使用遗传算法确定多病害下最佳桥梁养护技术组合的方法技术

本发明专利技术属于桥梁养护领域，具体涉及一种使用遗传算法确定多病害下最佳桥梁养护技术组合的方法。本发明专利技术的技术方案如下：包括如下步骤：(1)确定养护技术清单优选指标：成本指标，使用寿命，适用指数；(2)分别对养护技术的成本指标、适应指数以及使用寿命进行数据初处理，归一化；(3)采用G1法确定各指标权重值；(4)由归一化数据建立各指标的系数矩阵；(5)引入决策矩阵，建立遗传算法多目标优化模型，进而确定多病害下桥梁最优养护技术清单。本发明专利技术提供的使用遗传算法确定多病害下最佳桥梁养护技术组合的方法，适用范围广、原理简单、使用方便、可靠性好。

【技术实现步骤摘要】
使用遗传算法确定多病害下最佳桥梁养护技术组合的方法
本专利技术属于桥梁养护领域，具体涉及一种使用遗传算法确定多病害下最佳桥梁养护技术组合的方法。
技术介绍
随着经济的发展，中国建设了大量的基础设施，桥梁作为交通公路网络的连接点，也被大量的修建。截止到2017年末，中国已经建设了83.25万座公路桥梁，总里程达到5225.62万米。在2013年到2017年的5年间，中国大陆新建了9.72万座桥梁，新增里程数达到了1247.82万米。现在中国依旧是集中大量的精力去修建新的桥梁，但随着时间的推移，新建桥梁的数目会逐渐减少，需要养护的桥梁会逐渐增多。因此，桥梁养护在桥梁建设中的地位越来越重要。目前，在桥梁养护工作中，在确定高速公路混凝土桥梁多病害下最佳养护技术组合时，决策者通常以养护技术的成本指标来决定采用何种养护技术。但是，由于病害的恶化情况不同，养护技术的使用寿命和适用情况也不同，决策者仅以养护成本优选出来的养护技术在长期的养护过程中可能因为多次施用综合性能较差的养护技术而增加成本。因此，建立一种可综合考虑养护技术多重属性的养护技术优选方法十分必要。
技术实现思路
本专利技术提供一种使用遗传算法确定多病害下最佳桥梁养护技术组合的方法，适用范围广、原理简单、使用方便、可靠性好。本专利技术的技术方案如下：使用遗传算法确定多病害下最佳桥梁养护技术组合的方法，包括如下步骤：(1)确定桥梁养护技术清单的优选指标：根据指标相互独立、互不关联的原则，选取成本指标、使用寿命及适用指数为多病害下高速公路混凝土桥梁养护技术清单优选指标；(2)分别对养护技术的成本指标、使用寿命及适应指数进行数据初处理，归一化：根据病害的工程量和病害的实际恶化程度对各优选指标进行初处理，而后利用对数函数转换对各优选指标初处理值进行归一化处理，以得到同一量纲下各优选指标归一化值；(3)采用G1法(即序关系分析法)确定各优选指标权重值：由专家或决策者确定各优选指标重要性排序，由此确定优选指标序关系式，之后利用G1法相关公式确定各优选指标的权重值；(4)由归一化数据建立各优选指标的系数矩阵：根据病害的数量以及针对病害养护技术的最大数量确定决策矩阵；(5)引入决策矩阵，建立遗传算法多目标优化模型，进而求解出多病害下的最佳养护技术组合：由权重值、各优选指标系数矩阵以及决策矩阵确定最优化模型的目标函数以及约束条件；给出适应度函数、初始群体、交配变异概率以及终止准则寻找该模型的最优解；其中决策矩阵中的每个变量的取值范围为0或1。进一步地，所述的使用遗传算法确定多病害下最佳桥梁养护技术组合的方法，所述步骤(3)中，采用G1法确定各优选指标权重值的具体步骤为：1)由专家或决策者确定各优选指标重要性排序，由此确定优选指标序关系式；2)给出重要性程度相邻两指标相对重要程度的比较判断；3)采用G1法相关公式依次计算各优选指标的权重值。进一步地，所述的使用遗传算法确定多病害下最佳桥梁养护技术组合的方法，所述步骤(4)中，建立各优选指标系数矩阵的具体步骤为：a)根据桥梁养护部门检测的桥梁病害种类、病害标度及形成多病害对应的桥梁养护技术清单，统计病害的数目和病害对应的养护技术数目；b)令各优选指标系数行数等于病害数量，列数等于所有病害对应养护技术的数量最大值；c)分别将各优选指标数据归一化处理后的无量纲值代入系数矩阵中，空出的元素记为0，得到成本指标、使用寿命及适应指数的系数矩阵。进一步地，所述的使用遗传算法确定多病害下最佳桥梁养护技术组合的方法，所述步骤(5)中，遗传算法多目标优化模型建立及求解的具体步骤为：Ⅰ)令决策矩阵行数等于所有病害对应养护技术的数量最大值，列数等于病害数量，且令其每一列和为1；Ⅱ)由三个优选指标的权重值、系数矩阵以及决策矩阵列出最优化模型的目标函数以及约束条件；Ⅲ)给出适应度函数、初始群体、交叉变异概率以及终止准则采用遗传算法以求解该模型的最优解，并由此给出多病害下的最佳养护技术组合。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术根据养护技术的特征，筛选科学、合理的评价指标(即成本指标、有效寿命、适用指数)对多病害下的养护技术进行综合评选；相对于仅凭成本或专家经验进行病害养护决策，本专利技术提供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、科学地制定桥梁养护计划；2、本专利技术采用G1法(序关系分析法)分配各优选指标的权重，结合多位专家的意见并采用数值分析的方法极大地排除了专家的主观因素，较为客观的通过权重反应工程实际中养护部门对各优选指标的重视程度；3、本专利技术对各优选指标进行归一化处理，使不同量级和量纲的优选指标可以相互比较，以排除量级不同从而影响分析结果的可能，从而实现了多病害下的桥梁养护技术多类型、多量级指标的综合评选；4、本专利技术采用遗传算法多目标模型，将实际问题转化为求解数值优化问题，使决策结果更加科学客观；采用遗传算法求解优化模型，原理简单，具有很好的收敛性；所建立的模型为矩阵模型，可以很好的与计算机计算软件结合。附图说明图1为使用遗传算法确定多病害下最佳桥梁养护技术组合的方法的流程图。具体实施方式以下将结合说明书附图对本专利技术做进一步详细说明。本专利技术提供的确定多病害下最佳养护技术组合的方法所针对的是高速公路混凝土桥梁，其可综合考虑养护技术多重属性，优选混凝土桥梁最优的养护技术组合。如图1所示，本专利技术的详细步骤为：1.步骤101：确定养护技术清单优选指标；根据指标相互独立、互不关联的原则，选取成本指标、使用寿命及适用指数为多病害下高速公路混凝土桥梁养护技术清单优选指标；2.步骤102：分别对养护技术的成本指标、使用寿命及适应指数进行数据初处理，归一化：根据各优选指标特征对其进行初处理，而后利用对数函数转换进行归一化处理；(1)优选指标初处理1)成本指标按照式(1)进行处理：C0i＝tici(1)式中：C0i—成本指标初处理值；i—养护技术类型；ti—养护技术i的工程量；ci—养护技术i的单价；2)使用寿命的初处理使用寿命指标无需进行初处理，直接进行使用；3)适用指数初处理适用指数按照式(2)进行处理：A0i＝5-|DAj-TAi|(2)式中：A0i—适用指数初处理值；DAj—病害j的标度，此数值根据桥梁检测结果得出；TAi—养护技术i适用的病害标度，此数值根据多位桥梁养护专家根据经验给出；(2)优选指标值归一化处理成本指标采用式(3)对数据进行处理：式中：Di—养护技术i指标归一化值；di—养护技术i指标初处理值；3.步骤103：采用G1法(即序关系分析法)确定各优选指标权重值：由专家或决策者确定各优选指标重要性排序，由此确定优选指标序关系式，之后利用序关系分析法相关公式确定各优选指标的权重值；(1)确定序关系若评价指标xi相对于某评价准则(或目标)的重要性程度大于(或不小于)xj时，则记为若评价指标x1，x2，…，xm相对于某评价准则(或目标)具有关系式：时，则称评价指标x1，x2，…，xm之间按确立了序关系；这里x1*表示{x1}按序关系排定顺序后的第i个评价指标(i＝1,2,…m)；对于评价指标集{x1，x2，…，xm}，可按下述步骤建立序关系：a.专家(或决策者)在指标集{x1，x2，··，xm}中，选出认为是最重要(关于某评价准则本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.使用遗传算法确定多病害下最佳桥梁养护技术组合的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)确定桥梁养护技术清单的优选指标：根据指标相互独立、互不关联的原则，选取成本指标、使用寿命及适用指数为多病害下高速公路混凝土桥梁养护技术清单优选指标；(2)分别对养护技术的成本指标、使用寿命及适应指数进行数据初处理，归一化：根据病害的工程量和病害的实际恶化程度对各优选指标进行初处理，而后利用对数函数转换对各优选指标初处理值进行归一化处理，以得到同一量纲下各优选指标归一化值；(3)采用G1法确定各优选指标权重值：由专家或决策者确定各优选指标重要性排序，由此确定优选指标序关系式，之后利用G1法相关公式确定各优选指标的权重值；(4)由归一化数据建立各优选指标的系数矩阵：根据病害的数量以及针对病害养护技术的最大数量确定决策矩阵；(5)引入决策矩阵，建立遗传算法多目标优化模型，进而求解出多病害下的最佳养护技术组合：由权重值、各优选指标系数矩阵以及决策矩阵确定最优化模型的目标函数以及约束条件；给出适应度函数、初始群体、交配变异概率以及终止准则寻找该模型的最优解；其中决策矩阵中的每个变量的取值范围为0或1。

