機場道面使用性能預測的混合效應模型.pdf

1、道面使用性能預測模型是現(xiàn)代道面管理系統(tǒng)的核心組成部分，它直接影響著道面管理活動中許多關(guān)鍵決策。然而，用于建模型和參數(shù)估計的觀測數(shù)據(jù)由描述道面?zhèn)€體差別的特征變量數(shù)據(jù)和描述道面?zhèn)€體性能衰變的時間序列數(shù)據(jù)兩部分組成，而通常情況下觀測的道面區(qū)域多、特征復雜，個體時間序列數(shù)據(jù)非常有限，呈典型的分層非平衡結(jié)構(gòu)特征。對此，傳統(tǒng)建模方法和統(tǒng)計技術(shù)難以獲得滿意結(jié)果，甚至會導致錯誤結(jié)論。因此，采用現(xiàn)場觀測歷史數(shù)據(jù)建立道面性能預測模型一度受到挑戰(zhàn)。本文針對我

2、國道面使用性能歷史數(shù)據(jù)涉及區(qū)域廣、觀測序列短等突出問題，分析數(shù)據(jù)細節(jié)特征，以經(jīng)驗回歸為基礎，應用混合效應模型統(tǒng)計技術(shù)，分別建立確定型回歸模型和馬爾可夫概率預測模型。主要內(nèi)容如下：
　　 (1)選取國際廣泛應用的道面狀況指數(shù)(PCI)作為預測指標，收集大量道面損壞調(diào)查現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)。詳細分析了水泥道面損壞調(diào)查單元尺寸、形狀劃分方案以及主導損壞類型程度識別偏差對道面單元和區(qū)域PCI計算結(jié)果的影響，分析道面損壞狀況人工調(diào)查過程中產(chǎn)生的P

3、CI誤差，明確PCI指標的客觀性和穩(wěn)定性。
　　 (2)以三階多項式作為道面?zhèn)€體預測模型期望函數(shù)，同時建立道面結(jié)構(gòu)厚度和交通量等特征變量與個體模型參數(shù)的回歸關(guān)系，通過分層參數(shù)結(jié)構(gòu)形式聯(lián)結(jié)成線性混合效應模型。通過混合效應模型中固定效應和隨機效應捕獲分層數(shù)據(jù)異質(zhì)性，從而充分整合個體觀測數(shù)據(jù)信息，并依靠收縮估計方法改進某些時間序列較少的道面?zhèn)€體模型參數(shù)的估計，提高參數(shù)估計的穩(wěn)定性。
　　 (3)以雙參數(shù)非線性方程作為道面?zhèn)€體預

4、測模型期望函數(shù)，以道面結(jié)構(gòu)厚度和交通量作為參數(shù)解釋變量，建立非線性混合效應模型，針對“白+黑”道面區(qū)域數(shù)據(jù)少的情況，結(jié)合剛性道面觀測數(shù)據(jù)信息，應用混合效應模型和聯(lián)合估計兩種統(tǒng)計方法，實現(xiàn)“白+黑”道面預測模型的參數(shù)估計，拓寬了預測模型的應用范圍。
　　 (4)應用Logistic回歸方程建立動態(tài)馬爾可夫狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率與道面厚度H、交通量LogN、道面使用時間t及當前狀態(tài)等級CR等變量的關(guān)系。在此基礎上采用隨機截距描述道面?zhèn)€體間的異