CN113077130A - 一种基于动态规划法的桥梁维修决策方法 - Google Patents

一种基于动态规划法的桥梁维修决策方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种基于动态规划法的桥梁维修决策方法，其包括如下步骤：基于桥梁的m类构件的被扣评分、巡检项权重和巡检构件权重，得到m类构件的综合被扣评分，其中，m为桥梁被划分的构件类型总数；获取桥梁的各类构件的综合维修费用；基于桥梁单位维修资金、各类构件的综合被扣评分、综合维修费用和维修折减系数，建立桥梁的维修收益矩阵；将桥梁维修资金总额分成m个阶段进行分配，建立桥梁动态规划基本方程及第一边界条件，结合桥梁的维修收益矩阵，求解并得到将桥梁维修资金总额分配给m类构件时的最优分配序列。本申请能够在资源有限的条件下更好的完成桥梁养修工作。

Description

一种基于动态规划法的桥梁维修决策方法
技术领域
本申请涉及桥梁工程管理养护维修的技术领域，特别涉及一种基于动态规划法的桥梁维修决策方法。
背景技术
近年来，随着城市桥梁的服役时间逐年增加，桥上车辆超载现象的频繁发生，一些服役较久甚至是新建的桥梁开始出现病害发展增多的问题。如果不能及时修复，会导致病害迅速劣化，最终导致桥梁安全事故的发生。
同时，随着城市交通需求的不断增大，城市桥梁数量逐年增多，需要管理和养护的桥梁也不断增加，而桥梁是由多种构件组合而成，其维修工作也需按照构件种类进行专业化施工。不断增加的工作量和复杂性也使得城市桥梁集群的养护维修决策存在较大的困难，如何在资源有限的条件下更好的完成桥梁养修工作也是城市桥梁管理者必须面临的挑战。
发明内容
本申请实施例提供一种基于动态规划法的桥梁维修决策方法，能够在资源有限的条件下更好的完成桥梁养修工作。
本申请实施例提供了一种基于动态规划法的桥梁维修决策方法，其包括如下步骤：
基于桥梁的m类构件的被扣评分、巡检项权重和巡检构件权重，得到m类构件的综合被扣评分，其中，m为桥梁被划分的构件类型总数；
获取桥梁的各类构件的综合维修费用；
基于桥梁单位维修资金、各类构件的综合被扣评分、综合维修费用和维修折减系数，建立桥梁的维修收益矩阵；
将桥梁维修资金总额分成m个阶段进行分配，建立桥梁动态规划基本方程及第一边界条件，结合桥梁的维修收益矩阵，求解并得到将桥梁维修资金总额分配给m类构件时的最优分配序列。
一些实施例中，基于桥梁的m类构件的被扣评分、巡检项权重和巡检构件权重，得到m类构件的综合被扣评分，包括：
根据桥梁的定检资料，获取桥梁被划分的第i类构件被扣评分DPi，其中，i＝1、2、...、m；
计算第i类构件的综合被扣评分DPcom，i＝DPi*ωp，i*ωm，i，其中，ωp，i为第i类构件的巡检项权重，ωm，i为第i类构件的巡检构件权重。
一些实施例中，获取桥梁的各类构件的综合维修费用，包括：
采用如下公式计算第i类构件的综合维修费用fi：
fi＝fv，i+fc，i
其中，fv，i为桥梁的第i类构件在维修时所需的专项维修费，fc，i为桥梁的第i类构件在维修时所需的固定措施费用总额，i＝1、2、...、m。
一些实施例中，fv，i等于第i类构件的市场维修单价与该类构件在桥梁中的病害维修量的乘积；
fc，i采用如下步骤计算得到：
统计第i类构件在维修时所使用的固定措施的项数；
统计所述固定措施用以维修的构件类型数量，将该固定措施的费用价格进行均摊，得到在维修第i类构件时使用该固定措施所产生的固定措施费；
将第i类构件所涉及的各项固定措施对应的固定措施费进行加和，得到第i类构件在维修时所需的固定措施费用总额fc，i。
一些实施例中，桥梁的维修收益矩阵A如下：
