基于灰色马尔可夫链组合预测的随机桥梁荷载模型研究

摘要

桥梁荷载随机过程的交通量是确定交通基础设施建设规模的主要依据，交通量预测结果的合理性和可靠性将直接影响公路工程项目的投资和效益，对制定未来公路运输发展战略、合理利用资源、充分发挥公路运输设施的效益都有着重要的意义，为制定未来交通运输发展战略提供依据。本文根据随机荷载调查结果确定交通量增长的状态，并据此提出桥梁荷载随机过程预测模型和作用模型，主要研究工作如下： 1、本文将阐述交通量预测原理，研究灰色系统和马尔可夫链的基本理论，提出灰色预测的步骤，分析与比较GM（1.1）全信息预测模型，GM（1.1）新信息预测，GM（1.1）新陈代谢预测，GM（1.1）残差预测等四种灰色预测模型，从马尔可夫链的定义和性质出发，给出重要的C-K方程。 2、提出预测桥梁荷载随机过程的改进灰色预测模型思路，分别建立改进的全信息预测模型、新信息预测模型、新陈代谢预测模型和残差预测模型，利用贵州省某站历年交通量数据对改进模型进行精度检验，并对该站未来交通量进行预测。 3、克服灰色预测方法的不足，提出灰色马尔可夫链桥梁荷载随机过程交通量预测模型，该模型的灰色预测曲线能反映交通量历史发展趋势，而马尔可夫预测可反映随机波动性对交通量预测的影响，从而该方法兼顾了趋势值和波动性两方面因素对预测结果的作用，能克服单一预测模型在交通量预测中的局限性，并可结合交通量实际情况，能实现准确、综合预测交通量的目的。 4、针对公路桥梁车辆荷载是关于时间的可变荷载，提出高速公路桥梁荷载作用预测模型，以国内几条典型高速公路近几年的交通实测资料为依据，分别对不同车型荷载作用次数进行预测，该预测模型可用于在役钢筋混凝土桥梁疲劳荷载计数，对桥梁疲劳评估具有重要的指导意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1论文的选题背景与意义

1.2现有的桥梁荷载随机过程的交通量预测方法

1.2.1按照预测时间因素进行分类

1.2.2按照预测方法的性质进行分类

1.3本文涉及的两种主要预测方法国内外研究现状

1.3.1灰色系统的研究现状

1.3.2马尔可夫链的研究现状

1.3.3灰色马尔可夫链的研究现状分析

1.4本文的研究意义和特色

1.5本文的研究内容与工作

第二章 灰色预测模型概念和理论基础

2.1引言

2.2灰色系统理论及其建模机理

2.3灰色理论的灰数据处理

2.3.1灰色数据的均值生成

2.3.2灰色数据序列的光滑性

2.3.3灰色数据的级比与光滑比

2.3.4灰色数据的累加生成算子与累减生成算子

2.3.5灰色数据累加生成的灰指数规律

2.4灰预测模型的定义型

2.4.1 GM(1，1)的矩阵方程

2.4.2 GM(1，1)矩阵辨识算式及参数辨识算式

2.4.3 GM(1，1)白化型响应式及意义

2.5 GM(1，1)模型精度检验

2.5.1事前检验

2.5.2残差检验

2.5.3后验差检验

2.6残差GM(1，1)模型

2.7GM(1，1)预测模型的优化及其使用范围

2.7.1对灰色模型的信息改造

2.7.2 GM(1，1)模型的使用范围

2.8灰色预测步骤

2.9本章小结

第三章马尔可夫链预测模型

3.1引言

3.2马尔可夫链的定义

3.3马尔可夫链的转移概率

3.4马尔可夫链转移概率的计算

3.5影响马尔可夫链预测结果的因素

3.6本章小结

第四章改进的灰色预测模型及其在桥梁荷载随机过程中的应用

4.1引言

4.2改进的交通量全信息GM(1，1)模型

4.3改进的交通量新信息GM(1，1)模型

4.4改进的交通量新陈代谢GM(1，1)模型

4.5改进的交通量残差GM(1.1)模型

4.6改进的灰色预测模型在桥梁荷载随机过程中的应用

4.7本章小结

第五章 灰色马尔可夫模型在桥梁荷载随机过程中的应用

5.1引言

5.2灰色马尔可夫链预测建模的基本思路

5.3桥梁荷载随机过程的交通量灰色马尔可夫预测模型

5.4本章小结

第六章 高速公路桥梁荷载作用预测模型

6.1引言

6.2不同货车车型荷载作用次数预测模型

6.2.1二货车型车辆荷载作用次数预测模型

6.2.2三货车型车辆荷载作用次数预测模型

6.2.3四货车型车辆荷载作用次数预测模型

6.3不同客车车型荷载作用次数预测模型

6.3.1一客车型车辆荷载作用次数预测模型

6.3.2二客车型车辆荷载作用次数预测模型

6.3.3三客车型车辆荷载作用次数预测模型

6.4本章小结

第七章 总结与展望

7.1主要工作

7.2主要结论

7.3今后的努力方向

参考文献

致谢

攻读硕士期间主要的研究成果