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研究生:黃書猛
研究生(外文):Shu-Meng Huang
論文名稱:機場鋪面維修系統建立之研究
論文名稱(外文):Establish of An Repairing System for Airport Pavement
指導教授:李釗李釗引用關係
指導教授(外文):Chau Lee
學位類別:博士
校院名稱:國立中央大學
系所名稱:土木工程研究所
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:260
中文關鍵詞:機場鋪面專家系統模糊邏輯類神經網路地理資訊系統全球定位系統
外文關鍵詞:Airport PavementExpert SystemFuzzy LogicNeural NetworkGISGPS
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台灣近年來由於經濟蓬勃發展,交通運輸量日益繁重,機場鋪面之負荷亦愈形沈重,故如何延長及維持鋪面之服務績效,已成為交通工程單位重要課題之一。然以目前空運幾近飽和之狀況,已不容長時期關閉機場重新鋪築,因此對破損的鋪面,如何能即時、有效的予以修復,已是目前機場鋪面績效維護主要的議題。
目前國內對於機場鋪面損壞的維修,大多依賴維修專家經驗的累積或由材料廠商建議適合的修補材料,尚無一套完整實用的鋪面維修規範可供遵循;對於鋪面損壞原因未適當的診斷和瞭解即從事維修,或採用不當的維修方法和維修材料,是國內機場鋪面維修效率偏低之主要原因;另鋪面維修後缺乏完整的檔案記錄,致使維修經驗無法累積,進而無法評估維修方法及維修材料的成效,導致經常發生重複失敗的維修案例,亦是目前國內機場鋪面維修成效不彰之主要原因。
本研究旨在建立一套結合匯集機場鋪面維修專家知識和經驗及具有處理、儲存、展示機場鋪面的屬性資料及空間資料之「機場鋪面維修系統」。首先應用模糊邏輯推論,以專家的知識為基礎,建立機場鋪面損壞原因診斷專家系統模糊推理模式,使系統能處理專家對機場剛性鋪面損壞現象在程度上確認之不確定性的問題,以改善傳統專家系統的限制,診斷出較合理、正確的原因。另應用類神經網路機器學習理論,以專家問卷調查的方式,經由案例的學習與歸納,累積知識,以利日後針對現地破損進行建議維修時,更能選擇出適合的策略,確保鋪面服務績效。另考量維修材料具有創新性及適用性之問題,本研究同時建立維修材料回饋學習的功能,讓系統能隨時間不斷學習,確保維修材料的適用性。
本研究並因應機場營運作業特性,研發一套整合GIS及GPS之鋪面調查方法,可進行機場鋪面全面性及臨時性之鋪面調查工作。
本研究所建構之機場鋪面維修系統,初步已具有診斷鋪面損壞原因、建議維修策略及儲存、展示每一版塊歷次維修紀錄的功能;所研發之鋪面調查法,經現地實際使用,亦較傳統鋪面調查法便捷快速;期望本研究能對國內機場鋪面維修效益有正面提昇的作用。
Due to the economic boom in Taiwan in recent years, transportation and communication increases daily and the airport pavement load also becomes heavier. How to maintain and extend the life of pavement has now become one of the major topics in the transportation engineering department. However, since air cargo is almost at its saturation, it is not advisable to close the airport for a long period of time to repave the field. Therefore, how to repair the distressed pavement in time and effectively has now become the major issue of maintaining the pavement at the airport effectively.
Repair of distressed pavement at the airport in Taiwan at present mostly relies on the accumulated experience of repair experts or on the repair material suggested by the material supplier(s). There is still no set of perfect and practical pavement repair criteria to be followed. The main reason for poor pavement repair at the airport in Taiwan was that repairs were done without understanding and diagnosing the cause of distress or adopting improper repair method and materials. Also, it lacks a complete file record after repairing the pavement, so there is no way of accumulating repair experience and unable to evaluate the results of repair methods and materials. As a result, there is frequent repetitious repair failure, which is also one of the main reason of poor pavement repair at the airport in Taiwan.
