源的综合利用率。其中，压电能源采集技术的发电效率受温度微量影响，但不受场景限制，因此，可能的多源清洁能源融合场景包括：①在大温差地区，匹配公路压电与热电融合技术，减少路面温度影响的同时，提高单一技术的整体发电能力；②在光照充足地区，匹配压电与路侧光伏融合技术，在光伏板灰尘积存或光照不足情况下维持较高的发电量；③在交通量不足地区，匹配热电与路侧光伏融合技术，减少交通量对压电能量采集技术的影响。
最终，保持不同地区、不同气候下公路清洁能源采集技术的高效性，实现公路清洁能源高效、持续采集应用。
3.2公路能源自洽设计(长安大学蒋玮教授撰写)
公路能源自洽设计即协同公路用能端和产能端进行规划设计，并实现道路交通系统可再生能源自洽供给运行[234]。公路路域范围具有以风能、太阳能等为代表的丰富可再生能源，充分利用公路沿线风光资源，实施公路能源自洽设计能够有效解决中国交通系统的能源问题[235-237]，提升公路低碳化水平[238]，加速公路运输＂终端用电”和＂电力去碳”进程，是可持续发展愿景下公路行业发展方向，也是交通减碳战略的必然路径[239]。目前，国内外学者对路域风光资源利用的可行性进行了初步论证，并围绕路域风光资源禀赋评估、公路用能特征、公路能源自洽系统设计理念等方面开展了技术研发及示范验证[240-241]。
3.2.1 路域风光资源禀赋评估
准确评估路域风光资源禀赋是进行公路能源自洽设计的首要任务[242]。针对太阳能资源的评估，现有研究主要针对国家、地区、省份等大范围区域内大型光伏电站的选址[243-244]。这些研究基于排除法，通过评价资源潜力和约束条件，剔除不适宜区域，保留适宜区域[245-246]。为此，研究人员提出了一系列评价指标，主要包括地理、经济、社会、技术、政治和环境要求等[247-248]。然而，路域太阳能资源禀赋的评估与传统太阳能资源的评估具有较大的差异，表现为路域可利用面积大，但比较分散，布设位置主要集中在边坡、服务区屋顶、隧道进出口、中央分隔带等构造物。这些构造物无法建设大型传统光伏电站，更适宜布设分布式光伏。因此，为大型光伏电站选址制定的评估方法不完全适用于道路光伏项目。同时，道路具有线长面广的特点，路域太阳能资源禀赋评估的区域往往蜿蜒数百千米，但道路红线范围内的宽度至多只有100m。综上，在路域太阳能资源的评估过程中，既要充分考虑道路工程的特点，也要合理划分评估单元，这都对评估带来了新的要求。
目前的评估方法是以借助地理信息系统(GIS)与多因素分析方法为主。Heo等[249]通过整合GIS和建筑信息模型(BIM)技术，在高速公路的未使用区域确定光伏电站的最佳选址；该研究考虑了各种因素的影响，包括位置(如公路、湖泊、河流)、太阳辐照度和地形(如坡度)；它将多个因素的数据层重叠，以确定合适的区域。Kim等[250]提出了韩国国家高速公路上光伏项目的标准，包括地形条件（如斜坡方向、角度）、太阳辐照度和阴影；然后利用GIS进行选址，结果表明该方法能够促进可再生能源的充分利用。Heo等[251]还指出，采用30mX30m的评估单元将更加有效。Bk等[252]通过研究提出使用低(30mX30m)和高(5mX5m)分辨率地图相结合的方法，能够减少计算负担并提高估计精度。
