刘凤娥[1]2002年在《遗传算法在路面材料参数反演中的应用研究》文中认为随着我国交通事业的发展，公路无损检测与评价已显得越来越重要。如何根据无损检测设备检测得到的数据，反演路面结构层的模量，进而评价路面的承载能力在国际上开展了近叁十年的研究，并取得了不少成果。遗传算法作为一种新兴的仿生优化方法具有许多优良特性，本文在遗传算法应用于路面反分析方面做了初步研究。 遗传算法是模拟生物在自然环境中的遗传和进化过程而形成的一种自适应全局优化算法。它通过模拟达尔文“适者生存、劣者淘汰”的原理激励好的结构；通过模拟孟德尔的遗传变异理论在迭代中保持已有的优良模式，同时搜索更好的模式；通过群体的不断进化而搜索到问题的最优解。 理论上遗传算法以概率1收敛于全局最优解，但在实际操作中单一的遗传算法往往存在早熟和局部最优点的现象。本文在系统介绍遗传算法基本原理的基础上，针对基本遗传算法收敛速度慢和早熟的现象提出了一些改进措施，并将其应用于路面反演问题；同时，针对遗传算法在路面反演具体问题中的补偿性规律，提出了在后期自适应调整模量搜索范围的改进方法。本文主要内容包括： 1．针对遗传算法本身和遗传算法在路面结构反演中的具体问题提出了一些改进措施。 (1)群体初始化以均布产生代替随机产生。 传统遗传算法的初始化为随机产生，这样可能会漏掉一些好的基因模式，同时也可能造成多次对于搜索同一部位，造成机时浪费。本文初始群体的采用均布产生机制，使初始解均布在整个解空间内，从而，在很大程度上加快了收敛速度。 (2)引入模拟退火的Metropolis接受准则，并采取回火退火策略。 本文算法的总体框架遗传算法的框架，但对于遗传算法的变异结果，按照Metropolis准则判断接受与否。当温度较高时，以较大的概率接受恶化解，当温度趋于0时就不再接受任何恶化解了；但是，当温度趋于0时，可能还没有搜索到全局最优解，这时，可以人为地升高温度，使算法接受新解的概 郑仆。1大学硕士学位论文 摘要 率增大，跳离局部最优的陷阶，再重复进行杂交、变异、判断舍弃或接受、 降温直至搜索到满意解。这个过程叫做回火退火。这样，由于算法增加了新 的随机因素，就可以有效地防止遗传算法过早收敛或陷于局部最优。5（3）采取保优变异算子。 即对群体中适应度最大的个体保持不变异，以避免群体退化。 （4）自适应地调整后期模量搜索范围。 算法进化若干代数后，解的质量相对较好时，根据当前群体的进化信息 和模量反演的具体问题，自适应地调整模量的搜索范围，加强算法后期的局 部搜索能力。 2．基于系统识别基本原理和改进遗传算法，建立了路面反演的遗传算 法，并用Fortran90编写了路面反分析程序。 系统识别，就是根据系统的输入和输出数据来识别系统特性参数。它的 基本思路是首先建立一个合理的模型来模拟末知系统，然后通过迭代过程来 修改模型参数，使模型输出与实际系统输出之间的误差达到最小。对于路面 反演问题，它的数学模型一般是 l（X）二＞．卜5（X）一1（l I二1 式中，刀为弯沉盆的控制点数，一般为FWD设备传感器的个数。 模量反演的遗传算法，就是将路面结构参数（通常为模量）作为决策变 量，将其按照一定的方式编码为染色体，然后按照本文的改进遗传算法进行 优化，反算结构参数。为了避免编码空间和解空间的相互转换，本文采用实 数编码方案。 基于以上原理，本文用Fo广ran90语言编写了路面反分析程序。 3．利用本文的反演程序，分别对理论数据和实测数据做了数值分析。 门）对理论数据做了稳定性分析。 对于给定的路面结构，给以不同的初始值范围进行反演分析。数值结果 表明，利用本文改进遗传算法反演的结果比较稳定，其结果基本不受初始值 的影响。 （二）对比分析了改进遗传算法和传统遗传算法的反演结果。 一11－ ） 郑州大学硕士学位论文 摘要 一 本文对SIDIP－LTPP模拟路面结构分别用本文的改进算法和传统遗传算 法进行了反演。数值结果表明，改进遗传算法在求解质量和收敛速度方面都 有一定程度的改善。二（）对比分析了本文反演方法和国内外代表性的反分析软件。本文的反 演
