CN109816250B - 一种确定高速公路路网内混凝土桥梁养护优先顺序的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于桥梁养护领域，具体涉及一种确定高速公路路网内混凝土桥梁养护优先顺序的方法。本发明的技术方案如下：包括如下步骤：1)、建立桥梁管理的信息系统S；2)、数据离散化：将桥梁的各属性连续数值依据提供的区间进行离散化；3)、粗糙集综合评价：计算各属性的重要性

权重ω_j及各桥梁的综合评价值K_i；随后将综合评分值进行向量规范化处理，得到规范化处理后的各桥梁的综合评价值K_i′；最终根据各桥梁的K_i′值确定高速公路路网内混凝土桥梁养护的优先顺序；4)、建立决策结果优化模型。本发明能够结合桥梁养护领域专家的工程经验和工程经济学数理分析知识，合理、科学地制定路网内桥梁养护计划。

Description

一种确定高速公路路网内混凝土桥梁养护优先顺序的方法

技术领域

本发明属于桥梁养护领域，具体涉及一种确定高速公路路网内混凝土桥梁养护优先顺序的方法。

背景技术

桥梁养护决策，就是根据各种数据信息，对出现的问题进行分析归纳，合理分配有限的养护资金等资源，确定桥梁日常养护小修、大中修的最佳策略、计划和资金分配。根据决策的核心内容，针对不同的管理侧重目标，桥梁养护管理决策又可分为路网级与项目级。

路网级养护决策是针对一个路桥网络或一个管理单位所管辖的道路网内的所有桥梁，制定区域内桥梁的养护规划，养护档案的建立和维护。项目级用户决策则是着重于针对某座特定的桥梁，进行养护时机、养护策略、养护程度的选择，以及养护措施的影响分析和风险评估，养护效果的后续观察。

这两大系统分别适用于不同的养护管理需求，网络层级适用于各桥梁管理机关的上级决策主管部门，而项目层级适用于各桥梁管理机关的基层维护部门。进行养护规划时，先在网络层级确定一个养护排序，然后从项目级的层面依次确定各个桥梁的具体养护时间和养护方法，最后按照养护排序依次实行。

随着国家基础设施的不断完善，决策、管养部门需要管理的高速公路桥梁日益增多，决策者将不再满足于项目级桥梁管理，并逐步迈向路网级桥梁管理。确定路网中的桥梁设施的养护顺序，即：在有限资金的条件下，制定合理的养护顺序，优先养护对交通运输影响大，技术状况较差，维护等级高的桥梁，以达到合理地分配和使用有限资金，保证桥梁网络处在规定的服务水平上，使养护资金发挥最佳的经济效益和社会效益。

而目前对于路网级桥梁管理的研究较少。在实际桥梁管理工作中，管理者一般只注重桥梁养护计划的经济性，对技术方面的考虑仅依靠经验，技术和经济方面并未合理考虑，管理工作及数据处理缺乏一定的客观、科学性。随着新的理论、方法和计算机技术的不断更新，桥梁养护管理决策可进行数据化、流程化管理，使管理工作更加科学、有效。

发明内容

本发明提供一种确定高速公路路网内混凝土桥梁养护优先顺序的方法，能够结合桥梁养护领域专家的工程经验和工程经济学数理分析知识，合理、科学地制定路网内桥梁养护计划，填补了国内路网级桥梁养护优先顺序数据化决策、计算机辅助决策的空白；具有科学有效、使用简便、适用范围广、计算结果可靠度好等优点。

本发明的技术方案如下：

一种确定高速公路路网内混凝土桥梁养护优先顺序的方法，包括如下步骤：

1)、建立桥梁管理的信息系统S；

2)、数据离散化：将桥梁的各属性连续数值依据提供的区间进行离散化；

3)、粗糙集综合评价：采用属性约简的方法，计算桥梁的各个属性集的信息量；之后，计算各属性的重要性

权重ω_j及各桥梁的综合评价值K_i；随后将综合评分值进行向量规范化处理，得到规范化处理后的各桥梁的综合评价值K_i′；最终根据各桥梁的K_i′值确定高速公路路网内混凝土桥梁养护的优先顺序；

