[發明專利]一種基于微觀單元性能預測的高速公路精準養護決策方法

在審

• 申請號: 202111330804.4
• 申請日: 2021-11-11
• 公開（公告）號: CN114118539A
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 李家樂;殷國輝;王雪菲;馬國偉;于建游;張志剛;張國祥
• 申請（專利權）人: 河北工業大學;河北省高速公路延崇管理中心
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/00;G06N3/12
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 付長杰

1.一種基于微觀單元性能預測的高速公路精準養護決策方法，該方法根據高速公路各項歷史數據建立高速公路精準養護決策，從而達到高速公路在養護規劃期限內養護效益最優，該方法包括養護單元選擇模塊、特征預測模塊、性能預測模塊和養護決策模塊，

養護單元選擇模塊根據道路現有狀況選取需要養護的養護單元，

特征預測模塊對目標高速公路所有百米樁號單元進行交通特征和環境特征的獨立預測；

性能預測模塊接收來自特征預測模塊的預測值作為養護周期內的特征值進行使用性能的連續預測，性能預測模塊的輸入包括養護方式；

養護決策模塊收集需要養護方式的空缺值，利用迭代過程中的個體基因編碼值填充養護方式，填補空缺，完成養護周期內使用性能的預測和適應度的計算，利用遺傳算法逐步提升個體的適應度以達到增大養護效益、優化養護決策的目的，得到的個體解碼對應的養護方式即是最優的養護對策。

2.根據權利要求1所述的基于微觀單元性能預測的高速公路精準養護決策方法，其特征在于，所述養護單元選擇模塊中養護單元的選取方式是：

1)收集高速公路當前年份所有路段的使用性能數據，養護單元的選取中以百米單元為開始，整個路段的長度較長，使用性能數據長度單位設為百米，時間單位為一年，設目標高速公路共設有N個百米單元，數據按照不同使用性能為列索引存儲在表格中，每一行為一個百米單元的性能數據；設置必須養護的上限閾值為第一閾值，設置臨界養護閾值為第二閾值，設置不需要養護的下限閾值為第三閾值；

2)百米初篩：對所有路段進行百米初篩，將至少一項性能小于第一閾值的百米單元直接設為百米備選養護單元，所有的百米備選養護單元形成百米備選養護單元集合；

3)千米復篩：包括千米集成融合、單元長度折半；

千米集成融合：設定養護單元的基本長度，百米初篩完成之后需要對所有的百米單元(包含之前已經設為百米備選養護單元的所有百米單元)性能按照養護單元的基本長度進行千米單元的集成，

從目標高速公路第一個百米單元到第N個百米單元進行一次千米單元的集成，按照百米單元的順序每往下滑動一個百米單元集成一次千米單元，共形成若干組有交叉區域的千米單元，根據公式(1)計算出每一組千米單元的使用性能集成值，對每一組千米單元進行千米復篩，將至少一項千米單元的使用性能集成值小于第二閾值的千米單元設為千米待選養護單元，

其中P_k為使用性能集成值；P_h(i)為第i個百米單元的使用性能，n為集成區間中包含百米單元的個數，下標k表示集成、h表示未集成；

根據破壞的連續性和交通狀況同質性，千米待選養護單元出現集群現象，即多數千米待選養護單元會粘連在一起，將粘連和重疊部分直接進行融合，將千米集成時重疊的部分拿去，變為大于千米單元長度的待選養護單元，將大于千米單元長度的待選養護單元和未融合的千米待選養護單元直接進行單元長度折半過程進行進一步篩選；

單元長度折半：以養護單元的基本長度的一半作為再次集成的長度，實現了單元對折的目的，將屬于大于千米單元長度的待選養護單元或未融合的千米待選養護單元中的百米單元進行對折后長度的集成，按照百米單元的順序每往下滑動一個百米單元集成一次新集成長度下的單元，根據公式(1)計算出每一組新集成長度下的單元的使用性能集成值；

對于處在大于千米單元長度的待選養護單元或未融合的千米待選養護單元的邊界且新集成長度下的單元的使用性能集成值高于第二閾值的新集成長度下的單元，直接進行剔除處理；對于處在大于千米單元長度的待選養護單元或未融合的千米待選養護單元中間且高于第二閾值的新集成長度下的單元，以該新集成長度下的單元左右兩邊長度是否小于1千米為依據分別處理；

若左右兩邊長度均大于1千米，直接剔除該新集成長度下的單元，并將包含該剔除的新集成長度下的單元的大于千米單元長度的待選養護單元分割為兩個新的大于1千米的待選養護單元；

若左右兩邊有小于1千米的部分，仍保留該新集成長度下的單元，再對新集成長度進行對折，單元長度折半的過程是一個循環過程，折半遇到奇數，按照整數劃分成兩部分，取長度較小的為再次集成的長度，進行新集成長度下使用性能集成計算，直至單元長度不大于百米復檢的兩倍，循環過程終止；

通過上述千米復篩的過程能夠避免性能優秀且小于千米的路段被其他破壞嚴重的路段遮蓋成為養護對象的情況出現，將性能優秀的且小于千米的路段找到進行剔除；

經過上述千米復篩獲得了新的復篩備選養護單元，若新的復篩備選養護單元中包含了屬于百米備選養護單元集合中的百米單元，則直接以千米復篩所確定的區間為備選養護單元，在百米備選養護單元集合中將該百米單元剔除，剩余部分設置相同的養護方式；

4)百米復檢：最后對千米復篩獲得的新的復篩備選養護單元進行百米復檢，首先則是閾值檢查，對所有使用性能均高于第三閾值的百米單元直接進行剔除，但不分割原有的復篩備選養護單元；其次要對所有復篩備選養護單元進行性能差異的檢查，若復篩備選養護單元內存在因不同性能的第二閾值被篩選出來的百米單元或百米單元段，將由相同性能的第二閾值被篩選出的百米單元或百米單元段從復篩備選養護單元中獨立出來按照性能的不同設為不同種類的新的養護單元；若沒有因不同性能的第二閾值被篩選出來的百米單元或百米單元段，則保持原有復篩備選養護單元；

最后，剔除高于第三閾值的百米單元的復篩備選養護單元和百米備選養護單元集合中剔除與千米復篩重疊的百米單元后的集合均轉化為最終的養護單元，最終的養護單元具有多種類別的養護單元，同一種類別的養護單元的養護方式均一致。