【技术特征摘要】
1.使用遗传算法确定多病害下最佳桥梁养护技术组合的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)确定桥梁养护技术清单的优选指标：根据指标相互独立、互不关联的原则，选取成本指标、使用寿命及适用指数为多病害下高速公路混凝土桥梁养护技术清单优选指标；(2)分别对养护技术的成本指标、使用寿命及适应指数进行数据初处理，归一化：根据病害的工程量和病害的实际恶化程度对各优选指标进行初处理，而后利用对数函数转换对各优选指标初处理值进行归一化处理，以得到同一量纲下各优选指标归一化值；(3)采用G1法确定各优选指标权重值：由专家或决策者确定各优选指标重要性排序，由此确定优选指标序关系式，之后利用G1法相关公式确定各优选指标的权重值；(4)由归一化数据建立各优选指标的系数矩阵：根据病害的数量以及针对病害养护技术的最大数量确定决策矩阵；(5)引入决策矩阵，建立遗传算法多目标优化模型，进而求解出多病害下的最佳养护技术组合：由权重值、各优选指标系数矩阵以及决策矩阵确定最优化模型的目标函数以及约束条件；给出适应度函数、初始群体、交配变异概率以及终止准则寻找该模型的最优解；其中决策矩阵中的每个变量的取值范围为0或1。2.根据权利要求1所述的使用遗传算法确定多病害下最佳桥梁养护技术组合的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，采用G1法确定各优选指...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐锡晶，唐梁，康伟鑫，廖若寒，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21