4)、建立决策结果优化模型：采用加权偏差平方和最小法对不同决策方法的决策结果进行优化，得到高速公路路网内混凝土桥梁养护优先顺序清单。

进一步地，所述的确定高速公路路网内混凝土桥梁养护优先顺序的方法，其中所述步骤1)中建立桥梁信息系统为：S＝(U,A,V,f)，其中：U为论域，U＝(u₁,u₂,...,u_i)，u_i表示第i座桥梁；A为影响桥梁整体状况因素的属性集，A＝{a₁,a₂,...,a_j}，其中j为桥梁第j个属性，j＝1,2,…,5，a₁表示桥梁技术状态，a₂表示桥梁安全性，a₃表示桥梁耐久性，a₄表示桥梁适应性，a₅表示桥梁经济性；V表示所有属性值值域的并集，

v_a表示某一属性a∈A的属性值范围；f为一个信息函数，f:U×A→V，用于确定各属性在属性值值域的信息量值。

进一步地，所述的确定高速公路路网内混凝土桥梁养护优先顺序的方法，其中所述步骤2)包括：

(1)、根据各桥梁的实际情况，对桥梁各属性进行评定，其分值为0～100；

(2)、根据桥梁属性的相似性，将桥梁属性按优良的程度分为5类并建立连续数值的离散化表；

(3)、根据桥梁属性连续数值的离散化表，对桥梁各属性数值重新赋值，其分值为1～5。

进一步地，所述的确定高速公路路网内混凝土桥梁养护优先顺序的方法，其中所述步骤3)包括：

(a)、计算各个属性集的信息量，公式如下：

式中：I(P)—属性集的信息量；P—属性集A、A-{a_j}；X_b—根据属性集划分的第b个等价类集合；n—根据属性集划分的等价类集合的总个数；|·|—集合的基，即集合所包含的元素个数；

—等价类X_b中元素在U中的比例；

(b)、计算各属性重要性

公式如下：

式中：

—属性a_j的重要性；I(A)、I(A-{a_j})—属性集的信息量；

(c)、将各属性重要性按公式归一化，得到属性a_j∈A的权重ω_j；

式中：ω_j—属性a_j的权重；

(d)、计算各桥梁的综合评价值K_i；

式中：K_i—桥梁i的综合评价值，k_ij—桥梁i的属性a_j的分值；

(e)、将综合评分值进行向量规范化处理，得到规范化处理后的各桥梁的综合评价值K_i′；

式中：K_i′—规范化处理后的桥梁i的综合评价值；K_i—桥梁i的综合评价值；m—桥梁的总个数；

(f)、根据路网内各桥梁的K_i′值确定高速公路路网内混凝土桥梁养护的优先顺序。

进一步地，所述的确定高速公路路网内混凝土桥梁养护优先顺序的方法，其中所述步骤4)包括：基于现有的桥梁养护优先顺序的方法和以粗糙集为核心的桥梁养护优先顺序的方法的排序结果，采用基于加权偏差平方和最小法的群体排序优化方法，对这两种方法的决策结果进行优化，建立决策结果优化模型minρ_i，

式中：

—第i个桥梁的决策优化结果值；q_i1—采用现有的桥梁养护管理决策方法的第i个桥梁评价值；q_i1′—采用粗糙集方法的第i个桥梁评价值；

根据优化结果计算值，最终得到高速公路路网内混凝土桥梁养护排序清单。

本发明的有益效果为：

1、本发明结合桥梁养护领域专家的工程经验和工程经济学数理分析知识，合理、科学地制定路网内桥梁养护计划，填补了国内路网级桥梁养护优先顺序数据化决策、计算机辅助决策的空白；

2、本发明采用的高速公路路网内混凝土桥梁养护优先顺序的方法，考虑了桥梁技术状态，桥梁安全性，桥梁耐久性，桥梁适应性及桥梁经济性等影响桥梁整体状况的因素，使所述方法能够和养护部门的桥梁检测结果有效的结合，从而更加满足桥梁养护工程实践需求；

