资源描述：
《基于GIS路面管理系统决策优化的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
西南交通大学硕士学位论文基于GIS路面管理系统决策优化的研究姓名：赵丽君申请学位级别：硕士专业：道路与铁道工程指导教师：陆阳20080601 西南交通大学硕士研究生学位论文第1l页关键词：路面管理系统；养护管理；决策优化；权重；GIS 西南交通大学硕士研究生学位论文第lII页AbstractPavementManagementSystem(PMSliSakindofscientificmanagementmodeandatoolforassistantdecision．ItiSdisitinctfromthetraditionaldecisionmodethatdependsonhumanexperience．SoPMSiSofbenefittOthesystematism，scientificityandmodernizationofthepavementmanagementdecision，andgoodformakingbestuseofthepavementresource．PavementMaintenanceManagementSystem(PMMSliSoneofthesubsystemsofPMS．ThekeyofthePMMSiSmakegooduseofmaintenancefundsinordertokeeppavementstayonthebestservicelevelandgainbesteconomicbenefits．WiththedevelopmentofhighwayconstructionandthegradualformationofhighwaynetworkinChina．theprobllemsaboutthemaintenanceofhighwayhavebecomemoreandmoreimportantandprominent．111ethesisanalysesthecurrenttechnologyofGeographicInformationSystem(GIS)athomeandabroadaswellastheapplicationtoPMS．thenthetransitionbetweenttraditionalPMSandthePMSonGISiSrealized．SothestudyinthethesisiSofpracticalsignificancetothemanagementdecision—makingworkinmaintenancemanagementdepartmentandhighwaymanagementdepartment．AccordingtothepresentsituationofmaintenancemanagementofChinahighway,themaintenancemanagementdecisionproblemsofnetwork—levelandproject．1evelhighwayareregardedasthestudyobjects．themainflameofdecisionoptimizationofPMMSjSproposed．TheoptimizationmodelofpavementmaintenancefundallocationiSestablished．andthearithmeticofthemodeliSdiscussed．Accordingtotheexamplesthedecision．makingofPMMSfornetwork—levelandproject．1evelhighwayiSmadeasthecaseapplyingthemethodsandmodelsraisedinthethesis．Thekeyproblemsarestudiedinthethesis．OneiStheoptimizationdecisionofpavementmaintenance；theotheristhefuctionsofmaintenancedecision—makingrepresentedinPMSbasedonGIS．ThekeycontentofthethesisisthedecisionoptimizationofPMMSforhighway．ThegoaloftheoptimizationiStoestablishtheplanofthepavementmaintenanceandtheschemeofthefundallocation．FirstlythemainflameofstudyondecisionoptimizationofPMMSfornetwork．1evelandproject—levelhighwayiSproposedaccordingtotheapplicationsituationofthedecisionoptimizationmethodsinthefield．Secondlythemethodsofweightindecision·makingmanagementareanalyzed，amethodofcomprehensiveweightthatcombinedsubjectiveandobjectiveweightingiSdefined．Finallythepavementmaintenancefundallocationofhi曲wayiSstudiedemphatically．Combinationoftheideasofdynamicplanningandfuzzyoptimizationplanning．themodelfortheoptimizationofpavementmaintenancefundallocationiSestabiished．ThebasicideaofestablishingthemodeliSelaborated．Thedevelopmentofpavement 西南交通大学硕士研究生学位论文第1V页performancejSregardedasamulti．phrasedynamicrandomprocess．ThesituationofpavementperformanceiSdescriptedbyindicators．TheeffectofmaintenancemethodiSmeasuredbythechangeofpavementperformance，SothedecisionmatrixiScomposedbyindexvaluewhichmaintenancemothodcorresponded．ThefuzzyoptimizationfuctioniSappliedtosolvethisdecisionmatrix．andthedynamicplanningiSusedtooptimization．Themaintenancefundallocationandoptimizationiscompleted．Attherealizztionofthefunctionofmaintenancedecision．making．FunctionalinterfaceofthesystemiSdevelopedwiththeVBAprogrammingmethodinArcMap．VisualBasic6．0iSappliedtopreparetheaiogrithemofdecision．makingmodelanddesignthedialoguewindows．theiointdevelopmentofVisualBasic6．0andAccesstorealizethedatamanagementandsearch．Basicfunctionmodulesincludedatamanagement，maintenancedecision，enquiriesandbusinessmanagement．Datamanagementmoduleincludethedatainputandsearchwhichsectionsaremaintenanced；decision—makingmoduleCanrealizethenetwork．1evelandproject．1eveldecision．making：enquiriesmoduleprovidesavarietyofwaystosearchtheinformationinthedatabase；businessmanagementmodulecanrealizetheinformationofmaintenancedsectionstrackingintime．Keywords：pavementmanagementsystem；maintenancemanagement；decisionoptimization；weight；GIS 西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密口，在年解密后适用本授权书；2．不保密讶，使用本授权书。(请在以上方框内打“√”)指导老师签名：彳毪和日期：少旨·7．，6磊7／，．√彦签7者弘佩唱文乃一咖 西南交通大学学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1页第1章绪论1．1研究目的与意义1．1．1路面管理系统概述路面管理技术的研究最早开始于20世纪70年代初期的北美。美国在经历了大规模的公路建设后，面临着大量的、同时到来的路面养护工作。为了解决如何将有限的养护资金分配到最需要养护的路段这一问题，研究人员开发了以计算机为工具的路面管理技术，即路面管理系统(PavementManagementSystem，简称PMS)。80年代后，路面管理的方法和技术在美国、加拿大、澳大利亚、日本及许多欧洲国家和地区得到了广泛的应用川。比较有影响的是美国陆军工兵团PAVER系统、加拿大路面信息和需求系统PINS、改建信息和优序系统RIPPS、英国运输和道路研究所(TRRL)的公路养护和评价系统CHART等121。路面管理系统有不同的定义。美国各州公路与运输工作者协会(AASHTo)在路面管理系统指南中将PMS定义为：用决策者在公路评价养护中寻求投资有效分配方案(Cost．Effect)的工具。“。澳大利亚道路研究所把PMS定义成：用于优化利用道路养护可用资源¨1。美国联邦公路总署(FHWA)定义PMS为一种通过对路面信息的收集、分析，选择并实施路面建设和养护维修资金投入方案的系统决策过程旧1。根据2001年美国路面管理指南的定义，PMS是指一系列的工具或方法，用以帮助决策者在进行路面养护时能够找到最优策略。从而使路面在一定时期内保持良好的使用状态¨3。路面管理系统一般来说主要包括路面状况评价、使用性能预测和养护决策几个部分n1。作为一种辅助决策工具，PMS是专门为相关管理部门决策提供依据和进行分析的工具。按照不同管理层次的需要，分为网级路面管理系统和项目级路面管理系统⋯。网级路面管理系统是涉及整个公路网的、用于制定路网养护决策、确定路网养护需求和养护费用优化分配的宏观分析系统，其决策基础是整个路网，目标是追求系统整体效益的最大化，任务是为公路管理部门进行关键性决策提供依据；项目级路面管理系统则是以具体的项目为对象，从技术和经济的角度分析养护方案的系统，往往要受到网级路面管理系统所确定的资金和时间条件的约束，目标是实现项目效益最优化，任务是为公路管理部门对某一工程项目进行技术决策提供依据。不同层次的PMS包含的要素如图卜1所示¨]。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2页网级PMSl路面性能研图1-1路面管理系统的基本要素1．1．2本文的研究意义项目级PMS伴随着我国公路里程的不断增长和公路网的逐渐形成，路面养护问题也越来越受到关注和重视。建立科学、高效的公路路面养护管理系统，能够有效改变传统的公路养护管理模式，保证公路的运营效率，适应现代化、大规模和高质量的路面养护要求，为路面管理决策者进行路面使用性能评价和预测、合理确定路面养护资金需求与分配方案、优化路面养护决策等提供科学依据和决策支持。对于公路自身和区域社会经济的可持续发展都具有重要的理论意义，有助于改变过去“重建设、轻养护’’的观念，实现公路管理部门工作重点的转移，在公路养护管理部门的应用将对我国公路养护管理工作产生积极的实际意义和作用。近年来，随着计算机技术的发展和地理信息系统(GIS)应用的普及，通过引入GIS技术来进一步丰富和完善PMS的功能已成为发展的必然趋势。GIS具有强大的空间数据处理能力，利用它可以将空间位置信息和属性信息有机结合起来，从而能以直观、形象、准确的方式对道路等设施进行有效的管理。实现了图形和数据的结合，以数据可视化的方式，提供一种崭新的决策支持方法。总体来讲，实施基于GIS的路面管理系统其现实意义在于：更形象的为管理部门提供决策支持，扩大了决策范围，为决策效果及时提供反馈信息，以积累管理经验，并保证在公路管理部门内部的协调一致。一一一一蚕 西南交通大学硕士研究生学位论文第3页1．2国内外研究动态1．2．1国外PKS研究动态目前，路面管理系统在美国、加拿大、澳大利亚、日本及欧洲等发达国家和地区得到了广泛的使用，部分非洲、南美洲和东南亚等发展中国家在世界银行、国际道路协会等机构的援助下，己开始建立和实施了路面管理系统。美国作为世界上最早进行路面管理分析和研究的国家之一，在20世纪70年代，由于公路交通需求的增长，对公路养护资源的要求也随之增长，在这种情况下，产生了对改善项目进行资源优化的需求pJ。到了80年代，又先后进行了“联邦公路路产及使用性能研究”(NHIPS)和“公路使用性能监测系统研究’’(HPMS)[iOl-【¨J。90年代又进行了“公路经济需求系统(HERS)”的研究【l21，并且从1993年起，路面管理系统成为公路管理部门申请联邦补助的唯一依据。始于1987年的美国战略公路研究计划(SHRP)中，联邦公路局和国家研究院将路面长期性能(LongTermPavementPerformance，LTPP)研究作为一项持续20年的公路研究项目[131,目标是为“提高路面性能和服务寿命，在不过分增加投资的前提下使道路更好地为客货运输服务”提供手段和帮助[141-【b】。目前有20多个国家加入了LTPP的国际协作。在加拿大，通过“加拿大道路数据项目”的研究，“联邦技术调查公司"率先提出科学的路面管理思想，并研制了一套路面管理系统。80年代开发的自动道路分析仪(A凡Ⅲ车)是当时世界最先进的路面数据资料收集车辆【I6|。在英国，WDH公司研制开发了一种路面管理系统软件，可用于路网状况的分析评价，预算分析和养护方案分析制定，并支持网络工作⋯J。同时，国外目前已开发出了多种路面养护管理专家系统【l圳，如Ritchie等研制的用于路面修复的路况专家系统SCEPTER、加拿大安大略省交通运输部的示范系统PERSERVER、Jugo等设计的柔性路面养护管理专家系统PAMEX等。1．2．2国内的研究现状我国路面管理系统的研究起源于1984年。1985年首先在辽宁营口地区移植了英国的沥青路面养护管理系统。而后，北京、广东、河北、山东、河南和江西等省市的公路部门相继建立了省市级或地区级沥青路面管理系统¨叫O在“七五”期间，许多科研院所和公路管理部门联合(或单独)开发了一系列的路面管理系统。交通部公路科学研究所的潘玉利博士提出了我国公路路面管理系统基本框架【l】，路面管理系统大致包括数据库管理、路面性能评价、路面性能预测和路面养护决策四部分，并在参考国外模型方法的基础上， 西南交通大学硕士研究生学位论文第4页建立了符合我国实际的一些模型。同济大学的刘可博士[20】在其研究的水泥混凝士路面管理系统中提出了水泥路面使用性能的评价体系、养护对策模型和相应费用模型等，并采用马尔可夫法预测了路面使用性能。对我国路面管理系统的发展与推广应用做出较大贡献的当属CPMS(ChinaPavementManagementSystem)，该系统是在国家重点公关项目“干线公路路面评价养护系统成套技术’’的研究基础上建立的我国干线公路路面评价养护系统【lJ，作为交通部重点推广项目，已在我国多个省市得到应用，如广东省、天津等。其功能主要包括：数据自动化检测、路况评价、养护需求分析、养护预算预测、养护投资效益分析，养护资金优化分配、养护计划自动编制、日常养护管理等，是公路信息化和管理现代化的一个主要标志。20世纪90年代中期，上海市开发实施了“公路路面——桥梁管理系统”。河南省于1997年启动了“河南省高速公路路面长期性能”研究计划，河北省于2001年研制开发了“高速公路路面管理系统(2001版)。目前，国内已存在或开发的路面管理系统达20多种，部分省市或地区的公路管理部门均拥有适合本地区特点的路面管理系统，但在公路的养护管理实践中真正正常使用的系统比较少，还存在有一些问题，必须做进一步的研究，为科学的管理提供支持。1．3本文的研究内容和研究方法1．3．