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《郑州大学》 2002年
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遗传算法在路面材料参数反演中的应用研究

刘凤娥  
【摘要】: 随着我国交通事业的发展,公路无损检测与评价已显得越来越重要。如何根据无损检测设备检测得到的数据,反演路面结构层的模量,进而评价路面的承载能力在国际上开展了近三十年的研究,并取得了不少成果。遗传算法作为一种新兴的仿生优化方法具有许多优良特性,本文在遗传算法应用于路面反分析方面做了初步研究。 遗传算法是模拟生物在自然环境中的遗传和进化过程而形成的一种自适应全局优化算法。它通过模拟达尔文“适者生存、劣者淘汰”的原理激励好的结构;通过模拟孟德尔的遗传变异理论在迭代中保持已有的优良模式,同时搜索更好的模式;通过群体的不断进化而搜索到问题的最优解。 理论上遗传算法以概率1收敛于全局最优解,但在实际操作中单一的遗传算法往往存在早熟和局部最优点的现象。本文在系统介绍遗传算法基本原理的基础上,针对基本遗传算法收敛速度慢和早熟的现象提出了一些改进措施,并将其应用于路面反演问题;同时,针对遗传算法在路面反演具体问题中的补偿性规律,提出了在后期自适应调整模量搜索范围的改进方法。本文主要内容包括: 1.针对遗传算法本身和遗传算法在路面结构反演中的具体问题提出了一些改进措施。 (1)群体初始化以均布产生代替随机产生。 传统遗传算法的初始化为随机产生,这样可能会漏掉一些好的基因模式,同时也可能造成多次对于搜索同一部位,造成机时浪费。本文初始群体的采用均布产生机制,使初始解均布在整个解空间内,从而,在很大程度上加快了收敛速度。 (2)引入模拟退火的Metropolis接受准则,并采取回火退火策略。 本文算法的总体框架遗传算法的框架,但对于遗传算法的变异结果,按照Metropolis准则判断接受与否。当温度较高时,以较大的概率接受恶化解,当温度趋于0时就不再接受任何恶化解了;但是,当温度趋于0时,可能还没有搜索到全局最优解,这时,可以人为地升高温度,使算法接受新解的概 郑仆。1大学硕士学位论文 摘要 率增大,跳离局部最优的陷阶,再重复进行杂交、变异、判断舍弃或接受、 降温直至搜索到满意解。这个过程叫做回火退火。这样,由于算法增加了新 的随机因素,就可以有效地防止遗传算法过早收敛或陷于局部最优。 5(3)采取保优变异算子。 即对群体中适应度最大的个体保持不变异,以避免群体退化。 (4)自适应地调整后期模量搜索范围。 算法进化若干代数后,解的质量相对较好时,根据当前群体的进化信息 和模量反演的具体问题,自适应地调整模量的搜索范围,加强算法后期的局 部搜索能力。 2.基于系统识别基本原理和改进遗传算法,建立了路面反演的遗传算 法,并用Fortran90编写了路面反分析程序。 系统识别,就是根据系统的输入和输出数据来识别系统特性参数。它的 基本思路是首先建立一个合理的模型来模拟末知系统,然后通过迭代过程来 修改模型参数,使模型输出与实际系统输出之间的误差达到最小。对于路面 反演问题,它的数学模型一般是 l(X)二>.卜5(X)一1(l I二1 式中,刀为弯沉盆的控制点数,一般为FWD设备传感器的个数。 模量反演的遗传算法,就是将路面结构参数(通常为模量)作为决策变 量,将其按照一定的方式编码为染色体,然后按照本文的改进遗传算法进行 优化,反算结构参数。为了避免编码空间和解空间的相互转换,本文采用实 数编码方案。 基于以上原理,本文用Fo广ran90语言编写了路面反分析程序。 3.利用本文的反演程序,分别对理论数据和实测数据做了数值分析。 门)对理论数据做了稳定性分析。 对于给定的路面结构,给以不同的初始值范围进行反演分析。数值结果 表明,利用本文改进遗传算法反演的结果比较稳定,其结果基本不受初始值 的影响。 (二)对比分析了改进遗传算法和传统遗传算法的反演结果。 一11- ) 郑州大学硕士学位论文 摘要 一 本文对SIDIP-LTPP模拟路面结构分别用本文的改进算法和传统遗传算 法进行了反演。数值结果表明,改进遗传算法在求解质量和收敛速度方面都 有一定程度的改善。 二()对比分析了本文反演方法和国内外代表性的反分析软件。本文的反 演
【学位授予单位】:郑州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:U414

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 王晓文;高速公路沥青路面结构设计的实施与反演[D];重庆交通大学;2011年
2 李鹏;实测弯沉盆反演路面结构层模量的研究[D];山东科技大学;2007年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 齐继阳;竺长安;曾议;;基于遗传禁忌混合搜索算法的设备布局研究[A];2004“安徽制造业发展”博士科技论坛论文集[C];2004年
2 丁婷;崔红涛;;遗传算法在智能天线扇区波束赋形及阵元失效补偿中的应用[A];经济策论(上)[C];2011年
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4 程远林;李茂军;;基于小生境遗传算法的配电网电容器优化配置[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 姜明辉;袁绪川;;基于GA优化的个人信用评估SVM模型[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 孙俊清;李平;韩梅;;装卸桥调度问题及其混合智能优化算法GASA[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
7 张志华;王莉;刘洪;;最大化网络广告收入的投放决策[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
