试论公路养护资源分配中遗传算法的参数优化

杨 景，许伟平

(云南省西双版纳州景洪市地方公路管理段，云南 西双版纳 6661000)

养护工程

试论公路养护资源分配中遗传算法的参数优化

杨 景，许伟平

(云南省西双版纳州景洪市地方公路管理段，云南 西双版纳 6661000)

随着时代的演进，我国的交通行业发展迅猛，不仅促进了社会的发展，还方便了人民的出行。近几年来，随着社会发展需求逐渐增大以及自然环境的不断影响，公路的养护逐渐成为一项社会问题。遗传算法是以模拟达尔文进化论为基础，通过实践对遗传算法的参数进行标定，最后达到提高资源利用率的目的。

公路养护；资源分配；遗传算法；参数优化

1 遗传算法

在20世纪的60年代，John Holland提出了遗传算法，这是一项以模拟达尔文进化论的自然选择和遗传学机理的生物进化过程的计算模式，在模拟自然发展的过程中，寻求治理的最佳方案。在遗传算法中，首先将问题对象表示为染色体，再通过对染色体的选择和变异等活动的计算和操作，达到促进种群进化的目标。

1.1 染色体输入

在遗传算法中，染色体输入是首要环节。染色体代表了遗传算法中的对于公路养护和资源配置策略，将其记为染色体编码。那路面养护为例，养护方式有不修、小修、中修以及大修，首先将路面分成a个单元，用两个基数来表示路面某个单元在制定期间里所需要的养护方式。

在数据算例中，主要的内容包括了：路面桥梁的基本规格和属性，如长度、承重力、车道数等；每年维护预算的资金和人力数量；公路桥梁所处的主要自然环境；不同的养护手段对于人力和资金的的需求等。为了进一步提高遗传算法的正确率，需要列出路面桥面设施的基础数据表、路面养护人力资源表、路面养护工作效率表等，在将路面桥面的基本信息用一个简单的表格列出，设施的性能等级用0～10之间的数据表示，数据越大则表示路面桥面的性能越好。

1.2 参数分析

实践表明，影响遗传资源的因素主要有迭代次数、交叉方式、变异概率、种群规模等，不仅对会对计算结果的精确度产生影响，还会降低运算的速度。

在进行实验之前，将迭代次数调到适宜的阶段上，在确定变异概率和种群规模的同时，反复进行100次的实验，当迭代次数的输出数据小于固定值时，将运算终止。根据时间数据表明，当迭代数据到达600次时，变异概率为0.08，路面性能变化会符合终止条件，因此可以表面，最佳的迭代次数为600。而在迭代次数为1 600时，不同的种群在确定的函数值中有些收敛，虽然种群规模在不断增加，但目标函数的变化并不明显。由此可知，最佳的种群规模为600，迭代次数为1 600，在这个数据下，变异概率为0.03，呈最佳状态。

1.3 计算结论

在进行长期的实践以及对往年公路桥梁损坏程度的数据分析后，再根据遗传算法对以上实践数据和多年的路面桥梁设施的养护策略的分析，在依靠遗传算法后，优化资源配置方式，将其进行共享之后，路面和桥梁的使用状态都出现了提高。不仅有效的将路面和桥梁的性能提高，其中路面性能提高水平较大，平均在2.0%左右，而桥梁提高性能水平在0.5%左右。还降低了维修的资金，是维修工程更加科学，进一步为我国的交通做出了贡献。

2 公路养护资源分配中遗传算法的参数优化

公路的建设是关系到城市建设、民众安全的重要问题，尤其是在经济快速发展的21世纪，需要有更加快速的城市化进程来实现国家的建设和经济的发展。但在公路养护资源分配的过程中，往往会出现许多问题对资源分配工作造成影响。因此，关于公路养护资源分配的研究也是城市建设过程中非常重要的一点，需要引起广泛的重视。公路养护是为保持公路经常处于完好状态，防止其使用质量下降，并向公路使用者提供良好的服务所进行的作业。比如要避免公路出现塌陷等问题，要从改善地基做起，结合遗传算法，对资源进行有效的分配，对地基进行抛石挤淤的处理，将软弱地基中的水分充分处理后，让地基更加坚实不易松散；随后，再对软弱地基进行分层碾压处理。分层碾压的操作方法：以轻型碾压和重型碾压对软弱地基土层进行反复的碾压，让该地基能够更加牢固。在这个过程中，要将设计目标参数化，采用优化方法，不断的调整设计变量，使得设计结果不断接近参数化的目标值。比如在地基上建筑厚度在50 cm左右的砂砾材料来实现对地基的增强。砂砾材料能够保障填土荷载均匀作用于软弱地基，是地基的承受能力增强，并且有了砂砾材料的帮助，软弱地基中存在的孔隙水也能够在压力下排解出来，不会淤结在地基中，影响基地的牢固。准确分析好一段公路需要的砂砾，以及适宜的高度等等，遗传算法中通过对参数的仔细分析，对路基进行初次的沉降观测，分析路基的基本情况，并研究是否存在有安全隐患。严密的检测能够将许多问题尽早进行处理，并预防事态发展更加严重。及时对公路进行养护，保持公路经常处于完好状态，同时做好环境保护的工作。

3 结 语

随着时代的进一步发展，我国的交通发展迅速，但对其的维修和保护工作却是一道难题。依靠遗传算法来科学对公路桥梁的养护，提高其性能水平，合理对维护资金的预算工作，促进资源的充分利用。遗传算法不仅可以很好的解决我国公路养护资源分配工作，对全国都具有求解的特性，依据独特的计算方式，可以在指定的空间中，寻找最佳的优化分配方案。

[1] 熊辉,史其信.公路养护资源分配中遗传算法的参数优化[J].北京理工大学学报，2014，27(2)：125-129.

[2] 熊辉,史其信.基于折衷规划的公路养护资源最优分配[J].清华大学学报(自然科学版)，2016，46(12):1961-1964,1968.

[3] 郭海东.浅述市场经济条件下如何提高公路养护部门的竞争力[J].科技信息,2014,3(6):274.

U418.7

A

1008-3383(2017)09-0186-02

2017-01-23

杨景(1971-),女,云南西双版纳州人，工程师，研究方向：土木工程。