蔡迎春[2]2008年在《层状非均匀介质介电特性反演分析》文中研究表明探地雷达(6PR)作为典型的电磁无损检测技术手段,由于其检测速度快、无破损、精度高等特点,已经广泛应用于地质勘探、考古、交通、土木、环保、水利、铁道等工程领域。随着道路建设与养护管理的不断发展,空气耦合式的6PR(即路面雷达)已经大量应用于道路施工质量控制和路况评价中。目前路面应用技术的研究主要围绕介电常数的确定来展开的,其中通过介质分界面上反射波波幅的相对大小和电磁波传播过程中衰减的人工假定来得到介电常数的研究成果较多,而通过反演算法研究介电常数的研究成果相对较少。另外,目前的绝大部分研究成果集中在半空间或层状的均质材料。而构成工程应用材料大部分是由固态、液态、气态叁相介质组成的混合物,其材料本身的介电特性随着组成成分及其比例的变化表现出非均质的特性。受材料非均匀性质的影响,这种依赖于层间界面的反射波幅得到的介电常数,只能代表界面附近材料的介电特性,不能反映各层内部的材料介电特性,从而导致6PR分析厚度的误差以及应用的局限。本文针对上述雷达应用技术的相对不足,研究了基于层状非均匀介质的路面雷达应用技术,主要成果和结论如下:1、实现了电磁波在层状非均匀介质中传播的正演模拟建立了层状介质的非均匀介电模型,利用时域有限差分(FDTD)方法实现了平面波在层状非均匀介质中传播的模拟计算。将路面结构非均匀层状体系,等效成若干个均匀子层,实现了路面雷达层状非均匀正演模拟。通过与实测反射波的对比发现,非均匀模拟效果更加符合实测反射波。2、实现了层状非均匀介电特性的反演分析利用系统识别和遗传算法,实现了层状非均匀介质介电特性的反演。同时,考虑到系统识别初始值敏感性和遗传算法时效性问题,结合系统识别反演的局部快速收敛和遗传算法全局寻优的优点,提出了遗传算法和系统识别的联合反演算法。实例分析表明,联合反演算法不受初始值的影响,同时相对于遗传反演算法节省了大量时间。3、通过层状非均匀介电特性反演,结合现场相关试验,实现了结构层内部物理量的雷达检测与分析技术。非均匀的介电特性反映了结构层内部物理量变化的非均匀性,通过这些物理量与介电常数的相关试验,分别实现了路基碾压层内部含水量沿深度方向和水平方向的快速检测、水泥稳定碎石基层强度的检测分析、沥青混合料级配的快速检测分析。相对于传统的层间界面介电特性的分析,这种基于结构层内部非均匀介电特性分布的检测分析更加有效,同时扩大了路面雷达的应用范围。论文针对雷达应用技术上均匀材料假定的相对不足,从电磁波传播理论出发,建立了层状非均匀时域有限差分法的电磁波正演模拟,并利用系统识别和遗传反演算法及二者的联合算法,进行了层状非均匀介质介电特性的反演。该方法的实现,从本质上解决了路面雷达应用的共性技术问题,能够充分挖掘了雷达回波蕴含的丰富材料信息,结果更加符合实际材料的特点;并结合路基路面材料物理特性与介电特性的相关试验结论,将雷达尝试性应用于厚度、含水量、密度、级配等施工质量控制指标的检测与分析,推动了路面雷达电磁无损检测技术的发展。
