KR102081377B1 - Determination method and system of optimal performance threshold for short and middle span bridge network - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 중소교량 네트워크의 유지관리 최적성능목표 결정 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method and system for determining optimal performance target for maintenance of small and medium bridge networks.
전국적으로 30년이 넘은 토목시설이 1,800 여개를 넘는 등 대형교량을 포함한 건설 구조물이 노후화되고 있으나, 유지 관리를 위한 예산은 그에 따라 증가하고 있지 못하는 상황이다.Construction structures including large bridges, such as more than 1,800 civil facilities over 30 years nationwide, are aging, but the budget for maintenance is not increasing accordingly.
1등급 교량의 경우 유지 관리를 위한 체계와 시행에 적극적인 반면, 지방자치단체에서 관리하는 중소교량의 경우 한정적 예산과 인력을 이유로 적극적인 유지 관리가 부족한 실정이다.
현재 사용되고 있는 교량 유지 관리 기법 및 시스템은 유지관련 현황 파악을 위한 DB 수준의 시스템이 대부분으로 유지 관리를 위해 교량 목표 성능에 근거하지 않고, 교량 상태평가 결과에 의존하고 있다. 또한 현재 적용되고 있는 교량 유지 관리 기법 및 시스템은 한국등록특허 제10-0795967호에서와 같이 개별 교량 중심이며, 교량의 등급과 규모를 우선시하여 유지보수가 적용되고 있어, 교량의 네트워크 상에서 중요도를 고려하지 않고 있다.Currently, the bridge maintenance techniques and systems currently used are mostly DB level systems for grasping the status of maintenance. In addition, currently applied bridge maintenance techniques and systems are centered on individual bridges as in Korean Patent Registration No. 10-0795967, and maintenance is applied by prioritizing the grade and size of bridges, taking into account the importance on the network of bridges. It is not.
따라서 유지 관리 대상 중소교량의 증가 속에서 한정적 예산과 인력의 효율적 적용을 위한 중소형 교량 대상의 차별적 유지관리 기법의 개발이 필요한 실정이다.Therefore, it is necessary to develop differentiated maintenance techniques for small and medium sized bridges for efficient application of limited budget and manpower in the midst of the increase of small and medium sized bridges for maintenance.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 중소교량 네트워크 상에서 다수의 교량을 그룹화하여, 교량그룹별 유지 관리 성능 목표를 결정하고, 이에 따라 중소 개별교량의 유지관리 성능 목표를 최적화하는 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.Therefore, the technical problem to be solved by the present invention is to provide a method and system for grouping a plurality of bridges on the small and medium bridge network, to determine the maintenance performance target for each bridge group, and thus to optimize the maintenance performance target of small and medium individual bridges It aims to do it.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 중소교량 네트워크의 유지관리 최적성능목표 결정 방법은, 중소교량 네트워크 대상지역 내에 위치하는 복수의 중소 개별교량을 미리 정해진 기준에 따라 그룹핑해놓은 복수의 교량그룹으로 이루어진 중소교량 네트워크로 모델링하는 단계, 그리고 상기 모델링된 중소교량 네트워크의 성능을 평가하기 위한 복수의 성능지표에 대응하는 복수의 목적함수와 상기 복수의 교량그룹의 유지관리 목표성능을 설계변수로 구성되는 다목적 최적화 문제의 해를 계산하는 단계를 포함한다.In order to solve the above technical problem, a method for determining optimal performance target for maintenance of a small and medium bridge network according to the present invention includes a plurality of bridge groups in which a plurality of small and medium individual bridges located in a target area of a small and medium bridge network are grouped according to a predetermined criterion. Modeling the small and medium bridge network comprising: a plurality of objective functions corresponding to a plurality of performance indicators for evaluating the performance of the modeled small and medium bridge network, and a target performance of maintenance of the plurality of bridge groups. Calculating a solution of the multipurpose optimization problem.
상기 중소교량 네트워크로 모델링하는 단계는, 상기 중소교량 네트워크 대상지역 내의 제1 지점과 제2 지점을 연결하는 복수의 연결경로를 결정하는 단계, 그리고 상기 결정된 복수의 연결경로를 구성하는 복수의 링크별로 중소 개별교량을 그룹핑하는 단계를 포함할 수 있다.The modeling of the small and medium bridge network may include determining a plurality of connection paths connecting the first point and the second point in the target area of the small bridge network, and for each of the plurality of links constituting the determined plurality of connection paths. Grouping the small and medium individual bridges may be included.
상기 복수의 성능지표에 대응하는 복수의 목적함수는 중소교량 네트워크의 연결신뢰성을 기반으로 하는 네트워크 성능지표(Pc), 여유도를 기반으로 하는 네트워크 성능지표(Rc), 사용자비용을 기반으로 하는 네트워크 성능지표(Uc) 및 유지관리비용을 기반으로 하는 네트워크 성능지표(Mc)에 대응하는 아래 수학식1, 수학식3 , 수학식7 및 수학식8로 표현될 수 있다.The plurality of objective functions corresponding to the plurality of performance indicators are based on the network performance indicator (P c ) based on the connection reliability of the small and medium bridge network, the network performance indicator (R c ) based on the margin, and the user cost.
[수학식 1][Equation 1]
여기서 Nc는 상기 복수의 교량그룹의 연결유무에 따른 총 개의 경우의 수에서 네트워크 연결가능 총 경우의 수이고, Nb는 교량그룹의 총 개수이며, Pb,i는 Nc에서 i번째 경우가 발생할 확률로서 아래 수학식 2에 의해 계산될 수 있다.Where N c is the total number of bridge groups Is the total number of network connectable cases in the number of cases, N b is the total number of bridge groups, and P b, i is the probability of occurrence of the i th case in N c and can be calculated by
[수학식 2][Equation 2]
여기서 Ps,i는 j번째 교량그룹의 연결가능 확률이고, 는 연결가능한 교량그룹의 집합이며, Ns는 의 요소개수로 연결 가능한 교량그룹의 개수이고, 는 연결이 불가능한 교량의 집합이며, Nf는 의 요소개수로 연결 불가능한 교량그룹의 개 수를 나타낼 수 있다.Where P s, i is the connectable probability of the jth bridge group, Is the set of connectable bridge groups, and N s is The number of bridge groups that can be connected by the number of elements of Is the set of bridges that are not reachable, and N f is The number of elements in the bridge can represent the number of bridge groups that cannot be connected.