Figure BDA0002985001470000031
其中，EXj为j个桥梁单位维修资金EXΔ，且j＝1、2、...、t；DPcom，i为第i类构件的综合被扣评分，fi为第i类构件的综合维修费用，ηi为第i类构件的维修折减系数，i＝1、2、...、m；
Figure BDA0002985001470000032
为第i类构件在获得j个桥梁单位维修资金EXΔ维修后的可提高评分。
一些实施例中，若
Figure BDA0002985001470000033
则令
Figure BDA0002985001470000034
若fi＝0，则令
Figure BDA0002985001470000035
一些实施例中，令第k阶段为第k类构件的资金分配阶段，且k＝1、2、...、m；
桥梁动态规划基本方程为：
P(r(k),k)＝max{A(u(k),k)+P(r(k+1),k+1)}
第一边界条件为：
P(r(m),m)＝A(r(m),m)
其中，u(k)为第k类构件所获得的桥梁单位维修资金EXΔ的个数，A(u(k),k)为第k类构件在获得u(k)个EXΔ维修后的可提高评分；r(k)为桥梁维修资金总额Z在完成第k-1阶段的资金分配后，剩余的维修资金，且r(1)＝Z；P(r(k),k)为将r(k)分配给第k类构件、第k+1类构件、...、第m类构件时所获得的最多可提高评分；
结合桥梁的维修收益矩阵，采用逆序递推，求得将桥梁维修资金总额Z分配给m类构件时桥梁的最多可提高评分P(Z,1)对应的最优分配序列。
一些实施例中，当桥梁有n个，以形成桥梁集群时，所述方法还包括如下步骤：
求取各个桥梁在将不同的桥梁维修资金总额分配给该桥梁所有类型的构件时的最优分配序列所对应的最多可提高评分，并建立桥梁集群的维修收益矩阵；
将桥梁集群维修资金总额分成n个阶段进行分配，建立桥梁集群动态规划基本方程及第二边界条件，结合桥梁集群的维修收益矩阵，求解并得到将桥梁集群维修资金总额分配给n个桥梁时的最优分配序列，其中，n≥2。
一些实施例中，桥梁集群的维修收益矩阵Ac如下：
Figure BDA0002985001470000041
其中，EXc，a为a个桥梁集群单位维修资金EXc，Δ，且a＝1、2、...、y；PQb(EXc，a,1)为第b个桥梁Qb在将桥梁维修资金总额为a个桥梁集群单位维修资金EXc，Δ分配给该桥梁所有类型的构件时的最优分配序列所对应的最多可提高评分，b＝1、2、...、n。
一些实施例中，令第kc阶段为第kc个桥梁Qkc的资金分配阶段，且kc＝1、2、...、n；
桥梁集群动态规划基本方程为：
Pc(rc(kc),kc)＝max{Ac(uc(kc),kc)+Pc(rc(kc+1),kc+1)}
第二边界条件为：
Pc(rc(n),n)＝Ac(rc(n),n)
其中，uc(kc)为第kc个桥梁Qkc所获得的桥梁集群单位维修资金EXc，Δ的个数，Ac(uc(kc),kc)为第kc个桥梁Qkc在将桥梁维修资金总额为uc(kc)个EXc，Δ分配给该桥梁所有类型的构件时的最优分配序列所对应的最多可提高评分；rc(kc)为桥梁集群维修资金总额Zc在完成第kc-1阶段的资金分配后，剩余的维修资金，且rc(1)＝Zc；Pc(rc(kc),kc)为将rc(kc)分配给第kc个桥梁、第kc+1个桥梁、...、第n个桥梁时所获得的最多可提高评分；
结合桥梁集群的维修收益矩阵，采用逆序递推，求得将桥梁集群维修资金总额Zc分配给n个桥梁时桥梁集群的最多可提高评分Pc(Zc,1)对应的最优分配序列。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