李鹏[3]2007年在《实测弯沉盆反演路面结构层模量的研究》文中研究指明针对应用贝克曼梁观测到的弯沉值来评价路面承载能力存在明显不合理性的问题，以目前国际上普遍使用的落锤式弯沉仪(FWD：Falling Weight Deflectometer)的弯沉检测数据为依据，对路面弹性模量的反演方法进行了研究，以此作为路面承载能力的评价标准。研究的主要反演方法有：1)以迭代方法为基础，通过预估模量的初值、建立弯沉值对模量的导数矩阵、不断修正初始模量值的方法，开发了路面模量反演的修正迭代法。通过理论和试验证明：该算法具有收敛速度快、精度高、稳定性好的优点。2)以遗传算法为基础，通过确定目标函数、产生初始种群、选择、杂交、变异等过程，开发了基于遗传算法的路面模量反演方法。通过理论和工程实例证明：该算法具有精度高，全局收敛的优点。3)编制路面模量反演的修正迭代法和遗传算法的计算机程序并应用于实际工程。与国际上知名的路面模量反演软件MODULUS进行比较，分析各自的优缺点，确定各自的适用范围。通过实践证明：路面模量反演的修正迭代法和遗传算法具有良好的理论价值和实际应用价值，具有广阔的发展前景。
李星[4]2014年在《地物散射特性和参数反演及后向散射统计建模》文中研究指明无论是在军事方面还是民用方面,粗糙表面的电磁散射特性研究都具有显着的学术价值和广泛的应用前景,地物电磁散射和电磁逆散射研究在微波遥感中起着极为重要的作用。由于复杂环境背景干扰因素的存在,对实验测量结果精确度还是有一定的影响,因而后向散射统计建模研究就显得更加有需求,本文结合国内外已有模型和中国电波所实验数据,建立了一种后向散射工程统计模型。电磁散射理论方面介绍了粗糙面电磁散射的相关知识,然后介绍了小斜率近似方法和微扰法,接着介绍了分层粗糙面电磁散射,运用微扰法近似研究了分层微粗糙面的电磁散射,最后对单层粗糙面和分层粗糙面进行数值计算分析。实验测量方面介绍了典型地表后向散射测量的意义,接着具体介绍了测量系统的构架以及原理、实验的具体过程和参数设置,详细介绍了定标实验的意义和原理,定标实验分为暗室定标和室外定标,定标实验关乎外场后向电磁散射测量的精度,所以意义不言而喻。接着本章对各种地表测量地点和测量过程都进行了详细介绍,最后介绍了原始测量数据的处理方法、过程和处理结果,并且分析数据处理结果。针对不同地表运用不同电磁散射理论方法进行数值计算,并且利用中国电波所实测数据与其对比,结果得出两者的值在整体上吻合的很好,证明了理论方法的准确性和可行性。对于部分角度理论值与实验值相差比较大的情况,本章运用了电磁散射理论做出了相应分析。基于遗传算法和粒子群算法,对典型地表等效粗糙度和等效介电常数进行反演,应用两种方法分别对典型地表的等效粗糙度和等效介电常数进行反演,多次反演得出的参数与实验测量的参数数值很接近,进而证明了反演的正确性,并且将反演的参数代入理论公式进行计算,把结果与后向散射测量的实验结果进行对比分析,结果更加证明反演的实用性。结合国内外已有的后向散射经验模型、中国电波所与上海航天科技802实测数据以及数学优化方法,本文得到了一种典型地表后向散射统计模型,然后将本文模型拟合结果与Ulaby模型拟合结果和实验数据进行对比,结果发现本文模型适用于模拟大部分地表后向散射,并且精度相对比较高,具有很好的实用价值。
范文孝[5]2002年在《路面材料性能反演方法的研究》文中提出本文以现代化的路面弯沉检测设备落锤式弯沉仪(FWD)为基础，对现代化的路面承载能力评价方法进行了较为系统的研究，主要研究内容如下： 1．以非线性最小二乘的优化原理为基础，并结合奇异值分解，开发了基于非线性最小二乘的路面模量反演算法。通过大量的理论和试验证明，该算法稳定性好、精度高，收敛速度快，占用机时较少。 2．利用遗传算法具有全局收敛性的特点，开发了基于遗传算法的路面模量反演算法。通过大量的算例证明，该算法稳定性好，计算精度很高。 3．将基于非线性最小二乘的路面模量的反演算法、基于遗传算法的路面模量反演算法以及国际上知名度较高的路面模量反分析软件MODULUS软件这叁个反算程序进行了比较，并分析了它们各自的优缺点，找到了它们各自的适用范围，从而为它们的协同工作奠定了基础。 4．将基于非线性最小二乘的路面模量反演软件应用到工程实际中，对实际路面进行了反分析。