1主要研究内容本文在已建立的路面管理系统的框架、评价和预测模型的基础上，主要研究决策优化问题。主要研究内容如下：(1)国内外路面管理系统的发展状况及决策理论的研究动态。(2)分析我国公路路面的主要病害和破坏类型，建立沥青路面养护维修的典型对策。(3)公路路面养护管理的经济分析。包括路面养护管理的费用与效益分析，及养护管理的现状。(4)公路养护管理系统的养护决策优化问题研究。包括决策优化的基本原理和方法，优化决策模型的研究和建立，模型权重确定理论和方法的研究。并给出算例，运用本文提出的研究方法与模型进行系统决策优化，提出针对实际问题的决策优化方案。(5)应用GIS系统所支持的VB程序语言进行二次开发，在已实现的评价和预测的基础上，实现路面养护决策功能。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5页1．3．2主要研究方法和技术路线本论文的研究重点是公路路面养护管理系统的决策优化问题，所采用的主要技术方法如下：(1)调查：路面管理系统的发展现状和路面养护管理决策的理论研究动态、我国公路发展及养护管理现状。(2)分析研究：分析路面养护管理决策存在的主要问题、路面的主要病害和破坏类型、养护策略、养护管理的费用和效益。(3)决策优化研究：决策优化的基本原理与方法研究，基于主观赋权和客观赋权方法研究，建立综合赋权模型，结合模糊优化和动态规划方法，进行路面养护管理决策优化问题的研究。本论文所采取的技术路线如图1．2所示：图1．2研究技术路线 西南交通大学硕士研究生学位论文第6页第2章我国公路路面养护管理的经济分析2．1养护管理概述路面工程是公路工程的重要组成部分，其质量也直接影响路面使用性能。路面投资在整个道路建设中占很大的比例，通常可达10％～30％左右，是一笔极为可观的资产。所以，如何经营管理好这笔资产使之发挥效益，是一项十分重要的工作。近年来，随着我国公路建设的迅速发展，公路的里程不断增长，国家和地区之间的公路网逐渐形成，公路养护管理的问题显得越来越重要。公路养护管理是为了保持公路经常处于完好状态，延缓使用性能下降速度，为公路使用者提供良好的服务所进行的作业，主要指公路建成投入使用后的养护作业管理。公路养护管理的目的是充分保证公路网的完好畅通，实现公路的使用功能，不断提高服务质量和水平，发挥公路基础设施在国民经济发展中的作用。目前，我国的公路养护按其工程规模大小、技术难度和病害处治特征划分为小修保养(RoutineMaintermance)、中修(IntermediateMaintenance)、大修(HeavyMaintenance)和改建(RoadImprovement)4种工程类型。此外，还有各种抢修、修复、应急加固工程等在内的专项工程(SpecialProjectEngineering)[21】。从养护管理策略上来讲，路面养护有预防性养护、反应性养护和应急性养护三种类型。预防性养护的频率最高，泛指带有保护路面，防止病害进一步扩展，以延缓路面使用性能恶化速率以及延长路面使用寿命为目的的养护作业，通常用于没有发生损坏或仅有轻微缺陷和病害迹象的路面：反应性养护是在路面使用性能的某项指标显著下降，如不采取措施路面性能将迅速恶化的情况下，进行的被动性养护，如加铺、修复等；而反应性养护则是当出现各种突发性灾害或特殊情况下，必须不计成本地对路面进行修复的措施。根据AASTO的最新定义，路面的预防性养护是一种在路面状况良好的情况下采取的对现有道路系统进行有计划的、基于费用——效益的养护策略，预防性养护在没有提高路面结构能力的情况下，延迟路面的损坏，维持或改善路面现有的通车条件，通过延长原有路面的使用寿命来推迟昂贵的大修和重建活动【Z’2I。在实际的公路路面养护计划中，应根据道路的具体情况，处理好预防性养护和反应性养护的关系，确定合理的预防性养护时机，优化养护资金的分配，平衡和延长路网的总体使用寿命。l、沥青路面的养护沥青路面的养护具有维修时间集中，施工季节性强，维修位置零散、分散，对维修装备和技术水平要求较高等特点。国外将沥青路面的养护维修作 西南交通大学硕士研究生学位论文第7页业划分为预防性养护、修复性养护和路面翻修、路面重建四种类型【231。我国《公路沥青路面养护技术规范》(JTJ073．2—2001)中规定普通公路沥青路面的养护工作分为日常巡视和检查、小修保养、中修、大修、改建和专项养护工程等。《高速公路养护管理手册》中根据我国高速公路的养护维修特点及多种相关因素，将高速公路沥青路面的养护分为日常养护、小修、中修和大修四种方式，具体对策包括日常养护、封层、铣刨、加铺、加罩、罩面、翻修、补强等。2．水泥混凝土路面的养护和沥青路面相比，水泥混凝土路面的使用寿命较长，并且日常养护作业工作量较小。但水泥混凝土路面的病害一般比较复杂，破损发展的速度很快，维修较困难。我国《公路水泥混凝土路面养护技术规范》(JTJ073．1_2001)中规定从路面破损状况、路面行驶质量、路面表面抗滑能力等几个方面来进行路面状况评定，相应的各种养护对策有日常养护和局部个别板块修补、全路段修复或改善、改善路面平整度(刻槽、罩面或加铺层)、提高表面抗滑能力(刻槽、罩面)、提高路面结构承载能力(铺筑沥青混凝土或水泥混凝土加铺层)。对于养护良好的情况下，水泥混凝土路面的使用年限比其他任何路面都长。因此，对于高速公路水泥路面的养护，其日常性养护和预防性养护工作显得尤其重要，通过路面清扫保洁、路面接缝保养、排水设施养护等日常性养护措施和路面裂缝与接缝灌缝、压浆等预防性养护措施，可以有效延长路面使用寿命，降低路面养护维修费用。一般地，大中修、改建养护项目的选取是根据预测的路面使用性能下降到某一最低可接受水平前，即对不同类型的路面建立一定的质量标准，当低于这一标准时则采取一定的养护措施。而标准的高低将会影响到投资的大小，高标准将导致高投入，反之则反。因此，如何选择合适的养护标准是一项十分重要的工作。根据我国《公路养护技术规范》的规定，路面养护的质量标准如表2．1、2—2、2．3、2．4所示：表2—1沥青路面破损状况养护质量标准沥青表处、贯入式、上拌评价指数沥青混凝土、沥青碎石路面下贯式路面路面综合破损率DR(％)<8<14路面状况指数pcI(分)>65>55表2-2沥青路面强度养护质量标准 西南交通大学硕士研究生学位论文第8页表2—3沥青路面甲整度养护质量标准沥青混凝土、沥青碎贯入式、上拌下贯式石路面路面沥青表面处治路面评价指标平整度仪三米直平整度仪三米直平整度仪三米直(o)(哪)尺(mill)(o)(mm)尺(mm)(o)(mm)尺(mm)路面平整度3．584．5105．512行驶质量指数RQI>6>5．5表2-4路面抗滑能力养护质量标准评价指数沥青混凝上、沥青碎石路面贯入式、上拌下贯式、沥青表处横向力系数SFC>O．4>0．3摆式仪摆值BPN3732表2-5水泥混凝土路面养护质量标准评价指数单位高速、一级公路其他等级公路平平整度仪2．53．5整(o)mm度三米直尺(m)b8路面状况指数PCI60分以上50分以上抗滑系数0．3O．4通常，项目投资还要综合考虑以F两个原则进行分析。l、养护水平原则养护指标主要有两部分。一是好路率，一是平整度、弯沉等具体技术指标。道路好路率是指优良道路里程占总里程的百分率，好路率数值通常由上级主管部门根据各单位现有道路好路率状况及来年可能的投资额下达计划。其养护目标之一是使现有道路的好路率稳中有升。因此，在投资分配时要考虑各单位情况，并保证好路率不降低的投资额。由于好路率指标较粗，故对养护投资额大的路面养护，更科学的方法是采用PCI、平整度、弯沉等技术指标，作为道路使用效果的标准，对于变化明显的路段，要分析原因，作为大、中修改善项目的主要依据之一。对于水毁、崩塌、突然滑坡的路段，为保证道路网络的通畅，一般从预留资金中划拨立即修复。2、政策(政治)原则公路工程是一种公共工程，受政策政治因素影响比较大，在计划确定时，要充分了解，考虑这种特殊需要，制定专门的技术指标，进度要求，并在总投资中划出专项资金供这些项目使用。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9页2．2公路路面养护管理的费用与效益无论是网级还是项目级路面管理系统，都需要应用工程经济原理，分析每一个项目或每一项对策方案所需的各项费用，并将它同其他项目或对策方案所需的费用做比较。对于网级系统来说，通过分析和比较所有可能的项目，确定各个项目的经济可行性，以便作出有关项目选择和计划安排方面的管理决策。而对项目级管理系统来说，则是针对己定论经济可行的项目，分析比较能满足项目总要求的各个对策方案，以得到经济效果最佳的方案。因而，经济分析的目的便是选择费用一效益最佳的方案，使决策能以可靠的经济分析为基础，而各项资源得到最有效的利用。2．2．1路面养护管理费用分析路面养护管理涉及的费用包含道路费用与用户费用两大部分【lJ，其中道路费用有道路初期建设费用、道路日常养护维修费用和道路中、大修费用，用户费用主要包括车辆运营费用、行驶时间费用、事故费用和环境污染等间接费用。路面管理费用的组成如图2．1所示：在道路寿命周期费用的组成中，用户费用有时可占有高达90％的比例【l】，而在用户费用中车辆运营费用(VOC：Vehicleoperationcost)是最大的组成部分。它一般包括如下项目：(1)油耗费用：(2)轮胎费用；(3)配件费用；(4)维修费用；(5)车组人员费用；(6)润滑油费用：(7)车辆折旧费用：(8)管理费用等。根据交通部的统计资料，油耗、维修和管理费用在VOC中占有最大的比重，由于VOC所包含的因素众多，分析计算比较复杂，其确定的方法一般有两类：一类是确定车辆的基本消耗和基本费用的基础上，根据具体的地形条件、气象条件、道路条件和交通条件，调整基本次熬好，计算车辆运营成本，这类方法计算复杂，且不确定因素较多。另一类方法则是简化VOC的影响因素，通过大量实际数据采用回归分析的方法建立车辆运输成本模型，仅考虑最主要的影响因素，可用于近似估算车辆运营费用。 西南交通大学硕士研究生学位论文第10页图2—1路面管理费川组成国外在网级路面养护管理决策时，从社会资源的充分利用角度出发，常以在一定养护资金限制条件下的社会总费用(道路养护费用和用户费用之和)最小为最优决策目标。但针对我国公路养护管理的实际情况，王昌衡教授提出将用户费用计入社会总费用存在的不妥之处【24j：(1)用户费用的计算过程非常复杂，而且行驶时间费用中的单位时间价值和事故费用等的确定很困难，缺乏统一的判定计算标准，导致用户费用的计算结果可能相差很大，影响优化决策的结果。(2)一般的用户费用模型中，用户费用仅与路面行驶质量(平整度)指标关系较为密切，往往忽视了路面使用性能中的其他指标，这与养护管理的实际情况不相符合。(3)在我国公路养护管理的实际工作中，由于因路面养护维修而节省的用户费用很难反馈到养护管理部门，因此在养护决策方案的制定和选择时，～般都是从路面使用性能的改善角度出发，仅考虑各种养护管理措施对路面性能所产生的实际效果，很少考虑用户费用的问题。当然，路面使用性能的改善和提高与用户费用的降低之间并非没有联系，只是根据我国目前路面养护管理的实际情况和用户费用自身计算过程的复杂性和不确定性，在进行路面养护管理优化决策时，更多时候主要考虑养护维修费用，而用户费用的降低只能通过路面使用性能的改善和提高来间接反映。 西南交通大学硕士研究生学位论文第”页2．2．2路面养护管理成本构成本文进行路面养护决策优化，涉及到的养护管理成本仅包括养护维修费用，不考虑道路用户费用。为此，必须对路面养护管理成本的构成进行分析研究，找出降低养护成本的措施或途径，使有限的养护资金发挥最大的效益。公路养护工作包括路面、路肩、路基、结构物、排水和绿化等的养护。路面养护经济分析时只考虑直接影响路面使用性能的养护工作，如：路面裂缝填封、修补等。路面养护费用，取决于养护水平，即养护工作的类型和范围。而养护水平同路面的使用性能密切相关。养护水平高，则路面使用性能可维持在较高的水平，行驶质量或服务能力下降的速率缓慢。养护水平低，或者养护工作不及时，则路面迅速损坏，而后所需的养护或者改建费用反而增多。因而，养护费是指使路面使用性能维持在某预定水平上所需的费用。按照养护费用计入成本的划分方式，路面养护管理成本可分为直接成本和间接成本。直接成本是指路面养护生产作业直接消耗的费用，包括人工费、材料费、机械使用费、其他直接费(如安全维护费、冬季施工增加费、雨季施工增加费等)和现场经费等内容；而间接成本则是指为保证路面养护工作正常实施所必须发生的非直接消耗费用，只要包括企业管理费用(如管理人员工资、办公费、资产折旧费等)和相关财务费用等内容。按照养护费用与养护工程量的关系来划分，路面养护管理成本又可分为固定成本和可变成本。固定成本是在一定的养护时期和确定的养护工程数量范围内，所发生的不受工程数量变化影响的相对固定的成本，如为维护养护生产正常进行而产生的折旧费、管理人员工资、办公费等；可变成本是指与养护工程数量呈正比变化的费用，主要是用于养护的人工费和材料费等。分析养护管理成本的主要目的，是为了科学地进行路面养护成本管理，包括养护成本计划、养护成本控制、养护成本核算等。要降低路面养护成本，提高养护质量和养护效率，从技术层面上讲，可以通过开展预防性养护工作、提高养护技术和施工质量、制定合理的养护定额、推进养护工作的信息化和现代化水平等措施来实现；从养护管理体系层面上讲，加快养护管理体制改革步伐、规范和培育养护市场、实现养护管理的市场化、强化养护资金预算等也能够有效降低养护管理成本。2．2．3路面养护管理的效益道路路面养护管理的效益主要体现为直接效益和间接效益两方面。由于路面使用性能改善带来的用户费用的降低是直接效益，主要有车辆运营费、 西南交通大学硕士研究生学位论文第12页行驶时间费用、事故费用等。间接效益主要是反应区域经济发展、促进社会进步、人民生活水平提高等方面。间接效益无法进行量化计算，只能做定性分析，养护管理决策中～般不考虑这部分效益。用户费用的计算确定较为复杂，需要进行路面使用性能预测、交通量预测、车辆速度预测等工作，并且存在车辆运输成本、旅客或货物单位时间价值、事故损失费用等诸多不确定因素，因此直接效益通过路面使用性能的改善和提高来间接反映用户费用的降低。在路面养护措施中，预防性养护维修措施作为延长路面使用寿命，推迟路面大、中修时间是一项十分有效而经济的手段，所带来的巨大效益是不可忽视的，关键在于在合适的时间对合适的路面采取合适的预防性养护维修措施。美国战略公路研究计划(SHRP)的研究表明【z4J：预防性养护在延缓路面使用性能恶化速率、延长路面使用寿命和节约寿命周期费用等方面有重要意义，在路面使用寿命周期内进行3"--'4次预防性养护工作，可以延长路面使用寿命10～15年，节约养护费用45"---'50％。根据美国明苏尼达州运输部分的养护实践表明【22|，路面预防性养护不仅仅是一项短期养护措施，还是优化资金分配的有效管理工具，除能够延迟大修时间以外，还能平衡养护开支。同时，预防性养护还能够改变路网服务寿命的分布情况，达到平衡路网内路面使用寿命的效果。明苏尼达州自1992年执行路面预防性养护管理以来，节约养护资金累计7亿美元，平均延长路面使用寿命5一-'7年，效益非常显著。在我国，预防性养护管理的研究还处于起步阶段，公路养护管理部门还没有充分认识到预防性养护管理的显著效益，我们必须改变传统养护观念，借鉴国外先进经验并结合我国情况，制定适当的预防性养护措施，更好地发挥路面养护管理的作用。 西南交通大学硕士研究生学位论文第13页第3章公路路面的破损维修及养护对策公路养护的主要内容包括路基、路面、桥涵构造物、交通安全设施和绿化等。其中路面养护是极其重要的。公路建成通车后随着交通量和重载车的增加，部分路段未达到设计使用年限就出现了破坏，如路面坑槽、车辙、龟裂、沉陷等病害，这些路面病害的出现不仅影响道路的使用质量，同时也带来较大的交通安全隐患，会造成严重的经济损失和不良的社会影响。本章就路面的破坏类型分析病害产生的原因和机理，归纳出合理的养护维修对策。3．1破损类型及成因在路面养护管理工作中，无论是管理决策人员还是养护技术人员都非常关心现有公路网中路面在使用时间内的路面使用性能。因为路面使用性能的好坏直接影响到行车速度、舒适性和安全性，只有在准确地掌握现有路面的状况之后，才能根据实际情况制定合理的养护对策和进行养护费用分配，这就需要研究各种损坏产生的原因并合理地进行分类，以便评定和预测它们对路面性能和寿命的影响。路面破损分类最早是由Hubbard于1924年提出的【11，以后研究人员对此进行了深入的研究。分析国内外有关资料，认为路面损坏分类可以从以下几个方面考虑：(1)破损机因；(2)形状：(3)严重程度；(4)属性。日本道路建设业协会将沥青路面的破损按成因分为结构性破损和功能型破损两大类⋯。一类是结构性破损，是由于路面各层的承载能力降低引起的，反映在表面上往往是裂缝。另一类是功能性破损，是由于路面提供给道路用户的服务能力下降引起的，反映在路面上则是平整度降低和车辙加深。而美国战略公路研究项目(SHRP)把沥青路面破损分成以下5大类【25】：(1)裂缝类：(2)修补不良与坑洞；(3)表面变形；(4)表面损坏；(5)其他损坏。我国从整体评价的角度建议把路面破损分为4项指标： 西南交通大学硕士研究生学位论文第14页(1)路面破损状况(使用状况)；(2)路面整体弯沉(路面结构承载能力)；(3)路面平整度(舒适性)；(4)路面抗滑(安全性)。