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【6h】

基于遗传神经网络时间序列法的交通荷载动态预测

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致谢

1绪论

1.1引言

1.2研究背景

1.3预测基本原理

1.4预测方法概述

1.5本文所做的主要工作

2交通荷载量

2.1交通荷载量的定义

2.2交通荷载量的调查

2.2.1车辆的种类

2.2.2车辆的轴型

2.2.3调查方法

2.3轴载换算方法

2.3.1轴载系数定义

2.3.2 AASHTO当量系数的计算

2.3.3我国规范中采取的方法

2.4轴载谱分析

2.4.1轴载称重调查

2.4.2车辆轴载谱的获取

2.4.3实例分析

2.5本章小结

3人工神经网络和遗传算法原理

3.1人工神经网络概述

3.2人工神经网络的结构

3.2.1人工神经元模型

3.2.2人工神经网络的拓扑结构

3.2.3人工神经网络的学习过程及学习规则

3.3遗传算法

3.3.1遗传算法的基本流程

3.3.2遗传编码

3.3.3适应函数

3.3.4遗传算子

3.4本章小结

4交通荷载遗传神经网络时间序列动态预测理论

4.1交通荷载的动态变化模式

4.2神经网络模型及其选择

4.2.1 BP神经网络模型

4.2.2 BP神经网络学习算法

4.3基于BP神经网络的时间序列预测理论

4.3.1训练样本集的准备

4.3.2初始权值确定

4.3.3网络结构确定

4.3.4网络的训练和预测方式

4.3.5学习速率

4.3.6期望误差

4.3.7网络泛化能力

4.4 GA优化BP神经网络时间序列法原理

4.5遗传神经网络时间序列预测模型的建立

4.6本章小结

5交通荷载遗传神经网络时间序列预测模型的建立及实现

5.1交通荷载遗传神经网络时间序列预测模型的建立

5.1.1预测输入指标数据的确定

5.1.2 BP网络的设计

5.1.3遗传算法的设计

5.1.4滚动预测的实现

5.1.5多步预测的实现

5.2 GA-BP网络预测程序的实现

5.2.1 MATLAB简介

5.2.2程序实现

5.3交通荷载预测实例

5.4网络输出结果及预测分析

5.4.1泛化能力分析

5.4.2对比分析

5.5本章小结

6结论与展望

6.1本文总结

6.2未来展望

参考文献

附录A GA-BP网络预测程序

作者简历

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摘要

交通荷载的动态预测是进行路面设计和评价的前提,其预测的正确与否将直接影响到设计和评价的合理性。交通荷载的变化受各种因素的影响,特别是随着时间的推移,交通荷载将呈现出动态变化的趋势。 事物之间存在其内部固有的规律,历年的交通荷载变化也应有一定的规律。这种规律可能不是一般的规律,它有其复杂性。在以往的交通量预测方法中都对这种规律进行了研究,但效果并不是特别好。 人工智能技术的出现给预测方法的改进提供了更好的理论。神经网络使预测的精度更进一步提高,但它本身也有缺点。为了弥补这些缺点,本文提出了将遗传算法和神经网络相结合,通过遗传算法对神经网络进行优化,利用历年的交通荷载量对网络进行训练。优化后的神经网络能更好的反映出交通荷载量之间的内部关系。利用经过优化、训练好的神经网络再进行预测,就能得到理想的效果。 本文采用人工智能的方法开发路面交通荷载预测模型。针对预测系统的非线性,采用将遗传算法与BP网络相结合的算法。利用遗传算法全局寻优的特点来优化BP网络权值和阙值,从而克服了BP网络固有的缺陷。用这样一个较优的GA-BP模型对路面交通荷载进行预测。采用MATLAB语言对所建模型进行仿真,从而验证了模型的可行性。将GA-BP算法与已有的其他算法进行比较,得出GA-BP算法的性能优越性。取河南省1988~1993年的平均交通荷载量进行训练,用1994年的平均交通荷载量进行模型检验。对比各种预测方法的预测结果,得出GA-BP预测的准确性。

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