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高速公路沥青路面养护决策的优化分析 作者：刘红玲 李明
来源：《新农村》2011年第24期
【摘 要】 高速公路沥青路面养护有着重要的意义，因此要实施养护决策优化，此种优化分析在遵循一定原则的基础上选取最优化合理的方法。
【关键词】 沥青路面；养护决策；优化分析
养护决策优化重要重要意义。所谓最优是指系统定义目标的最大化(效益等)或最小化(费用等)。目标最大化或最小化的函数称为目标函数。整个决策优化过程可以是无约束的，也可以是在给定资金约束和(或)期望路况约束下进行的。所谓高速公路沥青路面养护决策优化是指利用相关优化理论和方法，在养护资金和(或)期望路况的约束下，合理分配养护资金，制定养护方案和计划，使有限的养护资金发挥其最大的经济效益。
一，养护决策优化方法选择的原则
1，目的性原则：目的性原则是指对养护决策优化方法的本质特征、结构及其构成要素的客观描述，应为养护决策优化目的服务，衡量养护决策优化方法是否合理有效的一个重要标准是看它是否满足了养护决策优化的目的。
2，科学性原则：养护决策优化方法的科学性是确保养护决策准确合理的基础。
3，适用性原则：所采取的养护措施应是适用的、简便的、易于理解的和可操作性的，能够满足相关技术要求和其路面使用性能。
4，经济性原则：即在满足技术要求的前提下，所选择的养护措施应更经济，更节约，能在有限的养护资金下获取最大的经济效益并满足相关技术和性能要求。
二，养护决策优化的方法分析
根据决策是否优化，高速公路路面养护决策的方法分为非优化决策方法和优化决策方法。非优化决策方法是高速公路养护管理者早期使用的决策方法，主要用于高速公路小规模路网的路面养护决策。常用的方法有决策树和排序法。优化决策方法主要是指利用数学规划优化方法和人工智能优化方法对高速公路路面养护决策进行优化后再进行决策的方法。目前常用的数学规划优化方法有线性规划、近似优化、动态规划和马尔可夫决策规划;人工智能优化方法有人工神经网络、模糊集理、遗传算法等。总体上说，路面养护决策优化方法有两大类:静态优化和动态优化。静态优化主要是线性规划;动态优化主要是动态规划方法。
1，线性规划：线性规划问题是目标函数和约束条件都是线性的最优化问题，即在一定条件下，合理安排人力物力等资源，使经济效果达到最好。决策变量、约束条件、目标函数是线性规划的三要素。
对于高速公路沥青路面养护决策问题，其决策变量形式是主要资金的分配问题、养护的时间问题和(或)人员与机械的分配问题等;其约束条件形式主要是资金的有限性、材料的有限性和(或)人员与机械的有限性等;其优化目标函数形式主要是路网效益最大、养护费用最小和(或)养护质量水平最高等。在各种约束条件构造相应的线性规划模型，通过相应的求解方法，求出其最有解。
求解线性规划问题的基本方法是单纯形法，现在己有单纯形法的标准软件，可在电子计算机上求解约束条件和决策变量数达10000个以上的线性规划问题。为了提高解题速度，又有改进单纯形法、对偶单纯形法、原始对偶方法、分解算法和各种多项式时间算法。对于只有两个变量的简单的线性规划问题，也可采用图解法求解。这种方法仅适用于只有两个变量的线性规划问题。它的特点是直观而易于理解，但实用价值不大。通过图解法求解可以理解线性规划的一些基本概念。
2，动态规划：动态规划是运筹学的一个分支，是解决多阶段决策过程最优化问题的一种方法。1951年，美国数学家贝尔曼(R.Bellman)提出了解决这类问题的“最优化原则”，1957年发表了他的名著《动态规划》，该书是动态规划方面的第一本著作。能够采用动态规划方法求解的问题必须满足最优化原理(无论过去的状态和决策如何，对前面的决策所形成的状态而言，余下的诸决策必须构成最优策略的性质)和无后效性原则(某一阶段的状态一旦确定，则此后过程的演变不再受此前各状态及决策的影响)。
对于动态规划的求解算法，并不像线性规划的单纯形法那样存在一种通用的算法，一般的求解思想主要有逆序解法和顺序解法两类，具体的求解方法比较多，有常规算法、函数逼近法、状态轮换迭代法、时段轮换迭代法、微分动态规划法等，近年来许多研究学者又提出了动态规划的改进算法、并行算法、分层解法等新方法。动态规划有着自身的优点和存在的问题。
1)优点：通过把问题化成一串彼此不相关，结构相似的最优化问题，而这些子问题的变量个数比原问题少的多，约束集合也简单的多，所以较易确定其全局最优解；目前有相当多的最优化问题，动态规划是求出全局最优解的唯一方法；由于子问题可用穷举法求其解，利用动态规划时，和一般分析方法相反，对状态变量和决策变量限制越多，子问题的搜索区域就越小，解起来就越容易；动态规划方法求出的不仅是对整个过程的某一特定状态的一个求解，而且是对所有后部子过程的所有可能出现状态的一族解；动态规划方法反映了过程逐段演变的前后联系，较之非线性规划，它与过程的实际特征联系得更紧密，因而在计算中可以更有效的利用实践的经验，这样能提高求解的效率。
2)缺点：到目前为止，还没有一个统一的标准模型可供使用。实际问题不同，其动态规划模型可能差异，虽然理论上说可以把其数学规划问题化为动态规划模型来求解，但是这种转化的过程对于复杂的数学规划问题将变得十分困难。
状态变量必须满足“无后效性”条件，只这是一个相当强的条件，不少实际问题在取自然特征作为状态变量时，往往是不能满足这个条件的，降低了动态规划的通用性。
参考文献
［1］毛洪录，高速公路养护管理发展对策探讨【J】，中外公路，2004，05
［2］程珊珊，专家系统在路面养护管理中的应用研究及展望【J】，公路交通科技，2005，06