以上分类既不是从破损机因也不是从损坏形状考虑的，严格说来是不合理的分类。这样分类实际上考虑了数据检测、用途和路面整体性能评价等因素。其中，路面弯沉用于评价路面的结构承载能力：平整度用于评价道路的服务性能，它是与行车舒适性有关的指标，也是与道路使用者有关的指标；路面破损则包含了所有的结构性和功能性的损坏类型，这一指标主要用于判断道路是否要表处和罩面。严重额路面破损也会影响到汽车行驶的舒适性(如坑洞、波浪、泛油等)。“七五’’期间，曾沛霖等(1990)[26J根据《公路养护技术规范》(JTJ073．96)把路面表面破损分为3项(裂缝、松散、变形)l1类损坏。各类损坏又按照破损严重程度分为轻度、中度和严重破损。如表3．1所示：表3-1路面破损类型类型分级外观描述分级指标轻初期龟裂，缝细，无散落，无变形块度：20cm～50cm龟裂中裂块较大，缝宽，散落轻块度：<20cm苇裂块破碎，缝宽，散落苇块度：<20cm裂块裂轻缝细，不散落或轻微散落块度：<100cm缝苇缝宽，裂块小块度：50cm～100cm类轻缝壁无散落或轻微散落缝宽：≤5cm纵裂莺缝壁散落晕，支缝多缝宽：≥5cm轻缝壁无散落或轻微散落缝宽：≤5cⅢ横裂苇缝壁散落苇，支缝多缝宽：≥5cm松坑槽轻坑浅，面积较少(lm2)坑深：>25cm轻细集料散失，路表粗麻类松散苇粗集料散失，表面剥落沉陷轻深度浅，行车无明显不适感深度：≤25cm苇深度深，行车明显不适感深度：>25cm变轻变形较浅深度：≤25cm形车辙类苇变相较深深度：>25cm波浪轻波峰波谷高差小高差：。<25cm拥包蕈波峰波谷高差大高差：>25cm其泛油路表呈现沥青膜、发亮、有轮印他修补沥青路面的损坏可分为裂缝、变形、表面损坏和修补四大类。其中，又 西南交通大学硕士研究生学位论文第15页可细分为14种主要损坏类型【I圳。(1)横向裂缝与道路中线近于垂直的裂缝，有时伴有少量支缝。横向裂缝通常不是由于荷载作用引起的。低温收缩或者半刚性基层收缩裂缝是产生横向裂缝的主要原因。裂缝起初大多出现与路面两侧，逐渐发展而贯通全路幅。贯通裂缝大致沿路均匀分布。旧水泥混凝土路面接缝的反射作用，会使沥青面层出现横向反射裂缝。(2)纵向裂缝与道路中线大致平行的裂缝，有时伴有少量支缝。半挖半填路基或路面加宽处，常由于压实不好，路基或基层出现沉降而产生纵向裂缝。混合料摊铺时纵向施工搭接质量不好，或者旧混凝土面层纵向接缝的反射作用，也会在路中线处出现纵向裂缝。沿轮迹带出现的，由于荷载重复作用而产生的纵向裂缝，属于龟裂初期，应划归龟裂类。(3)龟裂相互交错的疲劳裂缝，形成一系列多边形小块组成的网，形如鳄鱼皮状。龟裂是行车荷载反复作用的结果，其初期形态是在沿轮迹带出现单条或多条平行的纵缝。而后，在平行的纵缝间出现横向和斜向连接，形成裂缝网。裂块的尺寸可以为500cm左右，或者d,N500cm"-"lOOcm。出现龟裂的路面，可能伴随有沉陷变形，也可能没有。龟裂的产生，反应出路面结构的强度不足以承受行车荷载的作用。它是沥青路面的一种主要损坏类型。此外，基层排水不良，低温是沥青混合料变硬或变脆等，也可能造成龟裂。(4)块状裂缝纵向和横向裂缝交错而使路面分裂成多边形大块，块的尺寸约为500mm以上。块状裂缝的产生同荷载作用的关系不大。它主要由于面层材料的低温收缩和沥青的老化所引起，出现在整个路面范围内。当裂块的尺寸大于1．5或3．Om时，可按纵向裂缝和横向裂缝类计量。对于裂缝类损坏，包括横裂、纵裂、网裂或龟裂，主要采用以下三种处治对策：①由于基层水稳性不好，强度不足引起的网状裂缝，应补强基层再补修面层。②对轻微的裂缝，在高温季节可采用喷洒沥青撒料压入法修理；在低温、潮湿季节可采用乳化沥青稀浆封层。③加铺沥青混合料上封层。(5)车辙路表面沿轮迹的凹陷。它通常是由于施工技术和质量控制差，使混合料压实不足：或者，由于混合料组成材料和组成设计差，使混合料的稳定性不足，轮迹带处的路面材料和路基，在重荷载反复作用下出现固结变形和侧向 西南交通大学硕士研究生学位论文第16页剪切位移。(6)波浪(搓板)路表面有规律的纵向起伏。波峰和波谷交替出现，间隔很近，一般在60cm以内。材料组成设计差：施工质量差，使面层材料不足以抵抗车轮水平力作用，是产生波浪的主要原因。或者，旧面层已有搓板，而加铺沥青面层时未予妥善处理(铲除搓板)，也会产生波浪。(7)沉陷路表面的局部沉陷。沉陷可能由路基沉降引起，或者由于局部开挖后回填土压实不足而造成。处治方法有：车辙、波浪和沉陷这类变形类的损坏，其处治方法有：①如基层强度不足或稳定性差，应先处理基层，再铺面层。②如面层和基层间有夹层，应挖除面层，清除不稳定夹层后，喷洒层沥青，重铺面层。‘③小面积面层搓板，也可以波谷内填补沥青混合料找平：起伏较者，则铲除波峰部分进行重铺：大面积波浪也可采用路面铣刨机铣消波峰重新罩面④如果路基变形或基层水稳性不好，有较大沉陷时，则需用水稳性好材料，挖补好基层后，再做面层。(8)隆起．路表面的局部突起。冻胀、盐胀，膨胀土胀起。路面材料推移拥起等，都可能造成隆起。隆起处有时伴随有路面裂缝。处治方法有：①属基层原因引起的较严重的隆起，用挖补法先处理基层，然后再面层。②由于面层原因引起的较严重的隆起，用挖补法修补，或将拥包烤后铲平。轻微的拥包，可在高温季节，将拥包铲平。(9)泛油路面混合料中沥青向上迁移到路表面，形成一层有光泽的沥青膜。沥青含量过多，混合料中空隙过少，沥青的高温稳定性差，是产生凡有的主要原因。凡有发生在天气炎热时，而天冷时又不存在逆过程，因而沥青积聚在路表面。处治方法有：①根据泛油程度不同，在热季撒铺不同规格和数量的矿料，撒料时掌握先粗后细，少撒、勤撒的原则。②面层己形成软层，可撒粗矿料，用压路机强行压入。(10)松散路面材料(集料和沥青)逐渐从路面脱开并散失。松散的主要是由于混合料中沥青偏少，沥青和集料间粘结差，或者由于沥青老化变硬。松散可能出现在整个路面表面，但由于行车的作用，轮迹带处通常较为严重。(11)露骨沥青从里面表面散失，使越来越多的集料外露。 西南交通大学硕士研究生学位论文第17页对于松散和露骨的处治方法有：①大面积松散，属于面层引起的，可将松散料扫除，重做面层。②属于基层强度不足引起的，应先处理基层，再做面层。③在沥青中掺加抗剥离剂，改善沥青与矿料的粘附力，提高沥青混合料的水稳性。④局部严重松散，可用挖补方法处理。(12)坑槽路面中出现的碗状坑洞。坑槽通常是松散、龟裂等其它损坏进一步发展的结果。过量的水分渗入这些损坏处后，一些碎裂的小块面层或基层材料被驶过的车辆带走，而逐步形成坑槽，并不断扩大。处治方法有：①根据路面损坏大小，挖成与路中线平行的矩形或方形。②翻修路面，须把损坏部分全部挖除，并不使周围好路面受到影响、松动损坏。槽壁要垂直，并将槽底，槽壁清除干净。③在坑壁四周涂少量粘层油，以利新旧部分结合。④将适宜的沥青混合料铺入坑内，摊铺平整。(13)磨光集料棱角被磨成圆滑或平滑状。由于所采用集料不耐磨或车轮反复作用所造成。对于光面类损坏处治方法主要有：①高温季节，在油层表面较软时，可撒布较粗粒料，然后以重压路强行压入。②以适当粒料进行罩面，提高粗糙度。(14)修补修补本身并非破损现象，但它反应路面曾经损坏并已采取修补措施的面积。同时，修补也影响行驶平稳和路容美观。3．2路面维养护修的典型措施通过路面使用性能评价，可以了解各路段路面的服务水平和状况，知道那些路段需要采取养护和改建措施。对于需采取措施的项目，则要进一步为之选择合适的养护和改建对策，以便估算所需要的费用，为项目的筛选和编制养护计划提供依据。参照交通部《公路养护技术规范》，按照路面状况评价结果，可分类如下表3．2所示：表3-2养护水甲分类PCISSIXGMSFCPQI小修保养l≥70≥80≤3．5≥0．4≥70 西南交通大学硕士研究生学位论文第18页<0．8～≥≥3．5～≤中修≥40---<70<40≥0．2≥40,-V<700．460大修、补强<40<0．4>0．6U，勺一，当～2u()其中：7扩——对象i目标i对优的隶属度。将矩阵X对应的隶属度矩阵，简称优属度矩阵：R=肘×开厂II，12吃I厂22oI‰2=(勺)(4—7)月．坍‰％～‰●月刀．m％吃一o● 西南交通大学硕士研究生学位论文第29页定义1设系统有目标优属度矩阵R，若蚕=(gl，92，⋯，g，)7=(1，l，⋯，1)7(4．81则称g为系统的优等对象。定义2设系统有目标优属度R，若6=(6l，62，⋯，6。)7=(0，O，⋯，O)。(4．9)则称b为系统的劣等对象。系统中的，2个选优对象，其中对象i以隶属度“／隶属于优等对象，以隶属度“』隶属于劣等对象，根据隶属度函数的余集定义，应有“J=1．“／(4．10)设系统中m个目标的权重向量为。叫w肌．．彬，善w，一(4．11)其中：q——目标i的权重。为求解对象，的隶属度“，的最优值，需根据一定的优化准则，为此引入定义：定义3系统有目标优属度矩阵R，对象j的目标优属度向量为尹=(1，，r2j，⋯，～)J，(4．12)，、土若峨m接c幅却广㈣则称D(尹，季)为系统中对象j的权距优距离，其中：r距离参数，p=l为海明距离，p=2为欧氏距离。若撕，舌)=“；f羔(w杷一。川p则称D(亏，6)为系统中对象j的权距劣距离。为解出系统中对象i的隶属度“／的最优值，提出目标函数为：min{F(“．，)：“；r芝hk一·旷]i+(1一“，)2f芝(w，勺户]i}I＼f-l／＼f=I／LJ(4．15) 西南交通大学硕士研究生学位论文第30页即对象J的权距优距离平方与权距劣距离平方之总和最小。—dF(—uj)：0求解du；，得“，的最优值的计算模型：1(4·16)设U、V是多目标系统中的两个有限论域，对于系统中的目标i，由U、V中任意搭配的元素对(u，v)构成关于目标i的笛卡尔乘积集，则目标i关于优的模糊关系矩阵：fR口。。=f‘If‘2fr2If，22f乞1f，口2=(，％)(4—17)其中：a——论域U中的元素总数；c——论域V中的元素总数；r％——论域U、V中元素k、h间的搭配关于目标i对优的隶属度；后=1,2，⋯，口；h=1,2，⋯，c；i=1,2，⋯，朋。定义4设系统有目标i关于优的模糊关系矩阵尺删，若R2l口×CgII912921922g口Ig。2=(g肋)则称G州为系统的优等关系或优等关系矩阵。定义5设系统有目标i关于优的模糊关系矩阵。R州，若B。。。=矬2鼍∽0_0b0也。如：⋯：。fI⋯obaI6。2⋯k=(bM)(4一18)(4—19)鬻C．C亿k～o●C．f乳‰～‰● 西南交通大学硕士研究生学位论文第31页则称屁。。为系统的劣等关系或劣等关系矩阵。有限论域U、V中的元素共有a×c个搭配，其中元素对(七，h)的搭配，在多目标系统中以隶属度““隶属于优等关系，以旷拍隶属于劣等关系，且有旷肪：1．“从(4-20)类似地可解得隶属度““最优值的计算模型：l甜抽2(4—21)定义6设系统有多目标模糊关系矩阵，R～，i=l，2，⋯，m·若用模糊优选理论模型对m个模糊关系矩阵rR⋯进行综合，则称矩阵～U。。。=“lI“12／d21／-／22UⅡIU42⋯”lc⋯／／2c⋯“4c=(U抽)(4—22)为U×V中多目标系统模糊关系综合矩阵。根据模糊关系综合矩阵以一，按隶属度最大原则选择【，×V中的最优搭配或最优决策。4．2．3动态规划基本理论动态规划方法的特征在于它是不变嵌入方法的一种特殊形式，利用流动的时间与变动的状态作为参量，将单一的优化问题嵌入一族相同形式的最优化问题，以此导出特殊的最优性条件及特殊解法。一般的动态规划问题属于多阶段决策过程或贯序决策过程，由以下5个方面的要素构成：(1)阶段和阶段变量用动态规划求解多阶段决策问题，首先应将所求问题恰当地分成若干个相互联系的阶段。通常阶段是按照总决策进行的时间或空间的先后顺序来划分，习惯上用t表示阶段变量，阶段总长用T表示，即决策过程长度，可以、●，一，叱一p～!训M一×。／●＼一m一>_=孔等善 西南交通大学硕士研究生学位论文第32页是定期、不定期或无限期的。(2)状态和状态变量在多阶段决策过程中，用什么来描述阶段的特征，这就是状态，状态描述系统所处的状况或位置。采用动态规划求解多阶段决策问题，要求阶段状态应具有“无后效性’’。所谓无后效性，即在系统状态的转移过程中，一旦达到某一阶段的某一状态，以后过程的发展仅仅取决于这一时刻的状态，而与这一时刻以前的状态和决策无关，同时还要求在决策的每一阶段，系统的状态必须是可以完整获知的。每一阶段的状态分为初始状态和终止状态。第k阶段的初始状态记作正，终止状态记作Xt+l；显然前一阶段的终止状态是后一阶段的初始状态。因此，状态是连结阶段的纽带。为清楚起见，通常定义阶段的初始状态为阶段的状态，工，变量称为状态变量，Xt的取值范围称为状态可能集，用^k表示，xf∈XfO(3)决策与决策变量决策是在各阶段对各种状态变化可能性的选择，是控制整个决策过程演变发展的重要因素。描述决策的变量称为决策变量，习惯上用H，表示第t阶段的决策。由于阶段状态具有无后效性，因此，第t阶段的决策只与当前状态有关，即决策变量Ut是状态Xt的函数。“r_“r(Xt)，又称决策变量为控制变量，决策函数等。和状态变量一样，决策变量的取值也有一定的容许范围，称为决策集合，用u，=u，(Xt)表示第t阶段状态Xt的决策集合。(4)策略对一个多阶段决策问题，若各阶段决策变量均确定，则整个决策过程就确定，各阶段的决策构成的决策序列称为该过程的一个策略，常用n，一(工r)表示，这些策略的全体称为可行策略集，记尺pM¨Ⅳ。其中能满足预期目标的策略称为最优策略，即P¨(‘)2optet，一(‘)，这里opt表示最优之意。(5)状态转移方程把过程从一种状态转移到另一个状态的变化叫状态转移。描述称为状态转移方程。设第t阶段的状态为Xt，选择决策Ut(xr)所产生的结果，便是将过程由状态^，转移到状态工r+I，记为x，+I5Z(z，，甜r)(4．23)称(4．20)式为变换算子或状态转移方程。常见的状态转移方程可以分成两种类型，确定型和随机型，动态规划和 西南交通大学硕士研究生学位论文第33页随机型动态规划。(6)指标函数变量为阶段决策效果优劣的数量指标的表达式称为指标函数，是衡量多阶段决策过程某一策略优劣的数量指标，定义为在动态规划的全过程中各阶段指标函数的总和1，．，取决于系统的初始状态和各阶段所选择的决策，函数形式有连加、连乘、最大(小)多种，指标函数最优值称为最优值函数。动态规划的目的就是从容许决策集中求出使决策指标函数值最大(最小)的最优策略或某种条件下的近似最优策略。指标函数可记为，¨(XtP¨J，表示从第t阶段状态z，出发，采用P"到达终点工一的按预定标准的效益值。最大函数常记为f,fx，)2optf．。(t，PM)f一∈e．n(4．24)动态规划是一种多阶段决策过程，即把复杂的大问题按阶段划分为一系列相互联系而又易于求解的子问题，其求解方法有逆推和顺序求法，逆序为每个子问题求解最佳决策，最后逆推得到大问题的最佳决策。其基本理论基础是贝尔曼的最优化原理：决策过程最优策略总是由一系列最优子策略组成。由于路面在分析期内的养护和改建策略具有这种序惯性质，因此动态规划一般用于多年路面养护策略的优化。它是一种迭代的过程，通常用Markov链来表示路面状态的变化关系。一般在动态规划中，年被看作阶段(Stage)，路面状态被看作状态(State)。以多年路面养护费最小化为目标，优化关系可以表示为：吆(f1)=min[c(iI，旯)+∑p(il，f2，A)×k+l(f2)】‘z(4-25)式中：，tL2-J表示在阶段k路面处于状态人时，在未来的规划阶段所有费用和的最小期望值；c“，／LJ表示路面处于状态2·采用维修方式五时所需的费用；H。，，‘：，以J表示处于状态2，的路面采用维修方式后到达状态2：的概率。动态规划是一种数学优化方法，但它不象线性规划那样有明确定义的过程。动态规划的一个最主要的原则是“任何一个最优策略只能由最优的子策略组成’’。根据这一原则，动态规划将一个单一的复杂的大问题简化为一组简单的问题，然后在具体解决各个简单问题，从而得到问题的最优解。动态规划首先将优化问题划分为阶段，给出状态变量，并对各个阶段确定状态转移方程和权函数。然后，根据“任何一个最优策略只能由最优的子 西南交通大学硕士研究生学位论文第34页策略组成"的原则，按状态转移方程和权函数对各个阶段递归求解，最终求得整个优化问题的最优解。与其它传统优化方法相比较，动态优化能得到更全面的最优解。但如果要充分地利用动态优化的优点，必须对优化问题进行详细分析，很好地将问题模型化，只有这样才能充分发挥动态优化方法的效率。在公路路面养护管理决策中，路面养护资金分配的优化问题就属于典型的离散时间动态规划问题，其规划目标是制定出多年的路面养护维修计划。对照动态规划问题的以上要素进行比对分析，我们可以定义路面养护资金分配优化问题中的相关参数和变量。(1)阶段：以年为时间刻度，将每年作为一个决策阶段，设整个研究期限为T，并设定决策基年t=0。这与路面使用性能预测和确定路面组合状态转移概率的基本前提是一致的。(2)状态：路面在第t年的状态用路面性能来表示，通过路面现状使用性能评价和分析统计等基础工作，可以得到决策基年路网中各线路路面的状态分布情况。(3)决策与策略：路面养护资金分配优化问题在各阶段的决策就是各种路面养护对策措施，不同的对策(决策方案)对路面性能的影响和作用效果是不同的。