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原文传递高速公路路面养护决策模型改进研究

论文题名：	高速公路路面养护决策模型改进研究
关键词：	高速公路;路面养护;项目成本管理;车辆分流;决策模型;蚁群算法
摘要：	随着我国高速公路的建设已接近《国家公路网规划（2013年-2030年）》规划的11.8万公里，高速公路的发展已由建设阶段逐步过度为养护管理阶段。自1988年高速公路的建设实现零的突破以来，在经济增长的带动下，高速公路获得了快速发展的同时使得高速公路养护需求的基数较为庞大，并且由于高速公路交通量增长迅速、超载超限现象严重、天气变化加剧等因素进一步加快了高速公路路面损害，因此庞大的养护基数及快速增长的养护需求使得我国高速公路养护任务的繁重性和迫切性，养护工作呈现出养护面广、工作量大、养护周期缩短、养护资金需求增大的趋势。然而由于国家体制、养护经验不足、养护需求庞大等原因，在高速公路路面养护实践中产生了诸如养护资金来源不足，尚未形成完善的路面养护决策体系和科学的决策方法，缺乏对路面所处环境的资料、经费划分、路段选择与技术选择、技术实施、路面使用情况等信息进行长期性的检测和分析以及缺少对养护长期效果的评价，路面养护的观念落后和研究滞后等问题，因此，高速公路路面养护问题已受到普遍的关注和重视，如何建立高效、科学的高速公路路面养护管理方法，提高高速公路的运行效率，适应高质量的路面养护要求，满足多样化的交通出行是高速公路管理所面临的问题。为此本文对高速公路路面养护管理的相关问题进行了探索和研究。　　本文从系统最优化角度，以高速公路路面养护管理为背景，以有效使用养护资金、合理安排养护规划、提高养护期交通效率为目的，首先，采用累积标准轴载次数（ESALs）表征载荷因素，并定量化表征各非载荷因素，构建关于ESALs、冻结指数、路基排水系数、路面年龄及气温条件的高速公路路面养护成本模型，采用最小二乘法标定模型参数，并计算各因素对养护成本的贡献率；其次分别构建了车辆出行时间成本节约、车辆油耗成本节约、车辆轮胎损耗费用节约、车辆安全成本节约、尾气排放污染成本节约、交通噪声污染成本节约与路面使用性能之间的函数关系，以计算高速公路路面养护效益；再次，在全寿命周期框架内采用效益费用比法构建了高速公路路面预防性养护最佳时机的确定方法，并以车辆出行成本节约与通行收入增加总和最大及车辆出行广义费用最小分别作为上下层模型目标函数，构建了高速公路路面养护项目的选择的双层规划模型，并采用搜索算法结合交通量动态分配对模型进行求解；最后，分别采用离散区间和概率密度函数表示分流车辆规模的离散性和路段非分流流量的随机性，以分流时间最短为目标构建了带有区间参数的机会约束交通流分流模型，并采用蚁群算法计算车辆分流的最优和最差方案。　　论文取得的主要研究成果和结论可概括为：（1）构建了考虑载荷与非载荷因素影响的高速公路路面养护项目成本模型，并计算了各影响因素的贡献率，其中载荷因素的贡献率达47％，气温因素的贡献率最高为23％，而路基排水因素的贡献率最低为11％，季节性冰冻天气对路面的损害也较大，贡献率达19％；（2）构建了高速公路路面养护效益模型，在总的养护效益中，车辆出行时间成本节约占30.111％，车辆行驶成本节约占比重最大，为49.768％（其中主要为燃油消耗节约产生的效益），车辆安全成本节约占4.87％，尾气排放污染成本节约占15.082％，交通噪声污染成本的节约产生的效益最小，为0.169％；（3）构建了基于全寿命周期的高速公路路面预防性养护项目最佳时机模型，若预防性养护时机过早，生命周期内的总效益呈上升趋势，而生命周期总费用呈下降趋势，且效益费用比也呈上升趋势，若预防性养护时机过晚，生命周期内的总效益呈下降趋势，而生命周期总费用呈上升趋势，且效益费用比也呈下降趋势；（4）构建了考虑费用效益的高速公路路面养护项目选择模型，采用搜索算法结合交通量动态分配对模型进行求解，优养护方案能使路段总交通量增长1.56％，行驶时间成本平均节约18.96％，燃油费成本平均节约3.73％，轮胎损耗成本平均节约4.11％，车辆出行成本平均节约5.31％，通行费收入平均增长1.24％；（5）构建了高速公路路面养护期交通管理模型，并采用蚁群算法对模型进行求解，表明置信水平α越高，分流时间T越短；受非分流流量的概率分布影响，当分流路径上存在交通流较大的路段时，β值与分流时间T无明显正相关关系。
作者：	毛新华
专业：	交通运输规划与管理
导师：	王建伟
授予学位：	博士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文