自1988年我国高速公路建设实现零的突破后,30多年来,我国高速公路里程数快速增长,截至2020年底,我国高速公路建成通车里程已达到16.10万公里,居世界首位,7条首都放射线、11条南北纵线、18条东西横线的“71118”路网建设已基本完成。现许多高速公路陆续出现了不同程度的裂缝、永久变形、坑槽、松散等破损,这与日益增加的交通量以及渠化交通的形成,都有着密切的关系。可以预计,在今后的一段时间内,我国高速公路将逐渐由大面积建设时代,转入到建设与养护并重,并逐步以养护管理为主的新时期。预计“十四五”期间,大部分省市高速公路建设与养护的需求将达到总体平衡,特别是东部一些地区将出现养护需求超过建设需求的现象。公路养护工程根据养护目的和养护对象分为预防养护、修复养护、专项养护和应急养护,这其中修复养护是国内外养护管理系统研究的主要对象。西方国家路面养护管理的起源较早,自美国德克萨斯大学开发的路面管理系统（Pavement Management System,PMS）开始,截至20世纪80年代中期,北美、丹麦、英国等国家和地区相继开发各自的路面管理系统已有35个之多。我国自20世纪80年代开始路面养护管理的研究,自主研发的第一套公路资产管理系统（China Pavement Management System,CPMS）已在多个省市应用并积累了宝贵的经验。随着研究的深入,学者们对于养护管理的研究不仅集中于管理系统的研发,而且向更为精细化发展。通过对研究文献的梳理发现,现有高速公路养护管理与效益的相关研究,有如下几点需要进一步探讨:①现行标准中,评价模型受主观因素影响较大,客观性不强,评价结果与路面实际状况符合度较差,基于神经网络、遗传算法等复杂数学模型的评价方法虽然提高了路面使用性能评价的准确性,但由于建模困难,初始权值设置等问题,难以直接应用于日常养护管理工作;②基于层次分析法、数学规划法、遗传算法等方法的决策模型都是面向路面养护需求的,没有将养护效益纳入研究范畴。而效益分析法,采用性能曲线下方新增面积的方法来表达养护效益,评价指标单一,仅仅从养护的效益和费用出发,忽略了路面的实际状况和路段在路网中的地位,没有考虑到路面真实的养护需求。③高速公路养护项目效益的研究十分有限,有待建立一个集多方效益为一体的高速公路路面养护效益分析体系。④高速公路养护决策实施后,全面的养护效益分析可以科学有效的指导下一个养护周期的决策,但现有文献中,缺少养护效益分析结果指导养护决策的相关研究。为解决以上问题,本文的研究内容主要分为三个方面:首先,采用可拓神经网络（Extension Neural Network,ENN）对高速公路养护管理的评价过程进行优化,提高评价的准确性、可靠性;其次,在评价结果的基础上,以养护效益（运营者效益与使用者效益之和）最大化和使用者出行广义费用最小化为目标函数,构建双层规划模型进行决策优化;最后,在路面养护决策实施后,建立效益分析体系,对养护所产生的实际效益（运营者效益、使用者效益、环境效益、国民经济效益）进行分析。通过对上述内容的研究,本文得出如下结论:（1）ENN模型可以良好的适用于路面养护管理领域,提高路面使用性能评价准确性的同时,其结构设置简单,只需要通过特征向量的个数和评价结果的类别就可以确定输入节点和输出节点的个数。初始权值可以从训练数据中获得,避免了 BP神经网络初始权值只能为零或者小随机数而造成的学习时间长且易局部收敛的问题。学习速率高,收敛快,平均学习1代即可满足预设总误差的要求;容错率高,泛化能力强,即使在噪声干扰和训练样本不足的情况下,仍可以维持高准确率。（2）将运营者通行费收入增加与使用者车辆出行成本节约之和最大化作为上层模型的目标函数,将车辆出行广义费用最小化作为下层模型的目标函数,构建高速公路路面养护决策的双层规划模型。采用该模型对路面养护决策进行优化时,可以结合待养护路段的交通量、地质条件、路网中的重要程度、施工条件等因素,做出主观与客观相结合的路面养护决策,且模型结构简单、目标函数清晰、可操作性强。（3）本文建立了一个集运营者效益、使用者效益、环境效益、国民经济效益为一体的路面养护效益分析体系,分别采用回归分析法和合成控制法对上述效益进行分析。其中,运营者效益主要体现在通行费收入的增加;使用者效益主要体现在出行成本的降低（出行费用、时间成本、安全成本）;环境效益主要体现在尾气排放减少和交通噪声降低;国民经济效益主要体现在沿线城市产出的增长以及失业率的降低。实现了路面养护效益的分类量化研究。本文在以下几个方面做了创新性的工作:①鉴于高速公路路面使用性能评价的路段各不相同却又十分相似的特点,本文在比较众多评价方法优缺点的前提下,创新性的引入ENN模型进入路面养护管理领域,既可以完成模式状态的分类识别,也可以完成模式可拓状态的分类识别,评价准确率高、容错能力和泛化能力强,且模型设置简单,物理意义明确,对工作人员没有经验要求,便于高速公路运营部门实际操作和使用。②在现有理论的基础之上,探索性的采用双层规划模型对路面养护决策过程进行优化,避免了传统决策过程只面向养护路段本身而忽略了养护效益的弊端,同时相较于费用效益分析法,避免了路面使用性能较差的路段被排除在养护名单外而产生的安全隐患。③基于利益相关者理论,尝试对高速公路养护项目的利益相关者进行划分,并建立了集运营者、使用者、环境、国民经济为一体的效益分析体系。且在国民经济效益分析中,创新性的引入合成控制法,以对照组城市的加权平均值模拟控制组5座城市没有受到高速公路养护项目干预的“反事实”经济效果,从而对比分析高速公路养护对沿线5座城市失业率和产出（总产出、工业产出、服务业产出）的影响,实现了养护项目国民经济效益分析的量化研究。