数据驱动-力学模型融合的机场刚性道面结构性能评价方法

pavement structural performance evaluation is critical for airfield safe operation and durable infrastructure. Traditional evaluation methods based on simplified model, theoretical assumptions, and limited number of experiments, do not consider complex field loading and environmental conditions, hence the evaluation accuracy could be compromised. To overcome this issue, this research conduct virtual prototype analysis according to monitoring data, characterize the pavement dynamic response due to complex aircraft loading configuration, develop full size rigid pavement mechanical model, create model parameters estimation algorithm; combine mechanical model and multi-souse data fusion, characterize the collinearity and significance of the data variables, develop condition supplement technique according to multi-souse data characterization, create rigid pavement structural performance database covering full conditions; on this basis, build mapping model framework between monitoring data and stress and modulus, create model parameters self-evolving algorithm, develop pavement structural performance evaluation method using mapping model. The theoretical and practical values are significant.

机场道面结构性能评价是保障飞行区运行安全和设施长效耐久的基础。国内外现有评价方法多基于理想假设、简化模型和有限样本的室内外实验，难以应对现场复杂的运行环境及荷载特征，从而影响了道面结构性能评价的准确性和可靠性。针对传统机场刚性道面结构性能评价与现场复杂工况环境不匹配的问题，本项目通过基于感知数据的虚拟样机仿真分析，获取飞机复杂轮组作用下的动力荷载特征，建立机场刚性道面足尺力学模型，提出基于感知数据的模型参数估计算法；将力学模型与多源感知数据进行融合，解析多源数据参数的共线性和显著性特征，提出基于多源数据特征的工况条件补全方法，建立覆盖全工况条件的刚性道面结构性能评价参数样本库；在此基础上，制定感知数据与应力空间、结构参数的映射关系建模策略，建立基于数据累积的模型参数自进化算法，提出基于映射模型的刚性道面结构性能评价方法。预期成果对保障飞行区运行安全和设施长效耐久的理论和应用意义显著。

机场道面结构性能评价是保障飞行区运行安全和设施长效耐久的基础。国内外现有评价方法多基于理想假设、简化模型和有限样本的室内外实验，难以应对现场复杂的运行环境及荷载特征，影响道面结构性能评价的准确性和可靠性。针对传统评价方法与现场复杂工况、环境不匹配等问题，项目建立了机场刚性道面精细化数值模型，提出了基于感知数据的模型参数估计算法；融合力学模型与感知数据，建立了覆盖全工况条件的刚性道面结构性能评价参数样本库，提出了基于在线感知的机场刚性道面结构性能评价方法；基于成都天府国际机场智能跑道，验证了数值模型计算效率与准确性；结合影响参数敏感性分析和道面结构模量演化规律，优化了映射模型架构与参数。融合143个现场感知工况样本和4212个数值仿真工况样本，构建了数据驱动-力学模型融合的全工况样本库，建立了基层顶面反应模量的BP神经网络预估模型，训练集、测试集的映射精度分别为0.998、0.995，相对平均误差分别为1.83%、2.25%；提出了数据驱动-力学模型融合的机场刚性道面结构强度PCN评价方法，并依托成都天府国际机场进行了案例分析。预期成果对保障飞行区运行安全和设施长效耐久的理论和应用意义显著。