申请/专利权人：山东省交通规划设计院集团有限公司

申请日：2023-12-26

公开（公告）日：2024-06-21

公开（公告）号：CN117495468B

主分类号：G06Q30/0283

分类号：G06Q30/0283;G06N3/126;G06N3/086;G06Q10/10;G06F17/11;G06F30/27;G06F30/25;G06F111/06

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.21#授权;2024.02.23#实质审查的生效;2024.02.02#公开

摘要：本发明公开了一种基于大数据的公路工程计量计费方法及系统，方法包括数据采集与预处理、公路工程土方配置、建立计量计费模型和测试与验证。本发明属于大数据技术领域，具体是指基于大数据的公路工程计量计费方法及系统，本方案建立基于线性规划理论的土方配置数学模型，利用粒子群优化算法对土方配置数学模型进行分析和处理，得到最优的土方配置方案，减少工程预算，节约成本；基于粒子群算法估计公路工程项目的最小成本与最优工期，结合遗传算法，实现更高效的全局搜索和更快的收敛速度，从而获得最优解。

主权项：1.基于大数据的公路工程计量计费方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤S1：数据采集与预处理，收集公路工程项目的相关数据，去除重复数据，对缺失值进行处理，识别和处理数据中的异常值；步骤S2：公路工程土方配置，建立基于线性规划理论的土方配置数学模型，利用粒子群优化算法对土方配置数学模型进行分析和处理，得到土方配置方案；步骤S3：建立计量计费模型，基于粒子群算法估计公路工程项目的最小成本与最优工期，结合遗传算法，摆脱局部最优；步骤S4：测试与验证，使用已有的公路工程项目数据对计量计费模型进行测试验证，评估模型的精度和可靠性；在步骤S2中，所述公路工程土方配置，包括以下步骤：步骤S21：问题定义，定义公路工程施工现场开挖区域为，填充区域为，其中，表示公路工程施工现场开挖区域总数，表示填充区域的总数，假设开挖区域至填充区域的运输量为；步骤S22：约束条件，利用切割区域对填充区域进行填充，所用约束条件如下： ；式中，表示开挖区域的土方体积；在满足上述约束条件的前提下，利用填充面积作为目标约束量，所用公式如下： ；式中，表示填充区域的土方体积；步骤S23：建立数学模型，建立土方分配的数学模型，所用公式如下： ；式中，，，，，，，，，表示填充区域与开挖区域之间的平均运输距离，表示土方分配的总数；步骤S24：粒子群优化，利用粒子群算法优化公路工程中土方分配问题，得到土方配置方案，所用公式如下： ； ；式中，为第次迭代，表示粒子的速度，表示粒子的位置，和为学习因子，用于调整粒子沿飞行的距离，用于调整粒子沿飞行的距离，是一个取值范围为的随机数，表示个体的最佳位置，表示群体的最佳位置，表示自我认知部分，代表粒子当前位置与自身最优位置之间的距离，表示社会认知部分，代表粒子当前位置与群体最优位置之间的距离；在步骤S3中，所述建立计量计费模型，包括以下步骤：步骤S31：参数定义，初始化粒子，随机产生种群，定义输入参数，所用公式如下： ；式中，表示施工条件和环境信息，表示公路工程项目的工程规模，表示成本的限制，表示工期的最小和最大限制，表示额外费用，表示工程规模；表示设备使用情况；表示土方配置方案；步骤S32：重组，采用轮盘赌的方法来挑选组合的粒子，使用均匀交叉方法产生新粒子，定义产生的新粒子数量等于原粒子的数量；步骤S33：定义适应度函数，对每个粒子，利用均方根误差RMSE作为目标函数，所用公式如下： ；式中，表示预测值，表示实际值，表示样本个数；步骤S34：更新速度和位置，计算速度并更新粒子的位置，位置更新重复次，得到结果，所用公式如下： ； ；式中，为粒子的最佳位置，为整个优化过程中所有粒子的最佳位置，和是学习因子，、是范围内的随机数，为粒子的当前位置，为粒子当前速度，为粒子更新后的位置，为更新后的速度，表示惯性权重；计算柯西速度和位置，所用公式如下： ； ；式中，和为随机化的柯西值，为粒子柯西突变后的位置，为柯西突变后的速度，为粒子的当前柯西位置，为粒子当前柯西速度；步骤S35：终止条件判断，如果对结果满足，则终止整个过程，如果不满足，定义阈值，则检查是否有超过一半的粒子陷入相同的局部最优，通过比较每个粒子的和位置，如果两个点之间的距离小于阈值，则被视为陷入相同的局部最优中，如果超过一半的粒子陷入局部最优，则转到步骤S36，否则转到步骤S37； ； ；式中，为两点之间的距离，为粒子数，为阈值；步骤S36：柯西突变，当一半的粒子陷入相同的局部最优时，所有陷入局部最优的粒子都会从当前位置发生突变，所用公式如下： ；式中，表示粒子突变前的位置，表示粒子突变后的位置；步骤S37：选择粒子，选择所有粒子中的一半，利用多样性原理，对每个粒子的和之间的距离进行排序，通过计算每个粒子被选中的概率，然后重复步骤S31，所用公式如下： ；式中，表示粒子被选中的概率，表示粒子的秩，得到计量计费模型。

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