由于风能和太阳能在时间上具有天然的互补优势，风光资源的互补利用会使公路能源自洽系统在资源上具有最佳的匹配性。公路的风能开发潜力也十分巨大，主要包括2个利用途径:①大气尺度风，高速公路是暴露在阳光直射下的开阔区域，大气尺度风可以形成自然风洞，当风速超过2.5m.s^-1时，风能可以被利用[253-254]；②交通流产生的风能，交通流的数量和速度极大地影响了产生的风在发电中的速度和频率[253，255]。目前中国对大气风的评估主要是依据风能资源分布情况将地区划分为资源丰富区、较丰富区、可利用区和贫乏区，可以帮助初步判断某地区的风资源总体水平，但目前尚未形成成熟的路域风资源评估方法和指标。一些学者对路域风能利用的影响因素展开了试验研究与分析。Santhakumar等[256]通过风洞试验与数据分析，表明风向在高速公路风能发电中对能量最大利用限度起着关键作用，因此在高速公路应用风力发电系统前，必须对道路走向、风向、风机布设位置等因素之间的关系展开深入研究，以获得大气尺度风能最大利用；并且不同的风力条件将会对所使用的风机的经济性产生较大影响。Pamuttu等[254-256]研究了高速公路在交通流稳定状态下，车辆体积和车速对交通风的影响。Hu等[257]通过软件仿真和试验验证，表明卡车产生的风能较大，但受车身周围涡流的影响较小。
目前，风、光可再生能源与道路交通融合发展广受关注，但路域风光资源禀赋评估仍存在以下问题现行的风光资源评估标准仅关注太阳辐射强度及风力等方面，对影响风光资源利用的其他关键因素的研究尚不全面，不能完全满足公路能源自洽设计的需求，且评估的细度仍需提高。因此，在未来的研究中，将面向公路能源自洽系统的工程应用，完善公路风光资源禀赋评估指标体系与评估方法，提升风光资源评估的精度，进一步得到路域风光资源的时空分布规律。
3.2.2公路用能特征
深度挖掘公路基础设施用能的规律和特征是进行公路能源自洽设计的重要依据，对实现产用平衡、提高自洽率具有重要意义。
公路交通基础设施包括服务区、隧道、桥梁、收费站、沿线等，不同构造物用能特征存在显著差异。根据公开数据测算，中国公路系统服务区年均能耗约为5.36X109kW•h，隧道年均能耗约为1.067X1010kW•h，桥梁年均能耗约为9.31X109kW•h，收费站年均能耗约为4.45X105kW•h，沿线设备年均能耗约为2.276X106kW•h[234]。
不同构造物的用能差异主要是由用能设施不同引起的[258]。服务区主要有生活设施、照明设施、监控设施和通信等用能系统，用能的大小与服务区建筑面积、及服务区交通量数据相关性较高。隧道主要有隧道照明、隧道通风、隧道监控、隧道消防等用能系统[259]。道路沿线主要有监控设备、环境监测设备、ETC收费门架及可变信息标志设备等，其中监控设备和可变信息标志设施功耗较高，除此之外多数用能设备能耗不高且数量较少。收费站主要有收费设施、照明设施、通信设施和管理中心等用能系统，用能大小与收费站车道数及收费站总建筑面积相关性较高。为实现公路用能的准确测算，国内外学者对公路构造物用能的计算模型展开研究。Zhao等[260]通过多元回归分析建立了公路服务区能源消耗与建筑规模、交通流量和人流量等影响因素之间的函数模型。Cansiz等[261]利用人工神经网络方法以公路网长度、车辆数量和驾驶员数量为自变量来构建能耗模型。
同时，公路构造物的用能差异也伴随着时空规律的耦合影响。从时间维度来说，由于季节、节假日对交通运行产生一定影响，构造物的用能呈现一定规律。如收费站、服务区在夏季需使用空调制冷，在冬季需要使用取暖器制热；非工作日时，人们的出行需求增加，交通量相应增加，隧道通风用能、收费站收费用能、服务区商业用能明显增大；白天，服务区通常客流量大，电能消耗比晚上更多。从空间维度来说，由于地域的差异，也会造成用能差异。如南北方对供暖制冷的需求不同，相应能耗情况将呈现差异；以及北方降雪，南方雨季都会造成一定影响。若能得到关于时空耦合影响规律的评估模型，将有助于实现用能的准确预测，对保障系统的高效、稳定、安全运行具有重要意义。