本申请实施例提供的一种基于动态规划法的桥梁维修决策方法，通过构建合理的桥梁动态规划基本方程及第一边界条件，结合桥梁的维修收益矩阵，能够得到单座桥梁维修资金总额分配的最优结果和方案，有利于资源的有效利用和桥梁的科学决策，从而能够在资源有限的条件下更好的完成桥梁养修工作。
本申请实施例综合考虑了维修费用中的固定措施费和专项维修费、桥梁不同构件的评分权重和维修折减等影响因素，使整个决策过程接近实际应用场景，更加合理。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的基于动态规划法的桥梁维修决策方法(针对于单个桥梁)；
图2为本申请实施例提供的基于动态规划法的桥梁维修决策方法(针对于桥梁集群)。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种基于动态规划法的桥梁维修决策方法，其能够在资源有限的条件下更好的完成桥梁养修工作。
参见图1所示，本申请实施例提供了一种基于动态规划法的桥梁维修决策方法，该方法针对于单个桥梁，该方法包括如下步骤：
101：基于桥梁的m类构件的被扣评分、巡检项权重和巡检构件权重，得到m类构件的综合被扣评分，其中，m为桥梁被划分的构件类型总数。
桥梁的构件可按照《城市桥梁养护技术标准》评定规则划分，如：
桥面系可划分为：桥面铺装、桥头平顺、排水系统、栏杆或护栏、人行道、伸缩装置。
上部结构及附属物按照桥梁类型进行划分，如梁桥可划分为：主梁、横向联系。
下部结构及附属物通常区分为桥墩和桥台，同样按照桥梁类型进行划分，如梁式桥桥墩可划分为：盖梁、墩身、基础、支座；桥台可划分为台帽、台身、基础、耳墙、支座。
桥梁的构件也可根据经验采用其它划分方法。
步骤101中，各类构件的综合被扣评分可按照如下方式获取：
根据桥梁的定检资料，获取桥梁被划分的第i类构件被扣评分DPi，其中，通常使用最新的定检资料。
计算第i类构件的综合被扣评分DPcom，i＝DPi*ωp，i*ωm，i，其中，ωp，i为第i类构件的巡检项权重，ωm，i为第i类构件的巡检构件权重，而符号“*”为乘号。
i＝1、2、...、m，对i进行赋值，可得到桥梁的m类构件的综合被扣评分。
巡检项权重ωp和巡检构件权重ωm通常根据《城市桥梁养护技术标准》相关权重值设置，如：
对于梁式桥，桥面系巡检项权重ωp取0.15，上部结构及附属物巡检项权重ωp取0.40，下部结构及附属物巡检项权重ωp取0.45。
桥面系中桥面铺装、桥头平顺、排水系统、栏杆或护栏、人行道、伸缩装置的巡检构件权重ωm依次取0.30、0.15、0.10、0.10、0.10、0.25。
上部结构及附属物中主梁、横向联系的巡检构件权重ωm依次取0.60、0.40。
下部结构及附属物的桥墩中盖梁、墩身、基础、支座的巡检构件权重ωm依次取0.15、0.30、0.40、0.15。
下部结构及附属物的桥台中台帽、台身、基础、耳墙、支座的巡检构件权重ωm依次取0.15、0.20、0.40、0.10、0.15。
当然了，也可以根据经验来取值。
根据各类构件综合被扣评分，可以得到桥梁的综合被扣评分序列DPcom＝[DPcom，1，DPcom，2，...，DPcom，i，...，DPcom，m]。
102：获取桥梁的各类构件的综合维修费用。
步骤102可按照如下方式进行：
采用如下公式计算第i类构件的综合维修费用fi：
fi＝fv，i+fc，i
其中，fv，i为桥梁的第i类构件在维修时所需的专项维修费，fc，i为桥梁的第i类构件在维修时所需的固定措施费用总额，i＝1、2、...、m。
令i为1、2、...、m时，可得到f1、f2、...、fm，即各类构件的综合维修费用。
即可得到桥梁的综合维修费用序列F＝[f1，f2，...，fi，...，fm]。