[수학식 3][Equation 3]
여기서, Nb는 교량그룹의 총 개수, Poc,i는 i번째 교량그룹만 연결기능이 상실될 확률, 그리고 RIi는 i번째 교량그룹의 연결상실로 인한 여유도 지표이고, Poc,i는 아래 수학식 4에 의해 계산되며, RIi는 아래 수학식 5에 의해 계산될 수 있다.Here, N b is the total number of the bridge group, P oc, i is the i-th bridge group only chance of a connection failure, and RI i is also free due to connection loss of the i-th bridge group indices, P oc, i Is calculated by
[수학식 4][Equation 4]
[수학식 5][Equation 5]
여기서 βc는 수학식 1의 Pc에 해당하는 신뢰도 지수로 아래 수학식 6에 의해 구해지며, βc,i는 i번째 교량그룹의 연결상실로 인한 네트워크 성능지표에 해당하는 신뢰도지수일 수 있다.Β c is a reliability index corresponding to P c of
[수학식 6] [Equation 6]
Φ-1은 정규역누적분포함수(Normal inverse cumulative distribution function)일 수 있다.Φ −1 may be a normal inverse cumulative distribution function.
[수학식 7][Equation 7]
여기서, Uct,i는 Nc의 경우 중 i번째 경우에서 경로이동시 요구되는 시간에 대한 비용, Ucv,i는 i번째 경로사용 시 요구되는 연료에 대한 비용을 나타낼 수 있다.Here, U ct, i may represent the cost for the time required for the route movement in the i th case of N c , and U cv, i may represent the cost for the fuel required for the i th route.
[수학식 8][Equation 8]
여기서 Si는 i번째 교량그룹에 포함된 개별교량의 길이의 합일 수 있다.Here, Si may be the sum of the lengths of the individual bridges included in the i-th bridge group.
상기 다목적 최적화 문제는 상기 연결신뢰성을 기반으로 하는 네트워크 성능지표(Pc)의 평균값 최대화, 상기 여유도를 기반으로 하는 네트워크 성능지표(Rc)의 평균값 최대화, 상기 사용자비용을 기반으로 하는 네트워크 성능지표(Uc)의 평균값 최소화 및 상기 유지관리비용을 기반으로 하는 네트워크 성능지표(Mc)의 평균값 최소화를 목적으로 할 수 있다.The multi-purpose optimization problem may include maximizing an average value of the network performance indicator (P c ) based on the connection reliability, maximizing an average value of the network performance indicator (R c ) based on the margin, and network performance based on the user cost. It may be aimed at minimizing the average value of the indicator U c and minimizing the average value of the network performance indicator M c based on the maintenance cost.
상기 설계변수의 개수는 상기 복수의 교량그룹의 개수와 동일하고, 아래 수학식 9에 의해 표현될 수 있다.The number of design variables is equal to the number of bridge groups and may be expressed by
[수학식 9][Equation 9]
Pall, i는 i번째 교량그룹에 대응하는 설계변수이고, Ps,i는 i번째 교량그룹의 연결가능확률이며, 상기 Ps,i의 제한 조건은 하한값 0.9에서 상한값 0.9999로 제한할 수 있다.Pall and i are design variables corresponding to the i th bridge group, P s and i are probable probabilities of the i th bridge group, and the limit condition of P s and i can be limited from the lower limit 0.9 to the upper limit 0.9999.
상기 다목적 최적화 문제의 해를 계산하는 단계는, 상기 다목적 최적화 문제의 다수의 해인 파레토 해(Pareto optimal set)를 구하는 단계, 상기 복수의 목적함수에 대해 가중치를 계산하는 단계, 그리고 상기 계산된 가중치를 미리 정해진 다중 속성 의사 결정 방법을 선택하여 적용하여 상기 파레토 해에서 하나의 해를 선택하는 단계를 포함할 수 있다.The calculating of the multipurpose optimization problem may include: obtaining a Pareto optimal set, which is a plurality of solutions of the multipurpose optimization problem, calculating weights for the plurality of objective functions, and calculating the weighted values. And selecting and applying a predetermined multi-attribute decision making method to select one solution from the Pareto solution.
상기 중소 개별교량의 유지관리 목표 성능은 상기 중소 개별교량이 속해있는 교량그룹의 유지관리 목표 성능으로 결정될 수 있다.The maintenance target performance of the small and medium individual bridges may be determined by the maintenance target performance of the bridge group to which the small and medium individual bridge belongs.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 중소교량 네트워크의 유지관리 최적성능목표 결정 방법을 수행하는 프로그램을 수록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 포함할 수 있다.In order to solve the above technical problem, a computer-readable recording medium may include a program for performing a method for determining a maintenance optimal performance target for a small and medium bridge network according to the present invention.
상기 프로그램은, 중소교량 네트워크 대상지역 내에 위치하는 복수의 중소 개별교량을 미리 정해진 기준에 따라 그룹핑해놓은 복수의 교량그룹으로 이루어진 중소교량 네트워크로 모델링하는 단계를 수행하는 명령어 세트, 그리고 상기 모델링된 중소교량 네트워크의 성능을 평가하기 위한 복수의 성능지표에 대응하는 복수의 목적함수와 상기 복수의 교량그룹의 유지관리 목표성능을 설계변수로 구성되는 다목적 최적화 문제의 해를 계산하는 단계를 수행하는 명령어 세트를 포함할 수 있다.The program includes a command set for performing a step of modeling a plurality of small and medium individual bridges located in a target area of a small and small bridge network according to a predetermined criterion into a small and small bridge network comprising a plurality of bridge groups, and the modeled small and medium bridge. A set of instructions for calculating a solution of a multipurpose optimization problem consisting of a plurality of objective functions corresponding to a plurality of performance indicators for evaluating the performance of the network and a maintenance target performance of the plurality of bridge groups is a design variable. It may include.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 중소교량 네트워크의 유지관리 최적성능목표 결정 시스템은, 중소교량 네트워크 대상지역 내에 위치하는 복수의 중소 개별교량을 미리 정해진 기준에 따라 그룹핑해놓은 복수의 교량그룹으로 이루어진 중소교량 네트워크로 모델링하는 모델링부, 그리고 상기 모델링된 중소교량 네트워크의 성능을 평가하기 위한 복수의 성능지표에 대응하는 복수의 목적함수와 상기 복수의 교량그룹의 유지관리 목표성능을 설계변수로 구성되는 다목적 최적화 문제의 해를 계산하는 계산부를 포함한다.In order to solve the above technical problem, a system for determining an optimal performance target for maintenance of a small and medium bridge network according to the present invention includes a plurality of bridge groups in which a plurality of small and medium individual bridges located in a target area of a small and medium bridge network are grouped according to predetermined criteria. The modeling unit for modeling the small and medium bridge network, and a plurality of objective functions corresponding to a plurality of performance indicators for evaluating the performance of the modeled small and medium bridge network and the target performance management of the plurality of bridge groups as design variables It includes a calculation unit for calculating a solution of the multi-purpose optimization problem is composed.
본 발명에 의하면 중소교량 네트워크 수준의 유지 관리를 통해 중소교량 대상 유지관리의 효과와 효율성을 극대화하고 중소교량의 자산관리 체계 확립에 기여할 수 있다.According to the present invention, it is possible to maximize the effectiveness and efficiency of small and medium bridge maintenance through the maintenance of the small and medium bridge network level, and contribute to establishing the asset management system of the small and medium bridge.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중소교량 네트워크의 유지관리 최적성능목표 결정 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 중소교량 네트워크의 유지관리 최적성능목표 결정 시스템의 동작 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 중소교량 네트워크 모델링을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 교량그룹의 유지관리 목표성능을 결정하는 과정을 설명하는 흐름도이다.