目前，一些学者基于现有公路构造物的用能特征，对公路可再生能源微电网的设计展开探索。田盟刚[262-263]基于对隧道用电设备及隧道自身环境特点的分析，开展了高速公路隧道太阳能光伏供电系统设计。简丽等[264]根据高速公路服务区的建筑面积、客流量、逐时用能特征，结合太阳能资源情况，设计了服务区光伏发电系统的安装容量，通过实际运行数据分析验证了其“调峰”作用。然而，现有研究多面向单一公路构造物场景，公路用能和能源自洽系统整体的耦合关系和协同规划方案尚未得到深入研究[265]。因此，在未来的研究中，公路用能特征的分析与测算需要不断得到改进，能源自洽系统的设计需要充分考虑公路基础设施用能特征，实现公路交通系统用能的自洽平衡。
3.2.3公路能源自洽系统设计理念
公路能源自洽系统的设计理念应从公路侧和能源侧两方面考虑，以经济性为目标，进行自洽能源系统的源网荷储一体化设计，更应兼顾未来交通用能需求的增加。
从公路侧角度考虑，一方面，公路是一种线长面广的带状分布结构，沿线具有不同的线形分布和地形地貌，在相同自然资源禀赋条件下具有不同的公路能源自洽系统设计潜力。Heo等[248，251]提出了一个基于数字高程图(DEM)的卷积神经网络(CNN)模型，用于晴空条件下的长期太阳辐射预测，结果表明，地形特征在一定程度上决定了可用太阳辐射的变化。另一方面，非车辆行驶的路域范围具有分布广、面积大的特点，是进行自然资源禀赋利用的重要潜在位置。路域可利用区域的资源、地块等本体属性将影响各区域的可利用水平。王利珍等[266]通过搭建试验台研究3种常用太阳能光伏系统的转换效率和环境参数的关系，并拟合出光伏效率方程；借助GIS平台的空间分析功能，研究中国各地太阳能辐射强度频数和发电潜力空间分布。盛旭喆等[267]提出了一种基于GIS的多标准决策分析方法，建立了资源评估指标体系和具体分析流程；并结合蒙古国风速、太阳辐射度，以及地理信息数据等对该方法进行实例应用，根据评估结果分析了蒙古国可再生能源发展条件和风光资源开发潜力。
从能源侧角度考虑，一方面，公路沿线的风光等资源禀赋量级存在差异，采用合理的规划设计方案针对不同路域自然资源禀赋场景(如强光弱风场景、强风弱光场景、强风强光场景)进行公路能源自洽系统的风光场景适配设计是重中之重。风能发电系统是太阳能发电系统的重要互补手段，国内外相关科研机构已对风光互补发电系统设计及其可靠性和成本计算方法进行了大量研究，并进行了优化设计，研究重点是光伏与风机的配合时机及调控策略。此外，路域风光资源禀赋的时空分布规律及其与典型场景的供需关系将影响公路能源自洽系统的源端设计。Zhang等[237]以中国343个地级市行政单位为研究对象，构建了以新经济需求为导向的陆地表层自然资源测度指标体系，运用空间自相关和空间相似性计算方法，分析了自然资源的时空分布特征和地理机制。另一方面，交通基础设施本身的运维供能是公路能源自洽系统的核心，即满足交通用能需求的程度是能源系统自洽水平高低的体现，应根据交通基础设施的用能特征及规律进行公路能源自洽系统产用能平衡设计。
