高速公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)排序

辛 欣，鄭 婉

(黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院，黑龍江 哈爾濱 150080)

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高速公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)排序

辛 欣，鄭 婉

(黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院，黑龍江 哈爾濱 150080)

介紹了高速公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)排序。

高速公路；瀝青路面；養(yǎng)護(hù)排序

1 路面養(yǎng)護(hù)決策概述

養(yǎng)護(hù)決策模型在路面管理中的應(yīng)用可以追溯到20世紀(jì)60年代的AASHTTO試驗(yàn)路時(shí)，第一次將在一定時(shí)間范圍的路面使用性能進(jìn)行了系統(tǒng)的量化；隨后經(jīng)濟(jì)分析法在道路養(yǎng)護(hù)分析決策中的應(yīng)用，一些公路機(jī)構(gòu)將公路和用戶的效益定量化，提出了壽命周期費(fèi)用分析的方法；后來數(shù)學(xué)的規(guī)劃方法、各種近似優(yōu)化方法均被引用到路面管理系統(tǒng)中的決策模型。在數(shù)學(xué)規(guī)劃法中主要的幾種有：決策樹法、排序法、優(yōu)化法。數(shù)學(xué)規(guī)劃模型對(duì)于大規(guī)模規(guī)劃問題的求解速度緩慢，并且解的不確定性，以此產(chǎn)生了人工智能的優(yōu)化方法，主要有遺傳算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、物元模型、灰色系統(tǒng)理論等。

2 基于路面使用性能的路段排序

由于各種資源的限制，路面養(yǎng)護(hù)的實(shí)施有一定的先后順序，傳統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)決策方法是決策人員依據(jù)路面檢測(cè)數(shù)據(jù)，按照工作經(jīng)驗(yàn)，以“最壞的最優(yōu)先”判斷需要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)的路段及相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)方式，這種做法人為主觀因素較強(qiáng)，且缺乏科學(xué)依據(jù)。如何根據(jù)路網(wǎng)內(nèi)各路段已有的使用狀態(tài)和使用性能指標(biāo)科學(xué)合理地安排路網(wǎng)內(nèi)養(yǎng)護(hù)工程實(shí)施的次序，是路面管理系統(tǒng)的重要組成部分；文章采用灰色關(guān)聯(lián)度分析法對(duì)養(yǎng)護(hù)路段排序。

灰色關(guān)聯(lián)分析法的基本思想是計(jì)算各個(gè)指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)度，然后按照關(guān)聯(lián)度的大小進(jìn)行先后排序。

假設(shè)擬進(jìn)行養(yǎng)護(hù)的路段為m個(gè)，影響路段決策的因素有n個(gè)，則可以構(gòu)造m×n階決策矩陣B=(bij)m×n，其中，bij為第i個(gè)路段在第j個(gè)決策指標(biāo)下的值。

評(píng)價(jià)指標(biāo)可以分為效益型和成本型兩類，成本型目標(biāo)追求的是最小值，效益型目標(biāo)追求的是最大值；路面使用性能的各個(gè)指標(biāo)為極大值指標(biāo)，即其值越大越好。當(dāng)b0j為某指標(biāo)的極大值，b0j=max{bij}，當(dāng)為某指標(biāo)的極小值，b0j=min{bij}，則可以構(gòu)造最優(yōu)向量B0=(b01,b02,…,b0n)。

在決策矩陣B中，加入向量B0，則構(gòu)造(m+1)×n階評(píng)價(jià)矩陣：B=b(bij)(m+1)×n，對(duì)矩陣進(jìn)行規(guī)范化處理：

對(duì)于效益型指標(biāo)，令

xij=bij/maxbij,i=1,2,…,m,j=1,2,…,n

(1)

對(duì)于成本型指標(biāo)，令

xij=minbij/bij,i=1,2,…,m,j=1,2,…,n

(2)

式中：bij為i項(xiàng)目方案所對(duì)應(yīng)的j指標(biāo)值；maxbij，minbij為所有方案集中j指標(biāo)的最大和最小值。