도 5는 도 3의 교량 네트워크에 해당하는 다목적 최적화 문제의 유지관리 목표성능결정을 위한 파레토 해를 예시한 것이다.1 is a block diagram of a system for determining an optimal performance target for maintenance of a small and medium bridge network according to an embodiment of the present invention.
2 is an operation flowchart of a system for determining an optimal performance target for maintenance of a small and medium bridge network according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is a view provided to explain the small and medium bridge network modeling according to the present invention.
4 is a flowchart illustrating a process of determining maintenance target performance of a bridge group according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 illustrates a Pareto solution for determining maintenance target performance of a multipurpose optimization problem corresponding to the bridge network of FIG. 3.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중소교량 네트워크의 유지관리 최적성능목표 결정 시스템의 구성도이다.1 is a block diagram of a system for determining an optimal performance target for maintenance of a small and medium bridge network according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 중소교량 네트워크의 유지관리 최적성능목표 결정 시스템은 모델링부(110), 입력데이터처리부(120), 계산부(130) 및 결정부(140)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a system for determining optimal performance target for maintenance of a small and medium bridge network according to the present invention may include a
모델링부(110)는 중소교량 네트워크 대상지역 내에 위치하는 복수의 중소 개별교량을 미리 정해진 기준에 따라 그룹핑해놓은 복수의 교량그룹으로 이루어진 중소교량 네트워크로 모델링할 수 있다.The
입력데이터처리부(120)는 교량그룹의 개수 및 길이, 모델링된 네트워크에 포함된 연결경로의 개수, 각 교량그룹에 포함된 개별교량의 길이 합, 모델링된 네트워크에 포함된 각 연결경로의 차량제한 속도, 거리당 연료비용, 차량 연비, 사용자의 시간당 평균인건비 등을 입력데이터로 입력받을 수 있다. 입력데이터는 확률변수로 입력될 수 있다.The
계산부(130)는 입력데이터를 입력받아, 모델링된 중소교량 네트워크의 성능을 평가하기 위한 복수의 성능지표에 대응하는 복수의 목적함수와 복수의 교량그룹의 유지관리 목표성능을 설계변수로 구성되는 다목적 최적화 문제의 해를 계산할 수 있다.The
결정부(140)는 중소 개별교량이 속해있는 교량그룹의 유지관리 목표 성능을 기초로 중소 개별교량의 유지관리 목표 성능을 결정할 수 있다.The
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 중소교량 네트워크의 유지관리 최적성능목표 결정 시스템의 동작 흐름도이다.2 is an operation flowchart of a system for determining an optimal performance target for maintenance of a small and medium bridge network according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2를 참고하면, 먼저 모델링부(110)는 중소교량 네트워크 대상지역이 결정되면, 대상지역 내에 중소 개별교량을 복수의 교량그룹으로 그룹핑하는 중소교량 네트워크 모델링을 수행할 수 있다(S210).Referring to FIGS. 1 and 2, first, when the small and medium bridge network target region is determined, the
도 3은 본 발명에 따른 중소교량 네트워크 모델링을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.3 is a view provided to explain the small and medium bridge network modeling according to the present invention.
예컨대 도 3에 예시한 것과 같이, 광주와 여수를 포함하는 지역이 중소교량 네트워크 대상지역으로 선정되면, 모델링부(110)는 먼저 광주와 여수 양 지점을 연결하고, 중소 개별교량이 포함된 복수의 연결경로를 결정할 수 있다. 양 지점을 연결하는 경로는 다수 존재할 수 있다. 따라서 모델링부(110)는 중소 개별교량을 포함하되 거리가 짧은 순서대로 미리 정해진 개수만큼 복수의 연결경로를 결정할 수 있다. 연결경로를 결정할 때, 일반국도, 지방도 등의 도로만을 포함시키고, 고속도로는 제외되도록 할 수 있다.For example, as illustrated in FIG. 3, when a region including Gwangju and Yeosu is selected as a small and medium bridge network target area, the
1)광주-1-2-3-4-5-여수, 2)광주-1-2-9-8-5-여수, 3)광주-1-2-3-7-8-5-여수, 4)광주-6-2-3-4-5-여수, 5)광주-6-2-9-8-5-여수, 6)광주-6-2-3-7-8-5-여수 등의 6개의 연결경로가 결정되었다고 가정하고 설명한다. 도 3에서 화살표 내에 표시된 숫자는 6개의 연결경로를 구성하는 각 링크에 대응하는 교량그룹을 나타낸다. 교량그룹은 해당 링크에 위치하는 중소 개별교량을 그룹핑하여 생성할 수 있다. 한편 본 발명에서 중소교량은 미리 정해진 교량길이 범위에 속하는 교량으로 정의할 수 있다. 중소교량을 정의하는 기준은 실시예에 따라 달라질 수 있다.1) Gwangju-1-2-3-4-5-Yeosu, 2) Gwangju-1-2-9-8-5-Yeosu, 3) Gwangju-1-2-3-7-8-5-Yeosu, 4) Gwangju-6-2-3-4-5-Yeosu, 5) Gwangju-6-2-9-8-5-Yeosu, 6) Gwangju-6-2-3-7-8-5-Yeosu, etc. Explain that the six connection paths of are determined. In FIG. 3, the number indicated by the arrow indicates a bridge group corresponding to each link constituting six connection paths. Bridge group can be created by grouping small and medium individual bridges located in the link. Meanwhile, in the present invention, the small and medium bridge may be defined as a bridge belonging to a predetermined bridge length range. Criteria for defining small and medium bridges may vary depending on the embodiment.
모델링부(110)는 도 3에서 예시한 것과 같이 복수의 교량그룹을 직렬-병렬로 연결하여 중소교량 네트워크 대상지역의 교량 네트워크를 모델링할 수 있다.As illustrated in FIG. 3, the
각 교량그룹에 속하는 교량의 개수, 위치, 종류, 길이 등의 현황을 파악할 수 있다. 그리고 복수의 연결경로에 대해서 해당 연결경로에 포함된 교량그룹에 대한 현황도 파악할 수 있다.The number, location, type and length of bridges in each bridge group can be grasped. In addition, it is possible to grasp the current status of the bridge groups included in the connection paths for the plurality of connection paths.
다시 도 2를 참고하면, 중소교량 네트워크 모델링이 완료되면(S210), 모델링된 중소교량 네트워크의 성능을 평가하기 위한 복수의 성능지표에 대응하는 복수의 목적함수와 복수의 교량그룹의 유지관리 목표성능을 설계변수로 구성되는 다목적 최적화 문제의 해를 계산할 수 있다(S220).Referring back to FIG. 2, when the small and medium bridge network modeling is completed (S210), a plurality of objective functions corresponding to a plurality of performance indicators for evaluating the performance of the modeled small and medium bridge network and the maintenance target performance of the plurality of bridge groups are performed. The solution of the multipurpose optimization problem consisting of the design variables can be calculated (S220).