3、本发明建立以粗糙集为核心的路网内桥梁养护决策模型，通过计算各个属性集的信息量、重要性、权重及各桥梁的综合评价值，之后将各桥梁的综合评分值进行向量规范化处理，从而得到最终的桥梁综合评价结果。在其计算的过程中，均排除人为因素的影响，完全根据各属性的数据进行自运算，这使得决策模型结果更加科学、合理；

4、本发明采用的高速公路路网内混凝土桥梁养护优先顺序的方法，其能够基于现有的桥梁养护优先顺序的方法和以粗糙集为核心的桥梁养护优先顺序的方法的排序结果，采用基于加权偏差平方和最小法的群体排序优化方法，对这两种方法的决策结果进行优化，这使得桥梁养护决策更加科学、合理。当然，随着桥梁养护优先顺序确定方法的不断增加，本发明提供的方法可以结合更多的桥梁养护优先顺序确定方法，对路网内的桥梁的养护顺序进行科学决策。

附图说明

图1为确定高速公路路网内混凝土桥梁养护优先顺序的方法的流程图。

具体实施方式

如图1所示，一种确定高速公路路网内混凝土桥梁养护优先顺序的方法，包括如下步骤：

1)、建立桥梁管理的信息系统S；S＝(U,A,V,f)，其中：U为论域，U＝(u₁,u₂,...,u_i)，u_i表示第i座桥梁；A为影响桥梁整体状况因素的属性集，A＝{a₁,a₂,...,a_j}，其中j为桥梁第j个属性，j＝1,2,…,5，a₁表示桥梁技术状态，a₂表示桥梁安全性，a₃表示桥梁耐久性，a₄表示桥梁适应性，a₅表示桥梁经济性；V表示所有属性值值域的并集，

v_a表示某一属性a∈A的属性值范围；f为一个信息函数，f:U×A→V，用于确定各属性在属性值值域的信息量值；

2)、数据离散化：将桥梁的各属性连续数值依据提供的区间进行离散化；具体包括如下步骤：

(1)、根据各桥梁的实际情况，对桥梁各属性进行评定，其分值为0～100；

(2)、根据桥梁属性的相似性，将桥梁属性按优良的程度分为5类并建立连续数值的离散化表，如下表1：

表1连续数值的离散化表

(3)、根据桥梁属性连续数值的离散化表，对桥梁各属性数值重新赋值，其分值为1～5；

3)、粗糙集综合评价：具体步骤如下：

(a)、采用属性约简的方法，计算各个属性集的信息量，公式如下：

式中：I(P)—属性集的信息量；P—属性集A、A-{a_j}；X_b—根据属性集划分的第b个等价类集合；n—根据属性集划分的等价类集合的总个数；|·|—集合的基，即集合所包含的元素个数；

—等价类X_b中元素在U中的比例；

(b)、计算各属性重要性

公式如下：

式中：

-属性a_j的重要性；I(A)、I(A-{a_j})—属性集的信息量；

(c)、将各属性重要性按公式归一化，得到属性a_j∈A的权重ω_j；

式中：ω_j—属性a_j的权重；

(d)、计算各桥梁的综合评价值K_i；

式中：K_i—桥梁i的综合评价值，k_ij—桥梁i的属性a_j的分值；

(e)、将综合评分值进行向量规范化处理，得到规范化处理后的各桥梁的综合评价值K_i′；

式中：K_i′—规范化处理后的桥梁i的综合评价值；K_i—桥梁i的综合评价值；m—桥梁的总个数；

(f)、根据路网内各桥梁的K_i′值，将分值从大到小进行排序，排序结果代表路网内桥梁养护的优先顺序。

4)、建立决策结果优化模型：基于现有的桥梁养护优先顺序的方法和以粗糙集为核心的桥梁养护优先顺序的方法的排序结果，采用基于加权偏差平方和最小法的群体排序优化方法，对这两种方法的决策结果进行优化，建立决策结果优化模型minρ_i，