本文针对不同路面类型确定了不同的具体养护措施。决策策略则是整个决策过程中各种养护对策与路面所处状态之间的各种组合情况，即对于某条线路处于某种状态的路面采取可能的各种措施。(4)状态转移规律：根据路面性能状态的转移概率矩阵可以得到路面状态的转移规律。在实际决策过程中，由于每一年采取相应的养护措施后，路面状态的分布情况会发生变化。因此，在进行第t+1年养护对策选择之前，应根据第t年所采取的养护措施重新计算路面状态分布情况，确定第t+1年的路面养护需求总量，为当年的养护决策提供依据。(5)决策指标函数：对于网级路面养护资金优化分配问题，财政规划的指标函数是在一定的养护要求条件下各年养护总费用的现值最小，而项目规划的指标函数是有限资金闲置的条件下是路面养护质量最优。通过实例计算表明【／川，上述两类问题之间具有很好的逻辑一致性和数据兼容性，财政规划的道德投资规模与项目规划的资金约束十分相近。4．3路面管理系统养护决策模型的建立4．3．1养护需求分析路网养护需求分析是一项宏观分析工作，需要依靠微观的路面检测基础数据来完成，通过路面使用性能现状评价和预测，得到养护需求结果，为路 西南交通大学硕士研究生学位论文第35页面养护对策的制定、项目养护顺序计划安排、养护资金的分配优化等决策活动提供最基本的依据。在路面管理系统发展的初期，路面养护需求的确定主要通过养护工程师在实地观测后，根据工程经验来判断需要进行养护改建的路段以及采取何种养护措施，或者根据设定的路面大中修周期来安排养护计划。这种决策方法存在较大的主观性和随意性。随着路面检测技术的发展，对路面检测基础数据进行分析统计，依据一定的规范和标准，进行路面使用性能现状评价和预测，大大增加了决策的客观性和可靠性，是进行路面养护管理科学决策的有力保障。对于公路网级路面养护管理的需求分析，通常通过一下几个步骤来进行：(1)确定研究范围和规模；(2)收集各条公路的基本情况和历年的路面检测数据；(3)路面使用性能评价；通过评价可以从宏观上了解研究路网范围内各条线路的路面使用性能的总体情况和需要进行养护改建措施的里程多少，为具体的路面养护对策的选择提供最原始和最直接依据。(4)路面使用性能预测根据路面使用性能预测可以了解各条公路未来的发展状况，为未来年度养护预算的确定提供支持。(5)设定养护标准养护标准的高低直接影响路面的处治时间，间接的影响路网的大中修里程及费用。高的养护标准将使路面超前处治，路面性能维持在较高的水平上。反之，路面使用周期增长，平均性能降低。对于不同等级道路，应根据技术等级和经济状况制定不同的标准。4．3．2多目标养护决策模型的建立多目标优化问题也称为向量优化问题，多准则优化问题。多目标优化问题可以描述为：求一个决策变量向量，它满足所有约束，并且使得所有目标函数组的向量最优化。而这些组成向量的目标函数通常彼此之间都是相互矛盾的。因此，这里的“优化”意味着求取所有目标函数之间的一种均衡(tradeofO的关系，使得目标函数向量中的所有目标函数值满足设计者的要求。多目标优化问题的标准形式是：max[zl=Z(x)，z2=以(x)，⋯，z_p=厶(x)JJ』．gf(工)≤0f=l，2，⋯，mr4．26]，、7'、。__，其中：工2帆，xz9。。。sXnJ是一个力维向量，称为决策向量。 西南交通大学硕士研究生学位论文第36页Z(工)，厶(x)，⋯，‘(工)称为目标函数。gi(x)≤0i=1,2，⋯，m称为约束函数，它是聊个不等式。z2宁·，z：，⋯，zpJ这个P维向量，代表了所有目标函数值所组成的向量。从以上可以看出，路面管理中所提出的投入与收益这两个目标之间存在着一种矛盾的关系。例如：投资越大，所获得的收益就会越多。如果对投资加以限制，收益将会不断增大。但对于决策者来讲，由于资金有限，他们总是期望在有限的投入下追求效益最大。结果是因投资的限制，收益必然不会无限制增大。这就是投资与收益之间的矛盾。正是因为这种矛盾的存在，所以本文中将目标划分为两类，分别为效益型和成本型，优化问题变为效益和成本之间的平衡。4．3．3网级公路养护资金优化分配决策模型的建立4．3．3．1模型的建立设路网中需要维修的路段为T，即动态规划分为T个阶段，决策过程中有待评优的全体养护策略组成方案集A=(Ⅱ-∥2，⋯，“一)，此方案集既可是上述第三章中建立的典型养护对策，也可是从中挑选的几种符合路况损坏特征的维修对策，每一个养护维修策略有m个定量或定性指标对方案进行评判，组成目标集0=(oI∥2，⋯归m)，m个评价指标具有不同的权重，用权向量表示为∥2【w·，wz，⋯，wmJ，权重的确定将在第五章中详述。则第t阶段待评判的，1个养护方案与m个指标特征值可用矩阵表示为：，X=fXllfX2l⋯，Xl。⋯fX2n!XmIcXm2⋯txmR=(，x：)(4-27)式中：t=l，2，⋯，T；i=l，2，⋯，m；j-1，2，⋯，n。T为动态规划的总结段数：，X口为第t阶段第J方案对第i个评价指标的特征值。根据优化的基本性质，模糊性和相对性，求出第t阶段指标隶属度矩阵： 西南交通大学硕士研究生学位论文第37页，R=f‘lf，2lf12f，22，‰If02⋯f％^式中：t=l，2，⋯，T；i=l，2，⋯，m；j-1，2，⋯，n；(4-28)，白表示第t阶段采用第i种方案相对于第J个指标优的隶属度。G为个T阶段优等方案，B为T个阶段次等方案，则G=(gl，629，⋯，g，)=(讹lV讹2V⋯V蛾r，峨IV蛾2V⋯V峨r，MrmlV眠2V⋯VMGr)，B--I(bl，b2，⋯，k)=(MtI^Mh2A⋯AMtr，M砭l^M如2A⋯AM砭7'，M吒lAM吒2^⋯AM匕7．)，式中：尬n2【rr,iVr‘2V⋯Vr‰J，i．1⋯．，1T1；t=1，⋯，T．表示t阶段指标隶属度矩阵最大值，V为取大运算符；M‰2【，％^，‘z～一^，oJ，i=l⋯．，m；t=1，⋯，T．表示t阶段指标隶属度矩阵最小值，八为取小运算符。对于定量目标值可根据相对优属度原理变换成相对隶属度值，对于定性目标，首先分别基于各定性目标，由决策者对方案集中各方案作关于优越性的排序，并在此基础上进行二元比较，给出关于优越性的语气助词(见表4．7)，进而计算出各方案关于该目标的相对优属度值。然后利用模糊优选公式计算第t阶段第i个方案对于优的隶属度为：1·+[嗣]2l+式中：rRr=(r1"吃／，⋯，，‰)1表示第t个阶段中I第j个方案的m个指标隶4属29度)．L忙J(．向量。t--1，2，⋯，T。根据模糊集关于隶属度最大原则，模糊优化动态规划的目标函数为T个阶段的隶属度之总和为最大，即细ax隆0按动态规划最优化原理与目标函数，可得递推方程为： 西南交通大学硕士研究生学位论文第38页=max{，“／+卜，‘)l厂’=l“』式中：r厂为t年隶属度总和的最大值；，“／为第t年第J个方案的隶属度：矧厂’为余留年隶属度最大值。4．3．3．2指标隶属度的确定(4—31)l、定量指标相对优属度的确定对于效益型元素，t阶段的指标隶属度为：txu，．=————————————Jr_————————一。”MxflVMxf2V⋯VMxir(4．32)对于成本型元素，第t阶段的指标隶属度为：，．：1一．．—三兰生———一‘。91Mx订VMxf2V⋯VMxl『(4．33、式中：i=l，2，⋯，m；j：1，2，⋯，n；V为取大运算符；施fI，⋯，胁f『为第T阶段第i个定量指标的最大特征值。简记为max(xt)．其物理意义是：对于效益型元素，当小txF2max协fJ时，，勺：1；bltX{『-B”表示“A比B优 西南交通大学硕士研究生学位论文第39页越或者一样优越”基于目标对方案作关于优越性程度的二元比较a)当Ak比彳，优越时，O·5<∥盯≤l；b)当Af比彳t优越时，0。⋯卜A，由相邻方案相对优越性模糊标度值iIlk,k+[，即可求得相对优越性模糊标度矩阵，矩阵中上三角元素由以下递推公式计算：，“t，，2f“女，，一l+2(1-i“k,l-I)(f“，一l，，一0·5)(4．36)下三角元素根据式(4．34)计算。令： 西南交通大学硕士研究生学位论文第40页以=∑m721，M，k=I，2，、、、，11．(4．37)则。“t表示方案4与所有其他方案作相对优越性比较后的相对优越性模糊标度值之和，也即方案彳t的相对优越程度，且必有：t“，≥t“z≥⋯>-i“n；当Ak与A，一样优越时，，“t2一比。根据相对优属度的定义，可得决策At关于目标D一的相对优属度为：‰=“／^=∑m／∑朋，从而得到方案集A关于定性指标0i的相对优属度向量‘2(1，‘z，⋯，％)．或由矩阵中的第一行，“⋯r“∽⋯，r“t，，⋯，r甜tn计算相对优属度：‘=(1，¨一，％)：(1，i／g／21／i“12'．．,，i2l／nl／，“。。)(4．38)当决策者不能明礁给定对应语气算子的精确值时，相邻方案相对优越性模糊标度值为模糊值·“¨¨，此时公式变形为：Ui2【f“U)m×一f4．39)，I～Ak,I"-iU～k，，～一+2(I一，玩，，一-)(，玩-1．，一o·5)(4-40)砭=，玩／属=∑。酩／∑。玩，7仁1’k‘二kj．，，(4_41)渤知一，兑)：(u甜‰：，⋯，‘％。)(4-421(2)直接计算法：在决策者基于排序一致性4·卜A2卜⋯卜彳一给出相邻方案相对优越性模糊标度值∥。+1后，还可以不计算相对优越性模糊标度值矩阵，直接计算方案的相对优属度勺。根据相对隶属度的定义和相对优越性模糊标度值的定义，由于A／比爿川重要，，“-，一r是在仅仅考察方案彳／和彳卜t时，么／比A／+t重要的标度值，其比较的基准是二者中的最优方案Aj，而彳／与其自身比较的模糊标度值为，“∥2o～。此时，如果仍然限于爿／和彳川考察，则4属于优的隶属度为巧=1，Aj+·属于优的隶属度为‘021·5一，“J，川。因此，方案4和4+-的相对优属度之比为 西南交通大学硕士研究生学位论文第41页‘：』l一==·___·-___-___·-__-一‘■1．5一f“川+f如果在整个方案集合A中考察，显然：(4—43)(4．-44)所以I，一l2r,j(1．5-iu，，产I)(4—45)由于Az是方案集A中最重要方案，故‘，21。从而可以传递计算，得到方案集A关于目标D，的相对优属度向量：‘5(1，‘2，⋯，‰)。4．3．4项目级养护决策模型的建立对于单个项目的养护决策，主要是为其选择合适的养护措施和养护时间，在整个道路的分析期内，使它能保持良好的路况状态，延长使用寿命，本文项目级决策采用多阶段模糊优选模型。设养护策略组成待评优的方案集A=(A．，A：，⋯，A。)，有m个目标(或指标)对方案集进行评判构成目标集O=(O。，O，，⋯，D。)，则n个方案与113个目标构成特征值矩阵：Y2‘‘朋x一工lIX12X21X22工m1Xm2=(X矿)(4-46)其中：x∥——对象j目标i的特征值；i=l，2，⋯，n．为消除m个目标特征值量纲不同的影响，将矩阵X规格化。对越大越优型和越小越优型目标分别采用以下规格化公式：乃2xflvxf2V⋯Vxj，，，x{『≥O，(4—47)勺2半，驴。，一F∥：。(448)x驴x{『>u勺51当x∥2ur4．4R、其中：勺——对象j目标i对优的隶属度。上¨=嘭i坩月．岍‰％～‰● ——一一西南交通大学硕士研究生学位论文第42页。‘。’。。。‘’‘‘—‘。。‘-—一i=I：：将矩阵X对应的规格化后的隶属度矩阵，简称优属度矩阵：R。。．=1I厂12，2I吒2厶l‰2=(勺)系统的优等方案为季=(g·，gz，⋯，g。)r=(1，1，⋯，1)，系统的劣等方案为6=(岛，62，⋯，吃，)r=(O，o，⋯，0)7’(4—49)毒统中的n个养护策略，其中对策j以隶属度“．，隶属于优等对象，以隶属度“，隶属于劣等对象，根据隶属度函数的余集定义，应有“k1．“’(4—50)设系统中m个目标的权重向量为茹-(wl’w2，⋯川7’，善驴1(4．51)其中：q——目标i的权重。则系统中对策J的权距优距离昕，季)=“，f羔(w挑r1川，⋯u刮／(4·52)对策J的权距劣距离为D(i，舌)=“j。f虽7WiJ一，一01)p1p为解出系统中对象j的隶属度“／的最优值，提出目标函数为：min{，c“，，=甜；(羔i=1(wf}～一，f广)i+(1一甜，)2(喜(wf勺户)告}即对象j的权距优距离平方与权距劣距离平方之总和最小。、’、o(4．54)兰掣=o求解duj，得“／的最优值的计算模型月．"气吒～0● 西南交通大学硕士研究生学位论文第43页(4·55)根据隶属度最大原则，最大的优属度U。所对应的养护策略即为最适合该路况的养护维修对策。4．3．5决策模型的求解在实际的养护对策评价中，路况评价指标对应的隶属度用各养护对策实施后对路面状况的改善情况描述，用适应度(见表4-2"---表4．5)来表示如下【74】．表4-2养护策略对路面损坏状况的适应度状态划分对策编码特优优良中次差l10．5O．120l0．40．20．13O1lO．3400．510．710．55O1O．4600．51l0．570l18O1l190l0．4l0．20．11001l0．5l1101O．8l12O1l113Ol1l1401l115OlIl1表4-3养护策略对路面结构强度的适应度状态划分对策编码足够临界不足10．1广一型时“～瓠爿孔々善 西南交通大学硕士研究生学位论文第44页210．4O．1310．34O．310．551O．460．310．57l1l80．51O．49lO．3l10l1110．510．412O．10．51130．10．5l140．1O．31150．10．31表4-4养护策略对行驶质量的适应度状态划分对策编码接受许口丁不接受1l210．50．231O．541l50．10．760．1O．70．870．10．4l8O．10．4l90．10．3O．4100．10lO．10．4l12l1131l140．10．3l15O．10．31表4—5养护对策对交通量等级的适J遁度状态划分对策编码轻由重特苇l1l12O．20．4lO．130．2l140．20．40．70．85O．210．8 西南交通大学硕士研究生学位论文第45页60．20．40．70．970．20．8O．718O．10．6O．8l90．80．40．20．110O．7l1l1l0．30．61121l1l13O．4O．7114l115O．30．61对某一路段，通过指标隶属度函数可以算得本路段各指标隶属于每个等级的隶属度，设某路段对路面损坏状况指数PCI评价的隶属度为∥删=以。，∥曙，⋯，∥叩)，对于隶属度和不为l时，必须对其按照式(4·56)进行归一化处理。“t=pt／。L气．56)／∑ut，i=1其中：∥；表示归一化后的隶属度值；i表示指标分级数。采取典型养护对策的适应度为A=[a盯]，a；，表示采取措施J对于路况处于i时的适应度，则隶属度矩阵中，目标PCI对应的各养护对策的隶属度为0=∥，x[af，】，其它目标对应的隶属度依次类推，可以得到隶属度矩阵。在路况评价指标的隶属度函数为【75】：(1)路面损坏状况指数PCI，按其损坏程度划分为6级，分别为特优、优、良、中、次、差，隶属函数依次为式(4．57)～式(4．62)所示：f0PCI<71∥f={eO．1771朐一6斛527194feO．1299删一1。26336043(2)路面的结构强度SSI，SSI评价是一个复杂的问题，文中隶属度函数是采用间接的方法，借助弯沉、累计交通量及路面损坏状况三者间的关系求得，将路面结构强度划分为足够、临界、不足3级，隶属度函数如表4．5和表4-6所示：表4—5碎(砾)石基层路面结构强度隶属函数交状态划分通』巨里足够临界不足等级轻睁70(125誊巧f击cD一9s，9s>D业sH5，鬻螂I125。≥8。降To(0飘oo重{去c·00—D，80D_>65{击c。一6$65<。≤8。{古c80加，6580lO其。匕表4—6半刚性基层路面结构强度隶属函数交状态划分通邑里足够临界不足等级fID≥65●丽I(D一65)65>D_>85{去c85-纠6585fl2去(。一45)45>D≥65中{去∞吾。)D二二4乏5}≤65去(85一D)6585ID≥40去(D一40)40>D≥55薛5景奶1重b5叫40550兵它特fID≥35f0D≥45重{击c45一。，3sD≥4s{击c川5，4545J去【6s—D)4s650lE’巴将路面行驶质量划分为接受、许可、不接受3级，隶属度函数分别为式(4-63)'---式(4．65)所示 西南交通大学硕士研究生学位论文第48页10尺∥≤1．6Ie1．66snQ／-5‘47181．63．8f1．3RQI-2．211．71．6(4-65)将道路交通量划分为4级，分别是特重、重、中和轻，其隶属度函数为式(4—66)～(4．69)所示：f，1AADT<200,uL2{)／600(800一AADT)200800I％oo(AADT一200)2006000 西南交通大学硕士研究生学位论文第50页5．1概述第5章权重理论及方法的研究“权’’这个名词最早出现于数理统计学中。按照权威的韦氏大辞典的解释，“权”就是“在所考虑的群体或系列中赋予某一项目的相对值’’或“表示一项目相对重要性所赋予的一个数值”。因此，在多目标决策中，权重就是描述目标相对重要程度的数值。关于“权”的定义，不同的学者是从不同角度给出的，权的术语及其确定方法也各不相同。下面简述几个：在Hwang&Yoon[76J的著作中，权(weight)是这样叙述的：许多多目标决策方法需要关于各准则(属性／目标)的相对重要性的信息。