단계(S220)에서 복수의 교량그룹의 유지관리 목표성능 결정은 다목적 최적화 및 의사결정 과정을 통해 이루어질 수 있다.In operation S220, the maintenance target performance of the plurality of bridge groups may be determined through a multipurpose optimization and decision making process.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 교량그룹의 유지관리 목표성능을 결정하는 과정을 설명하는 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a process of determining maintenance target performance of a bridge group according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참고하면, 교량그룹의 유지관리 목표성능을 결정하기 위한 다목적 최적화 문제를 구성할 수 있다(S221).Referring to FIG. 4, a multipurpose optimization problem for determining the maintenance target performance of the bridge group may be configured (S221).
모델링된 중소교량 네트워크의 성능을 평가하기 위한 복수의 성능지표에 대해서 먼저 설명하면, 모델링된 중소교량 네트워크의 성능을 평가하기 위한 복수의 성능지표는 중소교량 네트워크의 연결신뢰성을 기반으로 하는 네트워크 성능지표(Pc), 여유도를 기반으로 하는 네트워크 성능지표(Rc), 사용자비용을 기반으로 하는 네트워크 성능지표(Uc) 및 유지관리비용을 기반으로 하는 네트워크 성능지표(Mc)으로 구성될 수 있다.First, a plurality of performance indicators for evaluating the performance of a modeled small and medium bridge network will be described first. A plurality of performance indicators for evaluating the performance of a modeled small and medium bridge network are network performance indicators based on connection reliability of the small and medium bridge network. (P c ), network performance indicator (R c ) based on margin, network performance indicator (U c ) based on user cost, and network performance indicator (M c ) based on maintenance cost. Can be.
중소교량 네트워크의 연결신뢰성을 기반으로 하는 네트워크 성능지표(Pc)는 아래 수학식 1로 나타낼 수 있다.Network performance index (P c ) based on the connection reliability of the small and medium bridge network can be represented by
[수학식 1][Equation 1]
여기서 Nc는 상기 복수의 교량그룹의 연결유무에 따른 총 개의 경우의 수에서 네트워크 연결가능 총 경우의 수이고, Nb는 교량그룹의 총 개수이며, Pb,i는 Nc에서 i번째 경우가 발생할 확률로서 아래 수학식 2에 의해 계산된다.Where N c is the total number of bridge groups Is the total number of network connectable cases in the number of cases, N b is the total number of bridge groups, and P b, i is the probability that the i th case in N c will be calculated by
[수학식 2][Equation 2]
여기서 Ps,i는 j번째 교량그룹의 연결가능 확률이고, 는 연결가능한 교량그룹의 집합이며, Ns는 의 요소개수로 연결 가능한 교량그룹의 개수이고, 는 연결이 불가능한 교량의 집합이며, Nf는 의 요소개수로 연결 불가능한 교량그룹의 개 수를 나타낸다. 예를 들어, 도 3에서 9개의 교량그룹의 연결 유무에 따라 총 29 = 512개의 경우의 수가 존재한다. 이 경우의 수 중에서 1, 7, 8, 9번째 교량그룹이 연결불가이고, 2, 3, 4, 5, 6번째 교량그룹이 연결 가능할 경우, 전체 교량네트워크는 연결이 가능하다. 즉 도 3에서 4번째 연결경로인 '광주-6-2-3-4-5-여수'로 교량네트워크 연결이 가능하다. 이때 = {2, 3, 4, 5, 6}, = {1, 7, 8, 9}이고, Ns는 5, Nf는 4이며, 이에 해당하는 Pb,i는 아래와 같이 계산할 수 있다.Where P s, i is the connectable probability of the jth bridge group, Is the set of connectable bridge groups, and N s is The number of bridge groups that can be connected by the number of elements of Is the set of bridges that are not reachable, and N f is The number of bridge groups that cannot be connected by the number of elements of. For example, in FIG. 3, there are a total of 2 9 = 512 cases depending on whether nine bridge groups are connected. In this case, if the 1st, 7th, 8th, and 9th bridge groups are not connectable, and the 2nd, 3rd, 4th, 5th, 6th bridge groups can be connected, the entire bridge network can be connected. That is, the bridge network can be connected to the fourth connection path 'Gwangju-6-2-3-4-5-Yeosu' in FIG. 3. At this time = {2, 3, 4, 5, 6}, = {1, 7, 8, 9}, N s is 5, N f is 4, and corresponding P b, i can be calculated as follows.
여유도를 기반으로 하는 네트워크 성능지표(Rc)는 아래 수학식 3으로 나타낼 수 있다.The network performance index R c based on the margin may be represented by
[수학식 3] [Equation 3]
여기서, Nb는 교량그룹의 총 개수, Poc,i는 i번째 교량그룹만 연결기능이 상실될 확률, 그리고 RIi는 i번째 교량그룹의 연결상실로 인한 여유도 지표이다. Poc,i는 아래 수학식 4에 의해 계산된다. 수학식 3에서 i번째 교량그룹의 연결상실로 인한 여유도 지표인 RIi는 아래 수학식 5에 의해 계산될 수 있다. Where N b is the total number of bridge groups, P oc, i is the probability that only the i-th bridge group will lose its linkage function, and RI i is the margin indicator due to the loss of connection of the i-th bridge group. P oc, i is calculated by
[수학식 4][Equation 4]
[수학식 5] [Equation 5]
여기서 βc는 수학식 1의 Pc에 해당하는 신뢰도 지수로 아래 수학식 6에 의해 구해지며, βc,i는 i번째 교량그룹의 연결상실로 인한 네트워크 성능지표에 해당하는 신뢰도지수이다.Β c is a reliability index corresponding to P c of
[수학식 6][Equation 6]
Φ-1은 정규역누적분포함수(Normal inverse cumulative distribution function)이다.Φ −1 is the normal inverse cumulative distribution function.
사용자비용을 기반으로 하는 네트워크 성능지표(Uc)는 아래 수학식 7에 의해 구할 수 있다.The network performance index U c based on the user cost can be obtained by
[수학식 7][Equation 7]
여기서, Uct,i는 Nc의 경우 중 i번째 경우에서 경로이동시 요구되는 시간에 대한 비용, Ucv,i는 i번째 경로사용 시 요구되는 연료에 대한 비용을 나타낸다. Pb,i는 위 수학식 2에 의해 정의될 수 있다.Here, U ct, i represents the cost for the time required for the route movement in the i-th case of N c , U cv, i represents the cost for the fuel required for the use of the i-th route. P b, i may be defined by
유지관리비용을 기반으로 하는 네트워크 성능지표(Mc)는 아래 수학식 8로 나타낼 수 있다. 교량네트워크의 총 유지관리 비용은 전체 교량그룹의 유지관리비용의 합이며, 각 교량그룹의 유지관리비용은 교량그룹의 연결가능 확률과 교량그룹의 길이에 비례함을 고려한 것이다.Network performance indicator (M c ) based on the maintenance cost can be represented by
[수학식 8][Equation 8]
여기서 Si는 i번째 교량그룹에 포함된 개별교량의 길이의 합이다.Where Si is the sum of the lengths of the individual bridges included in the i-th bridge group.
