一种有限预算约束下路网养护决策优化方法和系统与流程

本发明涉及道路养护，尤其涉及一种有限预算约束下路网养护决策优化方法和系统。

背景技术：

1、高速公路在世界公路交通运输和各国经济社会发展中具有不可替代的地位和作用，随着高速公路基础设施存量规模和服务年限的日益增加，路面养护资金的需求越来越大，在有限的资金投入情况下，最大化发挥资金使用效益，是各级道路管理部门面临的重大任务和挑战。

2、相关技术中，通常采用动态规划的多目标决策的养护方式，虽能够满足一定的养护管理刚性需求，但仍然存在以下问题：一方面，动态规划中迭代法运算复杂，需要消耗大量的时间，造成制定养护计划及投资决策计划的周期较长，另一方面，多目标决策过程繁琐，准确性不足，需要对不同的性能指数分别建立单一的预测模型，且每一模型均需要与资金目标形成约束，导致养护方案及投资需要反复调整，直至满足约束需求，不适于形成快速养护的决策。

3、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：提供一种有限预算约束下路网养护决策优化方法和系统，简化预测模型，提高决策准确性和资金利用率。

2、为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种有限预算约束下路网养护决策优化方法，包括以下步骤：

3、确定欲进行投资养护的路网，采集所述路网的路况数据、交通量数据、养护历史数据和建设数据；

4、根据路况数据、交通量数据、养护历史数据和建设数据进行评价，获取所述路网的关键路况指标性能值；

5、依据所述关键路况指标性能值进行预测，获得各年度的路况性能预测值；

6、基于所述路网的关键路况指标性能值和各年度的路况性能预测值，形成若干种初始养护计划组合方案；

7、基于给定的预算，对若干种所述初始养护计划组合方案进行筛选，获得多个优化养护计划组合方案；

8、分别获得多个所述优化养护计划组合方案的养护效益，排序并筛选最优养护效益的所述优化养护计划组合方案作为最终决策方案，并依据所述最终决策方案对所述路网进行养护投资。

9、进一步的，依据路况关键性能指标获得所述路网的关键路况指标性能值pqi，所述路况关键性能指标包括：路面损坏指数pci、行驶质量指数rqi、车辙深度指数rdi、抗滑性能sri和结构强度pssi；

