聂仁冲
周村公路事业服务中心 山东理工大学 山东淄博 255000
摘要：在新时代下，如何处理好道路与车辆的关系尤为重要，只有立足实践，借助新型科技术成果让高速公路体现智慧化特点，能够得到基本的日常养护，而目前对路面检测数据的分析水平存在严重滞后。信息技术的高级处理优势可以满足高速公路质检的巨量化需要，作为一项处理工具，可以结合大数据的功能，更有针对性地做好道路维修养护，帮助管理人员进行决策。本文结合日常养护管理中收集的交通大数据，采用建立模型的方式，对数据进行分析处理，更科学的制定了养护资金分配方式，提高了管理效率。
关键字：大数据；预防性养护；算法模型；决策优化
1、预防性养护
随着我国经济的飞速发展，高速公路建设规划时预测的交通量增长速度通常会低于实际交通量增长水平，导致路面累计轴载作用次数达到或超过路面设计的标准，使其过早发生路面病害。预防性养护是为了维持路面的良好功能，预防性道路养护的最明显特征为周期性、阶段性，和其他维护方式相比具有较高的养护频率。
在大规模建设时期，即使养护已有路网，对于保持道路完好率、防治早期破坏、控制养护成本尤为关键。在对路面养护决策进行优化的过程中，往往需要对同一个项目在实施不同养护措施（单年）或养护计划（多年）后的结果进行比较，以选出一个最佳的养护计划。
2.大数据分析与预防养护时机选取。《公路养护技术规范》规定，高速公路和一级公路的路面强度系数应该在一定标准内，通常为0.8以上。结合这一规定，我国在采取道路养护措施时，需要充分考虑到强度系数，结合取值范围实施行之有效的预防和养护措施，从而提高预期寿命，降低损耗，改善路况。养护时机指标包括：路面状况指数（PCI）与行驶质量指数（RQI）等。结合大数据分析，建立养护优化模型有助于在最佳的时机采取最合适的养护方案，从而达到在有限的资金最大限度延长公路使用寿命的目的。
养护决策优化就是指在五年或十年规划期内，以分析初年路网现状为基础，逐年使用使用性能预估模型，对分析期内每一年达到使用寿命末期的道路确定维修对策和相应的维修费用、维修效益，通过在时间、空间上统筹考虑路网内各个项目、项目的各个可行维修对策和项目实施时机在整个规划期内的分布，获得在预算资金约束下，路网获得最大维修效益的项目维修时间表。根据这一含义，可建立养护决策优化模型的表达形式。
3.优化模型的建立
目标函数：
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式中，表示维修项目维修后总的维修效益；表示项目i在第t年里用j方法进行维修时所获得的效益；表示项目i在第t年里用j方法进行维修时的费用；为规划期里总的预算资金；和分别为t年最大和最小投资额度，为规划期长，一般为5年或10年；N表示路网内共有N个道路管理单元；m表示对于任一个维修项目共有m种维修对策。
路网内路段众多，每个路段可能的维修对策不止一个，因此，需要采取一些近似求解的方法先进行简化，然后再进行求解，可进行如下等式变换：
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式中，为第t年使用的预算资金，为第t年的维修效益。
可以在各种资金分配方式中选择一个维修总效益最大的方式作为规划期内的投资方式，相应的维修策略为最终优化结果。通过这种方法，将一个大问题分解为若干个小问题，使得计算工作简化。实际上，这种简化方式与道路管理部门在日常工作中制定规划期预算资金一定时的维修改建时间表的思路相吻合的，道路管理部门首先根据以往的工作经验，对每年的预算资金进行分配，分配资金时，尽量降低各年分配资金的不均匀性；然后，在各年分配预算资金的基础上安排各年的维修项目，各年维修项目的安排应使得该预算资金分配方式达到最大的维修效益；最后，根据维修项目安排情况，对各年资金的分配方式进行调整，并再次重新安排维修项目。
规划期内每年的资金分配模型如下：
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式中n是路网里总的项目数，m是指某一项目共有m种维修方式，表示在第t年，第i个项目采用第j种维修方式进行维修，表示在第t年，第i个项目不采用第j种维修方式进行维修，表示在第t年，对于第i个维修项目，采取维修对策j进行维修时，所能获得的效益，表示在第t年，对于第i个维修项目，采取维修对策j进行维修时，所需要的维修费用，表示第t年的投资资金，T为规划期长。
养护决策优化模型中主要的设计参数包括：规划期里总预算资金、规划期各年最少、最大投资资金、规划期各年投资资金变化的步长以及与遗传算法有关的复制率、变异率、交叉率等。
4.优化模型求解
所谓优化模型的求解就是基于某种思想和机制，通过一定的途径或规则得到满足用户要求的问题的解的方法。目前常用的优化算法主要包括经典算法（如线性规划、动态规划）、构造算法、迭代算法（如牛顿迭代法）以及演化算法（如遗传算法、神经网络）等。规划期里，各年资金分配形式确定的情况下，在任一阶段，针对路网的具体状况，可以采用不同的维修策略，每种维修策略对应着不同的维修效果和维修费用，在下一分析阶段，路网状况是与上一阶段的维修策略相联系的，同时，在这一阶段，又可以有不同的维修策略，各种策略的效果又与以后各阶段相联系，因此，固定每年的资金分配形式下，路网规划期维修策略的形成是一个每一阶段相互联系的多阶段决策问题，是一个典型的动态规划过程，可采用动态规划进行求解。
5.结论
通过对某省2019年数据进行分析，经过养护决策优化后，预测十年内，各年平均PQI曲线变化如下图：
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由此可见，养护管理部门用较少的资金取得了更好的养护效果，而且在资金审批等操作上也更有可行性，可用于指导养护管理部门的日常工作。