앞서 설명한 중소교량 네트워크의 연결신뢰성을 기반으로 하는 네트워크 성능지표(Pc), 여유도를 기반으로 하는 네트워크 성능지표(Rc), 사용자비용을 기반으로 하는 네트워크 성능지표(Uc) 및 유지관리비용을 기반으로 하는 네트워크 성능지표(Mc)에 대응하는 수학식1, 수학식3 , 수학식7 및 수학식8로 표현되는 복수의 목적함수와 복수의 교량그룹의 유지관리 목표성능을 설계변수로 구성되는 다목적 최적화 문제를 구성할 수 있다.Network performance indicator (P c ) based on connection reliability of small and medium bridge network, network performance indicator (R c ) based on margin, network performance indicator (U c ) based on user cost, and maintenance Design variables for maintenance objective performance of a plurality of objective functions and a plurality of bridge groups represented by equations (1), (3), (7) and (8) corresponding to the cost-based network performance indicator (M c ) It is possible to construct a multipurpose optimization problem consisting of:
다목적 최적화 문제에서 목적은 4가지이며 다음과 같다. 네트워크 성능지표(Pc)의 평균값 E(Pc)의 최대화, 여유도를 기반으로 하는 네트워크 성능지표(Rc)의 평균값 E(Rc)의 최대화, 사용자비용을 기반으로 하는 네트워크 성능지표(Uc)의 평균값 E(Uc)의 최소화 및 유지관리비용을 기반으로 하는 네트워크 성능지표(Mc)의 평균값 E(Mc)의 최소화이다.In the multi-purpose optimization problem, the objectives are four and are as follows. Network Performance Indicator (P c) the average value E (P c) to maximize, the network performance metrics that are based on the margin (R c) an average value E (R c) the network performance metrics to the maximum, based on the user's cost of the ( U c) is the minimum of the average value E (U c) minimize and maintain network performance indicators that are based on the cost (M c) the average value E (M c) of the.
그리고 다목적 최적화 문제에서 설계변수는 복수의 교량그룹의 개수와 동일하고, 아래 수학식 9에 의해 표현될 수 있다.In the multipurpose optimization problem, the design variable is equal to the number of bridge groups and may be expressed by
[수학식 9] [Equation 9]
Pall,i는 i번째 교량그룹에 대응하는 설계변수이고, Ps,i는 i번째 교량그룹의 연결가능확률이며, Ps,i의 제한 조건은 하한값 0.9에서 상한값 0.9999로 제한할 수 있다.P all, i is a design variable corresponding to the i-th bridge group, P s, i is the connectable probability of the i-th bridge group, and the constraint condition of P s, i can be limited from the lower limit 0.9 to the upper limit 0.9999.
예를 들어, 도 3에서 9개의 교량그룹으로 모델링된 교량네트워크에서 다목적 최적화 문제의 설계 변수는 아래와 같이 9개의 설계변수를 가진다.For example, in the bridge network modeled as nine bridge groups in FIG. 3, the design variable of the multipurpose optimization problem has nine design variables as follows.
Pall = {Pall,1,Pall,2,Pall,3,Pall,4,Pall,5,Pall,6,Pall,7,Pall,8,Pall,9}P all = {P all, 1 , P all, 2 , P all, 3 , P all, 4 , P all, 5 , P all, 6 , P all, 7 , P all, 8 , P all, 9 }
다목적 최적화 문제에서 입력데이터는 앞서 설명한 것과 같이 교량그룹의 개수 및 길이, 모델링된 네트워크에 포함된 연결경로의 개수, 각 교량그룹에 포함된 개별교량의 길이 합, 모델링된 네트워크에 포함된 각 연결경로의 차량제한 속도, 거리당 연료비용, 차량 연비, 사용자의 시간당 평균인건비 등일 수 있으며, 입력데이터는 확률변수로 입력될 수 있다. 그리고 실시예에 따라 입력데이터인 확률변수의 샘플을 100,000개를 생성하며, 몬테카를로 시뮬레이션(Monte Carlo Simulation)을 적용할 수 있다. In the multipurpose optimization problem, the input data includes the number and length of bridge groups as described above, the number of connection paths included in the modeled network, the sum of the lengths of the individual bridges included in each bridge group, and each connection path included in the modeled network. The speed limit of the vehicle, the fuel cost per distance, the fuel economy of the vehicle, the average labor cost per hour of the user, etc., the input data may be input as a random variable. In addition, according to the exemplary embodiment, 100,000 samples of random variables, which are input data, may be generated, and Monte Carlo simulation may be applied.
다음으로 단계(S221)에서 구성된 다목적 최적화 문제에 대한 파레토 해(Pareto optimal set)를 다목적 최적화 기법을 적용하여 계산할 수 있다(S223).Next, the Pareto optimal set for the multipurpose optimization problem configured in step S221 may be calculated by applying the multipurpose optimization technique (S223).
도 5는 도 3의 교량 네트워크에 해당하는 다목적 최적화 문제의 유지관리 목표성능결정을 위한 파레토 해를 예시한 것이다.FIG. 5 illustrates a Pareto solution for determining maintenance target performance of a multipurpose optimization problem corresponding to the bridge network of FIG. 3.
다음으로 단계(S223)에서 계산된 다수의 파레토 해 중에서 하나의 해를 선택하기 위해 아래와 같은 절차를 수행할 수 있다.Next, the following procedure may be performed to select one solution among a plurality of Pareto solutions calculated in step S223.
복수의 목적함수, 위에서 제시된 4가지 목적함수에 대해 가중치를 계산한다(S225). 이를 위해 Standard Deviation(SD) 방법, Criteria Importance Through Inter-Criteria Correlation(CRITIC) 방법, 그리고 Correlation Coefficient and Standard Deviation(CCSD) 방법 중에서 하나를 선택하여 적용할 수 있다.A plurality of objective functions, weights are calculated for the four objective functions presented above (S225). To this end, one of Standard Deviation (SD), Criteria Importance Through Inter-Criteria Correlation (CRITIC), and Correlation Coefficient and Standard Deviation (CCSD) can be selected and applied.
이후 단계(S225)에서 계산된 가중치를 미리 정해진 다중 속성 의사 결정 방법을 선택하여 적용함으로써 파레토 해에서 하나의 해를 선택할 수 있다(S227). 단계(S227)에서 다중 속성 의사결정(Multiple attribute decision making) 방법인 Simple Additive Weighting(SAW) 방법, Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution(TOPSIS) 방법, 그리고 ELimination and Choice Expressing The Reality(ELECTRE) 방법 중 하나를 선택하여 적용할 수 있다. 이를 통해 계산된 다수의 해 (Pareto optimal set)에서 하나의 해가 선택된다.Subsequently, one solution may be selected from the Pareto solution by applying the weight calculated in step S225 by selecting a predetermined multi-property decision method (S227). In step S227, the Simple Additive Weighting (SAW) method, the Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution (TOPSIS) method, and the ELimination and Choice Expressing The Reality (ELECTRE) method You can choose to apply one. From this, one solution is selected from the multiple optimal sets.
