楊 景，許偉平

(云南省西雙版納州景洪市地方公路管理段，云南 西雙版納 6661000)

養(yǎng)護(hù)工程

試論公路養(yǎng)護(hù)資源分配中遺傳算法的參數(shù)優(yōu)化

楊 景，許偉平

(云南省西雙版納州景洪市地方公路管理段，云南 西雙版納 6661000)

隨著時(shí)代的演進(jìn)，我國(guó)的交通行業(yè)發(fā)展迅猛，不僅促進(jìn)了社會(huì)的發(fā)展，還方便了人民的出行。近幾年來(lái)，隨著社會(huì)發(fā)展需求逐漸增大以及自然環(huán)境的不斷影響，公路的養(yǎng)護(hù)逐漸成為一項(xiàng)社會(huì)問(wèn)題。遺傳算法是以模擬達(dá)爾文進(jìn)化論為基礎(chǔ)，通過(guò)實(shí)踐對(duì)遺傳算法的參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，最后達(dá)到提高資源利用率的目的。

公路養(yǎng)護(hù)；資源分配；遺傳算法；參數(shù)優(yōu)化

1 遺傳算法

在20世紀(jì)的60年代，John Holland提出了遺傳算法，這是一項(xiàng)以模擬達(dá)爾文進(jìn)化論的自然選擇和遺傳學(xué)機(jī)理的生物進(jìn)化過(guò)程的計(jì)算模式，在模擬自然發(fā)展的過(guò)程中，尋求治理的最佳方案。在遺傳算法中，首先將問(wèn)題對(duì)象表示為染色體，再通過(guò)對(duì)染色體的選擇和變異等活動(dòng)的計(jì)算和操作，達(dá)到促進(jìn)種群進(jìn)化的目標(biāo)。

1.1 染色體輸入

在遺傳算法中，染色體輸入是首要環(huán)節(jié)。染色體代表了遺傳算法中的對(duì)于公路養(yǎng)護(hù)和資源配置策略，將其記為染色體編碼。那路面養(yǎng)護(hù)為例，養(yǎng)護(hù)方式有不修、小修、中修以及大修，首先將路面分成a個(gè)單元，用兩個(gè)基數(shù)來(lái)表示路面某個(gè)單元在制定期間里所需要的養(yǎng)護(hù)方式。

在數(shù)據(jù)算例中，主要的內(nèi)容包括了：路面橋梁的基本規(guī)格和屬性，如長(zhǎng)度、承重力、車道數(shù)等；每年維護(hù)預(yù)算的資金和人力數(shù)量；公路橋梁所處的主要自然環(huán)境；不同的養(yǎng)護(hù)手段對(duì)于人力和資金的的需求等。為了進(jìn)一步提高遺傳算法的正確率，需要列出路面橋面設(shè)施的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表、路面養(yǎng)護(hù)人力資源表、路面養(yǎng)護(hù)工作效率表等，在將路面橋面的基本信息用一個(gè)簡(jiǎn)單的表格列出，設(shè)施的性能等級(jí)用0～10之間的數(shù)據(jù)表示，數(shù)據(jù)越大則表示路面橋面的性能越好。

1.2 參數(shù)分析

實(shí)踐表明，影響遺傳資源的因素主要有迭代次數(shù)、交叉方式、變異概率、種群規(guī)模等，不僅對(duì)會(huì)對(duì)計(jì)算結(jié)果的精確度產(chǎn)生影響，還會(huì)降低運(yùn)算的速度。

在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，將迭代次數(shù)調(diào)到適宜的階段上，在確定變異概率和種群規(guī)模的同時(shí)，反復(fù)進(jìn)行100次的實(shí)驗(yàn)，當(dāng)?shù)螖?shù)的輸出數(shù)據(jù)小于固定值時(shí)，將運(yùn)算終止。根據(jù)時(shí)間數(shù)據(jù)表明，當(dāng)?shù)鷶?shù)據(jù)到達(dá)600次時(shí)，變異概率為0.08，路面性能變化會(huì)符合終止條件，因此可以表面，最佳的迭代次數(shù)為600。而在迭代次數(shù)為1 600時(shí)，不同的種群在確定的函數(shù)值中有些收斂，雖然種群規(guī)模在不斷增加，但目標(biāo)函數(shù)的變化并不明顯。由此可知，最佳的種群規(guī)模為600，迭代次數(shù)為1 600，在這個(gè)數(shù)據(jù)下，變異概率為0.03，呈最佳狀態(tài)。