自洽能源系统的经济性涉及多个方面，包括成本效益、资源利用效率、一体化设计、长期可持续性以及政府政策和环境效益等因素。这些因素共同影响着系统在经济上是否可行，是否能够长期为能源需求提供可持续、经济合理的解决方案。在进行公路能源自洽系统设计时，通过源网荷储集成一体化匹配设计，以保障系统整体经济效益最大化。除此以外，在“新基建＂的带动下，电动汽车占有率不断增加以及公路智能化发展使得公路用能呈现多样化。随着中国公路智能化、信息化的大力建设，电动汽车渗透率的不断提高，可以预见未来公路的能源消耗总量和其占全社会总量的比重均呈现逐年递增的趋势，且增速也将迅速上升[268-271]。公路能源自洽系统设计必须兼顾交通用能需求增加的趋势。
3.2.4公路能源自洽设计需要解决的问题
目前，公路能源自洽设计需要解决的问题主要有：①如何结合真实场景提出高速公路“监-运-维”综合能源自洽高效利用集成系统化设计方法。②针对不同场景下自洽能源系统的多源多态异构信息，如何形成能量管理与综合调控软件系统验证并反馈自洽能源系统的自洽性、高能效、高弹性和鲁棒性。③公路能源自洽设计如何考虑能源政策、交通政策和环境政策，以确保可持续性和效益。特别是与电网的协调运行关系，做到电网的并离网状态的有益补充。④如何结合公路自然禀赋特点、构造物可利用区域及用能特征，开展适应于公路基础设施产储配设备的定制化研发。⑤针对特定公路场景(极寒场景、极热场景、沙漠、高海拔等极端场景)，如何保障公路能源自洽系统能源稳定性和可靠性。
4、低环境影响公路技术
4.1公路路域环境影响测试与评估方法(长安大学蒋玮教授撰写)
公路交通作为人们日常生活不可或缺的基础设施之一，与人类活动息息相关。公路沿线区域的大气环境、声环境及水环境质量，均可能受到公路交通的直接或间接影响，从而直接影响人类的生活质量、健康和社会可持续性。因此，公路路域环境的管理需要综合考虑空气、声、水等环境方面的因素，以确保公路的建设和运营对社会、环境和经济均具有可持续性，这有助于改善人们的生活质量并保护自然环境。
4.1.1路域空气环境测试与评估方法
道路交通环境污染是世界各国共同面临的严峻挑战。其总量占环境污染的1/4以上，是重要的污染源，也是研究者关注的重点和焦点[272]。道路交通排放包括尾气排放和非尾气排放。
尾气排放是指车辆废气中包含的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOX)等有害气体。尾气排放污染可以在大气中形成臭氧和细颗粒物等有害污染物，被人体吸入后会导致呼吸系统疾病、心血管疾病、肺癌等健康问题，尤其是对儿童、老年人和患有慢性疾病的人群更为危险[273]。尾气排放污染的大小主要受到车辆类型、车龄、燃料类型、行驶条件、交通拥堵等因素影响。例如交通拥堵情况下，车辆可能会在怠速状态下运行，这通常会导致更多的尾气排放。其次，不同类型的车辆产生的尾气排放物不同，老旧车辆通常排放更多有害物质。
非尾气排放是指车辆刹车磨损、轮胎磨损、路面磨损以及车辆行驶再悬浮道路扬尘等形成的颗粒物。高速行驶的车辆制动后刹车片在高温条件下会产生大量磨损。轮胎与路面磨损的大小与两者的接触状态有关，当两者表面相对粗糙时其产生的胎路磨损较多[274-275]。除此之外，道路上通常会沉积一些细小颗粒物，这些颗粒物沉积在路表被车流扰动形成再悬浮粉尘，再悬浮粉尘与大气环境和道路周边颗粒物排放源有很大关系[276]。这些颗粒物通常包含铁、锌、铜、铬等金属，橡胶、塑料等有机物以及氧化硅、氧化钙等无机物[277-278]。非尾气排放污染分布广泛，其颗粒物会透过肺部进入心血管系统，造成中风、心脏病以及慢性阻塞性肺病等呼吸道疾病，刹车磨损中铬等金属被人体吸入后会导致癌症风险[279]。