도 5에서는 CRITIC 방법을 적용하여 가중치를 계산하였으며, SAW 방법을 이용하여 OS, TOPSIS 방법을 적용하여 OT, 그리고 ELECTRE 방법을 적용하여 OE를 선택하였다.In FIG. 5, the weight was calculated by applying the CRITIC method, and the O S was selected by using the SAW method, the O T by applying the TOPSIS method, and the O E by applying the ELECTRE method.
도 6은 도 5에서 선택된 해에 해당하는 설계변수인 교량그룹 유지관리 목표성능을 표로 나타낸 것이다.FIG. 6 is a table showing bridge group maintenance target performance which is a design variable corresponding to the solution selected in FIG. 5.
도 6에서 도 5에서 선택된 최적해인 OS, OT, OE에 해당하는 설계변수인 9개 교량그룹 유지관리 목표성능을 확인할 수 있다. In FIG. 6, the target performance of nine bridge groups maintenance, which is a design variable corresponding to the optimal solution selected from FIG. 5, O S , O T , and O E , may be confirmed.
단계(S227)에서 선택된 각 설계변수의 최적해가 해당 교량그룹의 유지관리 목표성능으로 결정될 수 있다.The optimal solution of each design variable selected in step S227 may be determined as the maintenance target performance of the bridge group.
다시 도 2를 참고하면, 결정부(140)는 단계(S227)에서 계산된 각 교량그룹의 유지관리 목표성능에 기초하여 해당 교량그룹에 속하는 중소 개별교량의 유지관리 목표 성능을 결정할 수 있다(S230). 예를 들어 교량그룹에 포함되는 각 개별교량이 직렬로 연결되어 있고, 개별교량 간에 완전상관관계에 있다고 가정하면, 개별교량의 유지관리 목표 성능은 해당 교량이 속해있는 교량그룹의 유지관리 목표 성능과 동일하게 결정할 수 있다. 따라서 도 6에 예시한 교량그룹 2의 최적유지관리 목표 성능이 OS에 의해 0.9960으로 정해지면, 교량그룹 2에 속한 개별교량의 유지관리 목표 성능도 0.9960으로 결정한다.Referring back to FIG. 2, the
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The embodiments described above may be implemented as hardware components, software components, and / or combinations of hardware components and software components. For example, the devices, methods, and components described in the embodiments may include, for example, processors, controllers, arithmetic logic units (ALUs), digital signal processors, microcomputers, field programmable gates (FPGAs). It may be implemented using one or more general purpose or special purpose computers, such as an array, a programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. The processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of the software. For convenience of explanation, one processing device may be described as being used, but one of ordinary skill in the art will appreciate that the processing device includes a plurality of processing elements and / or a plurality of types of processing elements. It can be seen that it may include. For example, the processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller. In addition, other processing configurations are possible, such as parallel processors.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the above, and may configure the processing device to operate as desired, or process independently or collectively. You can command the device. Software and / or data may be any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device in order to be interpreted by or to provide instructions or data to the processing device. Or may be permanently or temporarily embodied in a signal wave to be transmitted. The software may be distributed over networked computer systems so that they may be stored or executed in a distributed manner. The software and data may be stored on one or more computer readable recording media.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be embodied in the form of program instructions that can be executed by various computer means and recorded in a computer readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions recorded on the media may be those specially designed and constructed for the purposes of the embodiments, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic disks, such as floppy disks. Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine code generated by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art may apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques may be performed in a different order than the described method, and / or components of the described systems, structures, devices, circuits, etc. may be combined or combined in a different form than the described method, or other components. Or, even if replaced or substituted by equivalents, an appropriate result can be achieved.
110: 모델링부
120: 입력데이터처리부
130: 계산부
140: 결정부110: modeling unit
120: input data processing unit
130: calculation unit
140: decision
Claims (10)
계산부가 상기 모델링된 중소교량 네트워크의 성능을 평가하기 위한 복수의 성능지표에 대응하는 복수의 목적함수와 상기 복수의 교량그룹의 유지관리 목표성능을 설계변수로 구성되는 다목적 최적화 문제의 해를 계산하는 단계
를 포함하고,
상기 중소교량 네트워크로 모델링하는 단계는,
상기 중소교량 네트워크 대상지역 내의 제1 지점과 제2 지점을 연결하는 복수의 연결경로를 결정하는 단계, 그리고
상기 결정된 복수의 연결경로를 구성하는 복수의 링크별로 중소 개별교량을 그룹핑하는 단계
를 포함하며,
상기 복수의 성능지표에 대응하는 복수의 목적함수는 중소교량 네트워크의 연결신뢰성을 기반으로 하는 네트워크 성능지표(Pc), 여유도를 기반으로 하는 네트워크 성능지표(Rc), 사용자비용을 기반으로 하는 네트워크 성능지표(Uc) 및 유지관리비용을 기반으로 하는 네트워크 성능지표(Mc)에 대응하는 아래 수학식1, 수학식3 , 수학식7 및 수학식8로 표현되고,
[수학식 1]
여기서 Nc는 상기 복수의 교량그룹의 연결유무에 따른 총 개의 경우의 수에서 네트워크 연결가능 총 경우의 수이고, Nb는 교량그룹의 총 개수이며, Pb,i는 Nc에서 i번째 경우가 발생할 확률로서 아래 수학식 2에 의해 계산되며,
[수학식 2]
여기서 Ps,i는 j번째 교량그룹의 연결가능 확률이고, 는 연결가능한 교량그룹의 집합이며, Ns는 의 요소개수로 연결 가능한 교량그룹의 개수이고, 는 연결이 불가능한 교량의 집합이며, Nf는 의 요소개수로 연결 불가능한 교량그룹의 개 수를 나타내고,
[수학식 3]
여기서, Nb는 교량그룹의 총 개수, Poc,i는 i번째 교량그룹만 연결기능이 상실될 확률, 그리고 RIi는 i번째 교량그룹의 연결상실로 인한 여유도 지표이고, Poc,i는 아래 수학식 4에 의해 계산되며, RIi는 아래 수학식 5에 의해 계산되고,
[수학식 4]
[수학식 5]
여기서 βc는 수학식 1의 Pc에 해당하는 신뢰도 지수로 아래 수학식 6에 의해 구해지며, βc,i는 i번째 교량그룹의 연결상실로 인한 네트워크 성능지표에 해당하는 신뢰도지수이고,
[수학식 6]
Φ-1은 정규역누적분포함수(Normal inverse cumulative distribution function)이고,
[수학식 7]
여기서, Uct,i는 Nc의 경우 중 i번째 경우에서 경로이동시 요구되는 시간에 대한 비용, Ucv,i는 i번째 경로사용 시 요구되는 연료에 대한 비용을 나타내며,
[수학식 8]
여기서 Si는 i번째 교량그룹에 포함된 개별교량의 길이의 합인 중소교량 네트워크의 유지관리 최적성능목표 결정 방법.Modeling unit modeling a plurality of small and medium individual bridges located in the target area of the small and medium bridge network into a small and medium bridge network composed of a plurality of bridge groups grouped according to a predetermined criterion; and
A calculation unit calculates a solution of a multipurpose optimization problem consisting of a plurality of objective functions corresponding to a plurality of performance indicators for evaluating the performance of the modeled small and medium bridge network and a maintenance target performance of the plurality of bridge groups. step
Including,
Modeling with the small and medium bridge network,
Determining a plurality of connection paths connecting the first point and the second point in the target area of the small and medium bridge network; and
Grouping small and medium individual bridges for each of a plurality of links constituting the determined plurality of connection paths;
Including;
The plurality of objective functions corresponding to the plurality of performance indicators are based on the network performance indicator (P c ) based on the connection reliability of the small and medium bridge network, the network performance indicator (R c ) based on the margin, and the user cost. Equation 1, Equation 3, Equation 7 and Equation 8 corresponding to the network performance indicator (M c ) based on the network performance indicator (U c ) and maintenance cost to
[Equation 1]
Where N c is the total number of bridge groups Is the total number of network connectable cases in the number of cases, N b is the total number of bridge groups, P b, i is the probability of occurrence of the i th case in N c , and is calculated by Equation 2 below.
