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基于组合预测与模糊优化的高速公路路面养护决策研究

温胜强  
【摘要】: 随着我国高速公路建设与高速公路网的逐步形成,高速公路的养护管理问题显得越发突出和重要。目前我国尚缺乏统一的高速公路养护技术标准和规范,而且各地的高速公路养护管理模式不同,本文针对我国高速公路路面养护管理的现状,以省级范围的高速公路网级路面养护决策为主要研究对象,在路面使用性能评价和预测的基础上,构建了高速公路路面养护管理决策优化的主要框架,建立了路面养护方案与资金分配优化模型和求解算法。研究成果对高速公路建设管理和可持续发展具有重要的理论价值,对高速公路养护部门提高其决策与管理的科学性有重要的现实意义。 论文研究的关键问题包括:高速公路交通量预测、高速路面使用性能评价与预测、路面养护管理决策优化。 在高速公路交通量预测方面,论文在对现有交通量预测模型优缺点和适用性分析的基础上,重点探讨了灰色预测模型与回归预测系统,并在此基础上建立了基于组合预测思想的灰色与回归组合预测模型,提高了交通量预测的精度和适用性。 在路面使用性能评价与预测方面,论文探讨了路面使用性能的分项指标路面状况指数PCI、行驶质量指数RQI、路面强度系数PSSI和行驶安全指数SRI的测度和评价方法,并给出了各分项指标的模糊评价模型,在此基础上建立了高速公路路面使用性能综合模糊评价方法。在路面使用性能预测方面,通过对影响路面使用性能的因素分析,考虑已有预测模型的优缺点和应用情况及我国高速公路的养护管理现状,基于组合预测的思想,提出了神经网络与马尔可夫模型的相结合的组合预测模型对路面使用性能进行预测的方法,算例获得较好效果。 在路面养护决策方面,论文基于模糊优化决策理论探讨了规划期内路面养护维修计划和资金分配方案的优化模型与方法。首先,结合现有的路面养护技术规范与标准,阐述了高速公路路面养护管理要求及其养护策略。其次,应用工程经济原理与方法,分析研究了路面养护管理的费用与效益,作为确定决策指标与选择决策方案的主要依据。根据我国目前路面养护管理的实际情况,提出养护管理的费用主要考虑养护维修费用,而通过路面使用性能的改善和提高来间接反映养护效益。进而构建了高速公路网级路面养护管理决策优化框架,主要包括确定研究范围和规模、道路基础资料及检测数据收集、路面使用性能预测、路面养护措施选择、养护决策优化和方案制定。最后针对指定养护标准、指定服务水平和指定资金约束下的路面养护方案优化决策问题,分别以养护费用最小和效益最大为目标,基于模糊优化的思想建立了指定养护标准、指定服务水平和指定资金约束条件下的模糊规划模型,并针对模型的特点设计了集束搜索算法、遗传算法和动态规划求解算法,应用实例验证了决策模型的有效性。


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