项目级道路基础设施综合养护决策方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种项目级道路基础设施综合养护决策方法及系统，所述方法包括：确定分析对象，并获取分析对象的历史数据；对分析对象的历史数据进行分类，得到分类数据矩阵；基于分类数据矩阵进行预测分析，生成参数预测矩阵；确定全局优化目标函数、分析对象对应的权重系数以及分项处治费用；根据历史数据和参数预测矩阵、全局优化目标函数、分析对象对应的权重系数以及分项处治费用，进行综合养护决策计算，获得最优养护方案和养护时机，基于最优养护方案进行资金分配并对养护效果进行检验。本发明专利技术适用于不同项目级道路基础设施结构之间技术参数的综合养护决策以及相同项目级道路基础设施结构不同技术参数之间的综合养护决策。

Decision-Making Method and System for Comprehensive Maintenance of Project-Level Road Infrastructure

【技术实现步骤摘要】
项目级道路基础设施综合养护决策方法及系统
本专利技术涉及公路养护
，更具体地，涉及一种项目级道路基础设施综合养护决策方法及系统。
技术介绍
公路养护决策系统是公路道路基础设施养护信息化方面的核心，对公路基础设施养护起到重要的指导作用。在公路道路基础设施结构工程中，养护决策是提升结构性能养护的一种重要手段，其科学性和合理性也在工程界受到越来越多地青睐并得到广泛讨论。据交通运输部《2017年交通运输行业发展统计公报》显示，2017年末全国公路养护里程467.46万公里，占公路总里程477.35万公里的97.9％。面对庞大的道路基础设施养护需求，在有限的资金配置条件下，公路行业不得不追求道路基础设施养护效益的最大化，适宜的养护时间、养护措施、养护路段显著影响养护决策的科学性。为满足道路使用功能前提下经济性的最优目标要求，公路行业对公路道路基础设施的养护决策进行了大量的研究，主要围绕以下几个方面进行研究：1)结合客户预期目标和实际资金限制智能制定广泛区域的公路养护维护方案集，并考虑公路路网的未来参数指标变化；2)应用全寿命周期费用分析法对公路运营期内大修、大修+中修、大修+中修+预防性养护3种养护方案比较中，大修+中修+预防性养护方案费用最低、养护效果最为突出；3)公路道路基础设施预防性养护的最佳养护时机分析方法有灰色分析理论法等；4)根据指定的公路管理服务水平,建立道路基础设施养护决策方案规划算法模型，对路面养护决策方案进行优化,使其在指定的服务水平要求下,达到养护费用最小；5)通过分析养护工程性质、养护决策等影响因素，建立了养护决策树模型，并提出了基于决策树模型的无资金约束条件下养护需求分析流程及资金约束条件下最大性能水平的养护计划优化方法；6)针对养护决策优化中指定资金约束下的养护方案优选问题，以养护费用关系为基础，利用动态规划原理和路况状态转移概率计算模型制定指定资金约束条件下的公路养护决策；7)以多年度项目级养护规划为研究对象,提出了以养护路段为单位的项目级养护规划决策流程。结合管养工作中对资金及目标双重约束条件下的养护规划需求，针对资金规划中的养护方案优化阶段，建立多年度规划条件下的“资金-目标”双优化法决策流程及资金排序优化方法；8)计算分析道路基础设施性能的影响权重，采用模糊综合评价法建立养护决策体系，计算得到各路段与技术状况等级之间的关联度，根据最大关联度原则可评判技术状况等级；9)借助交通负荷引起的道路破损指数(LDR指数)，建立多目标养护决策模型。通过对以上方法进行分析，现有技术中存在以下问题：一般针对单指标参数建立养护决策，而且采用单养护模式，无相应的不同和/或相同道路基础设施参数之间的养护决策模型，而且项目级道路基础设施养护规划与现有规范的结合不够，较难得到科学、合理的养护方案，难以综合评定项目级道路基础设施结构之间或同一结构物不同参数之间的养护决策。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的项目级道路基础设施综合养护决策方法及系统。第一方面，本专利技术实施例提供一种项目级道路基础设施综合养护决策方法，包括：确定综合养护决策优化的分析对象，并获取所述分析对象在时间维度上的历史数据，生成基于时间序列的原始数据矩阵；依据现有道路基础设施性能评价规范、标准设定的性能参数区间范围或用户自定义的参数区间范围对所述历史数据进行分类，得到分类数据矩阵；基于所述分类数据矩阵进行预设未来目标周期内的技术参数状况预测分析，生成基于时间序列的参数预测矩阵；确定全局优化目标函数、所述分析对象对应的权重系数以及所述分析对象对应的分项处治费用；根据所述原始数据矩阵和参数预测矩阵、全局优化目标函数、分析对象对应的权重系数以及分析对象对应的分项处治费用，进行综合养护决策计算，将综合养护决策计算的结果提供给用户，以供用户选择相应的项目级道路综合养护模式，获得相应的最优养护方案和养护时机；确定所述最优养护方案和养护时机对应的养护资金分配组合方案；建立养护决策效果评价指标体系，并确定所述评价指标体系中各评价指标的权重系数，选取养护对象，获取所述养护对象对应的评价指标数据，根据所述评价指标数据和各评价指标的权重系数，计算获得所述养护对象对应的养护决策效果评价结果；其中，所述分析对象包括：项目级道路基础设施结构物及其部件和/或构件、每个结构物及其部件和/或构件所对应的技术参数；其中，所述分析对象对应的权重系数包括：分析对象中各结构物之间的整体权重系数，以及各结构物所对应的技术参数之间的分项权重系数。