1.3 計(jì)算結(jié)論

在進(jìn)行長(zhǎng)期的實(shí)踐以及對(duì)往年公路橋梁損壞程度的數(shù)據(jù)分析后，再根據(jù)遺傳算法對(duì)以上實(shí)踐數(shù)據(jù)和多年的路面橋梁設(shè)施的養(yǎng)護(hù)策略的分析，在依靠遺傳算法后，優(yōu)化資源配置方式，將其進(jìn)行共享之后，路面和橋梁的使用狀態(tài)都出現(xiàn)了提高。不僅有效的將路面和橋梁的性能提高，其中路面性能提高水平較大，平均在2.0%左右，而橋梁提高性能水平在0.5%左右。還降低了維修的資金，是維修工程更加科學(xué)，進(jìn)一步為我國(guó)的交通做出了貢獻(xiàn)。

2 公路養(yǎng)護(hù)資源分配中遺傳算法的參數(shù)優(yōu)化

公路的建設(shè)是關(guān)系到城市建設(shè)、民眾安全的重要問(wèn)題，尤其是在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的21世紀(jì)，需要有更加快速的城市化進(jìn)程來(lái)實(shí)現(xiàn)國(guó)家的建設(shè)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。但在公路養(yǎng)護(hù)資源分配的過(guò)程中，往往會(huì)出現(xiàn)許多問(wèn)題對(duì)資源分配工作造成影響。因此，關(guān)于公路養(yǎng)護(hù)資源分配的研究也是城市建設(shè)過(guò)程中非常重要的一點(diǎn)，需要引起廣泛的重視。公路養(yǎng)護(hù)是為保持公路經(jīng)常處于完好狀態(tài)，防止其使用質(zhì)量下降，并向公路使用者提供良好的服務(wù)所進(jìn)行的作業(yè)。比如要避免公路出現(xiàn)塌陷等問(wèn)題，要從改善地基做起，結(jié)合遺傳算法，對(duì)資源進(jìn)行有效的分配，對(duì)地基進(jìn)行拋石擠淤的處理，將軟弱地基中的水分充分處理后，讓地基更加堅(jiān)實(shí)不易松散；隨后，再對(duì)軟弱地基進(jìn)行分層碾壓處理。分層碾壓的操作方法：以輕型碾壓和重型碾壓對(duì)軟弱地基土層進(jìn)行反復(fù)的碾壓，讓該地基能夠更加牢固。在這個(gè)過(guò)程中，要將設(shè)計(jì)目標(biāo)參數(shù)化，采用優(yōu)化方法，不斷的調(diào)整設(shè)計(jì)變量，使得設(shè)計(jì)結(jié)果不斷接近參數(shù)化的目標(biāo)值。比如在地基上建筑厚度在50 cm左右的砂礫材料來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)地基的增強(qiáng)。砂礫材料能夠保障填土荷載均勻作用于軟弱地基，是地基的承受能力增強(qiáng)，并且有了砂礫材料的幫助，軟弱地基中存在的孔隙水也能夠在壓力下排解出來(lái)，不會(huì)淤結(jié)在地基中，影響基地的牢固。準(zhǔn)確分析好一段公路需要的砂礫，以及適宜的高度等等，遺傳算法中通過(guò)對(duì)參數(shù)的仔細(xì)分析，對(duì)路基進(jìn)行初次的沉降觀測(cè)，分析路基的基本情況，并研究是否存在有安全隱患。嚴(yán)密的檢測(cè)能夠?qū)⒃S多問(wèn)題盡早進(jìn)行處理，并預(yù)防事態(tài)發(fā)展更加嚴(yán)重。及時(shí)對(duì)公路進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，保持公路經(jīng)常處于完好狀態(tài)，同時(shí)做好環(huán)境保護(hù)的工作。

3 結(jié) 語(yǔ)

隨著時(shí)代的進(jìn)一步發(fā)展，我國(guó)的交通發(fā)展迅速，但對(duì)其的維修和保護(hù)工作卻是一道難題。依靠遺傳算法來(lái)科學(xué)對(duì)公路橋梁的養(yǎng)護(hù)，提高其性能水平，合理對(duì)維護(hù)資金的預(yù)算工作，促進(jìn)資源的充分利用。遺傳算法不僅可以很好的解決我國(guó)公路養(yǎng)護(hù)資源分配工作，對(duì)全國(guó)都具有求解的特性，依據(jù)獨(dú)特的計(jì)算方式，可以在指定的空間中，尋找最佳的優(yōu)化分配方案。

[1] 熊輝,史其信.公路養(yǎng)護(hù)資源分配中遺傳算法的參數(shù)優(yōu)化[J].北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，27(2)：125-129.

[2] 熊輝,史其信.基于折衷規(guī)劃的公路養(yǎng)護(hù)資源最優(yōu)分配[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2016，46(12):1961-1964,1968.

[3] 郭海東.淺述市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下如何提高公路養(yǎng)護(hù)部門的競(jìng)爭(zhēng)力[J].科技信息,2014,3(6):274.

U418.7

A

1008-3383(2017)09-0186-02

2017-01-23

楊景(1971-),女,云南西雙版納州人，工程師，研究方向：土木工程。