向一鸣[6]2013年在《季节冰冻区道路路基差异沉降控制标准及预测方法研究》文中研究说明我国的季节冻土面积超过了国土面积的一半，季节冻土的开发和利用在我国经济建设和社会发展中占有极其重要的战略地位。随着我国西部大开发战略和振兴东北老工业基地战略的不断深化，加快基础设施建设将成为这些地区社会经济快速发展的有力保障，其中道路建设是最首要的基础前提，势必需要修建数量更多，等级更高的道路。然而，道路路基冻害问题一直是困扰我国季节冰冻区道路建设的一个重要问题。路基的季节性冻结和融化引起的路基不均匀变形已成为季节冰冻区路基路面早期破坏的重要原因之一。由于路基路面是一个整体，路基不均匀融沉变形引起路基的差异沉降，从而导致路面发生不均匀变形，在路面结构层中产生融沉附加应力，当不均匀变形值超过某一限值时，路面结构层因较大的附加应力和路面的荷载应力迭加超过路面材料的容许拉应力而发生破坏。路基的强度和稳定性是保证道路正常使用的基本条件，路基的稳定与否，主要反映在路基沉降变形量的大小，因此建立路基差异沉降控制标准和准确预测路基的沉降变形规律对保证道路的安全运行具有重要的意义。为确保路基具有足够的稳定性，需要实时获取路基强度状态，有必要对路基强度进行监测。由于季节冰冻区路基的含水量、压实度、干湿类型都与回弹模量呈指数关系，所以采用回弹模量能较好的反映整体路基工程状况，科学合理地判定路基的稳定状态。目前，测定路基回弹模量主要有承载板法、贝克曼梁法和落锤式弯沉仪法等。由于现场承载板法和贝克曼梁法的整个过程为人工操作，费时费力，受人为因素和环境影响较大，精度较低，无法满足大面积快速检测与路面管理系统数据采集的需要。而落锤式弯沉仪法的费用昂贵，测试荷载偏大、塑性变形对测试结果有影响，另外它的反算是个非常复杂且困难的问题。因此，有必要对路基土回弹模量的动态监测方法进行深入、科学的研究，以求能为沥青路面结构设计提供科学的测试方法和准确的参考值，具有重要的实际价值和研究意义。由于气候环境和地质条件等原因，季节冰冻区公路路基每年在冬季发生冻胀、春季发生融沉，路基很容易发生不均匀变形，过大的差异沉降会使路基结构破坏，因此对季节冰冻区路基的变形预测显得尤为重要。由于目前采用的许多预测模型和方法大多局限于单个监测点的建模和预测，没有考虑各监测点之间的相互影响关系，仅仅是一种对监测对象的局部变形分析研究。实际上，在路基沉降过程中，单个监测点受其他监测点变形的影响，同时也影响其他监测点的变形，各监测点相互影响、相互制约，是一个系统变化过程，故应从系统整体角度研究路基沉降的变形规律，从整体上对沉降观测数据进行恰当的处理，以便对沉降变形作出准确的预报，对减少道路灾害的发生、保证行驶安全、提高经济效益具有广泛的现实意义。本文依托国家高新技术研究发展项目（863项目）“季节冰冻区大范围道路灾害参数监测与辨识预警系统研究”（项目号：2009AA11Z104），基于季节冰冻区路基差异沉降控制标准、路基稳定性判断分析方法，改进灰色多变量预测模型用于路基沉降预测进行了系统的研究，主要开展了以下几方面工作：1、通过对不同差异沉降条件下的路面力学响应进行分析，定量的计算出当路基产生多少差异沉降量时，路面将产生破坏，进而建立基于路面结构性要求的差异沉降控制标准。同时，考虑路面功能性对差异沉降的要求，综合两方面因素，确定针对季节冰冻区道路路基差异沉降控制标准，分为安全、比较安全、比较危险、危险、非常危险五个级别。2、由于路基回弹模量能较好的反映整体路基工程状况，可以科学合理地判定路基的稳定状态。因此，基于弹性层状体系理论，考虑到路基回弹模量与基层顶面应变的内在联系，且基层顶面应变可以实时、准确监测，采用BP神经网络算法为反演方法，以特征截面处的基层顶面应变为输入变量，以路基回弹模量为输出变量，建立了基于实测应变数据的路基回弹模量数学反演模型。