专项维修费的计算方式为：构件的市场维修单价与该类构件在桥梁中的病害维修量的乘积。
比如：fv，i等于第i类构件的市场维修单价与该类构件在桥梁中的病害维修量的乘积。
具体例子：某桥梁上的伸缩装置有3个，其中有2个需要维修，说明伸缩装置这类构件在桥梁中的病害维修量为2，一个伸缩装置的市场维修单价为2000元，则伸缩装置的专项维修费为2*2000＝4000元。
fc，i采用如下步骤计算得到：
统计第i类构件在维修时所使用的固定措施的项数；
统计固定措施用以维修的构件类型数量，将该固定措施的费用价格进行均摊，得到在维修第i类构件时使用该固定措施所产生的固定措施费；
将第i类构件所涉及的各项固定措施对应的固定措施费进行加和，得到第i类构件在维修时所需的固定措施费用总额fc，i。
具体例子：构件M在维修时，需要用到固定措施G1、固定措施G2和固定措施G3三种，使用这三种固定措施的费用价格依次为H1、H2和H3。
经统计，需要使用固定措施G1的构件有3类(包括构件M所属类别)，则均摊到构件M这类型构件上的固定措施费为H1/3，需要使用固定措施G2的构件有4类(包括构件M所属类别)，则均摊到构件M这类型构件上的固定措施费为H2/4，需要使用固定措施G3的构件有5类(包括构件M所属类别)，则均摊到构件M这类型构件上的固定措施费为H3/5。
构件M这类型构件在维修时所需的固定措施费用总额为H1/3+H2/4+H3/5。
103：基于桥梁单位维修资金、各类构件的综合被扣评分、综合维修费用和维修折减系数，建立桥梁的维修收益矩阵。
桥梁的维修收益矩阵A如下：
Figure BDA0002985001470000091
其中，EXj为j个桥梁单位维修资金EXΔ，即EXj＝j*EXΔ，比如，EX1＝EXΔ，EX2＝2EXΔ，EX3＝3EXΔ，j＝1、2、...、t。
t取正整数，在建立桥梁的维修收益矩阵A时，最好确保EXt不小于该桥梁获得的桥梁维修资金总额。
DPcom，i为第i类构件的综合被扣评分，fi为第i类构件的综合维修费用，ηi为第i类构件的维修折减系数，i＝1、2、...、m。
对于维修折减系数η，η≤1，根据不同类型构件维修可达到效果设置，构件维修效果越好，η越接近于1，通常，对于更换类，维修折减系数η＝1，对于修复类，维修折减系数η＜1。
Figure BDA0002985001470000092
为第i类构件在获得j个桥梁单位维修资金EXΔ维修后的可提高评分。
若
Figure BDA0002985001470000101
则令
Figure BDA0002985001470000102
若fi＝0，则令
Figure BDA0002985001470000103
104：将桥梁维修资金总额分成m个阶段进行分配，建立桥梁动态规划基本方程及第一边界条件，结合桥梁的维修收益矩阵，求解并得到将桥梁维修资金总额分配给m类构件时的最优分配序列。
步骤104是利用动态规划法求解桥梁优化结果。
令桥梁所分配的桥梁维修资金总额为Z，按照该桥梁所划分的构件类型数量m，把桥梁维修资金总额Z的分配过程分成m个阶段，令第k阶段为向第k类构件分配资金，且k＝1、2、...、m。
需要说明的是，桥梁的每一类构件分配一份维修资金，所分配的维修资金有可能为0，也有可能不为0。
如此，便利用桥梁动态规划基本方程及第一边界条件，将桥梁维修资金总额的分配问题转化成求目标函数P(r(k),k)和最优分配序列
Figure BDA0002985001470000104
的问题。
桥梁动态规划基本方程为：
P(r(k),k)＝max{A(u(k),k)+P(r(k+1),k+1)}
最优分配序列
Figure BDA0002985001470000105
为：