[Equation 2]
Where P s, i is the connectable probability of the jth bridge group, Is the set of connectable bridge groups, and N s is The number of bridge groups that can be connected by the number of elements of Is the set of bridges that are not reachable, and N f is Represents the number of bridge groups that cannot be connected by the number of elements of
[Equation 3]
Here, N b is the total number of the bridge group, P oc, i is the i-th bridge group only chance of a connection failure, and RI i is also free due to connection loss of the i-th bridge group indices, P oc, i Is calculated by Equation 4 below, RI i is calculated by Equation 5 below,
[Equation 4]
[Equation 5]
Β c is a reliability index corresponding to P c of Equation 1, and is obtained by Equation 6 below. Β c, i is a reliability index corresponding to network performance index due to loss of connection of the i th bridge group.
[Equation 6]
Φ -1 is the normal inverse cumulative distribution function,
[Equation 7]
Where U ct, i represents the cost for the time required to travel the route in the i th case of N c , and U cv, i represents the cost for the fuel required to use the i th route,
[Equation 8]
Where Si is the sum of the lengths of the individual bridges included in the i-th bridge group.
상기 다목적 최적화 문제는 상기 연결신뢰성을 기반으로 하는 네트워크 성능지표(Pc)의 평균값 최대화, 상기 여유도를 기반으로 하는 네트워크 성능지표(Rc)의 평균값 최대화, 상기 사용자비용을 기반으로 하는 네트워크 성능지표(Uc)의 평균값 최소화 및 상기 유지관리비용을 기반으로 하는 네트워크 성능지표(Mc)의 평균값 최소화를 목적으로 하는 중소교량 네트워크의 유지관리 최적성능목표 결정 방법.In claim 3,
The multi-purpose optimization problem may include maximizing an average value of the network performance indicator (P c ) based on the connection reliability, maximizing an average value of the network performance indicator (R c ) based on the margin, and network performance based on the user cost. A method for determining the optimal performance target for maintenance of small and medium bridge networks aimed at minimizing the average value of the indicator U c and minimizing the average value of the network performance indicator M c based on the maintenance cost.
상기 설계변수의 개수는 상기 복수의 교량그룹의 개수와 동일하고, 아래 수학식 9에 의해 표현되고,
[수학식 9]
Pall, i는 i번째 교량그룹에 대응하는 설계변수이고, Ps,i는 i번째 교량그룹의 연결가능확률이며, 상기 Ps,i의 제한 조건은 하한값 0.9에서 상한값 0.9999로 제한하는 중소교량 네트워크의 유지관리 최적성능목표 결정 방법.In claim 4,
The number of design variables is equal to the number of bridge groups and is represented by Equation 9 below.
[Equation 9]
Pall, i is the design variable corresponding to the i-th bridge group, P s, i is the probability of connection of the i-th bridge group, and the constraint condition of P s, i is the small and medium bridge network that limits from the lower limit 0.9 to the upper limit 0.9999. To determine optimal performance objectives
상기 다목적 최적화 문제의 해를 계산하는 단계는,
상기 다목적 최적화 문제의 다수의 해인 파레토 해(Pareto optimal set)를 구하는 단계,
상기 복수의 목적함수에 대해 가중치를 계산하는 단계, 그리고
상기 계산된 가중치를 미리 정해진 다중 속성 의사 결정 방법을 선택하여 적용하여 상기 파레토 해에서 하나의 해를 선택하는 단계
를 포함하는 중소교량 네트워크의 유지관리 최적성능목표 결정 방법.In claim 5,
Computing the multipurpose optimization problem,
Obtaining a Pareto optimal set, which is a plurality of solutions of the multipurpose optimization problem,
Calculating weights for the plurality of objective functions, and
Selecting one solution from the Pareto solution by applying the calculated weight by selecting a predetermined multi-property decision method;
Method for determining the optimal performance maintenance of small and medium bridge network comprising a.
상기 중소 개별교량의 유지관리 목표 성능은 상기 중소 개별교량이 속해있는 교량그룹의 유지관리 목표 성능으로 결정되는 중소교량 네트워크의 유지관리 최적성능목표 결정 방법.In claim 3,
The maintenance target performance of the small and medium individual bridge is determined by the maintenance target performance of the bridge group to which the small and medium individual bridge belongs.