这个信息通常由一个(偏好)权集(asetofweights)给定。这个权集标准化后和为1。设有11个准则，则权向量可写为w5Lw-'w：，⋯'w一。并介绍了四种确定权的方法：基于决策矩阵的多维偏好分析的线性规划法(LINMAP)Srinivasan[77J和熵法(EntropyMethod)Hwang&Yoont7611基于判断矩阵的加权最小平方法Chuet“781和AHP法Saat3f1791。席西民【80】用“权’’这个术语，认为各指标在决策中的地位是不同的，其差异主要表现在三个方面：(1)决策者对各指标的重视程度不同；(2)各指标在决策中的作用不同，即各指标在决策中传输给决策者的信息量不同；(3)各指标评价值的可靠程度不同。所以，在多指标决策中往往都需要给各指标赋于权值描述这些差异。这一权值应象其描述的内容一样，既能反映主观的一面，又能反映客观的一面。因此，指标的权是指标在决策中相对重要程度的一种主观评价和客观反映的综合度量。它不仅与决策者对指标的重要性的主观评价有关，而且与可行方案传输给决策者的信息量和指标值的可靠程度有关。若用Wli，W2·，w，，分别表示这三个方面的权，则有％2／(wli，W2i，W3iJ，卢l，厶⋯一。其中，a)w^由决策者事先给定或由AHP法确定，它反映决策者的知识结构、才能和心理以及社会、环境背景等。b)“。z反映了在确定的决策条件下(已有的可行方案集)，各指标传输给决策者的信息量的大小。它对方案集和评价结果比较敏感。这可解释为：对给定的i∈T1UT2=N，各方案关于指标厂i的评价值X。的差异越大，亦即不同方案间关于指标．f的评价值x，i的相对强度越大，则指标对方案的比较作用越大，也就是说它包含和传输的决策信息越多。因而可用熵权w如来计算。c)w^反映了指标评价值的 西南交通大学硕士研究生学位论文第51页可靠度。可靠程度越高，它越大。它用该文定义的规一化后的指标的置信度来确定。最后，该文认为一个指标的相对重要程度一般由三部分平行决定，上式中的函数必须具备特性：三者中任一个等于O，即使其它两个等于1，也不能说该指标非常重要；只有当三者都取其最大值时，wi才最大。故将第i个指标的权w定义为：wi=wflwi,wfI／善wi,wf2wi√：1,2，⋯，甩陆明生【8l】用“权系数"，通过例子强调：对各准则的权既要重视级别次序，还要注意级别差的准确量化的问题。该文认为环比评分法是解决这一问题的较好方法之一。徐玖平【82】用“权重”这个术语，认为在多目标选择中，各准则相对重要性即权重的确定是一个关键。在其文章中定义了两个概念：影响权重(即根据各准则相互影响的大小来确定的权重)和价值权重(即通过主观的价值判断确定的权重)，并给出了确定这两种权重的方法一成对比较法。二者结合在一起全面反映准则的相对重要性(即权重)。梁保国【83】利用各方案在各属性下的属性值构造相应的线性规划模型，此模型的解再经过信息加工后，作为先验权值(由专家和历史上的经验给出的)W=(w”W，，⋯，w。)的信息反馈，即作为样本。利用大数定律对这些样本进行处理，得到“样本反馈权值向量”，对先验权值进行综合修正，即可给出权系数的后验估计。从而使准则的权系数在定量化方面增加可靠性和精确性。严鸿和【84J从知识工程的基本思想出发，分析并概括出了专家评分过程中的非线性规划模型，用以确定权系数，并证明，在样本足够大的情况下，运用此模型确定的权系数趋近于理想专家给定的权系数，即最合理的权系数。王凡【85】对于权的概念及其基本性质进行了一些探讨，根据权既有随机性又有模糊性的特点，给出了权的一般定义和权重分配的数学表征，在此基础上研究分析了确定权重分配的几种实用方法。首先，该文谈到，“权(weight)”这个词出自数理统计学。在权威的韦氏大词典中，对“weight"的专业词义解释是：“在所考虑的群体(group)或系列(series)中赋予某一项目(item)的相对值”；“在一频率分布中某一项目(item)的频率"：“表示某一项目(item)相对重要性所赋予的一个数”。为了对“相对值(relativevalue)’’作进～步说明，相应释意的括号里还引用了一些学者们的有关论述。其中S．Herner曾经这样解释说：“给予最有用的首要因素(指准则)以一个10的权，而第二最有用的因素则是9"。从中得到了两点结论：a)权是通过数理统计得出的频率分布中的频率；b)权是表示因素重要性的相对数值。第一结论表明权具有 西南交通大学硕士研究生学位论文第52页随机的性质；第二结论表明权是个模糊概念，因为“重要性”这个概念是个模糊概念，缺乏精确的定义和明确的外延，可有许多程度不同的等级，例如：非常重要、很重要、重要、比较重要、有点重要、不太重要和不重要等等。另外，一个系统中因素的重要程度一般需要人们主观判断认定，这并不否认事物存在的客观背景，亦即因素在事物中的客观地位和贡献大小，但最终总是离不开人脑的认识与决断。其次，根据权既有随机性又有模糊性的特点，该文从数学上把权定义为一随机模糊数，它们的峰值之和为一。在实际应用中，把随机模糊数的峰值作为因素的权。第三，该文认为确定权重的方法归纳起来不外乎两大类，即群体方法和个体方法。群体方法就是通过一定数量有关专家的调查咨询，取得测试样本资料，然后进行统计处理，求出因素的权重分配。其中介绍了统计均值法和定性排序与定量转化法[86】：个体方法就是由决策者个人根据因素在系统中的客观地位，判断确定权重分配的方法。此时，只有模糊性，不存在随机性。这种方法不完全符合权的基本性质，不过，由于它能充分体现决策者的主观意愿，并且可以随时修订和调整，比较方便灵活，适合于初步方案的拟定，所以在实际中采用较多。如能在此基础上广泛听取各方面的意见，经过研究和修订，仍然不失为一种合理的确定权重分配的方法。其中介绍了两个方法：直接判断指定法和二元对比相对平均法№71。最后，对权重分配的稳定性作了分析。从权重的概念中不难看出，权重是一个模糊概念。所谓重要性，缺乏精确的定义和明确的外延，是一个模糊语言变量。在自然语言的描述中，很难确定其明显的界限。例如，可以划分为如下几个等级：十分重要、非常重要、很重要、重要、比较重要、稍微重要、不太重要、不重要等等。这些划分从一个等级到另一个等级的过程中存在着共维条件下差异之间的中介过渡性，因此这样的定性描述存在着明显的模糊性，正是人的知识经验的积累与反映。处理这些模糊性的有力工具就是模糊集合理论。权重往往反映了决策者(专家)对决策所涉及领域问题的理解，是决策者知识、经验、偏好与意志的综合体现?对于一个由n个决策方案以．，U2l，厶⋯，咒J所组成的方案集以2t以l，A2，⋯，4一j，和m个目标Or(扛1,2，⋯，m)组成的目标集D2pt，02，⋯，O。j的多目标决策问题，若采用相应的隶属度公式或规范化公式得到其(隶属度或规范化)决策矩阵为AlA2⋯彳。q．D，∥=I．‘D。∥Il／．t12牡21H22pmIUm2(5．1)hr专一咖‰如～‰● 西南交通大学硕士研究生学位论文第53页常简记做∥一～∥口，m一，则可采用现有的TOPSIS法、现行加权综合评价法、模糊优选方法等各种现有的方法进行决策，然而，使用这些方法的前提条件式事先知道目标集O的权重向量w2【wJ，w：，⋯，w册J因此，权重的确定就成为解决多目标决策问题的关键，国内外己有不少人对权重的确定方法做了研究。然而，由于权重问题比较复杂，从而使得不少方法都存在着自身的局限性。目前，权重的确定方法可归纳为三大类：主观赋权法、客观赋权法和主客观综合赋权法瞄引。下面分别进行阐述。5．2权重的确定方法5．2．1主观权重与主观赋权法主观权重是以主观判断为主要手段而获取的权重信息。它反映的是决策者去经验和知识的积累以及对现有决策背景的一个主观把握。由于现实生活环境易变性，使得决策事务很难按过去的一贯思维进行，因此灵活地把握各决策属的重要性显得格外的重要。而主观赋权特有的灵活性能很好地应对这种局面。主观权重的另一个特点是它是个变权，可以根据实际的需要方便地进行调整，因此有利于进行灵敏度分析。但事物总是有两面的，主观权重的灵活性，易变性使它承载了过多的主观随意性，因此，最终的属性权重与主观赋权的当事人有了很大的关系，不同的人会赋不同的权重，即使同一个人在不同的时刻所赋的权重也可能不一样。可见，想办法避免这种主观随意性显得非常重要。主观赋权的方法很多，最著名的也是最常用的方法是AHp法【89J和Delphi法[矧，其它的还有很多，如最小平方法【9¨、二项系数法【92】、环比评分法‘931、专家调查法【94】等。目前对主观赋权法的研究己经比较成熟，权重确定过程在此不再详述。5．2．2客观权重与客观赋权方法客观权重主要是以决策数据(属性值)为基本依据，通过建立一定的数学模型求解得到。客观权重能较好地反映决策对象的客观信息。另外，各种优化模型的建立都有一定的理论基础，如客观赋权方法中的离差最大化方法和标准差与平均差极大化方法都利用了方案排序中“属性值差异越大，其在排序中所起的作用越大，属性权重就应越大"这一思想。可以看出，客观权重不仅充分利用了决策对象的客观信息，而具有很好的数理基础，因此它也被 西南交通大学硕士研究生学位论文第54页广泛采用。但是，客观赋权的一个明显不足就是它不能反映决策者的主观偏好，因此忽视了专家的经验和知识的积累，与此同时，客观权重还会受数据量多少和优化模型选取的影响‘841，也存在不稳定性的问题。客观赋权的方法也有很多，如主成分分析法【951、熵权法f96’971、离差最大化法[981、目标规划方法等【98’991。5．2．3组合权重与组合赋权方法为了兼顾专家的知识、决策者的主管偏好，力争减少权重的主观随意性，同时又充分利用决策对象的客观信息，达到主客观统一，因此，合理地将主观权重和客观权重有机地组合起来成了一种很好的解决办法。显然，组合权重是兼顾了主管权重和客观权重的综合权重。组合权重无论是在理论研究还是实践中都得到了广泛的关注和使用。目前已经提出了很多组合赋权的方法[100-102】，从组合赋权过程是否利用属性值这个角度可以将组合赋权方法分为两大类：一类是基于权向量的组合赋权法；另一类是基于评价值向量的组合赋权法。1、基于权向量的组合赋权方法基于权向量的组合赋权方法主要有以下几种方法：(1)乘法合成法【103】设目标主观权重向量为W7=(wi，w；，⋯w：)7’，客观权重向量为w。=(wZw；，⋯w二)7’，则乘法合成所得组合权重的表达式如下：Wi：盟(f∈M)(5．2)：=——··IZ∈朋lL)一Z，∑w：w；ri=1(2)基于贴近度的线性加权法f104～1啷设形”是由k个m维权向量(其中包括主、客观权向量)组成的向量集，组合权向量满足W’=W．彬+W2％+⋯+Krv,，向量W为各权向量的组合权系数。对于任意两个原权向量彬，暇∈W”，则形，职之间的贴近度可定义为：f(彤，％)=1一d。(％，％)(5—3)其中，d。(％，％)表示嘭，％之间的距离，表达式为，”Id。(％，％)=(∑I％。一％。伊(5—4)i=l由此可得出求任意原权向量形，∈形”(J=1,2，⋯，k)的加权系数W，的公式如下： 西南交通大学硕士研究生学位论文第55页叶=∑f(彬，％)／∑∑f(彬，髟)，(-，=1,2，⋯，七)(5-5)葛／扛1曷基于贴近度的线性加权法的另一种思路可以通过优化模型来实现，模型的目标是使得组合权向量与原权向量尽可能贴近，也就是说组合权向量与原权向量的偏差尽可能小，即可以建立以下优化模型求解组合权系数向量w。kmin∑d(w’，彬)。，．1(5-6)正、7趴tyWi=10≤w，≤1Ji_一‘忙I(3)基于权向量序列号的线性加权法【107~111】设肜”是由k个m维权向量(其中包括主、客观权向量)组成的向量集，组合权向量满足w‘=w。彬+w：％+⋯+W。哌，向量W为各权向量的组合权系数。设由任意权向量∥i(-『=1,2，⋯，k)中每个分量在该权向量中的排序位次构成的序号列为矿，(／=1,2，⋯，k)。基于权向量序列号的现行加权法主要通过某赋权方法所对应的序号列与其他方法的序号列的一致性来衡量该赋权方法的重要性。在实际中，常用Spearman等级相关系数来进行两个随机量的正相关判断【10引。对于任意的序号列K，匕∈V”，两者之间的Spearman等级相关系数为：几=1-志∑(1，ll-1，2f)2(5．7)几。1一而备一ll-y2∥¨。)求解组合权系数W的思路是，计算序列号y，(／=1,2，⋯，k)与其他序号列的平均一致性，即p，=击∑以(5-8)f}／平均一致性越大则表示该序号列对应的赋权方法越重要[ilo】，用p，(／=1,2，⋯，k)的归一化结果来表示第j种赋权方法相对于其他方法的重要程度，即组合权系数W可表示为叶=∥∑p，(5-9)综合以上几种组合赋权方法可以看出，从上面三种常用的基于权向量的，这累组合赋权方法最显著的特点是它只使用权重信息，求解结果不受具体目标值的影响，方案的多少、数量的多少及目标值大小变化不影响求解结果， 西南交通大学硕士研究生学位论文第56页但这类方法求解结果却受目标个数的影响，缺乏稳定性。特别地，对于乘法合成法，由于具有“倍增效应”，会使大者越大，小者越小，因此，比较适合于目标数目比较多，权数分配较均匀的情况，对于基于权向量序列号的现行加权法，它利用了目标权重的排序值，由于“粒度’’较大，不能充分体现不同权向量间的“距离”。所以，会出现两个权序列完全一致，他们所得到的方案排序结果却不一致，甚至矛盾的情况【109’1111．2、基于评价值向量的组合赋权方法与以上几种方法不同，此类方法不再以单纯的权向量为基础进行组合，而是将属性值和权重的融合体，即评价值向量作为组合的基础，通过建立基于不同目标的优化模型进行线性组合系数向量。的求解。基于评价值向量的优化组合赋权模型虽然形式具有多样性，但归纳起来主要有三种经典模型：基于综合评价值最大的优化组合赋权模型：基于总偏差最小的优化组合赋权模型；基于总离差最大的优化组合赋权模型。为了讨论方便，针对某一多属性决策问题，先设决策者运用，种主观法和g一，种客观法分别对目标进行赋权，分别表示为1，。=(’，÷，’，：，⋯，V：)r(七=1,2，⋯，，)；“。=以?，“：，⋯，“：)r，(后=，+1，⋯，g)。另设由这q种赋权方法所得的权向量组成分块矩阵为形=(形1，⋯，∥7，形“1⋯，形。)r，其中前1个分量为，个主观权重列向量，后g一，个分量为g一，个客观权重列向量。对q个权向量进行组合得组合权重向量记为矿=(w’t，w，+，⋯，w。’)T，则组合表达式为w’=陟rw(5．10)其中w=(w。，W2，⋯，w。)r为线性组合系数向量，满足：w7’w：l(5一11要确定组合权重向量矿，只要确定线性组合系数向量。即可，下面来讨论以上三种求W的经典优化模型。(1)基于综合评价值最大的优化组合赋权模型¨00·1叫在组合赋权情况下，多属性决策问题中方案工j(J∈N)的综合评价值可以用下式表示z』=∑b{『w?=∑6，彬．w(-，∈Ⅳ)(5—12)基于综合评价值最大的优化组合赋权模型的核心思想是：选择合适的线性组合系数向量W，使得所有方案的综合评价值都尽可能大，为此建立以下模型 西南交通大学硕士研究生学位论文第57页J号觚红忙一2'⋯≯一)(5．13)ls．t．w。W=1wf≥0(i=1,2，⋯，g)由于各决策方案之间是公平竞争，不存在任何偏好关系，因此，上述多目标决策规划模型可用等权的线性权和法构建如下等价的单目标最优化模型r月打朋jm戤乃=∑i=1矿否∑i=1碱·w)(5．14)．1，=I、．，-1⋯Is．t．W。W=1wf≥o(i=1,2，⋯，q)求解模型(5．14)即可得线性组合系数向量W，进而根据式(5．10)可求出组合权向量w宰。(2)基于总偏差最小的优化组合赋权模型‘113～115,116】为了既照顾到决策者的主观偏好，又做到决策的客观真实性，达到主观与客观的统一，基于总偏差最小的优化组合赋权模型的核心思想是：组合权向量对应的评价值向量与原权向量对应的评价值向量之间的偏差应尽可能小。为此可以建立以下基本模型r4m^2{minD。∥荟荟否[(彬·w一嘭)％】(5．15)卜t．w。W=1w≥0(i=1,2，⋯，g)模型(5．14)dPq个权向量视为同等重要，主观权向量与客观权向量之间无偏好，更多的情况需考虑主观赋权与客观赋权之间的偏好关系，为此引入偏好因子“，模型变为Iqmn2qmn{minD2∥荟善否[(彬·W—V；)n驴】+(1_∥)荟善否【(彬·w一“：})口一】2(5．16)IJ．f．w。W=1wj≥o(i=1,2，⋯，q)基于总偏差最小的优化组合赋权模型也可以从另外一些角度建立，如可以先人为构造理想方案，确定合适的组合系数向量。，使得所有方案到与理想方案的总偏差最小，模型如下rm月jmi相2善荟形+w(1圳限⋯bt．w。W=1Wi≥0(i=1,2，⋯，口)求解上述模型即可得线性组合系数向量，再根据式(5．10)可求出组合权向量w木。(3)基于总离差最大的优化组合赋权模型⋯7～119】基于离差最大的优化组合赋权模型的核心思想是：如果某个属性对所有方案均无差别，则该属性对所有方案排序不产生影响，于是这样的属性可令 西南交通大学硕士研究生学位论文第58页其权重系数为0；相反，如果某个属性对所有方案而言有较大差异，则该属性对所用方案的排序将产生较大影响，就应该具有一定权重，且它使方案产生的差异越大，其权重越大。在统计学中，离差是反映差异程度的一个重要指标。