2种来源的排放物分别有着对空气环境造成污染的化学成分，又同时贡献了路域空气环境中的悬浮颗粒物(PM)[280]。根据中国《环境空气质量标准》(GB30952012)，尾气排放带来的环境空气污染中的化学成分主要有SO2、NO2、CO、O3，一般使用空气质量监测站或便携式监测设备来测量机动车辆排放的污染物浓度；非尾气排放中的化学成分主要包括重金属、无机以及有机物颗粒，其在悬浮状态和沉降状态时均会对环境产生严重危害，一般采用电感耦合等离子光谱发生仪(ICP)和气相色谱质谱联用仪(GC-MS)等仪器对其含量进行检测[276，281]。而对于空气中的PM，目前主要通过以锥形元件振荡微天平(TEOM)为代表的仪器以及基于光散射法的仪器进行监测[282-283]。
针对于尾气排放污染，缓解措施主要有改变汽车所使用的燃料种类以及优化汽车的动力装置、使用光催化路面材料分解尾气或大力推广新能源汽车的使用几大类[284-285]。缓解非尾气排放污染首先需要从污染源产生本身进行优化，主要包括低排放路面的设计、耐磨绿色型轮胎材料的研发以及轻质环保型刹车材料的使用等[286-287]；其次，可以在道路上采取一定的抑制非尾气扩散的措施，例如抑尘剂的使用以及城市洒水车等方式[288]；最后，合理的驾驶习惯和政府对交通强度的管制可以对非尾气排放产生积极影响[277]。
未来的研究可以基于日常路域空气监测数据，通过大数据信息挖掘、人工智能预测和路域空气环境建模预测空气污染与交通环境(如交通量、温度、湿度、风速、建筑面积、空地面积、绿地面积等)相互影响机理与发展趋势，及时有效地针对特定路域空气环境质量进行预警，为相关部门决策(如限行、交通管制等)提供依据。
4.1.2路域噪声环境测试与评估方法
随着经济和社会发展，城市交通流量呈增长趋势，加之汽车等机动车辆普及程度不断提高，路面交通噪声污染问题日益突出，对路域及周边环境产生了严重的负面影响。长期处于噪声环境中不仅会影响人们的日常生活，而且会导致人们的听觉系统出现损伤，甚至可能影响人们的神经系统和心理状况，导致人们身材更加容易肥胖[289]。除此之外，交通噪声对周边环境内的生物和植物的生存发展也有很大的影响[290]。
交通噪声由空气动力效应、车辆动力组成（排气和发动机）和轮胎与路面相互作用引起的综合噪声叠加而成。随着汽车行业的技术革新，车辆动力系统噪声得到有效控制，轮胎/路面噪声已成为交通噪声的主要来源[291]。已有研究表明，轮胎I路面噪声主要由轮胎振动噪声和空气动力噪声叠加而成[292]。影响轮胎I路面噪声水平的主要因素是表面纹理和空隙率，路面表面纹理主要影响轮胎振动噪声的产生，路面空隙率主要影响空气泵吸噪声产生和轮胎I路面噪声传播[293]。除了上述因素外，道路交通量、交通类型、车辆行驶速度及交通管制措施等因素也会对交通噪声产生一定的影响[294]。
针对道路交通噪声评价，目前提出了一系列的评价指标[295]，如等效声级、10分位百分声级和昼-晚-夜声级等。美国联邦公路局选择将等效声级作为交通噪声评价指标，英国选择10分位百分声级，欧盟噪声指令要求以昼-晚-夜声级和夜间声级等指标综合评价研究区域道路交通噪声污染状况。程诚[296]结合国内研究情况，提出了一种基于主客观相结合的道路噪声评价体系，根据道路噪声的特点，选取了5个客观指标(等效连续A声级、噪声评级指数、累计分布声级、道路噪声指数TNI、昼夜等效声级、噪声污染级LNP)和3个主观评价指标(响度、等级打分、成本对比)，并分析了每种指标的特点和适用范围。
目前的交通噪声控制措施主要包括主动降噪和被动降噪2种类型。被动降噪技术主要是通过限制噪声传播的方式实现，包括声屏障[297]、绿化带[298]等措施。主动降噪措施则是从声源处减弱噪声，包括优化轮胎胎面花纹[299]、改变路面类型(表面纹理或空隙率)[293]、改变路面材料[300]或设置降噪结构[301]等。除了以上措施外，合理规划道路网、进行交通管制等手段也能够缓解路域噪声问题。
