论选择公路养护方案过程中决策优化方法的运用

耿丽英

（河北省邯长高速公路管理处）

近年来我国经济告诉发展,公路建设如火如荼,公路的里程日益增长,逐渐形成国家以及地方公路网。在这个过程当中,公路的养护问题也越来越突出。

1 路面管理系统

所谓公路养护指的是为了保证公路处于完好的状态,防止出现使用性能下降等问题并提供良好的交通服务而进行的作业。公路养护的目的是为了保证公路的使用功能以及公路网的畅通,不断地提高服务水平和质量,充分发挥公路在经济发展过程中的重要作用。按照工程规模大小以及技术难易程度等要素可以把公路养护分成小修、中修、大修以及改建4种类型,除此之外还有抢修、应急加固以及修复工程等专项工程。

做好公路养护共组需要一个可以充分高效地利用资源的系统方法以管理公路基础设施,保证公路在一定的时期内维持良好的使用状况,路面管理系统应运而生。路面管理系统产生以后逐渐在美国、加拿大、欧洲以及日本国家得到广泛的应用。通常情况下路面管理系统包括路面状况评价以及管理策略优化等过程,它作为辅助决策的工具可以为管理部门的决策提供分析和依据。根据管理层次的不同,路面管理系统可以分为项目级的路面管理系统以及网级的路面管理系统。路面管理系统可以为公路养护方案的选择提供整体上的分析与依据,但是要想选择最为合适的公路养护方案还需要具体的决策优化方法。

2 选择公路养护方案的决策优化方法

选择公路养护方案首先要分析公路的养护需求,这需要收集路面检测数据,通过对路面的现状进行评价和预测,为路面养护方案的制定以及资金的分配等决策提供可靠的依据。在路面管理系统诞生的初期,路面养护需求的分析主要依赖工程师的实地观测,然后根据个人经验来判断需要养护的路段以及养护的措施。这种决策方法的缺陷比较明显,即依赖工程师的个人经验而具有较大主观性以及随意性。随着路面管理系统的发展,一些更为科学精密的决策优化方法逐渐引入到公路养护当中,提高了决策的客观性以及可靠性,为公路养护方案的选择提供了有力保障。

2.1 数学决策优化方法

在选择公路养护方案的决策过程中,数学决策优化方法有着量化程度高的优点,比较常见的数学决策优化方法有线性规划法、决策树法以及排序法。

（1）线性规划法。线性规划乃是运筹学里最为基本也是最为经典的问题。线性规划从数学本身来讲是一个条件特殊的极值问题。路面养护方案的选择问题的优化目标函数主要是养护质量的水平最高、养护的费用最小以及路网的效益最大等,所以可以选取对路面的某种状态下采用某种措施的道路占的比例来作为决策的变量,在约束条件下建立线性规划或者是整数规划模型。这种方法虽然实现了公路养护方案选择的量化处理,但是因为路网的规模庞大,在实际的决策优化过程当中造成决策者面临大规模的线性规划问题,从而导致对模型进行计算求解的过程非常的困难。有鉴于此,在线性规划的实际应用中衍生出了一些近似优化的方法,例如应用比较广泛的集成类方法。它的基本思想是分解并简化大规模问题,可以减小决策问题的规模,有效的降低模型的计算量。

（2）决策树法。决策树作为数据挖掘技术中的重要研究方法,使用树状结构来表示决策的方案、效用以及概率等因素。我国路面管理系统中的网级系统使用了决策树的方法,即根据道路的等级、路面强度、路面类型以及交通量等影响因素对路网进行分枝,然后通盘考虑组合条件以确定公路的养护方案。运用决策树进行决策优化比较简单直观,而且它可结合决策人的主观经验,有着灵活性和适应性强的优点,是一种简单有效的决策方法。

（3）排序法。在路面养护工作当中,因为资金等因素的限制,往往不可能满足全部的养护需求,这就需要有一定的标准对各个项目的重要性进行排序,为选择养护方案提供依据。使用排序法的核心在于确定排序的指标以及排序的方法。排序的指标比较常见的有路面的使用性能指标、道路等级、交通量以及相关的经济因素等,在排序的方法上则有很多形式可供选择。

2.2 人工智能优化方法

随着计算机技术的发展,人工智能的研究应用的领域越来越广,在进行公路养护方案选择的过程中也开始发挥重要作用。

（1）模糊集理论。模糊集理论是美国的扎德教授于上世纪七十年代创立的,并由此产生了模糊数学。模糊数学的产生拓展了数学的应用范围,使得数学应用从精确领域拓展到了模糊现象的领域。我国的陈守煜教授在此基础上创建了工程模糊集理论,并提出了以模糊集理论为基础的群决策优化方法,可以在多因素条件下对系统进行定性评价的量化以及排序。模糊集理论目前在对交通流的预测中运用的比较深入。而交通流作为公路养护的重要因素,对选择公路养护方案有着间接的决定作用。

（2）遗传算法。遗传算法乃是一种智能型的搜索算法,它利用自然选择以及生物进化的思想在高维空间中寻找最优答案。到目前为止,遗传算法在工程优化、管理决策以及智能系统设计等领域得到了十分广泛的应用。遗传算法的优点是计算时间短、收敛速度快,与此同时它的缺点是难以求得最优解、局部搜索能力比较弱以及连续空间离散化。现在选择公路养护方案决策过程中运用的还不是很多。但是因为路网的规模庞大、计算复杂,随着遗传算法的发展,公路养护方案的决策过程中可以充分发挥遗传算法计算速度快的优势处理大量的数据,为优化决策提供依据。

总而言之,合理地运用决策优化方法选择公路的养护方案,不但可以保证公路养护工作的质量,而且可以节约成本取得最好的经济效益。

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