不同基因演算参数于铺面回算分析(淡江大学).doc

淡江大學土木工程學系 題目：不同基因演算參數於鋪面 回算分析 報 告 者 ：江 克 培 中 華 民 國 九 十 四 年 七 月研 究 大 綱 ? 研究動機與目的 ? 研究背景與相關文獻 ? 研究理論和方法 ? 影響因子參數研究 ? 結論與建議一、研 究 動 機 與 目 的 研究動機： 一般鋪面養護管理系統中以養護工程 最為重要，其進行須需依賴鋪面調查系統與鋪面 評估系統的支援，而鋪面結構調查與評估為其工 作項目之ㄧ。試驗方法中又以撓度法﹝ Methods Deflection ﹞最具代表性；試驗方法又分穩態試驗與 衝擊力試驗。 研究目的：本研究以衝擊試驗 落重撓度儀為主， – 發展其動態回算程式，使回算結果能與實際鋪面狀 況更加吻合，以利鋪面設計與維修管理策略之參 考。研 究 流 程 圖 柔性鋪面理論分析與研究 理論基礎與文獻回顧 研究動機與目決的定研究主題 比較分析與討論 議 二、研 究 背 景 與 相 關 文 獻 ? 落重撓度儀特性﹝FWD﹞特性 ? 近代回算技巧發展? 落 重 撓 度 儀﹝FWD﹞特 性 該試驗主要利用自由落體所產生的瞬間 力打擊鋪面的襯墊，量測鋪面瞬間產生的撓度 值。所產生的撓度曲線與車輛作用於鋪面的衝 擊力較類似，所以較能確實反映現地鋪面影 響，利用 進行撓度試驗，並將撓度結果 回算，以求出各層彈性模數，可預估鋪面使用 壽命及服務年限。 FWD? 近 代 回 算 技 巧 發 展 ? 最佳化回算系統: MODULUS BISAR 核心，建立一系列涵蓋輸入模數範圍的基本撓度 盤，其數量會隨回算未知數多寡而快速增加。 是以靜態正算程式 為運算 康裕明以動態格林函數為正算核心，利用非 線性最小二乘最佳化法發展出 回算程 式 。 BKGREEN? 近 代 回 算 技 巧 發 展 ? 迴歸分析與類神經網路運用： 近年來發展出許多新的統計迴歸方法稱之為 當代迴歸技術，如：投影追逐迴歸﹝ ﹞、小 PPR 區域迴歸法等﹝ ﹞，以提高傳統統計迴 LOESS 歸不足的精度。 類神經網路﹝ ﹞，意指模仿 Neural Network 生物神經網路之資訊處理系統，是一種基於腦 與神經系統研究，所啟發的資訊處理技術。? 近 代 回 算 技 巧 發 展 ? 基因演算法之應用： Lee 探討類神經網路和最佳化兩種常見的回 算技巧，應用於預測鋪面特性使其預估的誤差 值達到最小，探討 的變位值已預測鋪面層 強度的回算方法。 FWD Fwa 以基因演算理論為基礎研發出適用於 柔性鋪面之回算程式 ，進行鋪面 NUS-GABACK 結構之分析。三、研 究 理 論 和 方 法 ? 動態理論基礎 ? 基因演算法的源由 ? 理論回算結果因子分析? 動 態 理 論 基 礎 本研究動態理論基礎，是運用格林柔度影響 方程式 並配 (Green‘s Flexibility Influence function) 合數值解模擬動態應力波 在 (dynamic stress wave) 鋪面成層系統中傳遞情形。 理論假設鋪面系統為水平、成層的彈性半無限 空間，將各成層材料視為均質等向性的彈性體。鋪面表面輻射方向撓度﹝ ﹞與垂直撓度 U ﹝ ﹞分別可寫為下列公式： W U = ( ) ( ) ∞ ∫ qR u J kr J kR dk 0 1 1 W = qR w J (kr )J (kR )dk ∞ ∫ 0 0 1當垂直載重作用於 成層系統之上， 將 n Kausel U W (mode series) 和 分別以模態級數 之近似解表示 ； 適合處理大量層數和得到隨深度增加的土壤性質之 細部變化。 2n + 2 k u ∑ ( ) u w = = ? i1 i1 k k k 2 2 i 1 i i + 2 n 2 k w ∑ ( ) 2 w = i 1 2 ? 2 k k k i 1 = i i? 基 因 演 算 法 的 源 由 「物競天擇，適者生存」，這是英國生物學家達 爾文（ ），長期對自然界生物 Charles Robert Darwin 進行觀察所得到的結論。 本研究採基因遺傳演算法之基本精神，生物界 中物競天擇、優勝劣敗的自然法則，選擇物種中具 有較好特性的母代，並且隨機性的交換彼此的基因 位元，以產生更優秀的子代，重覆演化以產生最適 應的物種。 以下為基因演算圖：a. 基因編碼 b. 隨機產生初始世代母體 c.計算適應值 d.選擇 e.交配 f.突變 產生新子代 產生近似最佳解 結束 是 是否滿足 終止條件 否基 因 演 算 法 基 本 原 理 a. 基因編碼 ：在遺傳演算法中，編碼 (Encoding) 是首要解決的問題，先將搜尋空間的解以編碼 形態表示，使參數值編成一組基因序列。