10、其中，

11、进一步的，所述依据所述关键路况指标性能值进行预测，获得各年度的路况性能预测值包括：

12、以所述路网的关键路况指标性能值作为t＝1年时的初始路况性能预测值y1；

13、依据t＝2年时对所述路网的处置措施、交通量和路面结构获得对应的参数，按照预设的性能预测方程获得t＝2年时的路况性能预测值y2；

14、依据t＝3年时对所述路网的处置措施、交通量和路面结构获得对应的参数，按照预设的性能预测方程获得t＝3年时的路况性能预测值y3；

15、重复上述过程，直至完成规划年度周期t内各年度的路况性能预测值y1～yt。

16、进一步的，所述性能预测方程为：

17、

18、其中，yt表示第t年的路况性能预测值，t＝1，2，3，……，t；

19、y0表示关键路况指标性能值，即初始路况性能预测值；

20、α、β表示不同处置措施对应的标定参数，一般的α取值在2～25之间，β取值在0～2之间；

21、γ1表示交通量相关影响系数；

22、γ2表示路面结构相关影响系数。

23、进一步的，所述基于所述路网的关键路况指标性能值和各年度的路况性能预测值，形成若干种初始养护计划组合方案包括：

24、根据所述路网中路段的路况、结构、交通负荷等属性，将所述路网划分为第一养护路段、第二养护路段……第n养护路段；

25、确定第t年内第一养护路段、第二养护路段……第n养护路段中是否采取养护措施；

26、确定需要采取养护措施的养护路段对应的养护措施种类n1、n2……nn；

27、对所述路网中的所有养护路段的养护措施进行排列组合，汇总形成若干种初始养护计划组合方案。

28、进一步的，所述确定第t年内第一养护路段、第二养护路段……第n养护路段中是否采取养护措施包括：

29、将第一养护路段、第二养护路段……第n养护路段中的第t-1年的路况性能预测值yt-1分别与预设的处治阈值进行对比；

30、若所述路况性能预测值yt-1大于处治阈值，则判定在第t年中对该养护路段不采取养护措施；

31、若所述路况性能预测值yt-1小于处治阈值，则判定在第t年中对该养护路段中采取养护措施，养护措施为p1、p2……pn中的一种或多种。

32、进一步的，所述确定需要采取养护措施的养护路段对应的养护措施种类n1、n2……nn包括：

33、根据路况性能预测值y0、y1……yt-1和处治阈值，依次判定第一养护路段中第1、2……t年度中需要采取的养护措施的种类数分别为x1、x2……xn种；

34、生成第一养护路段在规划年度周期t内的养护措施种类n1＝x1×x2×……×xn；

35、重复上述步骤，确定第二养护路段……第n养护路段在规划年度周期t内的养护措施种类n2……nn。

36、进一步的，所述基于给定的预算，对若干种所述初始养护计划组合方案进行筛选，获得多个优化养护计划组合方案包括：

37、通过费用计算方程分别获得若干种所述初始养护计划组合方案中养护路段设定年度的处治总费用；

38、所述费用计算方程为：

39、

40、其中，costnt表示设定年度t中第n养护路段所需花费的费用；

41、costt表示设定年度t中路网所需花费的总费用；

42、l表示第n养护路段的长度；

43、w表示第n养护路段的宽度；

44、uc表示养护措施的单位费用；

45、选择满足费用约束方程的初始养护计划组合方案作为优化养护计划组合方案；

46、所述费用约束方程为：

47、bt-dt≤costt≤bt+dt

48、其中，bt表示设定年度t的预算费用；

49、dt表示设定年度t预算费用允许的最大偏差。

50、进一步的，通过效益计算方程分别获得多个所述优化养护计划组合方案的养护效益，所述效益计算方程为：

51、

52、其中，benefitit表示设定年度t中第n养护路段所获得的养护效益；

53、benefit表示整个规划年度周期t内的累计养护效益。

54、本发明还提供一种有限预算约束下路网养护决策优化系统，包括：

55、数据采集模块，采集欲进行投资养护的路网的路况数据、交通量数据、养护历史数据和建设数据；

56、路况评价模块，对所述数据采集模块所采集的数据进行评价，获取所述路网的关键路况指标性能值；

57、路况预测模块，依据所述关键路况指标性能值进行预测，获得各年度的路况性能预测值；

58、决策优化模块，包括初始决策单元、预算筛选单元和效益筛选单元；

59、所述初始决策单元基于所述路网的关键路况指标性能值和各年度的路况性能预测值，形成若干种初始养护计划组合方案；

60、所述预算筛选单元基于给定的预算，对若干种所述初始养护计划组合方案进行筛选，获得多个优化养护计划组合方案；

61、所述效益筛选单元分别获得多个所述优化养护计划组合方案的养护效益，排序并筛选最优养护效益的所述优化养护计划组合方案作为最终决策方案，并依据所述最终决策方案对所述路网进行养护投资；

62、数据展示模块，对数据采集模块、路况评价模块、路况预测模块、决策优化模块获得的数据和结果进行汇总并展示。

63、本发明的有益效果为：本发明通过综合路网的多方面数据获得路况关键性能指标，并以此对路面的各年度路况性能进行预测，简化了预测模型，从而能够在综合考虑多方面决策的情况下大大提高运算效率，快速而准确的确定出符合路网养护要求以及养护资金需求上限值的最佳养护投资方案，且能够获得最优的养护效益，决策准确性和资金利用率高。