基于这样的原理，确定组合权向量的一个基本思想是使所有属性对所有方案的总离差达到最大。由于偏差函数的形式具有多样性，模型也有不同的形式，其基本模型表述如下f三三．JmaxF(w)=∑∑陆一b,,Wi．Wr气1叭lI“．w，嚣』iⅥ≥ou吖叫求解模型(5．18)即可得线性组合系数向量。，再根据式(5．10)可求出组合权向量W’。综合以上三种经典的优化组合模型可以看出，它们有着诸多的共同点，首先它们都是线性组合赋权模型。虽然模型建立得不一样，却都是为了求解线性组合系数向量。然后都使用到了式(5．10)进行权向量的组合。其次，它们既使用了原权向量信息，又使用了属性值信息，可以直接跟方案的最终排序相关联。另外，这些方法都容易受方案数、数据量、属性值大小的影响。在研究和实际应用中，由于全面考虑了权重信息和属性值信息，加上优化模型的使用使其具有较好的数理基础，第二类基于评价值向量的组合赋权方法使用得相对较多，受重视程度远超过第一类组合赋权方法。尽管如此，目前针对第二类方法的研究还不够完善。文献资料表明，目前这类组合方法多是确定环境下的组合赋权，即主观权重一般是完全信息且是确定的，属性值为精确值。而对主观权重为部分信息或属性值不确定等情况下的组合赋权研究甚少。5．3权重模型的建立5．3．1方法概述解决路面养护多目标决策问题时，由于客观事物的复杂性以及人类思维的模糊性，往往很难以给出明确的主观权重信息，只能提供其可能的变化范围。文献[120]研究了部分权重信息下的多属性决策问题，给出了一种在局部优化基础上求解协调权系数并对方案排序的两阶段决策方法，但其所得权重更多地利用了部分主观权重信息，属主观赋权范畴。本文为了进一步实现主客观组合赋权，将在文献【120】的基础上，研究目标值为确定值，主观属性权重为部分信息的多属性组合赋权问题。提出一种在局部优化基础上，先以离差最大化思想确定主观最佳协调权重，再以最d,-．乘法为工具实现主客观组 西南交通大学硕士研究生学位论文第59页合赋权方法。5．3．2部分权重信息下的组合赋权模型设多目标决策问题如第四章所述，规范化决策矩阵为尺=(‘，)。决策问题中，部分权重是指决策者在进行主观赋权时，权重不是以确切的数据给出，而只是提供一个变化的范围。不妨设主观权向量为“=(“．，“：，⋯，比。)7，其中“，∈[“；，Ui7]，“，I，“?∈R且0≤“；≤“?≤1，其中注J∈M。在只考虑主观权重的情况下，方案工j的综合评价值与目标权重的关系为：z』=∑％“，J∈N(5—19)，=l首先，我们考虑单个方案x，(J∈Ⅳ))的综合目标值取最优时，其所对应的各目标权重。据此建立以下单目标决策模型：max∑“ib扩f-ls．t．0≤“；≤“f≤“j≤1，i∈M(5—20)∑“，=1通过计算机编程求解单目标决策模型得到方案x，(／∈N)下的最优目标权重向量为甜(／)=G：门，“!儿．．“二)r。下面利用规范化矩阵尺=也L。。及权向量“(川，∈Ⅳ))求出部分权重信息下目标的最佳主观协调权向量。设权向量“‘以／=1,2⋯，z)组成的分块矩阵为：U=也‘¨，“(2)⋯“(月’)，则经n个权重向量线性组合得最佳主观协调权向量为：“’=UoJ(5．21)式中“‘：0i，“；，⋯“：厂为最佳主观协调权向量，w=(Ⅵ，w2，⋯W。)r为待定的，l×l列向量且满足约束条件W7’w=1。接下来用离差最大化方法确定待定向量w。根据离差最大化方法的基本原理，确定最佳主观协调权向量的基本思想是使所有目标对所有方案的总离差达到最大。为此定义方案口，在目标o。下与其他方案的离差和为：V口0’)=∑I勺“Ki∈M，J∈N(5-22) 一西南交通大学硕士研究生学位论文第60页-l_●l_●●l●_l_I_-__--●I-l--____-●___●-l●一●ImI_对于第i个目标来说，设v，k’))表示所有方案与其他方案的总离差，则有：V。0+)=∑V／)0‘)=∑∑j勺一％J“?，f∈M(5．23)根据上述确定w的基本思想，应该使所有目标下对所有方案的总离差达／0+)=芝y，0’)：芝窆芝h一屹扛?i=1j=I，=If=l(5—24)若令聊维行向量c为：C=f乏∑f厂l，一‘，f，∑∑f吃，一rE,I．．．，芝芝f％～_，ff则l一一l‘J“f7--IzJI’厶厶l。m，。mf|l⋯，、LJ“8‘，2¨2l户lf2IJ目标函数／《“‘)可表示为：J0+)=函’(5．25)由于“’为W的函数，所以／0+)也为w的函数，此时／0’)可以为F(w)，于是基于离差最大化思想求最佳主观协调权向量的方法可以表示为以下模型：fmaxF(w)=c‰‘旧T．W7’w=l，w≥0对此优化模型进行求解，构造Lagrange函数￡(wl，w2，⋯，k)=c哳+允◇7’w一1)=c壹∥)w+兄f童谚一l1令3L／Ow,=0，得Ch(¨+22wj=0，i=1,2，⋯，，l。所以wi=一Cu(¨122，i=1,2，⋯，，z把(5-28)代入wrW=1，且满足条件w≥0，得k研12(5-26)(5-27)(5-28)(5·29)(i∈N)(5．30)习惯上加权向量一般满足归一化约束条件，因此对Wi进行归一化处理。即：以：善：善生(f∈)(5-31)NⅥ2}=百—一【f∈JyⅥyCu(‘)莒‘智再根据式子(5—21)就可以确定最佳主观协调权向量“‘。／“：，HC=”故 西南交通大学硕士研究生学位论文第61页以上求得的权重向量“‘=07，“；，⋯，“：)7’r更多是利用了由决策者事先主法(熵系数法)获得客观权向量为y=(VIy：⋯，y。)r。先将决策矩阵x：IxI转化为规范化决策矩阵：II，i,Rrij-，·_×^L7州×月勺2了’定义对于规范化的矩阵尺=hJ晰。。，第j个目标的熵定义为其中：E／=一(∑勺lnr驴)／lnn：p——常数(p≥max{El，⋯，Ej，⋯，E))。{ms』in．zvl兰=了vr=K-v其中：K⋯一n木n对角矩阵，七，，2p—Ej，k“>0，／=1，2，⋯，，z；其他的元素丝：2肌一五：o丝：7'v一1e1：o——=‘V一=U求解得w=K-1e／e7’K’1P，得到客观权向量为v：(1，，，v：⋯，v。，)r。不妨设主客观组合权向量为w’=¨，w；⋯，以)7’。对所有评价对象的所有指标而言， 西南交通大学硕士研究生学位论文第62页r“．)=主芝Iluj=l#lS．丁．yJ，一?一w?k】2+№，一w?k】2)=1．w7求解此模型，构建Lagrange函数：令P∑／=l用矩阵表示为：三：窆芝缸-j=li=12G)v，一2wT)bi；砚a丸≥O订弦驴】2+№；一w?弦，】2)+4彳(车以一z)+42=O(i∈M1—11：o1其中尸为m×m对角阵，e，W。尸=diagI∑60，Ij=l∑6≯·∑6二j=lP：眇一，l】7’，w’=[w0以⋯，Q=[喜圭(Ⅵ+y。弦己，喜三(M+V2弘另，⋯，喜三(‰+V。，弦易]r求解上面的矩阵方程(5—34)可得：W’：尸一1·[Q+≮塑·eeP-Iel十———_=●——·—一●I。I(5—32)(5—33)(5—34)成】r(5-35)进而根据下式，可以确定每个方案的综合评价值，并据此完成方案排序。z／=∑wK／∈Ⅳf=l(5—36)。∑瑚／，．．．．。一／4 西南交通大学硕士研究生学位论文第63页第6章实例计算6．1项目级决策优化算例某省一条高速公路，长100公里，双向四车道，面层为沥青混凝土，厚度为15cm，基层为半刚性基层，设计标准轴载BZZ一100，年平均日交通量(AADT)为2000辆／天。请拟定养护方案，并通过经济分析和评价选择这几方案。由交通量观测站观测资料和邻近地区经济和交通发展情况，假设交通量年平均增长率为5％，新建路面的寿命为15年，改建路面的寿命为10年。考虑资金水平B=I宰107元。养护措施为文中建立的典型养护方案集及费用如下表6．1所示，请拟定养护方案。表6-1养护对策及费片j编养护养护对策单价号分类(元／m2)小修修补坑槽、沉陷、处理波浪、坑边、清扫保洁、处理泛油、1200／公1保养拥包、裂缝、松散等轻微病害里2中修挖补453乳化沥青稀浆封层1．0cm3．54罩面1．5cm75中修罩面2．0cm96罩面3．0cm13．57薄加铀层4．0cm44．38薄加铺层6．0cm52．8920cm石灰土+4cm沥青碎石+1．5cm封层66．71035cm石灰上+4cm沥青碎石+1．5cm封层781l15cm石灰土+15cm水泥稳定碎石+4cm沥青碎石+1．5cm封层88．91230cm石灰土+15cm水泥稳定碎石+4cm沥青碎石+1．5cm封层94．4大修13与补30cm二灰上+15cm水泥稳定碎石+4cm沥青碎石+2．5cm细粒式强沥青混凝上11230cm二灰土+15cm水泥稳定碎石+5cm中粒式沥青混凝土14133．3+2．5cm细粒式沥青混凝土30cm二灰上+15cm水泥稳定碎石+8cm粗粒式沥青混凝土+3cm15166．7细粒式沥青混凝上1、交通量计算根据拟定条件，州D疋=73×104，交通增长率r为5％，所以朋D瓦=AADTI×(1+，．)”1，刀=2，3，⋯，25。计算结果如表所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第64页表6-2分析期内各年的AADT值单位：104年份AADTl73276．65380．4825484．50663588．73196693．16855797．826988102．7l839107．854210113．247ll118．909312124．854813131．097514137．652415144．53516151．7618l7159．349818167．317319l75．683220l84．46742l193．690722203．375323213．54424224．221225235．43232、新建路面PCI、RQI值的计算根据前面所述，拟定的路面结构和路面设计轴重为：面层厚度15cm；ESAI．——分布目标准轴载(次／日／车道)为2000；厶——初始弯沉(O．01mm)为25：基层类型为半刚性基层；设计标准轴载BZZ．100。根据上面的参数，可以计算PCI的预测方程如下【122】：。一觋卜pl-(半厂5|}吵嘲卜pl弋竽厂54|}由预测方程可以计算得新建路面各年的PCI和RQI值如表所示 西南交通大学硕士研究生学位论文第65页表6-3新建路面各年的PCI和RQI值年份RQIPCI13．513399．9923．342699．633．241997．5843．170394．0053．114789．6l63．069385．0073．031080．4682．997976．1792．968772．17lO2．942668．4812．919065．09122．897561．98132．877859．12142．859656．50152．842654．093、建立养护决策特征值矩阵：目标集为：{PCIRQIAADT费用1；各年对应的养护决策隶属度矩阵用iR表示，i=l，2，⋯，15。利用第五章所述的项目级养护决策方法根据式(5．13～5．43)计算各年的路况PCI、RQI和AADT分别隶属于不同等级的隶属度，再根据表4．1～表4～3所属的适应度求得各方案对应个决策目标的隶属度，对于养护对策的费用对应的隶属度按式(4．29)和式(4—30)求得。最终得各年对应的养护决策隶属度矩阵如下：R=，尺=l0O0l0'880．96l0．2l0．220．20．140．150．5210．7l0．5510．550．75Q7o．3l0．8l0．99口73a97n950．94D910。730i650．59n530、460j43l0O0O0l0．840．95l0．250-260．230．16Q160．47l10．7310．565l0．5650．745o．710．29l0．82l0．990．730．970．950．940．9l0．730．650．590．530．46o．430OlO．190．190．85lo．80．32o．20O01o．210．2lo．865l0．820．320．201Jlo啷似o3●，o皑。会|o。删星|o。。叫5l6o嘶洲啪0叭●晒7峋9o揣唧O吆叮嘶5”3o淼啪9}lo啷嘲吲0吆●凹o。嗍啷O9●9Qo嘁㈣忉●●●鳄一№一=一 西南交通大学硕士研究生学位论文第66页lQ074Q037Q074Q037Q074Q74．I1Q79Q94lQ3lQ32Q27Q18Q17Q441Q24024}●』～。—l’lQ7951Q5971l0L5971Q734Q732Q268lQ863lQ8972lQ86tlQ99073Q97Q95Q94091Q73065Q59Q53Q46Q43Q32Q20l5月=8R=0．99l0．990．850．910．99rQ85lQ9水2l·LQ99IoR=llR=12R=O．83O．910．990．830．89l0．990．80O．83l0．990．48o．770．8290．730．74o．760．876o．73o．650．740．904&73o．490．720．9440．73Q4Q72Q9860．730．350．69lo．730．3O．68l0．73O．280．67l0．730．480．240．480．24o．480．480．48&48&94l0．330．340．280．180．170．43l0．25l0．615l0．6150．730．740．257l0．886l0-915l0．970．950．940．910．730．650．590．53&460．430．320-20．820．48o．820．48o-820．82&740．82o．820．94l0．340．350290．19o．170．43l0L26l0．633l0．6330．72o．760245l0．9lll0．933l0．970．950．94o．9l0．730．650．590．530．460．430．3202Q9Q66Q9o．66o．9Q90．650．9o．9Q9o．9Q9l10．360．370B0．30．2o．17&43l027l0．65210．6520．7160．768o．23l&93610．9521Q970．950．94o．9l0．730．650．590．530旧60．430．32Q20．960．970．960．840．960．640．96o．93l0．380．390．3lo．3l0．2O．170．43l0．281l0．670．7l0．780．22lo．96310．972l0．970．950．940．910．73o．650．59o．530．460．430．320．2Q98Q92Q98a98Q98Q93lQ4Q4lQ32Q2lQ18Q43l1Q291Q99lQ693Q70Q795Q205lQ9901Q993lQ97Q95Q94Q9lQ73Q65Q59Q53Q46Q43Q32Q20．990．8O．990．950．990．760．99o．990．99o．93l0．420．33o．330．2l0．180．43lO．29l0．710．70．80．2l0．970．950．940．910．730．65o．590．530．46&430．320．20．950．780．990．970．990．820．99O．89l10．440．340．220．180．431l0．30l0．7lO．70．70．80．2l1l0．970．950．940．9l0．730．650．590．530．460．430．320．20．90．760．990．980．990．840．980．990．87lo．980．450．350．220．180．431l10．7IO．70．70．80．2lIl0．97o．950．940．910．730．650．590．530．460．430．320．20．48o．25o．8860嗣剖离嗣9l981l9一m№二№№一=flR尺9O92，O93●09●●0OcinQn 西南交通大学硕士研究生学位论文第67页13R=1R=5尺=0．740．240．850．790．660．831l10．990．730．970．720．220．840．75o．660．82l10．990．730．970．700．220．840．73o．650．81l10．990．730．970．79l1l0．790．930．97l1l0．430．460．360．230．180．4310．3l0．7lo．70．8o．21l10．950．94·0．910．730．650．59O．530．460．430．32o．2O0．8l10．740．890．961l0．450．470．37o．230．190．441l0．32O．320．710．7o．70．8o．2l10．950．940．910．730．65o．590．530．460．430．320．200．82l1l0．7O．850．94l10．450．470．370．23o．19o．44l10．330．7l0．70．802l1l10．950．940．91o．730．65o．59o．530．460．430．320呓O为目标赋主管权重范围：(0．2—0．35O．2~0．350．2～0．350．35---0．45)，以第一年的决策矩阵为例，根据式(5．20)求得各方案对应的最佳主观权重向量为：Ul=(O．2167，O．2167，0．2167，0．35)；U，=(0．2，0．25，0．2，0．35)；U3=(0．2，0．2，0．25，0．35)；比。=(O．2，0．