随着噪声环境评价研究和噪声控制措施研究的不断深入，学者们开展了交通噪声预测模型研究[302]。交通噪声预测模型主要包括美国的FHWA模型、英国的CRTN模型、德国的RLS90模型和法国的NMPB模型，这些模型不仅包含交通流参数，还考虑了不同车型的影响，并结合道路及监测点等因素添加了修正项[302]。丁真真等[303]通过研究不同车型在不同行车速度下的噪声频率分布特性及等效频率值，发现FHWA模型对公路交通噪声中介于500~2000Hz频段的噪音有较好的预测效果，而对低于500Hz和高于2000Hz的交通噪声的预测精度较差。也有一部分学者基于遗传算法或其他方法建立道路交通噪声预测模型[304]。
路域噪声测量与预测是研究道路噪声产生原因和评价降噪效果过程中的重要环节。现在的噪声测量方法有很多，但是都存在一定缺陷。对于噪声的评价标准非常复杂，目前针对道路结构噪声的评价指标，往往是一些客观的噪声指标，并没有结合噪声实际对人们(噪声受体)的影响。
4.1.3路域水环境测试与评估方法
道路在建设和服役过程中会产生大量的污染物，当大量密实的道路铺装覆盖了城市地表，雨水降落到地面上不能下渗时，这些污染物会沉积在路域表面，随着雨水的冲刷进入排水管道，最后通过城市排水管网汇入到河流中，严重污染了居民的生活用水，破坏了自然生态环境[305-307]。
路域水环境污染物的来源主要是扬尘、车辆排放和动植物产生的有机物等。其中，扬尘主要为悬浮物(SS)类污染物；车辆排放类污染物主要包括车辆轮胎、刹车片磨损所产生的重金属，如六价铬离子(Cr6 )、铜(Cu)、锌(Zn)、铅(Pb)、镉(Cd)等，路面材料的磨损、燃油泄漏等产生的石油类污染物（pp）等；动植物产生的污染物主要包括植物落叶、动物粪便等形成的动植物油脂(AVO)、总氮(TN)、总磷(Tp)、生化需氧量(BOD)和化学需氧量(COD)等[308]。
此外，路域污染物的种类和数量还与道路交通量、路面清扫频率、自然条件等道路属性密切相关。随着交通量的增大，车辆排放、道路磨损和尾气排放所产生的重金属颗粒物会增多；对道路进行定期清扫会减少路面的固体颗粒物数量；当道路靠近居民区时，生活垃圾的排放会产生大量的有机物类污染物[309]。
在评估路域水环境中的污染物时，可通过抽吸装置采集路面的地表径流水样，然后通过化学方法对水样进行检测和分析。其中，Cr6 、Cu、Zn、Pb、Cd等重金属污染物主要通过原子吸收分光光度法进行检测；PP、AVO、TN和Tp通过分光光度法进行检测；BOD通过稀释与接种法进行检测；COD通过重铬酸盐法进行测量[308]。
在清除路表面沉积的污染物方面，透水路面和生态滞留池对于净化地表径流有着显著效果。透水路面是一种允许雨水下渗至路面内部的道路铺装，在结构设计方面，透水路面主要分为I型透水路面、II型透水路面和全透水路面，其中，全透水路面的所有结构层均为大孔隙构造，可允许雨水渗流至路基中；在材料设计方面，目前已有的透水路面材料主要包括透水沥青路面、透水水泥路面和透水砖等，透水基层材料主要包括级配碎石、多孔沥青稳定碎石、多孔水泥稳定碎石等[300]。透水路面的净化原理主要是多孔路面材料的大孔隙构造可以过滤固体颗粒和吸附重金属、有机类污染物等。现有研究结果表明，透水路面对于重金属和固体类污染物的过滤效果最好，对石油类污染物和有机物类污染物的过滤效果次之[310-311]。