Figure BDA0002985001470000106
第一边界条件为：
P(r(m),m)＝A(r(m),m)
其中，u(k)为第k类构件所获得的桥梁单位维修资金EXΔ的个数，A(u(k),k)为第k类构件在获得u(k)个EXΔ维修后的可提高评分；r(k)为桥梁维修资金总额Z在完成第k-1阶段的资金分配后，剩余的维修资金(也即分配完第1类构件、第2类构件、...、第k-1类构件的维修资金后剩余的维修资金)，同时，可以很容易地得到如下两个等式：
r(k+1)+u(k)＝r(k)
r(1)＝Z
P(r(k),k)为将r(k)分配给第k类构件、第k+1类构件、...、第m类构件时所获得的最多可提高评分。
Figure BDA0002985001470000111
为桥梁维修资金总额Z＝EXj时第1类构件所分配的维修资金，
Figure BDA0002985001470000112
为桥梁维修资金总额Z＝EXj时第2类构件所分配的维修资金，
Figure BDA0002985001470000113
为桥梁维修资金总额Z＝EXj时第m类构件所分配的维修资金，其余的依次类推。
采用逆序递推，利用桥梁的维修收益矩阵A和目标函数P(r(k),k)，求解桥梁优化矩阵G和最优分配序列矩阵U：
Figure BDA0002985001470000114
Figure BDA0002985001470000115
结合桥梁维修资金总额Z与桥梁优化矩阵G和最优分配序列矩阵U，即可得到将桥梁维修资金总额Z分配给m类构件时桥梁的最多可提高评分P(Z,1)对应的最优分配序列uZ。
比如：当Z＝EX2时，从桥梁优化矩阵G中可知，分配给桥梁的所有类型构件时桥梁的最多可提高评分P(Z,1)＝P(EX2,1)，即上述桥梁优化矩阵G中最后一行和第二列相交的元素，同时，对应的最优分配序列如下：
Figure BDA0002985001470000116
即最优分配序列矩阵U中第二行的最优分配序列。
当Z＝EXt时，从桥梁优化矩阵G中可知，分配给桥梁的所有类型构件时桥梁的最多可提高评分P(Z,1)＝P(EXt,1)，即上述桥梁优化矩阵G中最后一行和最后一列相交的元素，对应的最优分配序列如下：
Figure BDA0002985001470000121
即最优分配序列矩阵U中最后一行的最优分配序列。
其余情况，依次类推。
本申请实施例提供的一种基于动态规划法的桥梁维修决策方法，通过构建合理的桥梁动态规划基本方程及第一边界条件，结合桥梁的维修收益矩阵，能够得到单座桥梁维修资金总额分配的最优结果和方案，有利于资源的有效利用和桥梁的科学决策，从而能够在资源有限的条件下更好的完成桥梁养修工作。
本申请实施例综合考虑了维修费用中的固定措施费和专项维修费、桥梁不同构件的评分权重和维修折减等影响因素，使整个决策过程接近实际应用场景，更加合理。
随着城市交通需求的不断增大，城市桥梁数量逐年增多，需要管理和养护的桥梁也不断增加，针对桥梁有n(其中，n≥2)个，形成桥梁集群时，如何将桥梁集群维修资金总额划分成n份桥梁维修资金总额，从而最优地分配给n个桥梁，以完成养护维修，也存在较大的困难，因此，本申请在上述针对单个桥梁维修决策的基础上，还提供了针对桥梁集群的养护维修决策方法。
需要说明的是，每个桥梁分配一份桥梁维修资金总额，所分配的桥梁维修资金总额有可能为0，也有可能不为0。
具体地，采用如下步骤进行：
201：求取各个桥梁在将不同的桥梁维修资金总额分配给该桥梁所有类型的构件时的最优分配序列所对应的最多可提高评分，并建立桥梁集群的维修收益矩阵；
桥梁集群的维修收益矩阵Ac如下：
Figure BDA0002985001470000131
