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原文传递基于GIS的高速公路路面管理智能决策模型研究

论文题名：	基于GIS的高速公路路面管理智能决策模型研究
关键词：	路面管理;地理信息系统;模糊神经网络;多目标优化;智能决策;高速公路;PSO养护
摘要：	近年来高速公路交通量大幅度增加，在过重的交通荷载和自然环境的综合作用下，公路病害尤其是路面病害日益增多，而路面管理工作是路网养护管理中核心内容。但是目前我国公路养护管理事业总体上还处于较低的发展水平，现代信息技术等高新技术的集成与应用比较薄弱，高速公路养护管理部门采用的传统管理手段与养护需求之间的矛盾日益突出，提高高速公路养护管理的科学化、信息化与智能化成为交通部门的一个重要课题。　　本文以路面管理为目的，在道路工程学和管理科学理论的基础上，以高速公路养护管理决策为主要研究对象，采用现场调研与数值计算相结合的综合研究手段，并运用了现代数学理论、地理信息理论以及人工智能等先进技术，以GIS技术为开发平台，通过系统分析的方法构建既能交互式运行又有自适应能力的决策管理模型，可为路面管理决策者进行路面使用性能评价与预测，并在预定的标准和约束条件下合理确定多目标的路面管理决策优化方案，促使路面管理过程系统化，用以满足现代化、大规模和高质量的路面养护要求，这对于高速公路运营和社会经济的可持续发展都具有很重要的理论和现实意义。本文主要研究内容有: 　　 1.阐述了论文研究的背景及研究意义，全面分析了国内外路面管理系统的内涵、组成和发展现状，并对目前国内路面管理系统研究动态进行剖析和对比，确定本文的研究思路和方向。　　 2.通过研究国内外高速公路路面养护管理模式和业务需求的现状，提出以GIS技术为平台的养护管理总体设计，根据高速公路养护管理部门的操作业务流程，制定了系统的数据处理流程和功能组成，并设计了系统的总体框架和混合模式的网络结构模型，确定了系统部署方案和原则。　　 3.根据养护管理数据需求分析，确定了养护管理空间数据库和属性数据库的主要内容，设计高速公路数据采集的录入标准，外业数据包括路面破损、路面弯沉、路面平整度、抗滑性能、交通量等，内业数据有路面结构类型、路段编码、路面维修历史数据等。通过动态分段技术实现对公路空间数据和属性数据的有效关联，实现适合于高速公路养护管理的GIS数据库管理。　　 4.路面状况评价是路面管理系统的必要的功能模块，是进行路况预测、优化对策的基础。以沥青混凝土路面养护实际检测中经常采用和易于仪器测量的路面破损状况、行驶质量、强度及安全四个单项评价为基础，针对影响路面性能的不确定因素，提出符合高速公路养护管理实际工作需求的基于模糊神经网络的路面使用性能综合评价模型。　　 5.针对影响路面性能的主要因素进行分析，根据当前高速公路大多数运营时间较长的实际情况，通过对数据库中的历史数据进行训练、测试，建立可以自学习、自适应的BP神经网络模型的路面性能预测模型，为跨年度的道路养护资金需求提供参考。　　 6.路面的养护决策优化是整个路面养护管理系统的核心，在研究养护决策优化和多目标优化的基础上，针对传统数学规划方法进行的高速公路路面养护决策优化运行效率较低和难以实际运用的不足，建立带约束条件的多目标离散PSO养护决策模型，通过各个粒子在解空间追随最优的粒子进行搜索优化，从而得到在养护资金等多个约束条件下的全局最优养护方案Pareto解，解决了大规模复杂路网的管理策略优化的问题，以实现养护管理决策的智能化。
作者：	谢峰
专业：	交通工程
导师：	叶怀珍
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文