式中：

—第i个桥梁的决策优化结果值；q_i1—采用现有的桥梁养护管理决策方法的第i个桥梁评价值；q_i1′—采用粗糙集方法的第i个桥梁评价值；

根据优化结果计算值，最终得到高速公路路网内混凝土桥梁养护排序清单。

Claims (3)

1.一种确定高速公路路网内混凝土桥梁养护优先顺序的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)、建立桥梁管理的信息系统S；S＝(U,A,V,f)，其中：U为论域，U＝(u₁,u₂,...,u_i)，u_i表示第i座桥梁；A为影响桥梁整体状况因素的属性集，A＝{a₁,a₂,...,a_j}，其中j为桥梁第j个属性，j＝1,2,…,5，a₁表示桥梁技术状态，a₂表示桥梁安全性，a₃表示桥梁耐久性，a₄表示桥梁适应性，a₅表示桥梁经济性；V表示所有属性值值域的并集，

v_a表示某一属性a∈A的属性值范围；f为一个信息函数，f:U×A→V，用于确定各属性在属性值值域的信息量值；

2)、数据离散化：将桥梁的各属性连续数值依据提供的区间进行离散化；

3)、粗糙集综合评价：采用属性约简的方法，计算桥梁的各个属性集的信息量；之后，计算各属性的重要性

权重ω_j及各桥梁的综合评价值K_i；随后将综合评价值进行向量规范化处理，得到规范化处理后的各桥梁的综合评价值K_i′；最终根据各桥梁的K_i′值确定高速公路路网内混凝土桥梁养护的优先顺序；包括：

(a)、计算各个属性集的信息量，公式如下：

式中：I(P)-属性集的信息量；P-属性集A、A-{a_j}；X_b-根据属性集划分的第b个等价类集合；n-根据属性集划分的等价类集合的总个数；|·|-集合的基，即集合所包含的元素个数；

-等价类X_b中元素在U中的比例；

(b)、计算各属性重要性

公式如下：

式中：

-属性a_j的重要性；I(A)、I(A-{a_j})-属性集的信息量；

(c)、将各属性重要性按公式归一化，得到属性a_j∈A的权重ω_j；

式中：ω_j-属性a_j的权重；

(d)、计算各桥梁的综合评价值K_i；

式中：K_i-桥梁i的综合评价值，k_ij-桥梁i的属性a_j的分值；

(e)、将综合评价值进行向量规范化处理，得到规范化处理后的各桥梁的综合评价值K_i′；

式中：K_i′-规范化处理后的桥梁i的综合评价值；K_i-桥梁i的综合评价值；m-桥梁的总个数；

(f)、根据路网内各桥梁的K_i′值确定高速公路路网内混凝土桥梁养护的优先顺序；

4)、建立决策结果优化模型：采用加权偏差平方和最小法对不同决策方法的决策结果进行优化，得到高速公路路网内混凝土桥梁养护优先顺序清单。

2.根据权利要求1所述的确定高速公路路网内混凝土桥梁养护优先顺序的方法，其特征在于，所述步骤2)包括：

(1)、根据各桥梁的实际情况，对桥梁各属性进行评定，其分值为0～100；

(2)、根据桥梁属性的相似性，将桥梁属性按优良的程度分为5类并建立连续数值的离散化表；

(3)、根据桥梁属性连续数值的离散化表，对桥梁各属性数值重新赋值，其分值为1～5。

3.根据权利要求1所述的确定高速公路路网内混凝土桥梁养护优先顺序的方法，其特征在于，所述步骤4)包括：基于现有的桥梁养护优先顺序的方法和以粗糙集为核心的桥梁养护优先顺序的方法的排序结果，采用基于加权偏差平方和最小法的群体排序优化方法，对这两种方法的决策结果进行优化，建立决策结果优化模型minρ_i，

式中：

-第i个桥梁的决策优化结果值；q_i1-采用现有的桥梁养护管理决策方法的第i个桥梁评价值；q_i1′-采用粗糙集方法的第i个桥梁评价值；

根据优化结果计算值，最终得到高速公路路网内混凝土桥梁养护排序清单。

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