其中，EXc，a为a个桥梁集群单位维修资金EXc，Δ，即EXc，a＝a*EXc，Δ，比如，EXc，1＝EXc，Δ，EXc，2＝2*EXc，Δ，EXc，3＝3*EXc，Δ，且a＝1、2、...、y。
y取正整数，在建立桥梁集群的维修收益矩阵Ac时，最好确保EXc，y不小于该桥梁集群获得的桥梁集群维修资金总额。
PQb(EXc，a,1)为第b个桥梁Qb在将桥梁维修资金总额为a个桥梁集群单位维修资金EXc，Δ分配给该桥梁所有类型的构件时的最优分配序列所对应的最多可提高评分，b＝1、2、...、n。
202：将桥梁集群维修资金总额分成n个阶段进行分配，建立桥梁集群动态规划基本方程及第二边界条件，结合桥梁集群的维修收益矩阵，求解并得到将桥梁集群维修资金总额分配给n个桥梁时的最优分配序列。
步骤202是利用动态规划法求解桥梁集群优化结果。
令桥梁集群所分配的桥梁集群维修资金总额为Zc，按照该桥梁集群所包含的桥梁数量n，把桥梁集群维修资金总额Zc的分配过程分成n个阶段，令第kc阶段为向第kc个桥梁Qkc分配资金，且kc＝1、2、...、n；
如此，便利用桥梁集群动态规划基本方程及第二边界条件，将桥梁集群维修资金总额的分配问题转化成求目标函数Pc(rc(kc),kc)和最优分配序列
Figure BDA0002985001470000132
的问题。
桥梁集群动态规划基本方程为：
Pc(rc(kc),kc)＝max{Ac(uc(kc),kc)+Pc(rc(kc+1),kc+1)}
最优分配序列
Figure BDA0002985001470000141
为：
Figure BDA0002985001470000142
第二边界条件为：
Pc(rc(n),n)＝Ac(rc(n),n)
其中，uc(kc)为第kc个桥梁Qkc所获得的桥梁集群单位维修资金EXc，Δ的个数，Ac(uc(kc),kc)为第kc个桥梁Qkc在将桥梁维修资金总额为uc(kc)个EXc，Δ分配给该桥梁所有类型的构件时的最优分配序列所对应的最多可提高评分；rc(kc)为桥梁集群维修资金总额Zc在完成第kc-1阶段的资金分配后，剩余的维修资金(也即分配完第1个桥梁、第2个桥梁、...、第kc-1个桥梁的维修资金后剩余的维修资金)，同时，可以很容易地得到如下两个等式：
rc(kc+1)+uc(kc)＝rc(kc)
rc(1)＝Zc
Pc(rc(kc),kc)为将rc(kc)分配给第kc个桥梁、第kc+1个桥梁、...、第n个桥梁时所获得的最多可提高评分。
Figure BDA0002985001470000143
为桥梁集群维修资金总额Zc＝EXc，a时第1个桥梁所分配的桥梁维修资金总额。
Figure BDA0002985001470000144
为桥梁集群维修资金总额Zc＝EXc，a时第2个桥梁所分配的桥梁维修资金总额。
Figure BDA0002985001470000145
为桥梁集群维修资金总额Zc＝EXc，a时第n个桥梁所分配的桥梁维修资金总额，其余的依次类推。
采用逆序递推，利用桥梁集群的维修收益矩阵Ac和目标函数Pc(rc(kc),kc)，求解桥梁集群优化矩阵Gc和最优分配序列矩阵Uc：
Figure BDA0002985001470000146
Figure BDA0002985001470000151
结合桥梁集群维修资金总额Zc与桥梁集群优化矩阵Gc和最优分配序列矩阵Uc，即可得到将桥梁集群维修资金总额Zc分配给n个桥梁时桥梁集群的最多可提高评分Pc(Zc,1)对应的最优分配序列
Figure BDA0002985001470000152
比如：当Zc＝EXc，2时，从桥梁集群优化矩阵Gc中可知，分配给桥梁集群中所有桥梁时桥梁集群的最多可提高评分Pc(Zc,1)＝Pc(EXc,2,1)，即上述桥梁集群优化矩阵Gc中最后一行和第二列相交的元素，同时，对应的最优分配序列如下：