3、季节冰冻区路基沉降变形是一个复杂的系统过程，常用的数学预测模型仅局限于单个监测点时间序列的建模和预测，不能考虑到各监测点之间的相互影响关系，不足以反映路基整体的变形趋势。从系统的角度综合考虑变形体上各监测点的变形，将单变量GM(1,1)模型在n元多变量情况下扩展为多变量MGM(1, n)模型，从而实现对路基中相互影响的多个监测点变形预测模型的建立和预测。通过分析传统多变量MGM(1, n)模型背景值计算存在的误差，利用非齐次指数函数拟合模型中各变量的一次累加生成序列，提出了新的背景值计算公式，建立了优化的多变量MGM(1, n)模型。4、在实际路基沉降监测过程中，通常存在非等时距的监测时序问题，导致观测数据采样周期难以保持一致，从而出现原始观测数据时距不等的情况，极大降低了预测模型的精度和应用范围。因此，针对非等时距的多变量MGM(1, n)模型的建模机理进摘要行理论分析，进而建立非等时距的多变量MGM(1, n)模型，用以拟合预测多变量间具有相互影响、相互制约关系的非等时距的路基沉降监测原始数据序列。同时，鉴于背景值的计算方法是决定灰色预测模型精度和适应性的重要因素，利用非齐次指数函数模拟多变量MGM(1, n)模型中的一次累加生成序列，提出了一种优化模型背景值的方法，以提高非等时距多变量MGM(1, n)模型的拟合预测效果。
王晓文[7]2011年在《高速公路沥青路面结构设计的实施与反演》文中指出沥青路面结构设计是沥青路面研究的一个重要方向,国内外已有很多的研究。他们的研究方向主要是不同的经济条件、自然条件、交通类型、交通荷载的作用下所适用的路面结构。而本文则是从施工角度去研究路面结构形成的过程。在施工过程中,天气、施工工艺过程、路面材料和材料组成的差别,影响了路基的弯沉值、CBR值,路面各层的厚度、抗压模量和抗弯拉模量的变化。这些变化必定与路面原设计的应力分布和应力大小、路面的使用寿命会有所差别。研究所有这些施工过程中产生的变化因素与内部应力和路面使用寿命的关系,是这篇论文的主要目的。研究路基——先假定路面垫层的厚度、抗压回弹模量和基层、沥青面层的厚度、抗压回弹模量为原设值,取路基可能出现的弯沉值,用标准轴载BZZ-100验算路基路面各层的应力,并反演沥青路面的使用寿命,画出相关曲线图。研究路面垫层——以垫层的厚度和抗压回弹模量为基础,假设路基的弯沉值和路面其它各层厚度、抗压回弹模量为设计值,用标准轴载BZZ-100验算路基路面各层的应力,并反演沥青路面的使用寿命,画出相关曲线图。在研究路面其它各层时,设研究结构层的厚度、抗压回弹模量为变量,并假设路基的弯沉值、垫层的抗压回弹模量和厚度及路面其它各层厚度和抗压回弹模量为设计值,用标准轴载BZZ-100验算路基路面各层的应力,并反演沥青路面的预期使用寿命,画出影响曲线图。总结出施工后的实际路面结构的变化与沥青路面内部应力和路面预期使用寿命的关系,建立影响的函数关系式。在这些基础上,建立模拟实际路面结构参数与应力和预期使用寿命的模型。以某高速公路为实际研究对象,计算出施工之后路面结构的应力分布和路面预期使用寿命。研究路基——先假定路面垫层的厚度、抗压回弹模量和基层、沥青面层的厚度、抗压回弹模量为原设值,根据实测的弯沉值,用标准轴载BZZ-100验算路基路面各层的应力,并反演沥青路面的使用寿命。再研究路面垫层——以实际测得的路基弯沉和垫层的厚度、抗压回弹模量为基础,假定垫层之上各层的厚度和抗压回弹模量为设计值,用标准轴载BZZ-100验算路基路、面各层的应力,并反演沥青路面的使用寿命。在研究路面其它各层时,以相应层以下层的厚度和模量为实测值,之上各层厚度和模量为设计值,用标准轴载BZZ-100验算路基路面各层的应力,并反演沥青路面的使用寿命;算至最上层,得出路面建成后的实际使用寿命,并根据历次验算得出的路面使用寿命画出使用寿命的变化曲线。