生物滞留池主要由土壤、植被和微生物系统组成，其填料的类型、厚度、植物种类对于水质净化效果起到关键作用。其主要净化方式为固体污染物类吸附重金属后沉淀在蓄水层中，通过植物的吸收作用、土壤层的过滤和吸附作用达到水质净化的效果[312]。现有研究表明，传统的生物滞留池对于地表径流中的重金属和固体悬浮物的去除效果较好，但是对于TN、Tp的去除效果较差。因此，学者在生物滞留池的基础上加入了固定化技术，将固定化菌藻加入到土壤中，提高了滞留池对磷类和氮类污染物的净化效果[313]。
4.2低环境影响路面新材料(长安大学肖月教授撰写)
目前，道路交通领域对低环境影响路面材料及其应用技术的需求正日益提升。低环境影响路面涵盖绿色建造、低碳生产和循环利用等多范畴研究，涉及到原材料低排放、施工工艺低碳环保及建设周期内循环可持续，其核心理念在于通过材料设计、技术革新和资源整合，保证道路质量要求和经济效益的同时，降低能源消耗和污染排放，进而推动绿色道路的发展。本部分将面向高等级公路建养过程中降低路域低环境负荷的迫切需求，围绕低碳减碳路面新材料、VOC减排沥青材料和净味沥青材料3个方面进行论述。
4.2.1低碳减碳路面新材料
公路工程的低碳减碳研究贯穿道路建设整个生命周期。在水泥基路面材料方向，已有大量学者围绕水泥基路面开展低碳研究，包括设计开发矿渣固废水泥等水泥基道路材料，提升弯拉强度提高基层疲劳寿命，提升耐久性，从而达到环保减碳的效果，进而实现绿色建造[314]。此外，基于化学品合成的CO2捕捉与利用技术，存在化学品合成效率低成本高等问题，尚处于实验室阶段；而将CO2与无机矿相反应转化为碳酸钙、碳酸镁等固体碳酸盐的碳化利用技术，则已渐趋成熟，基于该机理的固碳胶凝材料在建材行业已进入到工程化示范应用阶段。该固碳胶凝材料制备与应用技术，有望为公路工程领域碳排放提供借鉴。燃油汽车尾气中，燃烧产生的二氧化碳占比约14%，远高于占比约1%的有害物质。在尾气治理技术实施中，常关注占比仅1%的有害物质，对占比达14%的二氧化碳却视而不见。当前，交通运输领域已经成为了"双碳"战略实施的主战场，而路面是汽车尾气排放后的第一接触物，是尾气中二氧化碳治理的天然载体。因此，开展固碳型道路沥青材料及其应用技术研究，将成为交通运输领域节能减排的重要述求。
在沥青路面材料领域，目前面向减碳需求的新材料及其应用技术，均为间接碳减排。其中，温拌技术被广泛用于道路沥青的施工过程，通过降温实现能源降耗和污染减排。当前沥青温拌研究包括温拌剂的研发和温拌技术工艺的革新。研究表明，沥青施工过程的排放具有2种特性：其一，在相同加热时间和沥青质量的条件下，VOC释放量随温度升高逐渐增大，意味着降低拌和温度能有效减少沥青材料释放的污染性气体；其二，设定温度越高，相同质量的沥青所需热量提供越大，所用时间越长，且污染物排放时间也相应越长，意味着温拌技术可减少能源物质的投入，同时降低碳排放和污染物排放。相关内容将在“4.3沥青路面温拌再生技术”中详细介绍。
4.2.2减排沥青材料
沥青路面建养过程中排放对环境的影响主要来源于释放物的毒性和气味2个层面，故沥青路面低环境负荷领域主要针对沥青施工过程中产生的有毒碳氢化合物VOC和硫化物H2S等进行减排处理[315-316]。沥青VOC主要为碳原子数为3~26的烷烯烃、烃类衍生物和苯系物等。其中烷烯烃毒性较弱，但其挥发量普遍较大，苯系物虽释放量不大但其毒性较强。为实现不同VOC种类的针对性减排，各研究机构分别开展了减排机理和减排材料的深入研究。表4梳理了当前对沥青VOC排放研究的主要科研院所及其相关研究成果与应用情况。
