論選擇公路養(yǎng)護(hù)方案過程中決策優(yōu)化方法的運(yùn)用

耿麗英

（河北省邯長(zhǎng)高速公路管理處）

近年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)告訴發(fā)展,公路建設(shè)如火如荼,公路的里程日益增長(zhǎng),逐漸形成國(guó)家以及地方公路網(wǎng)。在這個(gè)過程當(dāng)中,公路的養(yǎng)護(hù)問題也越來(lái)越突出。

1 路面管理系統(tǒng)

所謂公路養(yǎng)護(hù)指的是為了保證公路處于完好的狀態(tài),防止出現(xiàn)使用性能下降等問題并提供良好的交通服務(wù)而進(jìn)行的作業(yè)。公路養(yǎng)護(hù)的目的是為了保證公路的使用功能以及公路網(wǎng)的暢通,不斷地提高服務(wù)水平和質(zhì)量,充分發(fā)揮公路在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中的重要作用。按照工程規(guī)模大小以及技術(shù)難易程度等要素可以把公路養(yǎng)護(hù)分成小修、中修、大修以及改建4種類型,除此之外還有搶修、應(yīng)急加固以及修復(fù)工程等專項(xiàng)工程。

做好公路養(yǎng)護(hù)共組需要一個(gè)可以充分高效地利用資源的系統(tǒng)方法以管理公路基礎(chǔ)設(shè)施,保證公路在一定的時(shí)期內(nèi)維持良好的使用狀況,路面管理系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。路面管理系統(tǒng)產(chǎn)生以后逐漸在美國(guó)、加拿大、歐洲以及日本國(guó)家得到廣泛的應(yīng)用。通常情況下路面管理系統(tǒng)包括路面狀況評(píng)價(jià)以及管理策略優(yōu)化等過程,它作為輔助決策的工具可以為管理部門的決策提供分析和依據(jù)。根據(jù)管理層次的不同,路面管理系統(tǒng)可以分為項(xiàng)目級(jí)的路面管理系統(tǒng)以及網(wǎng)級(jí)的路面管理系統(tǒng)。路面管理系統(tǒng)可以為公路養(yǎng)護(hù)方案的選擇提供整體上的分析與依據(jù),但是要想選擇最為合適的公路養(yǎng)護(hù)方案還需要具體的決策優(yōu)化方法。

2 選擇公路養(yǎng)護(hù)方案的決策優(yōu)化方法

選擇公路養(yǎng)護(hù)方案首先要分析公路的養(yǎng)護(hù)需求,這需要收集路面檢測(cè)數(shù)據(jù),通過對(duì)路面的現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè),為路面養(yǎng)護(hù)方案的制定以及資金的分配等決策提供可靠的依據(jù)。在路面管理系統(tǒng)誕生的初期,路面養(yǎng)護(hù)需求的分析主要依賴工程師的實(shí)地觀測(cè),然后根據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷需要養(yǎng)護(hù)的路段以及養(yǎng)護(hù)的措施。這種決策方法的缺陷比較明顯,即依賴工程師的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)而具有較大主觀性以及隨意性。隨著路面管理系統(tǒng)的發(fā)展,一些更為科學(xué)精密的決策優(yōu)化方法逐漸引入到公路養(yǎng)護(hù)當(dāng)中,提高了決策的客觀性以及可靠性,為公路養(yǎng)護(hù)方案的選擇提供了有力保障。

2.1 數(shù)學(xué)決策優(yōu)化方法

在選擇公路養(yǎng)護(hù)方案的決策過程中,數(shù)學(xué)決策優(yōu)化方法有著量化程度高的優(yōu)點(diǎn),比較常見的數(shù)學(xué)決策優(yōu)化方法有線性規(guī)劃法、決策樹法以及排序法。

（1）線性規(guī)劃法。線性規(guī)劃乃是運(yùn)籌學(xué)里最為基本也是最為經(jīng)典的問題。線性規(guī)劃從數(shù)學(xué)本身來(lái)講是一個(gè)條件特殊的極值問題。路面養(yǎng)護(hù)方案的選擇問題的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)主要是養(yǎng)護(hù)質(zhì)量的水平最高、養(yǎng)護(hù)的費(fèi)用最小以及路網(wǎng)的效益最大等,所以可以選取對(duì)路面的某種狀態(tài)下采用某種措施的道路占的比例來(lái)作為決策的變量,在約束條件下建立線性規(guī)劃或者是整數(shù)規(guī)劃模型。這種方法雖然實(shí)現(xiàn)了公路養(yǎng)護(hù)方案選擇的量化處理,但是因?yàn)槁肪W(wǎng)的規(guī)模龐大,在實(shí)際的決策優(yōu)化過程當(dāng)中造成決策者面臨大規(guī)模的線性規(guī)劃問題,從而導(dǎo)致對(duì)模型進(jìn)行計(jì)算求解的過程非常的困難。有鑒于此,在線性規(guī)劃的實(shí)際應(yīng)用中衍生出了一些近似優(yōu)化的方法,例如應(yīng)用比較廣泛的集成類方法。它的基本思想是分解并簡(jiǎn)化大規(guī)模問題,可以減小決策問題的規(guī)模,有效的降低模型的計(jì)算量。