Figure BDA0002985001470000153
即最优分配序列矩阵Uc中第二行的最优分配序列。
当Zc＝EXc，y时，从桥梁集群优化矩阵Gc中可知，分配给桥梁集群中所有桥梁时桥梁集群的最多可提高评分Pc(Zc,1)＝Pc(EXc,y,1)，即上述桥梁集群优化矩阵Gc中最后一行和最后一列相交的元素，同时，对应的最优分配序列如下：
Figure BDA0002985001470000154
即最优分配序列矩阵Uc中最后一行的最优分配序列。
其余情况，依次类推。
因此，针对于桥梁集群，基于动态规划法，获取桥梁集群维修资金总额的最优分配序列，从而按照该最优分配序列，分配给每一个桥梁对应的桥梁维修资金总额，针对每一个桥梁，基于动态规划法，获取该桥梁对应的桥梁维修资金总额的最优分配序列，从而按照该最优分配系列，分配给该桥梁的每一类构件对应的维修资金。故本申请实施例能够得到单座桥梁以及桥梁集群维修资金总额分配的最优结果和方案，有利于资源的有效利用和桥梁的科学决策，从而能够在资源有限的条件下更好的完成桥梁养修工作。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于动态规划法的桥梁维修决策方法，其特征在于，其包括如下步骤：
基于桥梁的m类构件的被扣评分、巡检项权重和巡检构件权重，得到m类构件的综合被扣评分，其中，m为桥梁被划分的构件类型总数；
获取桥梁的各类构件的综合维修费用；
基于桥梁单位维修资金、各类构件的综合被扣评分、综合维修费用和维修折减系数，建立桥梁的维修收益矩阵；
将桥梁维修资金总额分成m个阶段进行分配，建立桥梁动态规划基本方程及第一边界条件，结合桥梁的维修收益矩阵，求解并得到将桥梁维修资金总额分配给m类构件时的最优分配序列。
2.如权利要求1所述的基于动态规划法的桥梁维修决策方法，其特征在于，基于桥梁的m类构件的被扣评分、巡检项权重和巡检构件权重，得到m类构件的综合被扣评分，包括：
根据桥梁的定检资料，获取桥梁被划分的第i类构件被扣评分DPi，其中，i＝1、2、...、m；
计算第i类构件的综合被扣评分DPcom，i＝DPi*ωp，i*ωm，i，其中，ωp，i为第i类构件的巡检项权重，ωm，i为第i类构件的巡检构件权重。
3.如权利要求1所述的基于动态规划法的桥梁维修决策方法，其特征在于，获取桥梁的各类构件的综合维修费用，包括：
采用如下公式计算第i类构件的综合维修费用fi：
fi＝fv，i+fc，i
其中，fv，i为桥梁的第i类构件在维修时所需的专项维修费，fc，i为桥梁的第i类构件在维修时所需的固定措施费用总额，i＝1、2、...、m。
4.如权利要求3所述的基于动态规划法的桥梁维修决策方法，其特征在于：
fv，i等于第i类构件的市场维修单价与该类构件在桥梁中的病害维修量的乘积；
fc，i采用如下步骤计算得到：
统计第i类构件在维修时所使用的固定措施的项数；
统计所述固定措施用以维修的构件类型数量，将该固定措施的费用价格进行均摊，得到在维修第i类构件时使用该固定措施所产生的固定措施费；
将第i类构件所涉及的各项固定措施对应的固定措施费进行加和，得到第i类构件在维修时所需的固定措施费用总额fc，i。
5.如权利要求1所述的基于动态规划法的桥梁维修决策方法，其特征在于，桥梁的维修收益矩阵A如下：
Figure FDA0002985001460000021
其中，EXj为j个桥梁单位维修资金EXΔ，且j＝1、2、...、t；DPcom，i为第i类构件的综合被扣评分，fi为第i类构件的综合维修费用，ηi为第i类构件的维修折减系数，i＝1、2、...、m；