第二方面，本专利技术实施例提供一种项目级道路基础设施综合养护决策系统，包括：数据获取模块，用于确定综合养护决策优化的分析对象，并获取所述分析对象在时间维度上的历史数据，生成基于时间序列的原始数据矩阵；数据分类模块，用于依据现有道路基础设施性能评价规范、标准设定的性能参数区间范围或用户自定义的参数区间范围对所述历史数据进行分类，得到分类数据矩阵；参数预测模块，用于基于所述分类数据矩阵进行预设未来目标周期内的技术参数状况预测分析，生成基于时间序列的参数预测矩阵；目标函数、权重和处治费用确定模块，用于确定全局优化目标函数、所述分析对象对应的权重系数以及所述分析对象对应的分项处治费用；养护决策优化模块，用于根据所述原始数据矩阵和参数预测矩阵、全局优化目标函数、分析对象对应的权重系数以及分析对象对应的分项处治费用，进行综合养护决策计算，将综合养护决策计算的结果提供给用户，以供用户选择相应的项目级道路综合养护模式，获得相应的最优养护方案和养护时机；养护资金分配模块，用于确定所述最优养护方案和养护时机对应的养护资金分配组合方案；养护决策效果检验模块，用于建立养护决策效果评价指标体系，并确定所述评价指标体系中各评价指标的权重系数，选取养护对象，获取所述养护对象对应的评价指标数据，根据所述评价指标数据和各评价指标的权重系数，计算获得所述养护对象对应的养护决策效果评价结果；其中，所述分析对象包括：项目级道路基础设施结构物及其部件和/或构件、每个结构物及其部件和/或构件所对应的技术参数；其中，所述分析对象对应的权重系数包括：分析对象中各结构物之间的整体权重系数，以及各结构物所对应的技术参数之间的分项权重系数。第三方面，本专利技术实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面所提供的项目级道路基础设施综合养护决策方法的步骤。第四方面，本专利技术实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所提供的项目级道路基础设施综合养护决策方法的步骤。本专利技术实施例提供的项目级道路基础设施综合养护决策方法及系统，适用于不同项目级道路基础设施结构之间的综合养护决策以及相同项目级道路基础设施结构不同参数之间的综合养护决策，可与现行道路基础设施对应的行业规范、标准或用户定义规则结合使用，获得与规范相对应的综合养护决策结论，能对道路基础设施结构物在运营期的既定线路、既定养护决策模式的结构性能养护起到辅助决策作用，以提高道路基础设施养护决策技术在实际工程中运用的科学性、合理性与经济性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种项目级道路基础设施综合养护决策方法，其特征在于，包括：确定综合养护决策优化的分析对象，并获取所述分析对象在时间维度上的历史数据，生成基于时间序列的原始数据矩阵；依据现有道路基础设施性能评价规范、标准设定的性能参数区间范围或用户自定义的参数区间范围对所述历史数据进行分类，得到分类数据矩阵；基于所述分类数据矩阵进行预设未来目标周期内的技术参数状况预测分析，生成基于时间序列的参数预测矩阵；确定全局优化目标函数、所述分析对象对应的权重系数以及所述分析对象对应的分项处治费用；根据所述原始数据矩阵和参数预测矩阵、全局优化目标函数、分析对象对应的权重系数以及分析对象对应的分项处治费用，进行综合养护决策计算，将综合养护决策计算的结果提供给用户，以供用户选择相应的项目级道路综合养护模式，获得相应的最优养护方案和养护时机；确定所述最优养护方案和养护时机对应的养护资金分配组合方案；建立养护决策效果评价指标体系，并确定所述评价指标体系中各评价指标的权重系数，选取养护对象，获取所述养护对象对应的评价指标数据，根据所述评价指标数据和各评价指标的权重系数，计算获得所述养护对象对应的养护决策效果评价结果；其中，所述分析对象包括：项目级道路基础设施结构物及其部件和/或构件，以及每个结构物及其部件和/或构件所对应的技术参数；其中，所述分析对象对应的权重系数包括：分析对象中各结构物之间的整体权重系数，以及各结构物所对应的技术参数之间的分项权重系数。...

