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研究生: 陳治中
Chih-Chung Chen
論文名稱: 智慧型機場剛性鋪面維修專家系統之應用
指導教授: 李釗
Chau Lee
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
畢業學年度: 89
語文別: 中文
論文頁數: 204
中文關鍵詞: 剛性鋪面專家系統模糊邏輯機器學習類神經網路
外文關鍵詞: rigid pavement, expert system, fuzzy logic
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  • 剛性鋪面的維修問題,牽涉的因素相當複雜,目前仍需依賴有經驗的鋪面維修專家作適當的決策和判斷,但專家在決定維修策略時,必須同時考慮眾多之不確定性因素,而這些因素可能直接或間接,單獨或混合的影響維修策略的選擇。為讓專家在選定維修策略之前,能更客觀、正確的先診斷出造成鋪面損壞的原因,進而針對鋪面現況及維修需求等因素,選定適當之維修策略(維修工法及維修材料),本研究首先應用模糊邏輯推論,以專家的知識為基礎,建立機場剛性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,進而協助選定適當之維修策略。
    維修策略的選擇是機場鋪面管理系統中重要的一環,適當的維修策略,是確保維修成效的保證。通常鋪面維護人員會依照專家的經驗與知識,並根據現地現況,找出造成鋪面破損的原因和建議維修策略;但在實務上常看到維修後再損壞的例子,顯示先前選擇的維修策略不能有效修補鋪面,而必須改用其他工法或材料維修,才能確保維修後鋪面服務績效。本研究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。
    本研究所建立之智慧型機場剛性鋪面維修專家系統,除由專家實際操作驗證外,為求證系統分析結果與機場剛性鋪面專家解決鋪面維修問題的思考邏輯模式之差異比較,進行系統分析,專家驗證和系統分析結果,印證本系統在機場剛性鋪面維修策略之選擇時,能迅速的評選出適當之維修策略,達到提昇機場剛性鋪面之維修成效及維護飛航安全之目標。



    Maintenances of rigid pavement include a lot of complex factors; we often deal with them depending on experienced experts. Experts will often face to uncertain factors and hard to make a decision on the maintenance strategy. In this study, we have first applied a theory of fuzzy logic to establish a logic-reasoning mode of diagnosing expert system for rigid pavement damages assessments at the airport. We have used expert experiences and fuzzy reasoning to establish a diagnosing expert system. It is desired to help engineers make an accurate decision.
    To select repairing strategy is one of the most important tasks in the airport pavement management system. The performances of pavement are assured by suitable repairing strategy. We couldn’t efficiently repair damage of pavement by expert’s suggestions. The study also has taken advantage of a machine learning theory of neural network, expert questionnaire, and through special case study to develop suggestive expert system. The system offers us a properly and economic suggestions, it also have feedback learning function on repair materials.
    Experience experts have qualified the system. They have the same conclusion it will be useful for maintenance of rigid pavement.

    目錄I 圖目錄IX 表目錄XII 第一章 緒論1 1.1 研究背景1 1.2 研究目的與範圍1 1.3 研究方法與流程3 第二章 文獻回顧6 2.1 剛性鋪面6 2.1.1 剛性鋪面的種類6 2.1.2 剛性鋪面破損原因7 2.1.3 機場剛性鋪面破損種類10 2.1.4 機場剛性鋪面維護13 2.2 專家系統18 2.2.1 專家系統之架構19 2.2.2 專家系統的功能20 2.2.3 專家系統與人類專家之比較21 2.3 模糊理論22 2.3.1 模糊集合24 2.3.2 模糊推論25 2.3.3 詞語變數27 2.4 機器學習28 2.4.1 機器學習法30 2.4.2 類神經網路31 2.4.3 類神經網路模式34 2.4.4 倒傳遞類神經網路37 第三章 國內外剛性鋪面專家系統研析43 3.1 國外鋪面專家系統現況43 3.1.1 PARADIGM43 3.1.2 PRESERVER45 3.1.3 ROSE46 3.1.4 ERASME47 3.1.5 EXPEAR48 3.2 國內鋪面專家系統現況50 3.2.1 SEC50 3.2.2 多媒體機場鋪面維修專家系統51 3.3 鋪面專家系統之研析53 3.4 國內外相關結合類神經網路於鋪面之研究61 第四章 機場剛性鋪面維修專家系統建構65 4.1 鋪面破損模糊診斷專家系統模組65 4.1.1 鋪面專家的命題與推理方式66 4.1.2 機場鋪面破損原因與現象69 4.1.3 模糊推理模式之發展71 4.1.4 機場剛性鋪面診斷破損原因模組之建立77 4.1.5 問卷的設計、發放整合82 4.1.6 個案分析83 4.2剛性鋪面建議維修模組87 4.2.1 國內機場鋪面現況88 4.2.2 結合類神經網路於國內機場剛性鋪面維修之研究90 4.2.3 類神經網路選擇維修策略模式之建構92 4.3 問卷之發放105 第五章 問卷之回收與分析處理106 5.1問卷回收106 5.2模糊推論診斷鋪面破損原因模組107 5.3類神經網路建議鋪面維修策略模組114 5.3.1範例格式114 5.3.2倒傳遞神經網路參數設定119 5.3.3網路實作與訓練120 第六章 系統實作137 6.1系統使用對象137 6.2系統開發工具評選138 6.3系統開發實作139 6.4系統驗證143 第七章 結論與建議147 參考文獻151 附 錄157 附錄一、層級分析法1 附錄二、系統使用說明7 附錄三、問卷14

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