Figure FDA0002985001460000022
为第i类构件在获得j个桥梁单位维修资金EXΔ维修后的可提高评分。
6.如权利要求5所述的基于动态规划法的桥梁维修决策方法，其特征在于：
若
Figure FDA0002985001460000031
则令
Figure FDA0002985001460000032
若fi＝0，则令
Figure FDA0002985001460000033
7.如权利要求1所述的基于动态规划法的桥梁维修决策方法，其特征在于：
令第k阶段为第k类构件的资金分配阶段，且k＝1、2、...、m；
桥梁动态规划基本方程为：
P(r(k),k)＝max{A(u(k),k)+P(r(k+1),k+1)}
第一边界条件为：
P(r(m),m)＝A(r(m),m)
其中，u(k)为第k类构件所获得的桥梁单位维修资金EXΔ的个数，A(u(k),k)为第k类构件在获得u(k)个EXΔ维修后的可提高评分；r(k)为桥梁维修资金总额Z在完成第k-1阶段的资金分配后，剩余的维修资金，且r(1)＝Z；P(r(k),k)为将r(k)分配给第k类构件、第k+1类构件、...、第m类构件时所获得的最多可提高评分；
结合桥梁的维修收益矩阵，采用逆序递推，求得将桥梁维修资金总额Z分配给m类构件时桥梁的最多可提高评分P(Z,1)对应的最优分配序列。
8.如权利要求1所述的基于动态规划法的桥梁维修决策方法，其特征在于，当桥梁有n个，以形成桥梁集群时，所述方法还包括如下步骤：
求取各个桥梁在将不同的桥梁维修资金总额分配给该桥梁所有类型的构件时的最优分配序列所对应的最多可提高评分，并建立桥梁集群的维修收益矩阵；
将桥梁集群维修资金总额分成n个阶段进行分配，建立桥梁集群动态规划基本方程及第二边界条件，结合桥梁集群的维修收益矩阵，求解并得到将桥梁集群维修资金总额分配给n个桥梁时的最优分配序列，其中，n≥2。
9.如权利要求8所述的基于动态规划法的桥梁维修决策方法，其特征在于，桥梁集群的维修收益矩阵Ac如下：
Figure FDA0002985001460000041
其中，EXc，a为a个桥梁集群单位维修资金EXc，Δ，且a＝1、2、...、y；PQb(EXc，a,1)为第b个桥梁Qb在将桥梁维修资金总额为a个桥梁集群单位维修资金EXc，Δ分配给该桥梁所有类型的构件时的最优分配序列所对应的最多可提高评分，b＝1、2、...、n。
10.如权利要求8所述的基于动态规划法的桥梁维修决策方法，其特征在于：
令第kc阶段为第kc个桥梁Qkc的资金分配阶段，且kc＝1、2、...、n；
桥梁集群动态规划基本方程为：
Pc(rc(kc),kc)＝max{Ac(uc(kc),kc)+Pc(rc(kc+1),kc+1)}
第二边界条件为：
Pc(rc(n),n)＝Ac(rc(n),n)
其中，uc(kc)为第kc个桥梁Qkc所获得的桥梁集群单位维修资金EXc，Δ的个数，Ac(uc(kc),kc)为第kc个桥梁Qkc在将桥梁维修资金总额为uc(kc)个EXc，Δ分配给该桥梁所有类型的构件时的最优分配序列所对应的最多可提高评分；rc(kc)为桥梁集群维修资金总额Zc在完成第kc-1阶段的资金分配后，剩余的维修资金，且rc(1)＝Zc；Pc(rc(kc),kc)为将rc(kc)分配给第kc个桥梁、第kc+1个桥梁、...、第n个桥梁时所获得的最多可提高评分；
结合桥梁集群的维修收益矩阵，采用逆序递推，求得将桥梁集群维修资金总额Zc分配给n个桥梁时桥梁集群的最多可提高评分Pc(Zc,1)对应的最优分配序列。
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