（2）決策樹法。決策樹作為數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)中的重要研究方法,使用樹狀結(jié)構(gòu)來(lái)表示決策的方案、效用以及概率等因素。我國(guó)路面管理系統(tǒng)中的網(wǎng)級(jí)系統(tǒng)使用了決策樹的方法,即根據(jù)道路的等級(jí)、路面強(qiáng)度、路面類型以及交通量等影響因素對(duì)路網(wǎng)進(jìn)行分枝,然后通盤考慮組合條件以確定公路的養(yǎng)護(hù)方案。運(yùn)用決策樹進(jìn)行決策優(yōu)化比較簡(jiǎn)單直觀,而且它可結(jié)合決策人的主觀經(jīng)驗(yàn),有著靈活性和適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),是一種簡(jiǎn)單有效的決策方法。

（3）排序法。在路面養(yǎng)護(hù)工作當(dāng)中,因?yàn)橘Y金等因素的限制,往往不可能滿足全部的養(yǎng)護(hù)需求,這就需要有一定的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各個(gè)項(xiàng)目的重要性進(jìn)行排序,為選擇養(yǎng)護(hù)方案提供依據(jù)。使用排序法的核心在于確定排序的指標(biāo)以及排序的方法。排序的指標(biāo)比較常見的有路面的使用性能指標(biāo)、道路等級(jí)、交通量以及相關(guān)的經(jīng)濟(jì)因素等,在排序的方法上則有很多形式可供選擇。

2.2 人工智能優(yōu)化方法

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,人工智能的研究應(yīng)用的領(lǐng)域越來(lái)越廣,在進(jìn)行公路養(yǎng)護(hù)方案選擇的過程中也開始發(fā)揮重要作用。

（1）模糊集理論。模糊集理論是美國(guó)的扎德教授于上世紀(jì)七十年代創(chuàng)立的,并由此產(chǎn)生了模糊數(shù)學(xué)。模糊數(shù)學(xué)的產(chǎn)生拓展了數(shù)學(xué)的應(yīng)用范圍,使得數(shù)學(xué)應(yīng)用從精確領(lǐng)域拓展到了模糊現(xiàn)象的領(lǐng)域。我國(guó)的陳守煜教授在此基礎(chǔ)上創(chuàng)建了工程模糊集理論,并提出了以模糊集理論為基礎(chǔ)的群決策優(yōu)化方法,可以在多因素條件下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定性評(píng)價(jià)的量化以及排序。模糊集理論目前在對(duì)交通流的預(yù)測(cè)中運(yùn)用的比較深入。而交通流作為公路養(yǎng)護(hù)的重要因素,對(duì)選擇公路養(yǎng)護(hù)方案有著間接的決定作用。

（2）遺傳算法。遺傳算法乃是一種智能型的搜索算法,它利用自然選擇以及生物進(jìn)化的思想在高維空間中尋找最優(yōu)答案。到目前為止,遺傳算法在工程優(yōu)化、管理決策以及智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域得到了十分廣泛的應(yīng)用。遺傳算法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算時(shí)間短、收斂速度快,與此同時(shí)它的缺點(diǎn)是難以求得最優(yōu)解、局部搜索能力比較弱以及連續(xù)空間離散化?，F(xiàn)在選擇公路養(yǎng)護(hù)方案決策過程中運(yùn)用的還不是很多。但是因?yàn)槁肪W(wǎng)的規(guī)模龐大、計(jì)算復(fù)雜,隨著遺傳算法的發(fā)展,公路養(yǎng)護(hù)方案的決策過程中可以充分發(fā)揮遺傳算法計(jì)算速度快的優(yōu)勢(shì)處理大量的數(shù)據(jù),為優(yōu)化決策提供依據(jù)。

總而言之,合理地運(yùn)用決策優(yōu)化方法選擇公路的養(yǎng)護(hù)方案,不但可以保證公路養(yǎng)護(hù)工作的質(zhì)量,而且可以節(jié)約成本取得最好的經(jīng)濟(jì)效益。

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