刘凤娥, 蔡迎春, 乐金朝[8]2002年在《遗传算法在路面材料参数识别中的应用研究》文中研究说明针对标准的遗传算法收敛速度慢的特点做了几点改进 :在群体初始化中 ,以均匀产生初始群体代替随机产生 ;实行截断选择 ,隐含了最优保存策略 ;动态变异 ,将改进后的遗传算法和系统识别原理相结合 ,应用于路面反分析中 .分别对理论数据和实测数据进行了计算分析 ,并和目前国内国际较通用的软件计算结果进行了比较分析 .结果表明 ,改进后的遗传算法收敛速度快 ,具有较强的全局优化能力 ,利用该算法进行路面反演可以避免解病态方程 ,反演结果稳定可靠
伍大玮[9]2004年在《遗传算法在路面结构动态时域反分析中的应用研究》文中进行了进一步梳理本文针对道路工程中行车荷载是动荷载的客观事实，采用遗传算法对柔性路面结构在FWD荷载作用下的动力问题进行了较为系统的研究。主要内容有： 1、基于层状弹性体系模型，采用Rayleigh阻尼模型对路面结构进行描述。对粘弹性方程采用Wilson法和Newmark法分别进行求解，编制时域动力有限元响应程序，通过算例分析验证正问题程序的正确性； 2、根据系统识别的基本原理，采用遗传算法作为参数调整算法，在时域上进行了反分析，编制了相应的动力反分析程序。文中结合实例，考查了遗传算法的稳定性和收敛性，证明了方法的合理性和有效性。 3、考察遗传算法在多参数优化问题的性能。
刘豪睿[10]2010年在《铬渣污染场地复电阻率法探测技术研究》文中认为在重金属(铬)污染土壤物理参数变化引起土壤的电学参数包括电阻率、复电阻率、介电常数和磁化率等发生的变化的实验研究基础上,确定了复电阻率方法为重金属污染场地的探测方法。选择Cole-Cole模型作为土壤复电阻率的电路模型,在微观结构上对Cole-Cole模型参数与土壤物理模型参数之间的关系进行了推导。基于平均球近似理论,结合阿尔奇公式,得到土壤复电阻率中对导电起主导作用的直流电阻率。基于双层胶体板模型,及泊松—波尔兹曼公式,得到土壤复电阻率中具有容抗特征的双电层电容参数。土壤复电阻率参数中包括一些与土壤本身特征相关的参数,在大量实验数据的基础上通过反演算法得到特定土壤的参数。设计一维数字滤波程序,对基于有限元法的场地数值模型进行验证,结果显示结合等效电阻率法的有限元数值模拟计算是正确的。建立场地模型,由测量的视复电阻率,通过反演算法逐步计算得到土壤的物理模型,与实际物理模型对比后显示反演结果可以对含水率和污染程度进行较好的区分。
参考文献：
[1]. 遗传算法在路面材料参数反演中的应用研究[D]. 刘凤娥. 郑州大学. 2002
[2]. 层状非均匀介质介电特性反演分析[D]. 蔡迎春. 大连理工大学. 2008
[3]. 实测弯沉盆反演路面结构层模量的研究[D]. 李鹏. 山东科技大学. 2007
[4]. 地物散射特性和参数反演及后向散射统计建模[D]. 李星. 西安电子科技大学. 2014
[5]. 路面材料性能反演方法的研究[D]. 范文孝. 大连理工大学. 2002
[6]. 季节冰冻区道路路基差异沉降控制标准及预测方法研究[D]. 向一鸣. 吉林大学. 2013
[7]. 高速公路沥青路面结构设计的实施与反演[D]. 王晓文. 重庆交通大学. 2011
[8]. 遗传算法在路面材料参数识别中的应用研究[J]. 刘凤娥, 蔡迎春, 乐金朝. 郑州大学学报(工学版). 2002
[9]. 遗传算法在路面结构动态时域反分析中的应用研究[D]. 伍大玮. 郑州大学. 2004
[10]. 铬渣污染场地复电阻率法探测技术研究[D]. 刘豪睿. 中国矿业大学（北京）. 2010
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