高速公路路面養(yǎng)護管理系統(tǒng)決策優(yōu)化的研究

【摘要】近年來，隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，公路工程建設已經(jīng)越來越多的得到人們的關注，對高等級公路的需求越來越大，加之經(jīng)濟發(fā)展的需要，我國高速公路總里程和工程質量都得到很大的進步和改善。而道路后期養(yǎng)護工作也日漸顯得尤為重要，公路路面養(yǎng)護管理系統(tǒng)有助于改變經(jīng)驗決策模式，實現(xiàn)養(yǎng)護管理系統(tǒng)化、科學化和現(xiàn)代化。本文從實際出發(fā)，結合筆者工作經(jīng)歷，講述高速公路路面養(yǎng)護管理系統(tǒng)決策優(yōu)化的研究。

【關鍵詞】高速公路；路面養(yǎng)護管理系統(tǒng)；決策優(yōu)化

前言

隨著我國經(jīng)濟建設的高速發(fā)展，高等級公路已經(jīng)在整個國民經(jīng)濟發(fā)展中扮演著越來越重要的角色，高速、安全、暢通的現(xiàn)代化高速公路正在推動著我國經(jīng)濟飛速發(fā)展。預計到本世紀20年代，我國將建成以高速公路為主組成的國道主干線，形成“五縱七橫”的總體布局，這些高速公路將是我國公路網(wǎng)主骨架和綜合運輸大通道的重要組成部分，必然推進我國交通運輸更上新的臺階。與此同時，高速公路的路面養(yǎng)護問題也得到越來越大的關注。一套科學有效的高速公路流氓養(yǎng)護管理決策系統(tǒng)，能夠有效改變傳統(tǒng)的公路養(yǎng)護管理模式，保證高速公路的運行效率，適應現(xiàn)代化、大規(guī)模和高質量的路面養(yǎng)護要求，為路面管理決策者進行路面使用性能評價與預測、合理確定路面養(yǎng)護資金需求與分配方案、優(yōu)化路面養(yǎng)護決策等提供科學依據(jù)和決策支持，對于公路養(yǎng)護管理部門的工作有著積極的實際意義和作用。本文結合筆者工作經(jīng)驗，結合本省高速公路實例深入探討高速公路路面養(yǎng)護管理系統(tǒng)決策問題，不斷優(yōu)化和提高路面養(yǎng)護管理決策的水平。

1.概述

路面管理系統(tǒng)最早是由北美的一部分學者在上世紀70年代中提出的，根據(jù)系統(tǒng)分析和運籌學原理建立路面設計系統(tǒng)，而后逐漸擴展為公路路面管理系統(tǒng)。如今的路面管理系統(tǒng)已經(jīng)是一種非常成熟而且科學合理的管理方式和輔助決策工具，使路面管理工作更加的系統(tǒng)化、科學化、現(xiàn)代化。路面養(yǎng)護管理系統(tǒng)是流氓管理系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，其決策的關鍵就是科學合理的利用養(yǎng)護資金，使之發(fā)揮最大功用以保證路面處于最佳服務水平、產(chǎn)生最大經(jīng)濟效益。由前所述，隨著我國高速公路建設的飛速發(fā)展，養(yǎng)護管理問題顯得越發(fā)的突出和重要。本文針對我國高速公路路面養(yǎng)護管理現(xiàn)狀，以本省高速公路路面養(yǎng)護管理決策問題為研究對象，在路面使用性能評價和預測的基礎上，構建高速公路路面養(yǎng)護管理系統(tǒng)決策優(yōu)化研究的主要框架，建立路面養(yǎng)護資金分配優(yōu)化模型，進行養(yǎng)護管理決策優(yōu)化的分析。

2.研究方法

路面管理是達到最大利潤與使用壽命的方法論，路面養(yǎng)護管理決策的主要內(nèi)容就是在指定的預算資金和其他資源的約束下或者一定的路面使用性能要求約束下，尋求最優(yōu)的養(yǎng)護策略，使得效益目標最大化。路管理系統(tǒng)的決策是一個多目標、多層次、多階段的系統(tǒng)優(yōu)化決策過程，應該遵循的原則有最優(yōu)化原則、系統(tǒng)原則、信息準全原則、可行性原則和集團決策原則等。關于路面養(yǎng)護管理決策中常用的各種優(yōu)化方法，主要有數(shù)學規(guī)劃優(yōu)化方法和人工智能優(yōu)化方法兩大類。在該研究中，發(fā)現(xiàn)很多問題不存在最優(yōu)解，因此可以按照“滿意優(yōu)化”的基本原則，找出滿意解、可行解甚至非劣解。本研究采用多目標非確定性近似優(yōu)化決策方法，將本省部分高速公路路網(wǎng)按照一定的規(guī)則進行合并歸類，再進行優(yōu)化決策，然后將優(yōu)化求解按照一定科學方法進行逐步逼近，最終獲得一個近似最優(yōu)解。這其中，優(yōu)化目標函數(shù)形式主要是路網(wǎng)效益最大、養(yǎng)護費用最小、養(yǎng)護質量水平最高等，以此來保證研究的實際意義。