能夠得到規(guī)范化后的矩陣X=(xij)(m+1)×n，規(guī)范化化后矩陣中的最優(yōu)向量X0j=(1,1,…,1)。

定義最優(yōu)向量X0j=(1,1,…,1)為母序列，待評(píng)價(jià)方案Xi=(xi1,xi2,…,xin)為子序列，定義母序列和子序列中第j點(diǎn)的關(guān)聯(lián)度按系數(shù)為rij，計(jì)算公式如式(3)所示。

(3)

其中：ρ為分辨率系數(shù)，通常取ρ=0.5。

灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)構(gòu)成的多指標(biāo)灰色關(guān)聯(lián)矩陣為：R=(rij)m×n，關(guān)聯(lián)系數(shù)反映各方案與理想方案之間的關(guān)聯(lián)度，即相似程度，但關(guān)聯(lián)系數(shù)提供的信息過于分散，不便比較，為此將關(guān)聯(lián)系數(shù)加權(quán)集中得到加權(quán)關(guān)聯(lián)度：

(4)

其中：ωj的值依據(jù)規(guī)范結(jié)合實(shí)際工程進(jìn)行確定，在分析路面使用性能指標(biāo)關(guān)聯(lián)度時(shí)ωj取各分項(xiàng)指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的權(quán)重值。

由于加權(quán)關(guān)聯(lián)度反映的是各路段和最優(yōu)方案的關(guān)聯(lián)度，其值越小，路況越差，因此，按照加權(quán)關(guān)聯(lián)度最小的路段最先養(yǎng)護(hù)的原則進(jìn)行路段排序。

在高速公路的養(yǎng)護(hù)路段排序的影響因素中，僅考慮路面使用性能這一因素。根據(jù)第二章中建立的模糊綜合評(píng)價(jià)模型，所采用的評(píng)價(jià)指標(biāo)包括四項(xiàng)：路面損壞狀況指數(shù)PCI、路面行駛質(zhì)量指數(shù)RQI、路面車轍深度指數(shù)RDI、路面抗滑性能指數(shù)SRI。所對(duì)應(yīng)的權(quán)重向量為ω=(0.33,0.39,0.15,0.13)，以某高速公路路面6個(gè)路段的路況數(shù)據(jù)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)排序決策。路況數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 路況數(shù)據(jù)表

將表1中數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入窗口如圖1。

圖1 數(shù)據(jù)輸入窗口

輸入數(shù)據(jù)后，點(diǎn)擊“計(jì)算決策矩陣”按鈕，得到?jīng)Q策矩陣如圖2所示。

圖2 決策矩陣

點(diǎn)擊“計(jì)算評(píng)價(jià)矩陣”按鈕，得到評(píng)價(jià)矩陣如圖3所示。

圖3 評(píng)價(jià)矩陣

點(diǎn)擊“標(biāo)準(zhǔn)化處理”按鈕，得到評(píng)價(jià)矩陣標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果如圖4所示。

圖4 評(píng)價(jià)矩陣的標(biāo)準(zhǔn)化

點(diǎn)擊“計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)矩陣”按鈕，得到灰色關(guān)聯(lián)度矩陣如圖5所示。

圖5 灰色關(guān)聯(lián)矩陣

點(diǎn)擊“計(jì)算加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度”按鈕，得到加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度結(jié)果如圖6所示。

圖6 加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度

點(diǎn)擊“養(yǎng)護(hù)排序結(jié)果”按鈕，得到路段排序結(jié)果如圖7所示。

各路段養(yǎng)護(hù)排序?yàn)椋郝范?、路段2、路段5、路段1、路段3、路段4，在養(yǎng)護(hù)資金有限的情況下，按照這個(gè)排序安排資金分配。

圖7 養(yǎng)護(hù)排序

3 小 結(jié)

文章介紹了路面養(yǎng)護(hù)決策的幾種常用方法，結(jié)合規(guī)范對(duì)瀝青路面的狀態(tài)進(jìn)行了劃分，并依據(jù)實(shí)際工程中可能出現(xiàn)的組合給出了相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)對(duì)策。提出了灰色關(guān)聯(lián)分析的方法在有限資金情況下對(duì)路段進(jìn)行養(yǎng)護(hù)排序，使得養(yǎng)護(hù)路段的排序問題脫離了主觀因素的影響，更加科學(xué)合理。

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2016-02-15

U418.9

C

1008-3383(2016)12-0183-02