鐵路路基病害整治決策支持系統(tǒng)模型

謝曉倩

(四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 鐵道工程系，四川 德陽(yáng) 618000)

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·研究簡(jiǎn)報(bào)·

鐵路路基病害整治決策支持系統(tǒng)模型

謝曉倩

(四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 鐵道工程系，四川 德陽(yáng) 618000)

結(jié)合決策支持系統(tǒng)理論，針對(duì)鐵路路基病害整治中各病害整治的先后問(wèn)題，給出了病害整治的理論模型，并給出模型的基本算法，為工務(wù)段在制定病害處理方案時(shí)提供一定的依據(jù).

鐵路路基病害；決策支持系統(tǒng)；多目標(biāo)決策

0 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對(duì)于鐵路交通網(wǎng)運(yùn)量以及速度方面的要求越來(lái)越高.鐵路路基病害是隨著運(yùn)量、速度、氣候、水文地質(zhì)等因素不斷變化而產(chǎn)生的，而路基病害是遏制鐵路發(fā)展的一大命脈.路基病害不斷發(fā)生，加之資金有限，如果這些病害得不到及時(shí)整治處理，逐步積累，則必然會(huì)影響行車(chē)的安全性、舒適性和運(yùn)輸效率.病害類型繁多，危害程度不同，一條線路上同時(shí)出現(xiàn)不同程度的多種病害，如何找出最危急的病害，怎樣合理利用人力、物力、財(cái)力進(jìn)行整治，這是一個(gè)決策問(wèn)題.而怎樣合理的利用有限的人財(cái)物有計(jì)劃的對(duì)病害進(jìn)行處理，涉及到的因素較多，其中有確定性因素，有不確定性因素，因此這又是一個(gè)半結(jié)構(gòu)化決策問(wèn)題.在國(guó)內(nèi)，研究路基病害整治模型的理論較少，大多均專注于研究病害的實(shí)際處理措施，利用決策支持系統(tǒng)理論研究路基病害整治的理論更少.如孫玫肖[1-2]提出了病害整治決策模型的初步方案，但并未將模型進(jìn)行細(xì)化研究，同時(shí)未給出模型的算法.

決策支持系統(tǒng)是以現(xiàn)代信息技術(shù)為手段，綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、管理科學(xué)、經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)、人工智能技術(shù)等多種科學(xué)知識(shí)，針對(duì)某一類型的半結(jié)構(gòu)化決策問(wèn)題，通過(guò)背景資料、模型等方式，輔助管理者做出正確決策的人機(jī)交互式系統(tǒng)[3].因此，利用決策支持系統(tǒng)理論，建立路基病害整治的決策模型.

1 模型建立

1.1 病害危急程度

客觀判斷病害危急程度，需要了解影響病害危急程度的因素，為了便于分析，我們選擇影響較大的五種因素: 病害所發(fā)生的部位(基床、路基本體或地基)、外界環(huán)境影響(氣候、荷載等)、病害范圍、病害持續(xù)時(shí)間、已造成的損失，各因素危害大小分別為X1、X2、X3、X4、X5.

綜上所述，設(shè)病害ai各因素的權(quán)重為Kj，可以得出病害ai的危害程度函數(shù)：

危害程度越大，就應(yīng)該最先處理，所以每種病害希望自己的危害程度能達(dá)到maxf(ai)，這是一個(gè)多目標(biāo)決策問(wèn)題.但實(shí)際工程情況下，無(wú)法達(dá)到同時(shí)最大的情況，所以需要將病害的整治先后進(jìn)行排序，按照先后順序再進(jìn)行整治.

1.2 制定病害整治方案

判定哪一種哪一處病害需要最先處理，即制定病害整治方案，僅僅根據(jù)病害緊急程度判斷是不夠的，往往要對(duì)各種因素進(jìn)行綜合考慮.所以首先將多目標(biāo)歸一化，利用加權(quán)法將多目標(biāo)歸一.設(shè)Bi為病害整治方案，Bi中包括的元素為：結(jié)合各病害的權(quán)重Qi，將病害ai的整治處理先后進(jìn)行排序.

則

方案的制定不僅受到病害緊急程度的影響，同時(shí)也受到病害所需費(fèi)用以及所能提供的費(fèi)用的制約.

(1)病害ai所需要的費(fèi)用：所需資金M1、所需人力M2、所需物力(機(jī)械、材料)M3、其他費(fèi)用M4.

病害ai所需要的費(fèi)用函數(shù)為

整治方案Bi所需的費(fèi)用函數(shù)為

(2)所能提供的費(fèi)用：可提供的資金費(fèi)用為p1，可提供的人力費(fèi)用為p2，可提供的物力費(fèi)用為p3.

則工務(wù)段所能提供的費(fèi)用函數(shù)：

綜上所述，病害整治多目標(biāo)決策模型為：

需要按照病害整治方案B中的排列順序，依次進(jìn)行病害的整治.

2 模型算法

在多目標(biāo)決策問(wèn)題中，要直接求解出最優(yōu)解比較困難，可能同時(shí)求出多個(gè)解，而且任何兩個(gè)解不一定都是可比出其優(yōu)劣的.所以在模型中，利用加權(quán)法已經(jīng)將一個(gè)多目標(biāo)問(wèn)題轉(zhuǎn)換成一個(gè)單目標(biāo)最優(yōu)化問(wèn)題，先求解出模型的非劣解集，而后決策者就利用這個(gè)信息，根據(jù)自己的相對(duì)偏好，選擇一個(gè)合適的解.

假設(shè)討論范圍為一個(gè)工務(wù)段，病害ai各因素的權(quán)重Kj已知，同時(shí)，人力、物力均能轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的資金數(shù).具體算法如圖1所示.

圖1 病害整治決策模型的算法

3 結(jié)論

本文提出了病害整治決策模型，并給出了基本算法，對(duì)于工務(wù)段在進(jìn)行病害先后處理時(shí)提供一定的依據(jù).但是文中模型的建立，存在一些假設(shè)前提，比如病害ai各因素的權(quán)重Kj假設(shè)為已知，決策者的偏好未做定量分析.所以如何改進(jìn)模型，讓其更貼近實(shí)際工程情況，對(duì)于科學(xué)的進(jìn)行病害整治是十分重要的.

[1]孫玫肖.智能化的鐵路路基病害管理信息系統(tǒng)中若干問(wèn)題的研究[J].中國(guó)鐵道科學(xué),1991(2):65-73.

[2]孫玫肖.鐵路路基病害診斷專家系統(tǒng)的研究[J].中國(guó)鐵道科學(xué),1993(4):95-102.

[3]李書(shū)濤.決策支持系統(tǒng)原理與技術(shù)[M].北京理工大學(xué)出版社,1996.

[4]彭華,張鴻儒.鐵路路基病害類型、機(jī)理及檢測(cè)與整治技術(shù)[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào),2005(2):195-199.

[5]孫玫肖.鐵路路基病害灰色預(yù)測(cè)系統(tǒng)的研究[J].中國(guó)鐵道科學(xué),1995(1):104-110.

[6]陳曉紅.決策支持系統(tǒng)理論和應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社,2000.

1673-9590(2015)03-0119-02

2014-07-14

謝曉倩(1987-)，女，助教，碩士，主要從事智能交通的研究E-mail:531811104@qq.com.

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