25，0．2，0．35)；U5=(O．2，0．2，0．25，0．35)U6=(0．2，0．2，0．2，0．4)；U7=(0．2，0．2，0．25，0．35)：U8=(0．2，0．2，0．25，0．35)；U9=(O．2，0．2，0．2，0．4)：“lo=(0．2，0．2，0．25，0．35)：U11=(0．2，0．2，0．25，0．35)；U12=(0．2，0．225，0．225，0．35)；U13=(0．2，0．25，0．2，0．35)；U14=(0．2，0．2，0．25，0．35)；U15=(0．2，0．2，0．25，0．35)：带入式(5．31)可求得最佳主观协调权向量的线性归一化组合系数：W=(0．066，0．07，0．066，0．07，0．066，0．067，0．066，0．066，0．067，O．066，0．066，0．067，0．068，0．066，0．066)T进而根据式(5．21)可以确定最佳主观协调权向量：Ul‘=(O．033，0．261，0．396，0．311)然后，采用客观赋权法(熵系数法)进行属性客观赋权，所得权向量为：Vl=(0．0914，0．3462，0．2016，0．3608)将主观权向量U’、客观权向量v及规范化决策矩阵B代入基于最小二乘法思想建立的优化组合模型(5．32)求解得综合权向量为：wI=(0．0612，0．3034，0．2989，0．3365)依次类推得各年决策矩阵对应的权重向量为：W2=(0．0617，0．3036，0．2988，0．3359)；w1=(0．0614，0．3035，0．2986，0．3365)；W4=(O．06l5,0．3037，0．2988，0．3360)：掀=(0．0619,0．3034，0．2988，0．3359)；W6=(0．0621,0．3035，0．2986，0．3359)；W7=(0．0621,0．3035，0．2987，0．3357)： 西南交通大学硕士研究生学位论文第68页W8=(O．0621，0．3034，0．2986，0．3359)；WIo=(O．0621，0．3035，0．2986，0．3358)；w12=(O．0621，0．3034，0．2987，0．3359)；w14=(O．0621，0．3034，0．2987，0．3359)；4w9=(0．0619，0．3036，0．2986，0．3359)：ⅥI=(0．0618，0．3035，0．2987，0．3359)：W13=(O．0621，0．3034，0．2987，0．3359)；w15=(O．0621，0．3034，0．2987，0．3359)。根据最大隶属度原则，maxywirii所对应的方案J即为最佳养护方案。J■■_。’i=1以下为各年的最大隶属度：l¨lU=O．997；2Ul=0．997；3Ul=0．997；4Ul=0．997；5UI=0．996：6Ul=O．996；7U4=O．98；8U4=0．98；9U4=O．98；IoU52O．97；lIU5。0．97；12U5=O．96；13U12=0．8：14U1220．8；15U122O．8。对应各年的养护计划是：第7年到第9年采取第四种养护措施，即1．5cm罩面：第10年到第12年采取第5中养护措施，即罩面3cm；第13年到第15年采取第12种养护措施，即30cm石灰土+15cm水泥稳定碎石+4cm沥青碎石+1．5cm封层；其余各年均为日常养护。通过上述实例计算可以看出：养护计划的制定综合考虑了各个指标对路面使用性能的影像，排出了量化计算效益和费用带来的误差，更加客观的反应了养护措施针对性。但是本论文由于采集数据有限，未考虑养护措施实施后路面使用性能指标值产生的突变。因此，各年的养护计划是独立的。6．2网级路面养护决策某高速公路管理部门和养护部门对所辖的5个路段需要进行养护维修，管理部门目标为使养护后的整体路况最好，而养护部门目标为使自己的投资收益最大。很明显作为上层的管理部门和下层的养护部门之间可能存在着利益冲突。高速公路管理部门可支配的养护资金只有350万元，假定每个路段考虑3种养护方案，每个方案的相关资料如表6-4所示。表6．4路况资料路方所需资仓投资收益维修前路况维修后路况日常养护T嵩修复的段案(万元)(10分制)f10分制)作量f人．同)面积(m2)dl10010781081d295977．69710000d38077．485dl908791302d28578．2l158000d375677．7lOO3d1959681249000 西南交通大学硕士研究生学位论文第69页d290867．8115d385767100di】20l79904d21009．5788012500d3908．577．675dl80781105d275677．7978500Pd370077．590由于资金有限并不能满足所有项目的需要，投资效果用4个指标来评价：C。表示投入资金，C：表示投资的收益，C，表示维修效果，C4表示养护工作量。这里各个指标的量纲不同，首先根据式(4．29)和式(4．30)对其进行无量纲化处理，得各指标的隶属度为：4R=0．50．670．130．60l0．730．80．3300．820．40．750．380．9l，R=0．60．70．90．50．330．17l0．50．190O．270．550．60．58Io．135R=lI】R=0．80．330．38O．360．50．67l0．1l0．90．170．190．6O．50．88O．27l0O．060．730．70．330．380．55对决策目标赋主观权重范围为：(O．2"---'0．350．25"--'0．350．2"-'0．30．1～O．25)，根据前述项目级决策中权重的求解方法，解得各路段对应的权重向量为：q=(o．21930．30730．2804o．193)7；∞2=(o．23040．30530．2904o．1739)7；他=(0．2050．30170．29160．2017)r；0)4=(0．3110．28730．29070．111)r；∞；=(0．22620．31430．27050．149)7’‘根据式(4-55)计算得综合相对优属度矩阵为：U=(“I，Ⅳ2，“3，“4，“5)7’=“口=0．54490．63730．730．89560．39180．41560．39040．6690．69l0．31890．35080．29950．42360．56470．2471求解在350万元资金约束条件下，各种方案组合的情况下，综合相对优属度最大值即为资金分配的最佳方案。编程求解得最大相对优属度和为2．2629，所对应的方案是将养护资金分别分配给路段2、3、4，养护策略为第一种。4昭强4O仉仉O=R 西南交通大学硕士研究生学位论文第70页第7章养护决策优化在基于GIS路面管理系统中的实现7．1地理信息系统的基本理论7．1．1GIS概述地理信息系统(GeographicInformationSystem，GIS)，是在计算机软件和硬件系统的支持下，以地理空间数据库为基础，采集、存储、管理、分析和描述整个或部分地球表面与空间和地理分布的有关的数据，为地理研究和地理决策服务的空间信息系统【122】。地理信息系统处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系，包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等，用于分析和处理在一定地理区域内分部的各种现象和过程，解决复杂的规划、决策问题。GIS时间了图形和数据的结合，以数据可视化的方式提供一种崭新决策支持方法。从以上可以看出，它具有以下三个方面的特，征【124】：(1)具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力，具有空间性和动态性。(2)以地理研究和地理决策为目的，以地理模型为手段，具有区域空间分析、多要素综合分析和动态预测能力，产生高层次的地理信息。(3)有计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生更加有用信息。7．1．2将路面管理系统组建于GIS平台的优势GIS是一种决策支持系统，它以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析，适时提供多种空间的和动态的信息。基于GIS进行路面管理系统的开发，使道路的管理与道路的地理信息相结合，通过地理地图信息的查询，同时获得道路空间信息和属性信息，使管理更加直接、形象。道路除具有表征其集合、结构、性能等特征的传统属性信息外，还具有表征其地理位置及其空间特性的空间属性信息。GIS即可管理对象的位置又可管理对象的属性，而且两者是自动关联的。由于公路数据所具有的地理特性，道路路面信息的管路应当实现对传统属性数据和空间数据的同步处理，而传统的路面管理数据库系统很难对其进行直观性操作。依托GIS的图库和数据库，就可以通过鼠标实现信息的快速查询和分析处理。GIS的空间分析和统计运算功能，可以提供全局和细节的分析结果，实 西南交通大学硕士研究生学位论文第71页现数据的可视化，在处理地理特性和空间分析上具有无法比拟的优势。7．1．3基于GIS路面管理系统的具体功能结合GIS的特性和路面管理系统的功能特性，基于GIS的路面管理系统的功能主要有以下几个方面：基本的地图管理公路管理部门可以借助于地图进行公路管理。公路图除包括行政区划外、城市、村庄、铁路及水系等一般信息外，还能特别包括与公路有关的信息，如公路名称、走向、等级、里程等。应用GIS独具特色的地图表现能力，将公路及相关信息可视化是GIS在公路管理应用中的基本功能。基本地图管理操作包括地图的数字化及修改、放大、缩小、漫游、图层控制、坐标转换和地图的输出等。公路信息是变化的信息。各地每年都有大量的新建、改建的公路，利用GIS可以方便、迅速将这些变化反映在地图上，形成新的公路图。专题图管理专题图管理是在基本地图上，以不同的方式显示属性信息所形成的地图。利用专题图可以直观了解属性信息的基本情况，如道路等级图、交通量图等。专题图中的线划图可利用线饿宽度及颜色变化反映线的属性数据。公路在地图上是线形结构，因此线划图在公路管理GIS中应用广泛。可以利用不同颜色的线表示路面的不同使用性能。同样，可以用不同颜色和宽度的线描述路网交通量大小变化。(3)属性数据管理路面管理系统中的数据多数具有空间属性，如线路编码、交通量及路况数据、评价、预测及决策等结果。将这些数据进行地理编码，建立地图要素和属性数据之间的关系，就可以方便地在地图上显示路面管理系统的数据。由于路面管理系统数据是GIS属性数据的一部分，路面管路系统的数据库管理、分析、预测、决策等功能对于GIS来说，就是对其属性数据的管理。(4)数据查询在GIS应用系统中，操作者可以在地图要素相关的数据库中设定查询条件，选定的数据在地图上显示出来。这是GIS中最具代表性的数据可视化功能。GIS的数据查询是公路管理中常用的查询方法。操作者可以通过数据查询，了解数据所在位置。(5)空间查询与数据查询相反，空间查询是通过空间范围的选定查询在次范围内所选相关信息饿属性数据。可以在地图上直接点击要查询的路段图元，系统可以在数据库对应的路段信息展示出来。例如，确定据地点距离在50km以内的路段， 西南交通大学硕士研究生学位论文第72页只要在屏幕上以该点为圆心画一个50km半径的圆，电子地图就会显示这一范围内所有的路段在地图的位置及相关信息。(6)最佳路线选择利用GIS的最佳路线选择功能，可以解决从甲地出发到乙地，走那条路线最近的问题。最佳路线选择就是确定在给定条件下从甲地到乙地的最佳线路。对于给定条件，可以是多种选择，如里程最短、油耗最小、等级限制、载重限制等。(7)缓冲区域分析例如，建一条高速公路会对沿线一定范围内的经济发展产生影响，告诉公路的每个出口对此为中心的区域经济发展产生影响，公路会对沿线环境产生影响等。GIS的缓冲区域分析可以辅助进行类似的分析工作。(8)空间关系分析各种地图要素以不同图层的形式由GIS进行管理。GIS中图层与图层之间的关系的分析成为空间关系分析。例如，河流和公路在GIS中作为不同的图层，若分析某一河流对公路网的影响，则需要进行空间关系分析。(9)路况评价本文中选取ARCMAP作为系统二次开发的平台，并以其支持的VB编程语言编写了基于物元分析法的路况评价程序，用户可以根据需要选择路段中的某个单元进行评价，也可以通过选择对整个路段进行评价。(10)路况预测文中基于MATLAB6．0的神经网络工具箱，采用BP神经网络，通过训练过程和仿真实验过程，得到比较符合精度要求的网络。可以对路段进行分析期内的路况发展进行预测，从而使决策者能够从总体上把握养护需求，为决策提供支持。(11)养护决策应用VB语言编写了基于模糊优化动态规划的决策程序，通过此模块用户可以对对有关养护维修资料进行管理和查询，也可根据用户需求进行网级和项目级路面的养护决策。本论文在已建立的评价和预测模块基础上，主要完成决策子模块的建立，将重点介绍主要功能和使用。7．2养护决策模块7．2．1养护决策子模块的建立(1)模块的设计思想根据路面管理系统的使用特点，养护决策模块首先要求能够完成养护路段和 西南交通大学硕士研究生学位论文第73页养护方案信息的记录和查询等各种操作，为此，模块必须能够维护两个分别记录养护路段信息和养护方案信息的详细资料的数据表，能对该数据表进行写入和读出数据的操作。此外，模块还要求记录养护的各项业务，这样模块还需要维护与养护业务相关的资料记录表等。模块数据库访问的实现方式主要是通过ADODC控件对数据库进行读、写和查涮1231，如图7．1所示图7-1模块数据库访问实现方式(2)模块的结构设计本模块主要分为系统界面、路况数据管理界面、养护方案管理界面、养护决策界面和业务管理界面几个部分。模块的结构设计图如图7．2所示。图7-2模块结构设计(3)模块功能细分根据上述总体设计思想的分析，各部分的功能如下：路况数据管理：用于实现路况数据的输入、修改和查询。养护方案管理：建立典型养护方案集，提供各个养护方案的具体信息，用户可以进行添加、查询等操作。养护决策：分为网级路面养护决策和项目级路面养护决策。可实现有资金约束条件和无资金约束条件下的养护决策。业务管理：可对养护方案的使用情况进行管理，并跟踪养护方案的效益和适合的道路损坏类型。并通过查询功能获得养护方案在养护路段的适用情况。 西南交通大学硕士研究生学位论文第74页7．2．2养护决策功能的实现在ARCMAP界面上创建自定义菜单条并添加养护决策按钮，如图7-3所示：!电!血垫w研5目：塾kcE玎·Tool：!_q。w!eIp坪竹勋删R簟矗诲#悔话纠埠冲*轩t丑、i：：：：竹●．一一闽ko蚺套c3一是：宁D落日国岛．粤l_j：蔓^毒口竹圈73自定义命令条点击骞按钮进入养护决策子模块界面，如图7-4所示。可以在下拉菜单中选择需要实现的功能。7．4养护决策了模块界面(1)路况信息管理与查询功能选择路况信息，则弹出路况信息菜单，可对路况信息进行输入、修改、删除和查询操作，分别通过选项卡的切换实现路况数据的管理和查询功能，用户可按提示输入路况数据，若输入错误或不能为空时，系统自动弹出提示对话框，输入完成后点击“添加”按钮，提示添加成功后，数据出现在下方列表中，如图7．5所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第75页圈7-5路况数据管理界面选择路况数据查询，进入查询后选择一种查询，分别有按隶属路段、养护措施、养护时间三种查询方式，选择按养护时间查询，则查询结果显示在下方列寿巾．加固7-6昕示图7-6路b6数据查询界面(2)养护方案管理与查询功能选择养护方案菜单，下拉列表中可选择养护方案管理和养护方案查询 西南交通大学硕士研究生学位论文第76页用户可选择通过管理选项卡进行养护方案信息的录入、修改和删除等操作如图7．7所示。或选择养护方案查询对数据库中的养护方案信息进行查询，查询的方式有按养护方案和按养护方案编号进行查询两种，如图"7-8所示。⋯一—酾垂丽广～二：：二二二至童蔓【■二#pjl：*i女月Ⅻ躲翳÷牌；《：睽图7—7养护方案管理界面图7-8养护方案查询界面(3)路面养护决策功能选择主界面养护决策下拉菜单，出现网级路面养护决策和项目级路面养护决策选项。选择网级路面养护决策进入网级决策界面，如图7-9所示。用户需要手动输入路段数据信息，输入的信息将显示在屏幕下方，对输入的数据信息，如发现错误可以选择进行修改和删除，输入完成后需要选择资金约 西南交通大学硕士研究生学位论文第77页束条件，如选择有，则在下方出现的文本框中输入资金约束，选择“完成”按钮进入决策，决策结果将显示在界面右下方。选择项目级养护决策，输入决策路段数据信息，点击“完成”显示决策崮7一lu坝一教跆【Ⅲ乔护伏策 西南交通大学硕士研究生学位论文第78页(4)业务管理功能选择业务管理，可对养护路段的信息进行输入和查询，如图，用户通过此功能可以对实施养护措施的路段信息进行跟踪，也可以了解养护措施的使用情况，查询方式有按路段、养护措施、养护时间和路面的养护类型四种，根据用户需求选择查询方式，屏幕下方则出现符合要求的路段信息，如图7-i1所示。