【技术特征摘要】
1.一种项目级道路基础设施综合养护决策方法，其特征在于，包括：确定综合养护决策优化的分析对象，并获取所述分析对象在时间维度上的历史数据，生成基于时间序列的原始数据矩阵；依据现有道路基础设施性能评价规范、标准设定的性能参数区间范围或用户自定义的参数区间范围对所述历史数据进行分类，得到分类数据矩阵；基于所述分类数据矩阵进行预设未来目标周期内的技术参数状况预测分析，生成基于时间序列的参数预测矩阵；确定全局优化目标函数、所述分析对象对应的权重系数以及所述分析对象对应的分项处治费用；根据所述原始数据矩阵和参数预测矩阵、全局优化目标函数、分析对象对应的权重系数以及分析对象对应的分项处治费用，进行综合养护决策计算，将综合养护决策计算的结果提供给用户，以供用户选择相应的项目级道路综合养护模式，获得相应的最优养护方案和养护时机；确定所述最优养护方案和养护时机对应的养护资金分配组合方案；建立养护决策效果评价指标体系，并确定所述评价指标体系中各评价指标的权重系数，选取养护对象，获取所述养护对象对应的评价指标数据，根据所述评价指标数据和各评价指标的权重系数，计算获得所述养护对象对应的养护决策效果评价结果；其中，所述分析对象包括：项目级道路基础设施结构物及其部件和/或构件，以及每个结构物及其部件和/或构件所对应的技术参数；其中，所述分析对象对应的权重系数包括：分析对象中各结构物之间的整体权重系数，以及各结构物所对应的技术参数之间的分项权重系数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述全局优化目标函数具体为：其中，OPTp为决策优化计算值，tp为预测时间长度，t0为历史数据时间长度，XCsel为从原始数据矩阵XC(t)和参数预测矩阵XCP(t′)组成的矩阵XC(t+t′)中由全修模式、上分快优先处治模式、关注点优先处治模式或用户定义模式选择的待优化数据矩阵；Cost为与处治对象分项处治费用和数量相关的养护费用，wc为结构物对应的整体权重系数，wcsub为结构物的各技术参数的分项权重系数。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述分析对象对应的权重系数的步骤，具体为：基于所述原始数据矩阵或分类数据矩阵，设定预测时间周期步数和技术参数数量，选择排序方法，计算分析对象技术参数之间的权重系数。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述分析对象对应的分项处治费用的步骤，具体为：综合考虑结构物的技术参数在相应构件上的处治对象所需要的处治费用，处治措施与处治单价关联情况，以及养护费用与依据现有道路基础设施性能评价规范、标准设定的性能参数区间范围或用户自定义的参数区间范围之间的对应关系，计算获得所述分析对象对应的分项处治费用。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述项...

【专利技术属性】
技术研发人员：桂成中，侯芸，董元帅，张艳红，钱振宇，樊云龙，李宇轩，方维澄，周晶，
申请(专利权)人：中国公路工程咨询集团有限公司，中咨公路养护检测技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11