The purpose of this study is to create an airport pavement repair system, that is able to process, store, and show the attribute data and spatial data of airport pavement by collecting and integrating the knowledge and experience of airport pavement repair experts. First, fuzzy logic was applied to do the inferring, based on the knowledge of experts, and create a fuzzy inferring mode of diagnostic expert system for the cause of pavement distress at the airport, to enable the system to process uncertain problems of experts on the degree of rigid pavement distress at the airport, in order to improve the restrictions on conventional expert system and thus diagnose a more rational and accurate cause. The machine learning of neural network theory was also applied in the experts’ questionnaire survey, and then study and classify the cases in order to accumulate the knowledge for the advantage of giving suggestions to repairs on field distress in the future and be able to choose an appropriate plan in order to ensure effect of pavement service. Innovative and appropriate repair materials were also taken in account. The function of feedback learning on repair materials was simultaneously created in this study to enable the system to keep on learning any time in order to ensure the suitability of repair materials.
In this study a set of GIS & GPS pavement survey method was also developed to conduct a total and temporary pavement survey on the airport pavement in order to deal with the characteristic of business operation at the airport.
Initially the airport pavement repair system that was constructed in this study already has the function of diagnosing the cause of pavement distress, suggesting repair plan, and storing and showing the subsequent repair records of each block. Upon practical field application, the pavement survey method developed is more convenient and faster than the conventional pavement survey method.
中文摘要..................... I
英文摘要......................II
目錄........................III
圖目錄.......................V
表目錄 ......................VI
第一章 緒論....................1-1
1.1研究背景................ 1-1
1.2研究目的................ 1-2
1.3研究內容與方法............. 1-3
1.4研究流程................ 1-3
1.5論文架構................ 1-7
第二章 文獻回顧..................2-1
2.1機場鋪面................ 2-1
2.1.1機場鋪面種類.............. 2-1
2.1.2機場鋪面破壞原因............. 2-3
2.1.3機場鋪面破壞種類與原因.......... 2-5
2.1.3.1美國聯邦航空總署(FAA)之研究....... 2-5
2.1.3.2國內機場鋪面狀況............ 2-7
2.1.4機場鋪面之維修方法............ 2-10
2.1.4.1維修模式............... 2-10
2.1.4.2維修方法............... 2-12
2.1.4.3維修材料............... 2-13
2.2專家系統................ 2-15
2.2.1專家系統的架構............. 2-16
2.2.2專家系統的功能............. 2-16
2.2.3專家系統與人類專家之比較......... 2-17
2.2.4專家系統在土木工程之應用......... 2-18
2.2.5機場鋪面維修專家系統可行性評估...... 2-19
2.3模糊理論................ 2-20
2.3.1模糊集合................ 2-22
2.3.2模糊推論................ 2-23
2.3.3詞語變數................ 2-25
2.4機器學習................ 2-26
2.4.1機器學習法............... 2-27
2.4.2類神經網路............... 2-28
2.4.3類神經網路模式............. 2-31
2.4.4倒傳遞類神經網路............ 2-33
2.5地理資訊系統.............. 2-38
2.5.1地理資訊系統的原理........... 2-38
2.5.2地理資訊系統的架構........... 2-38
2.5.3地理資訊系統的功能........... 2-39
2.5.4地理資訊系統在土木工程上的應用...... 2-41