图7—1l养护方案管理与查询界面 西南交通大学硕士研究生学位论文第79页结论当日F匕本文主要针对路面管理系统(PMS)领域中的决策问题进行了研究，包括路面养护的经济效益分析、路面损坏类型和原因分析、典型养护方案的建立、养护决策模型的研究与建立，以及在基于GIS沥青路面管理系统中的实现。并以实例计算对所建立的养护决策模型进行验证。目的在于寻找养护决策问题的解决方法。本文的主要研究成果：(1)从道路工程的角度，分析了沥青路面的损坏类型及损坏原因，并在此基础上结合现有的公路路面养护管理技术规范与标准，建立了沥青路面养护的典型方案。进行了路面养护管理的费用与效益分析，得到了养护费用主要考虑养护维修费用，养护管理效益主要通过路面使用性能的改善和提高来间接反映的结论。(2)阐述了系统优化决策的基本原理与方法，分析研究了各类数学优化方法和人工智能优化方法在该领域的应用情况，研究了模糊理论在路面管理系统中的应用，并结合动态规划理论建立了多目标模糊优化动态规划的决策模型，分别就网级养护决策和项目养护决策进行了详述。(3)研究了多目标决策的权重确定方法，分别就主、客观以及综合权重理论和方法进行了研究。提出一种在局部优化基础上，先以离差最大化思想确定主观最佳协调权重，再以最小二乘法为工具实现主客观组合赋权的方法建立了部分信息的综合权重模型，综合主观赋权和客观赋权法的优点。(4)在已建立的基于GIS的沥青路面管理系统基本框架的基础上，利用ArcMap软件所支持的VBA语言，对路面养护决策方法的数学模型进行语句编译调整，完成了路况信息管理与查询、养护决策方案的管理与查询、网级与项目级养护决策、养护业务管理与查询对话框和数据调用功能模块以及其他功能实现的语句编译。补充了系统功能。由于本人没有足够的路面管理实际经验，限于时间和知识水平，本课题还需要进一步的研究，完善各部分的功能，今后还需要进一步研究的问题有：(1)进行公路路面养护管理决策的基础和前提是路面检测基础数据，从国外路面检测技术发展趋势和方向来看，快速自动检测与路面评价和养护决策进行有机的结合，将极大提高路面养护管理的现代化水平，发挥公路网的综合养护效益。从我国目前的技术水平看，路面检测技术还有很大的提高空间和需要研究的工作。(2)软件还要进一步优化。目前建立的系统还属于实验型，在系统的荣作能力、图形编辑及空间分析等方面，还要进一步完善。 西南交通大学硕士研究生学位论文第80页(3)本系统目前是单机版，网络化是GIS的发展方向之一，随着功能的完善，应考虑向网络版升级。 西南交通大学硕士研究生学位论文第81页致谢首先，衷心感谢我的导师陆阳教授!在这篇论文写作和修改定稿的全过程中，陆阳教授都始终给予了大力的关怀、指导和帮助，论文凝聚着导师大量的心血和汗水。几年来，导师对作者一直不倦教诲和关怀鼓励，不仅传授专业知识，还教会我做人的准则。导师严谨的治学态度、渊博的学识、孜孜不倦的敬业品德和诲人不倦的精神是学生一生的楷模。作者在攻读硕士学位的学习期间，耳染目睹科导师的钻研精神、学术思想和研究风格。导师富有哲理的思维方式，使学生感悟颇深，受益匪浅。再次向导师陆阳教授表示衷心的感谢!我进入西南交通大学土木学院学习的六年，从本科到硕士研究生，在这个求学过程中，始终得到了学院师生的关怀，各位老师的不倦教诲和众多同学的大力帮助。在此我要特别感谢土木学院各位老师的殷切关怀，感谢土木学院所有关心帮助过我的老师和同学。最后，感谢我的父母和家人长期以来对我的理解、支持和照顾。 西南交通大学硕士研究生学位论文第82页●_-_●_●●_-●●●_-____-___●--_--__●_________●●-___●____●__●_--_-_________●___-●-_●—_I●__●●●___-_●_-_●__●●_●●●-_●--_●_-_●_-●●-_●_-_●__-●_-●●--_●___●___-___-_●__-●参考文献[1】潘玉利．路面管理系统原理．北京：人民交通出版社，1998年6月．[2】黄卫．高速公路数据库应朋技术．北京：科学出版社，2002年6月．f31AASHl’Oguidelinesforpavementmanagementsystem，AmericaAssociationofStateHighwayandTransportationOfficials．444NorthCapitalStreet．N．W．Suite225，Washington，D．C．20001，USA，1990．f4】蹦WAManagementandMonitoringSystem，InterimGuide，USA，1993．f51AASHllo，PavementManagementGuide：ExecutiveSummaryReport．AmericaAssociationofStateHighwayandTransportationOfficials．2001．[61MuhollandP．J．PavementManagementSystemforlocalGovernmentguidelinesreport．ResearchreportARR188，AustralianRoadResearchBoard(ARRBl，Australia，January1991．【7】熊辉，史其信，潘先榜．路面管理理论与方法的研究进展及趋势．土木工程学报，2004．1，v01．307No．1：65-69．『81KelvinC．P．Wang，ShortCourseatSouthwestJiaotongUniversity,Dec．2003．[9】殷建军．路面管理系统的分析与设计．同济大学博士论文．1994年．『101U．S．DepartmentofTransportation，eta1．HighwayPerformanceMonitoringSystem。AnalyticalProcess．V01．1．ExecutiveSummary,version2．0．January,1986．『1l1U．S．DepartmentofTransportation，eta1．HighwayPerformanceMonitoringSystem，FieldManualfortheCountinningAnalyticalandstatisticalDataBase．January,1984．『121McEloryR．TheHighwayEconomicRequirementSystem：AnIntroductiontoHERS．PUBLICROADS．December,l992．[13】郝大力．路面性能的评价与分析研究．长安大学博士论文．2000年．『141W．O．Hadley．SHRP—U’PPOverview：Five．YearReport．．SHI心．P-416，1994．『151W：O．Hadley．SHRP．LTPPGeneralPavementStudies：Five．YearReport．SHI冲．P．387．1994．【16】柴金义．加拿大的路面管理新技术，内蒙古公路与运输．1996(2)：13～15．中国交通在线f171http：／／www．chinatransonline．com【18】HamidAougab，CharlesW．SchwarzandJanmesA．Wentworth．路面养护管理专家系统，1II西交通科技．1996(1)：46～48．[19】姚祖康．路面管理系统．北京：人民交通出版社，1993年12月．[20】刘可．水泥混凝上路面网级优化的动态规划模型．西安公路交通大学学报，1996．9．v01．16No．3：52-57．【21】公路丁程建设与质量柃验丛书编委会．公路路面施T养护技术与质量柃验．J匕京：中国标准出版社，2003ft．5月．【22】董瑞琨，孙立军，路面维护及预防性养护效益分析．公路，2004．3：121—125．【23】孙祖望，沥青路面养护技术的发展与展挈．筑路机械与施T机械，2004．1：4~7．【24】王昌衡，韦宅伴，黄孝玲．路面管理系统中以PQI定义的效益模型．中南公路T程，2003．9，v01．28，No．3，35～36．[251SHRP．Distressidetificationmanualforthelongtermpavementperformancepredict．SHRP．P．338．StrategicHighwayResearchProgram，NationalResearchCouncil．Washington,D．C．1993． 西南交通大学硕士研究生学位论文第83页[26]曾霈霖，干线公路(省、市级)路面评价养护系统技术开发，曾霈霖等．“七五”国家荸点科技攻关项目研究报告，北京：交通部公路科学研究所等，1990．【27】孙力军，姚祖康，席雅如，张杰．北京市公路路面损坏状况的评价方法一匕京公路，1988(1)：lo~18．【28】WCED，OurcomlB．onfuture，OxfordUniversityPress，1987【29】刘培哲，可持续发展概念与《中国21世纪议程》，来自科学技术前沿的报告，北京：清华大学出版社，1996【30]钱学森，于景元，戴汝为．一个新的学科领域——开放的复杂原系统及其方法论，自然杂志，1990．1：3～lO．【3l】王建明．多目标模糊识别优化决策理论与虑用研究．大连理下大学博士论文．2004年．【32】李玲玲，张双文．决策支持系统发展趋势研究．郑州航空．T业管理学院学报，1998年第1期，39-41．【33】石杰，薛惠峰，史晓峰．基于知识的管理决策优化方法研究．陕西工学院学报，2003．9．v01．19No．3：49·52．[341冯文权．经济预测与决策技术．武汉：武汉大圩出版社，2004年3月第4版．[35】陈守煜，于义彬，马用祥．松花江流域蓄置供水区方案优选智能决策研究．大连理T大学学报，2003．3，v01．43No．3：362～366．【36】陈华友．多目标决策问题的广义折衷解研究。运筹与管理，2002．12，v01．11No．6：36-40．【37】交通部CPMS推广工作组，交通部CPMS推广应用报告．交通部公路科学研究所，1996．『38]CookW．D．andLyttonR．L．RecentDevelopmentsandPotentialFutureDirectioniIlRankingandOptimizatingforPavementManagement．Proc．2110NorthAmericanConferenceonManagingPavements，Toronto，Ontario，Canada，Nov．21987．【39】HaasR．eta1．ModemPavementDesignandManagementKRIEGERPUBLISHINGCOMPANY,MALABAR，FLORIDA，1994．【40】徐光辉主编．运筹学基础手册．』匕京：科学出版社，1999年3月．【4l】滕传琳主编．管理运筹学．北京：中国铁道出版社，1992年12月．[42】叶清，蔡广友，郭正东．动态规划的改进算法．青岛大学学报，2003．12，v01．16No．4：93-97．【43】慕德俊，栽冠中，佟明安．动态规划的并行化方法．西北T业大学学报，2000．8，v01．18No．3：93-97．【44】潘书甲等．多目标动态规划的分层解法．吉林化T学院学报，2003．12，v01．20No．4：112～113．【45】秦裕瑗．Bellman最优性原理——论动态规划．应用数学，1994．7(3)：349～354．‘【46】吴沧浦．动念规划的发展与新动向．成心数学与计算数学，1983．5：50～57．[47】AbbasA．B．eta1．ApplicationofMarkovProcesstoPavementManagementSystemat‘NetworkLevel，Pr6i3rdNorthAmericanConferenceonMamgin誊Pav哪ernts，SanAntonio，Texas，May1994．[48】FeighanC．I．eta1．ADynamicPro争ammingApproachtoOptimizationforPavementManagementSystem，Proc．2““NorthAmericanConferenceonManagmgPavements，Toronto，Ontario，Canada，Nov．21987．[49】李志刚，洪峰．动态规划原理在告诉公路网级养护决策中的应用．解放军理T大学学报(自然科学版)，2002．2．v01．3No．1：60--62．【50】KelvinC．P．Wang，eta1．RevisionstoArizonadepartmentoftransportationpavement 西南交通大学硕士研究生学位论文第84页managementsystem，TransportationResearchRecord1397，NationalResearchCouncil，WashingtonD．C．1993．[51]ThompsonP．D．eta1．AMicrocomputerMarkovdynamicprogrammingsystemforpavementmanagementinFinland，Proc．noNAPMCVolume2，Toronto，Canada，1987．【52】丁承明，张传生，刘辉．遗传算法纵横谈．信息与控制，1997．2，v01．26No．1：40～47．[53】林焰，郝聚民，纪卓尚．基十模糊优选的多日标优化遗传算法．系统工程理论与实践，1999．12：31-36【54】金聪．启发式遗传算法及其应用．数值计算与计算机应用，2003．3：30～35．[55】王艳丽，王秉刚．应用人T神经网络预测路面使用性能．西安公路交通大学学报，2001．I，v01．21No．1：42-45．【56】NiiO．Attoh-Okine，P．E．CombiningUseofRorghSetandArtificialNeuralNetworksinDoweled—Pavement—PerformanceModeling—AHybridApproach，JournalofTransportationEngineering．May-June2002：270-275．【57】Attoh--OkineN．O．PredictingRoughnessProgressioninFlexiblePavementUsingArtificialNeuralNetworks，ConferenceProceedingoftheThirdInternationalConferenceonManagingPavements．Vol上NationalAcademyPress，WashingtonD．C．1994．【58】季天剑，黄晓明等．人T神经网络在路面使用性能分析中的应用．公路交通科技，2002．8．v01．19No．4：18-21．【59】李志刚，刘新杰，邓学钧．基于神经网络的高速公路沥青路面决策方法研究．公路交通科技，2001．8，v01．18No．4：28-30．【60】李志刚，刘新杰，邓学钧．基于模糊感知器的路面性能预测方法．东南大学学报(自然科学版)，2001．3，v01．31No．2：104---106．【61】倪富健，屠伟新，黄卫．基于神经网络技术的路面使用性能预估模型．东南大学学报(自然科学版)，2000．9，v01．30No．5：91～95．【62】何铁军，黄卫．模糊神经网络在沥青路面使用性能评价中的应用．公路交通科技，2000．8．v01．17No．4：15～18．【63】邹开其，徐扬．模糊系统与专家系统．成都：西南交通大学出版社，1991年12月．【64】陈守煜，系统模糊决策理论与应用．大连：大连理丁大学出版社，1994年．【65】李荣钧，模糊多准则决策理论与J啦用，北京：科学技术出版社，2002(3)：239～248．【66】ZadelL．A．FuzzySets．InformationandControl，1965，8(3)：338-353．【67】汪培庄，模糊集合理论及其应用，上海科学出版社，1983．【68】陈守煜．复杂水资源系统优化模糊模式识别理论与应刖．吉林大学出版社，2002【69】陈守煜．系统互补性决策思维渊源的论证．系统辩证学学报．2002．10(1)：13～15．【70】陈守煜．符合我国语言习惯的决策思维模式．大连理T大学学报．1999，6(2)：8一10．【71]LiDengfeng．ChenShouyu．AFuzzyMultiobjectiveprogrammingapproachtosolvefuzzymatrixgames．TheJournalofFuzzyMathematics．1997，7(4)：907～912．【72】YagerR．R．Fusionofmulti-agentpreferenceorderings．FuzzySetsandSystems，2001，l17(1)：1-12．【73】刘伯莹，姚祖康．网级路面管理系统中优化方法的研究．中国公路学报，1994，v01．7No．3：1-8．【74]孙立军，姚祖康．沥青路面使用性能评价和养护对策确定的Fuzzy方法．同济大学学报，1990，6．v01．18No．2：167～175．【75】孙立军，姚祖康，胡东明，李舜范．沥青路面评价与对策确定的专家系统．上木T程学报，1991，5．v01．2No．24：28～36．
