[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

本發明為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，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，其輸入包括養護方式。通過養護決策優化的養護策略去優化路面特征，路面特征預測的結果又能反哺養護決策優化，達到效益最優，更加客觀。

技術領域

本發明涉及路基路面工程技術領域，具體是將人工智能方法應用到高速公路的微觀單元性能監測，并利用遺傳算法實現高速公路周期養護決策和規劃。

背景技術

隨著我國基礎設施建設的不斷推進，中國已經成為世界上公路總里程最長的國家。然而其中大多數高速公路的很多路段達不到設計壽命，在使用10年-15年后甚至更短時間就需要頻繁的大型維護來支撐正常運行，耗費了大量的人力物力，因此怎樣科學地進行道路養護決策，有節奏地進行高速養護規劃，成為發展綠色交通道路，提高公路路面管理系統服務水平的核心問題。傳統的高速公路養護一般會選取間隔時間，定期對路面性能進行評估，根據評估結果選取差異養護方式(上海市公路管理處.公路瀝青路面養護技術規范:JTJ073.2-2001.陜西旅游出版社,2001.)。然而該方法對于路面性能恢復屬于“先破壞，后養護”，對病害的檢測，服務水平的提升具有滯后性，造成了高速公路整體的服務質量受損。同時傳統養護方法缺乏對道路歷史數據的深度挖掘，對路面性能的衰變規律沒有深入的科學分析，造成養護決策的主觀性。

張麗娟等(張麗娟,黃晟,梅誠等.基于K最鄰近算法的瀝青路面使用性能預測[J].公路工程,2020,45(03):73-78+85.)基于K最鄰近算法預測瀝青路面使用性能，輸入變量包含自然分區、交通條件、道路結構和路齡，對PQI值進行預測并優化K值，得到精度較高的預測模型，該方法沒有時間序列的歷史數據參與訓練，屬于單純的靜態預測，很難得到實用的預測模型，且預測單元一般每一組數據單元均為1千米及以上，預測單元粗糙，養護區間由于實際工程需要設定較大，設置小的預測單元進行預測難度較大且如何將小預測單元進行整合也是一大難點，對實際養護指導意義有限。此外，該文獻中的預測方法對于預測后性能沒有規范的養護決策指導研究，無法建立預測方法與養護決策的聯系，不能將預測模型反哺養護決策模型，無法應用實際的工程實踐。

李莉等(李莉,管婷婷.考慮多種損壞構成特征的瀝青路面預防性養護決策方法[J].上海大學學報(自然科學版)：1-13.)劃分有效養護路段，建立2個BP神經網絡模型對具體養護措施進行預測，并對精度和泛化能力做出評估，提高養護對策選取的針對性。該類方法應用的數據來源完全為歷史養護資料，將以往的性能和養護直接關聯，養護方式設為目標值進行預測，該歷史養護資料本身就屬于主觀資料，其養護對策仍具有主觀性，模型為了降低誤差去擬合歷史養護對策變量，只會放大歷史數據的主觀性。同時對于養護對策的影響沒有進行深入分析，無法從更長的時間維度進行道路全生命周期的養護決策優化。

發明內容

鑒于上述現狀的不足，本發明擬解決的技術問題是，提供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，并能夠使高速公路持續保持高服務水平的技術效果。該方法包括養護區間選擇、路面特征預測和養護決策優化，能夠根據道路現有狀況選取需要養護的區間單元，深入挖掘路面特征的歷史數據對包括路面使用性能和其他特征進行合理預測，并在養護期內搜索最優的養護策略，形成效益最優的高速公路智能養護體系，通過養護決策優化的養護策略去優化路面特征，路面特征預測的結果又能反哺養護決策優化，達到效益最優，更加客觀。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案為：