辛 欣，鄭 婉

(黑龍江省公路勘察設(shè)計院，黑龍江 哈爾濱 150080)

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高速公路瀝青路面養(yǎng)護排序

辛 欣，鄭 婉

(黑龍江省公路勘察設(shè)計院，黑龍江 哈爾濱 150080)

介紹了高速公路瀝青路面養(yǎng)護排序。

高速公路；瀝青路面；養(yǎng)護排序

1 路面養(yǎng)護決策概述

養(yǎng)護決策模型在路面管理中的應(yīng)用可以追溯到20世紀60年代的AASHTTO試驗路時，第一次將在一定時間范圍的路面使用性能進行了系統(tǒng)的量化；隨后經(jīng)濟分析法在道路養(yǎng)護分析決策中的應(yīng)用，一些公路機構(gòu)將公路和用戶的效益定量化，提出了壽命周期費用分析的方法；后來數(shù)學的規(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)學規(guī)劃模型對于大規(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)護的實施有一定的先后順序，傳統(tǒng)的養(yǎng)護決策方法是決策人員依據(jù)路面檢測數(shù)據(jù)，按照工作經(jīng)驗，以“最壞的最優(yōu)先”判斷需要進行養(yǎng)護的路段及相應(yīng)的養(yǎng)護方式，這種做法人為主觀因素較強，且缺乏科學依據(jù)。如何根據(jù)路網(wǎng)內(nèi)各路段已有的使用狀態(tài)和使用性能指標科學合理地安排路網(wǎng)內(nèi)養(yǎng)護工程實施的次序，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)度分析法對養(yǎng)護路段排序。

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

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

評價指標可以分為效益型和成本型兩類，成本型目標追求的是最小值，效益型目標追求的是最大值；路面使用性能的各個指標為極大值指標，即其值越大越好。當b0j為某指標的極大值，b0j=max{bij}，當為某指標的極小值，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階評價矩陣：B=b(bij)(m+1)×n，對矩陣進行規(guī)范化處理：

對于效益型指標，令

xij=bij/maxbij,i=1,2,…,m,j=1,2,…,n

(1)

對于成本型指標，令

xij=minbij/bij,i=1,2,…,m,j=1,2,…,n

(2)

式中：bij為i項目方案所對應(yīng)的j指標值；maxbij，minbij為所有方案集中j指標的最大和最小值。

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，待評價方案Xi=(xi1,xi2,…,xin)為子序列，定義母序列和子序列中第j點的關(guān)聯(lián)度按系數(shù)為rij，計算公式如式(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)合實際工程進行確定，在分析路面使用性能指標關(guān)聯(lián)度時ωj取各分項指標所對應(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)護的原則進行路段排序。

在高速公路的養(yǎng)護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價模型，所采用的評價指標包括四項：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個路段的路況數(shù)據(jù)進行養(yǎng)護排序決策。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，點擊“計算決策矩陣”按鈕，得到?jīng)Q策矩陣如圖2所示。

圖2 決策矩陣

點擊“計算評價矩陣”按鈕，得到評價矩陣如圖3所示。

圖3 評價矩陣

點擊“標準化處理”按鈕，得到評價矩陣標準化結(jié)果如圖4所示。

圖4 評價矩陣的標準化

點擊“計算灰色關(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

點擊“計算加權(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

點擊“養(yǎng)護排序結(jié)果”按鈕，得到路段排序結(jié)果如圖7所示。

各路段養(yǎng)護排序為：路段6、路段2、路段5、路段1、路段3、路段4，在養(yǎng)護資金有限的情況下，按照這個排序安排資金分配。

圖7 養(yǎng)護排序

3 小 結(jié)

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

[1] 程培峰.現(xiàn)代公路養(yǎng)護管理技術(shù)[M].哈爾濱：東北林業(yè)大學出版社，2007.

[2] 強薇. 山東省棗莊市農(nóng)村公路路面養(yǎng)護維修技術(shù)及決策研究[D].長安大學碩士論文，2012.

[3] 肖麗平. 公路路面質(zhì)量評價指標體系及養(yǎng)護優(yōu)化決策模型應(yīng)用研究[D].上海交通大學碩士論文，2008.

2016-02-15

U418.9

C

1008-3383(2016)12-0183-02