8 赵瑞艳;李树荣;张晓东;苗荣;;基于混合遗传算法的热传导系统最优控制问题求解[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
9 王清;宋年年;王佳庆;姚菁;;优化自抗扰控制器在主汽温控制系统中的应用[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
10 曹浪财;罗键;;一种改进求解TSP问题智能蚂蚁算法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李佳;载人潜器阻力性能的数值和试验预报及外形优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 张亚娟;适应性企业战略协同机制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 谭枫;介入式文化算法及其应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 陆满君;通信辐射源个体识别与参数估计[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 戴运桃;粒子群优化算法研究及其在船舶运动参数辨识中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 孙明;基于小波和迟滞的混沌神经网络及其应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 谭佳琳;粒子群优化算法研究及其在海底地形辅助导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 王龙金;零/低航速减摇鳍升力模型及系统控制策略研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
9 王蕊;无线传感器网络部署与拓扑控制研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
10 李晚龙;六自由度Stewart平台分散智能控制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 万成;动态环境下的元胞遗传算法研究[D];南昌航空大学;2010年
2 李坤;参数参与进化的自适应遗传算法研究[D];南昌航空大学;2010年
3 柳枝华;微粒群优化算法的改进及应用[D];南昌航空大学;2010年
4 吴香庭;基于遗传算法的K-means聚类方法的研究[D];山东科技大学;2010年
5 马水松;多目标遗传算法与非支配集的构造研究[D];山东科技大学;2010年
6 李臻;城市公交车辆智能调度优化研究[D];山东科技大学;2010年
7 朱国凯;泰安市农村公路典型路面结构研究[D];山东科技大学;2010年
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9 张海峰;空间三维信息重构与飞行器路径规划[D];山东科技大学;2010年
10 施晓坤;煤炭企业人才结构优化[D];山东科技大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 袁西贵,梁新政,袁波;基于落锤式弯沉仪的路面模量动力反演初探[J];四川建筑科学研究;2002年04期
2 郑元勋;康海贵;蒋宝钧;;沥青路面反算模量的温度修正研究[J];四川建筑科学研究;2008年06期
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 郝大力;路面性能的评价与分析研究[D];长安大学;2000年
2 梁新政;路面结构层应力非线性特性反演研究[D];大连理工大学;2000年
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中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 江晓霞;高等级公路施工控制力学问题研究[D];长安大学;2001年
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3 范文孝;路面材料性能反演方法的研究[D];大连理工大学;2002年
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5 张宏朝;刚性路面和柔性路面的材料性能反演[D];大连理工大学;2003年
6 张培森;车辆荷载作用下沥青路面结构应力分析[D];长安大学;2007年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 吕新娓;黄土地区公路拓宽工程路面拼接技术研究[D];西安工业大学;2012年
2 孙丽娟;考虑层间接触的半刚性基层沥青路面热应力耦合分析[D];浙江大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前8条
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2 恽为民,席裕庚;遗传算法的运行机理分析[J];控制理论与应用;1996年03期
3 吴志远,邵惠鹤,吴新余;新的进化过程遗传算法[J];上海交通大学学报;1997年12期
4 吴志远,邵惠鹤,吴新余;遗传退火进化算法[J];上海交通大学学报;1997年12期
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6 钟阳,王哲人,郭大智;求解多层弹性半空间轴对称问题的传递矩阵法[J];土木工程学报;1992年06期
