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原文传递交通基础设施安全运营智能感知方法与协同治理策略研究

论文题名：	交通基础设施安全运营智能感知方法与协同治理策略研究
关键词：	交通基础设施;安全运营;智能感知;智能化评估
摘要：	交通基础设施作为国家重要战略资源，为促进经济发展、维护社会繁荣提供重要的支撑和保障。在决胜全面建成小康社会取得决定性成绩，迈向基本实现社会主义现代化和建成社会主义现代化强国的宏伟目标进程中，我国进入新发展阶段，全面贯彻新发展理念、加快构建新发展格局对交通基础设施的发展提出了更高要求。另外，当今世界正经历百年未有之大变局，新一轮科技革命和产业变革深入发展，给交通基础设施的发展提供了更加广阔的空间。推动大数据、人工智能等新一代信息技术和新型治理理念与交通基础设施的深度融合，推进数据资源、技术优势、治理理念赋能交通基础设施，加速交通基础设施与时代进步的融合发展，催生与时代发展同频共振的交通基础设施运维管理新模式成为核心问题。这些新时代发展过程中面临的问题、挑战和要求使得交通基础设施在安全运营服务水平和安全保障能力之间不平衡不匹配的矛盾日渐显现，迫切需要进行提质增效、转型升级。在此背景下，面对交通基础设施复杂问题、挑战和要求的应对，更加需要系统化、有效性的处理方法和手段。基于此，本文面向新时代交通基础设施提质增效、转型升级的治理方法和实施路径，关注交通基础设施安全运营智能感知方法和协同治理策略研究，开展如下几个方面系统性的研究工作。　　本文首先分析传统管理理念转变的本质，从问题应对视角界定交通基础设施智能感知与协同治理的相关概念，从概念出发梳理所研究问题存在的特征；借鉴运营管理理论、复杂系统理论、大数据理论、信息融合理论、利益相关者理论、协同学理论和博弈理论等相关理论，从理论出发形成研究问题的突破口，构建交通基础设施智能感知与协同治理策略理论框架，联动集成智能感知方法、智能化评估方法和协同治理策略制定方法，厘清它们各自的贯通方式和相互间的递进关系，达成本文的研究路线。　　针对交通基础设施低复杂场景，在分析此类交通基础设施场景特征的基础上，构建图像智能感知方法。该方法的核心是引入Transformer，与卷积神经网络（ConvolutionalNeuralNetwork，CNN）耦合训练损失函数和评估指标进行图像特征的提取与学习。在基于运营管理理论、复杂系统理论和大数据理论构建的框架支持下，实现从数据采集到结果展示的一体化应用。将道路交通基础设施作为实例，通过实例化验证方法对风险因素的检测性能，表明其具有低成本、高效率的优势。　　面向交通基础设施高复杂场景，在分析此类交通基础设施场景特征的基础上，提出全景式场景点云分割方法。该方法包含数据降解、数据归一化和特征融合的耦合算法和编码器-解码器（encoder-decoder）结构的深度学习模型。该方法的优势是能够将大规模点云数据处理为规则的三维结构实现数据降解，并将点多维特征进行融合作为输入，耦合管道并行将不同层级数据映射进行聚合，助于深度模型对多特征的提取和学习。本文以隧道交通基础设施为例，基于实例化应用验证所提出的方法能够实现隧道场景的全景式分割，且具有优越的性能，能够以高效率、低成本进行风险因素的检测，以表明方法存在巨大潜力应用于实践。　　剖析交通基础设施实现安全智能化评估的问题所在以及所涉及的要素，深度理解人因思考与机器学习的不同之处，创新性设计自动化、智能化的风险评估新框架。根据不同模块之间的因果关系，将智能感知方法引入到交通基础设施智能化评估的逻辑链路中，构建智能化评估方法。在明确各模块关系的基础上，阐述各个模块的功能，深入剖析各个模块和整体评估过程的实现路径。从实践视角，以道路交通基础设施进行实例化研究，引入无人机进行数据获取、构建数据尺度转换系数计算物理尺度和建立评估准则，验证方法的可行性和实用性。此过程中涉及对方法的有效性和先进性检验，以表明方法的优越性。　　基于评估确定交通基础设施的维护任务，构建多利益主体协同治理策略制定新方法。明确各利益主体职责和功能的基础上，聚焦多利益主体间的关联关系和协作机理，着重解决他们之间存在的利益冲突。具体而言，提出一种基于博弈论的双层互动模型，剖析各利益主体间的联结互动和协作关系，通过获取均衡解达成各方满意的结果，以消除利益冲突，创造协同氛围。基于维护案例验证方法的可行性，相比传统方法，所提出的方法取得了更优结果，能够较好的处理各利益主体间的利益冲突，实现收益、性能和满意度的提升。所提出的方法能够实现多利益主体平等、分散式互动，打破了传统金字塔式管理，且该方法制定的策略具有较高的指导价值，其可作为一个实用性工具应用于多利益主体的互动关系处理。　　本论文是在国家发展新时代背景下，将新一代信息技术和协同治理理论与交通基础设施的发展深度融合，构建了基于深度学习算法的智能感知方法、智能化评估方法和协同治理策略制定的双层互动模型。所提出的方法能够解放劳动力，提高生产效率，降低运营成本，能够提升交通基础设施的决策效率和防范风险的能力。总体而言，所研究成果有益于新型交通基础设施治理理论体系，丰富交通基础设施的治理方法和实施路径，为交通基础设施提质增效、转型升级提供有价值的参考和借鉴。
作者：	季安康
专业：	管理科学与工程
导师：	薛小龙
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2022