3.研究與分析

3.1研究實例

本研究以我省的高速公路調查情況為例，我省交通便利，高速公路的發(fā)展勢頭迅猛，在促進國民經(jīng)濟發(fā)展和社會進步方面效果顯著，而且根據(jù)我省高速公路建設發(fā)展規(guī)劃，今后還將陸續(xù)建設一些高速公路。目前，我國已建高速公路中半剛性基層瀝青路面比重占到70%以上，且新建高速公路路面均以半剛性基層瀝青路面為主，考慮到這些基本情況，本次研究主要針對瀝青路面進行養(yǎng)護管理決策的優(yōu)化進行。在研究前，進行試驗調查準備，考慮到高速公路的性能、交通量等多方面因素后，選取部分路段作為研究對象，涉及瀝青路面全長1117km。接下來，收集以上路段高速公路的歷年路面檢測數(shù)據(jù)并進行匯總，可以得到各路段的平均檢測數(shù)據(jù)值。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，計算各路段相應的道路行駛質量指數(shù)、路面結構強度指數(shù)、路面狀況指數(shù)、抗滑性能指數(shù)和路面養(yǎng)護質量指數(shù)，此后就可以進行各路段的評價并匯總成表，而這張表就可以作為公路養(yǎng)護管理單位決策的依據(jù)。

根據(jù)上述統(tǒng)計、計算，考慮到路面使用性能指標、交通量、路齡和公路等級等因素，對各路段進行路面養(yǎng)護管理排序。接下來就可以分析公路養(yǎng)護資金的分配優(yōu)化，而在建立分配優(yōu)化模型之前，需要確定各個參數(shù)的取值。其中，對于養(yǎng)護費率的確定不僅要考慮各路段養(yǎng)護費率情況，還要結合國內(nèi)其他高速公路現(xiàn)有資料來綜合考慮。在另一個需要考慮的因素——項目規(guī)劃問題中，由于養(yǎng)護資金和道路級別有關，若想把養(yǎng)護資金控制在4億元人民幣以內(nèi)，那么優(yōu)良路率標準就要降到90%左右，本研究中計算得項目規(guī)劃問題未來五年的養(yǎng)護費用為40062萬元，那么各年度的優(yōu)良路里程總和為5765公里。通過案例分析的結果可以看出，本次研究的思路和方法是正確的，具有科學性、合理性，這也能夠為高速公路主管部門和養(yǎng)護管理單位提供有效的決策支持。

3.2分析與反思

（1）高速公路路面養(yǎng)護決策優(yōu)化是一個非常復雜的問題，其模型的建立涉及到的因素和相關指標參數(shù)繁多，這也使得優(yōu)化模型的求解問題更為復雜，進而影響到最優(yōu)方案的制定。對于理論計算分析方面來說，目前仍然沒有十分科學有效的算法來解決大規(guī)模馬爾可夫決策規(guī)劃問題和大規(guī)模線性規(guī)劃問題，仍然需要我們的不懈努力去探索新思路、新算法；從實際路面養(yǎng)護決策的需求方面來說，越來越龐大和擴張的高速公路網(wǎng)規(guī)模給問題的研究和模型的求解帶來了極大的麻煩。因此，今后的工作重點應該是研究和改進大規(guī)模決策問題的算法，使其既保證科學性、有效性，又能滿足決策實際問題的需要。

（2）目前來說，高速公路的養(yǎng)護管理系統(tǒng)決策優(yōu)化正處于一個發(fā)展時期，我國在這領域的研究還處于一個改革階段，很多方面的研究還并不完善，不同的養(yǎng)護管理體制和模式對養(yǎng)護決策的影響具有極大的差別，因此，這又是高速公路養(yǎng)護管理決策優(yōu)化研究中的一個新課題。與此同時，不同地方、不同環(huán)境下的高速公路的養(yǎng)護管理工作也因地制宜，對于能否參照本次研究的成果分析也有待分析驗證，要針對實際情況進一步研究各種模型方法的適用性和可操作性。

（3）在進行高速公路路面養(yǎng)護管理系統(tǒng)決策優(yōu)化研究中，需要格外注意的一點就是對高速公路路面基礎數(shù)據(jù)的檢測和統(tǒng)計，這也是本次研究的基礎和前提。從以往的經(jīng)驗來看，若能將路面病害的快速自動檢測與路面評價和養(yǎng)護決策有機結合起來，將極大提高路面養(yǎng)護管理的現(xiàn)代化水平，更好發(fā)揮高速公路網(wǎng)的綜合養(yǎng)護效益，體現(xiàn)高速公路的公益性和社會性。

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