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘凤娥,蔡迎春,乐金朝;遗传算法在路面材料参数识别中的应用研究[J];郑州大学学报(工学版);2002年01期
2 李静;张家财;李幼德;冯建忠;;汽车驱动防滑遗传PI控制半实物仿真[J];系统仿真学报;2006年07期
3 蔡迎春;王复明;康海贵;;路面材料介电特性的遗传反演方法应用研究[J];武汉理工大学学报(交通科学与工程版);2010年03期
4 陈根社,陈新海;应用遗传算法设计自动交会控制器[J];西北工业大学学报;1994年02期
5 程浩忠;遗传算法在电力系统无功优化中的应用[J];电工电能新技术;1996年03期
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7 吴志远,邵惠鹤,吴新余;新的进化过程遗传算法[J];上海交通大学学报;1997年12期
8 艾德才,吴奇,张桦;用遗传算法求解重力场地层深度曲线[J];天津大学学报(自然科学与工程技术版);1998年03期
9 廖平,喻寿益;基于遗传算法的空间直线度误差的求解[J];中南工业大学学报(自然科学版);1998年06期
10 方良周,段启筠,李斌,刘欣,佟杰新;遗传算法在挖掘机反铲装置优化中的运用[J];沈阳建筑工程学院学报;1998年03期
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1 周海清;王恭先;陈正汉;;基于面向对象遗传算法的抗滑桩优化设计程序的研制[A];中国土木工程学会第九届土力学及岩土工程学术会议论文集(下册)[C];2003年
2 吴建生;金龙;;基于实数编码的遗传算法神经网络预报建模研究[A];推进气象科技创新加快气象事业发展——中国气象学会2004年年会论文集(下册)[C];2004年
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5 曹春红;李文辉;张永坚;;遗传蚂蚁算法在几何约束求解中的应用[A];中国仪器仪表学会第六届青年学术会议论文集[C];2004年
6 姜楠;张春森;;遗传算法在图像模板匹配中的应用[A];高精度几何量光电测量与校准技术研讨会论文集[C];2008年
7 朱秀娥;周宝焜;;振动筛设计的遗传算法[A];福建省科协第三届学术年会装备制造业专题学术年会论文集[C];2003年
8 何奉道;梁向阳;;基于遗传算法的机车周转图优化编制方法[A];1999年中国神经网络与信号处理学术会议论文集[C];1999年
9 刘忠凯;薛正辉;任武;李伟明;高本庆;;用遗传算法优化八木天线[A];2005'全国微波毫米波会议论文集(第二册)[C];2006年
10 汝勇;杨树强;;遗传算法在历史性约束组合优化问题中的应用[A];2010通信理论与技术新发展——第十五届全国青年通信学术会议论文集(上册)[C];2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
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2 本报记者 陈忠;浦南高速 采用“长寿命路面”新技术[N];闽北日报;2008年
3 记者 王文霞 通讯员 姜涛;新建巩登高速两成路面横空[N];郑州日报;2009年
4 记者 李黔刚 通讯员 董翔 凌桂香;云贵川高原潮湿路面凝冰防治研究启动[N];中国交通报;2009年
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6 实习生 高春燕;城市路面为何频频塌陷?[N];科技日报;2009年
7 记者 杨青;五乱现象渐少 破损路面获修[N];钦州日报;2011年
8 记者 李锐 通讯员 叶志卫 叶火生 朱进;路面干净多了 堵“口子”任重道远[N];长江日报;2011年
9 通讯员 代金光;通州130个村路面将焕然一新[N];北京日报;2011年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张旭;具有拓扑结构布局优化的理论及算法[D];大连理工大学;2004年
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5 杨春成;空间数据挖掘中聚类分析算法的研究[D];解放军信息工程大学;2004年
6 方娟;基于移动代理的网格资源监控技术的研究[D];北京工业大学;2005年
7 崔晓芳;箱型结构焊接变形预测、控制及应用[D];大连交通大学;2005年
8 张材;薄带坯铸轧板形智能识别与控制系统研究[D];中南大学;2004年
9 田方;遗传算法的改进研究及其在压缩机性能分析与优化中的应用[D];东北大学;2006年
10 谷峰;柔性作业车间调度中的优化算法研究[D];中国科学技术大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 朱奉梅;遗传算法在高校排课系统中的研究与应用[D];东北大学;2009年
2 孙晓丽;基于遗传算法的既有线平面及纵断面整正优化设计[D];中南大学;2010年
3 冯秋霞;解最小生成树问题的新的遗传算法[D];西安电子科技大学;2010年
4 郭佳;基于遗传算法的认知无线网络资源分配技术研究[D];西安电子科技大学;2010年
5 宋品;基于改进遗传算法的波束形成技术研究及其应用[D];西安电子科技大学;2010年
6 梁云静;基于遗传算法的主题爬虫搜索策略研究[D];湖北工业大学;2010年
7 高建兵;基于遗传算法的模糊推理控制系统的参数优化研究[D];辽宁工程技术大学;2011年
8 李振业;多向变异遗传算法及其优化神经网络的研究[D];华南理工大学;2011年
9 栾丽霞;遗传算法在潍坊商校排课系统的研究与应用[D];电子科技大学;2011年
10 王辉;基于改进遗传算法的物流配送路径优化研究[D];山东科技大学;2010年
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