2.6全球定位系統在機場鋪面為管理上的應用.. 2-42
2.6.1衛星定位系統發展現況.......... 2-42
2.6.2 GPS定位的原理............. 2-43
2.6.3 GPS測量方法.............. 2-44
第三章 國內機場鋪面維護現況探討..........3-1
3.1國內機場鋪面維護程序........... 3-1
3.1.1機場鋪面維護計畫之策訂.......... 3-1
3.1.2機場鋪面檢查.............. 3-1
3.1.3機場鋪面維修方式............. 3-2
3.2機場鋪面維修作業特性........... 3-3
3.2.1安全管制................ 3-3
3.2.2施工交通動線............... 3-3
3.2.3時效性................. 3-3
3.3國內機場鋪面之維修策略.......... 3-4
3.3.1破損鋪面修補............... 3-4
3.3.2接縫填縫料換修.............. 3-4
3.3.3加鋪AR-4000面層............. 3-4
3.3.4局部版塊整修.............. 3-5
3.4國內外機場鋪面損壞維修方式之比較.... 3-5
3.5國內機場鋪面維修問題.......... 3-5
第四章 國內外鋪面專家系統及機場鋪面管理系統研析..4-1
4.1鋪面專家系統.............. 4-1
4.1.1國外鋪面專家系統現況........... 4-1
4.1.1.1 PARADIGM............... 4-1
4.1.1.2 PRESERVER............... 4-3
4.1.1.3 ROSE................. 4-4
4.1.1.4 ERASME............... 4-4
4.1.1.5 EXPEAR................ 4-5
4.1.2國內鋪面專家系統現況........... 4-6
4.1.2.1 剛性鋪面診斷維修專家系統........ 4-7
4.1.2.2多媒體機場鋪面維修專家系統........ 4-7
4.1.3鋪面專家系統之研析............ 4-9
4.2機場鋪面管理系統............. 4-13
4.2.1國外機場鋪面管理系統現況......... 4-13
4.2.1.1 Integrated Pavement Management System.... 4-14
4.2.1.2 Micro PAVER............. 4-14
4.2.2國內機場鋪面管理系統現況......... 4-15
4.2.3國內外鋪面管理系統綜合探討......... 4-16
第五章 鋪面調查方式............... 5-1
5.1前言.................. 5-1
5.2目前國內外所使用鋪面調查方法及分析....5-1
5.3本計畫所使用之鋪面調查方法........5-2
5.3.1汽車行進攝影自動化鋪面調查法........5-5
5.3.1.1系統目標................5-5
5.3.1.2系統組成................5-5
5.3.1.3系統建構................5-6
5.3.1.4系統工具................5-10
5.3.1.5工具架設................5-10
5.3.1.6現地實做................5-12
5.3.1.7資料後續處理..............5-13
5.3.2單人攜帶機動化鋪面調查系統........5-14
5.3.2.1掌上型電腦概述.............5-14
5.3.2.2調查系統功能..............5-15
5.3.2.3系統架構...............5-16
5.3.2.4系統之操作..............5-18
5.4機場鋪面調查方法使用與檢討.......5-19
5.4.1結果討論................5-19
5.4.2調查系統實測結論.............5-20
第六章 機場鋪面維修資料管理系統之建立.......6-1
6.1 GIS在機場鋪面維修資料管理上的應用....6-1
6.2資料庫的功能和重要性...........6-2
6.3國外鋪面管理系統資料庫簡介........6-2
6.4運用GIS構建機場鋪面維修資料管理系統...6-4
6.5系統開發工具...............6-6
6.6本系統發展過程..............6-7
6.7系統功能.................6-9
第七章 多媒體機場鋪面維修專家系統之建立......7-1
7.1前言...................7-1
7.2多媒體機場鋪面維修專家系統之建立.....7-2
7.2.1多媒體..................7-2
7.2.1.1專家系統傳達知識的問題..........7-2
7.2.1.2多媒體的應用..............7-3
7.2.1.3多媒體系統工具.............7-4
7.2.1.4多媒體系統的發展............7-4
7.2.1.5多媒體系統與專家系統之結合........7-5
7.2.2專家系統之建立..............7-5
7.2.2.1鋪面破損模糊診斷專家系統模組.......7-5
7.2.2.1.1鋪面專家的命題與推理方式........7-7
7.2.2.1.2機場鋪面破損原因與現象.........7-9
7.2.2.1.3模糊邏輯與模糊推理機..........7-9
7.2.2.1.4詞語變數的表示............7-11
7.2.2.1.5模糊推論的模擬............7-12
7.2.2.1.6機場鋪面破損原因診斷模糊邏輯推理模式建立.7-13
7.2.2.1.7問卷之發放與回收整理 .........7-16
7.2.2.1.8推理模式驗證與分析討論.........7-19
7.2.2.2機場鋪面維修策略建議維修模組.......7-22
7.2.2.2.1類神經網路在鋪面工程上的應用......7-23
7.2.2.2.2類神經網路選擇維修策略模式之建構....7-24
7.2.2.2.3範例的產生..............7-29
7.2.2.2.4系統實做...............7-30
7.2.2.2.5系統驗證...............7-32
第八章 機場鋪面維修系統之建構...........8-1
8.1前言...................8-1
8.2專家系統和地理資訊系統之整合連結.....8-2
8.3機場鋪面維修系統之操作說明........8-5
第九章 結論與建議.................9-1
9.1結論...................9-1
9.2建議...................9-2
參考文獻.....................VII
附錄一(問卷)....................VX
附錄二(鋪面損壞原因診斷模組實例操作驗證)......VIX
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