상기 모델링된 중소교량 네트워크의 성능을 평가하기 위한 복수의 성능지표에 대응하는 복수의 목적함수와 상기 복수의 교량그룹의 유지관리 목표성능을 설계변수로 구성되는 다목적 최적화 문제의 해를 계산하는 계산부
를 포함하고,
상기 모델링부는,
상기 중소교량 네트워크 대상지역 내의 제1 지점과 제2 지점을 연결하는 복수의 연결경로를 결정하고, 상기 결정된 복수의 연결경로를 구성하는 복수의 링크별로 중소 개별교량을 그룹핑하며,
상기 복수의 성능지표에 대응하는 복수의 목적함수는 중소교량 네트워크의 연결신뢰성을 기반으로 하는 네트워크 성능지표(Pc), 여유도를 기반으로 하는 네트워크 성능지표(Rc), 사용자비용을 기반으로 하는 네트워크 성능지표(Uc) 및 유지관리비용을 기반으로 하는 네트워크 성능지표(Mc)에 대응하는 아래 수학식1, 수학식3 , 수학식7 및 수학식8로 표현되고,
[수학식 1]
여기서 Nc는 상기 복수의 교량그룹의 연결유무에 따른 총 개의 경우의 수에서 네트워크 연결가능 총 경우의 수이고, Nb는 교량그룹의 총 개수이며, Pb,i는 Nc에서 i번째 경우가 발생할 확률로서 아래 수학식 2에 의해 계산되며,
[수학식 2]
여기서 Ps,i는 j번째 교량그룹의 연결가능 확률이고, 는 연결가능한 교량그룹의 집합이며, Ns는 의 요소개수로 연결 가능한 교량그룹의 개수이고, 는 연결이 불가능한 교량의 집합이며, Nf는 의 요소개수로 연결 불가능한 교량그룹의 개 수를 나타내고,
[수학식 3]
여기서, Nb는 교량그룹의 총 개수, Poc,i는 i번째 교량그룹만 연결기능이 상실될 확률, 그리고 RIi는 i번째 교량그룹의 연결상실로 인한 여유도 지표이고, Poc,i는 아래 수학식 4에 의해 계산되며, RIi는 아래 수학식 5에 의해 계산되고,
[수학식 4]
[수학식 5]
여기서 βc는 수학식 1의 Pc에 해당하는 신뢰도 지수로 아래 수학식 6에 의해 구해지며, βc,i는 i번째 교량그룹의 연결상실로 인한 네트워크 성능지표에 해당하는 신뢰도지수이고,
[수학식 6]
Φ-1은 정규역누적분포함수(Normal inverse cumulative distribution function)이고,
[수학식 7]
여기서, Uct,i는 Nc의 경우 중 i번째 경우에서 경로이동시 요구되는 시간에 대한 비용, Ucv,i는 i번째 경로사용 시 요구되는 연료에 대한 비용을 나타내며,
[수학식 8]
여기서 Si는 i번째 교량그룹에 포함된 개별교량의 길이의 합이고,
상기 다목적 최적화 문제는 상기 연결신뢰성을 기반으로 하는 네트워크 성능지표(Pc)의 평균값 최대화, 상기 여유도를 기반으로 하는 네트워크 성능지표(Rc)의 평균값 최대화, 상기 사용자비용을 기반으로 하는 네트워크 성능지표(Uc)의 평균값 최소화 및 상기 유지관리비용을 기반으로 하는 네트워크 성능지표(Mc)의 평균값 최소화를 목적으로 하고,
상기 설계변수의 개수는 상기 복수의 교량그룹의 개수와 동일하고, 아래 수학식 9에 의해 표현되며,
[수학식 9]
Pall, i는 i번째 교량그룹에 대응하는 설계변수이고, Ps,i는 i번째 교량그룹의 연결가능확률이며, 상기 Ps,i의 제한 조건은 하한값 0.9에서 상한값 0.9999로 제한하고,
상기 계산부는, 상기 다목적 최적화 문제의 해를 계산하기 위해서, 상기 다목적 최적화 문제의 다수의 해인 파레토 해(Pareto optimal set)를 구하고, 상기 복수의 목적함수에 대해 가중치를 계산하며, 상기 계산된 가중치를 미리 정해진 다중 속성 의사 결정 방법을 선택하여 적용하여 상기 파레토 해에서 하나의 해를 선택하고,
상기 중소 개별교량의 유지관리 목표 성능은 상기 중소 개별교량이 속해있는 교량그룹의 유지관리 목표 성능으로 결정하는 결정부
를 더 포함하는 중소교량 네트워크의 유지관리 최적성능목표 결정 시스템.Modeling unit for modeling a small and medium bridge network consisting of a plurality of bridge groups grouping a plurality of small and medium individual bridges located in the target area of the small and medium bridge network according to a predetermined standard, and
A calculation unit for calculating a solution of the multi-purpose optimization problem consisting of a plurality of objective functions corresponding to a plurality of performance indicators for evaluating the performance of the modeled small and medium bridge network and the maintenance target performance of the plurality of bridge groups as a design variable
Including,
The modeling unit,
Determining a plurality of connection paths connecting the first point and the second point in the target area of the small bridge network, grouping the small and medium individual bridges for each of the plurality of links constituting the determined plurality of connection paths;
The plurality of objective functions corresponding to the plurality of performance indicators are based on the network performance indicator (P c ) based on the connection reliability of the small and medium bridge network, the network performance indicator (R c ) based on the margin, and the user cost. Equation 1, Equation 3, Equation 7 and Equation 8 corresponding to the network performance indicator (M c ) based on the network performance indicator (U c ) and maintenance cost to
[Equation 1]
Where N c is the total number of bridge groups Is the total number of network connectable cases in the number of cases, N b is the total number of bridge groups, P b, i is the probability of occurrence of the i th case in N c , and is calculated by Equation 2 below.
[Equation 2]
Where P s, i is the connectable probability of the jth bridge group, Is the set of connectable bridge groups, and N s is The number of bridge groups that can be connected by the number of elements of Is the set of bridges that are not reachable, and N f is Represents the number of bridge groups that cannot be connected by the number of elements of
[Equation 3]
Here, N b is the total number of the bridge group, P oc, i is the i-th bridge group only chance of a connection failure, and RI i is also free due to connection loss of the i-th bridge group indices, P oc, i Is calculated by Equation 4 below, RI i is calculated by Equation 5 below,
[Equation 4]
[Equation 5]
Β c is a reliability index corresponding to P c of Equation 1, and is obtained by Equation 6 below. Β c, i is a reliability index corresponding to network performance index due to loss of connection of the i th bridge group.
[Equation 6]
Φ -1 is the normal inverse cumulative distribution function,
[Equation 7]
Where U ct, i represents the cost for the time required to travel the route in the i th case of N c , and U cv, i represents the cost for the fuel required to use the i th route,
[Equation 8]
Where Si is the sum of the lengths of the individual bridges in the i-th bridge group,
The multi-purpose optimization problem may include: maximizing an average value of the network performance indicator (P c ) based on the connection reliability, maximizing an average value of the network performance indicator (R c ) based on the margin, and network performance based on the user cost To minimize the average value of the indicator (U c ) and to minimize the average value of the network performance indicator (M c ) based on the maintenance cost,
The number of design variables is equal to the number of bridge groups and is represented by Equation 9 below.
[Equation 9]
Pall, i is a design variable corresponding to the i-th bridge group, P s, i is the connectable probability of the i-th bridge group , the constraint condition of the P s, i is limited from the lower limit 0.9 to the upper limit 0.9999,
The calculator calculates a Pareto optimal set, which is a plurality of solutions of the multipurpose optimization problem, calculates weights for the plurality of objective functions, and calculates the weighted values to calculate the solution of the multipurpose optimization problem. Select and apply a predetermined multi-property decision method to select one solution from the Pareto solution,
The determination unit for determining the maintenance target performance of the small and medium individual bridges is determined by the maintenance target performance of the bridge group to which the small and medium individual bridge belongs
Maintenance optimal performance target determination system of small and medium bridge network further comprising.
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