基于灰關(guān)聯(lián)分析的路面養(yǎng)護(hù)方案評價方法?

孫博，張東東，魏明

（南通大學(xué)交通學(xué)院，江蘇　南通　226019）

基于灰關(guān)聯(lián)分析的路面養(yǎng)護(hù)方案評價方法?

孫博，張東東，魏明

（南通大學(xué)交通學(xué)院，江蘇南通226019）

基于灰關(guān)聯(lián)分析理論，提出了路面養(yǎng)護(hù)方案決策模型。首先確定影響路面養(yǎng)護(hù)方案的主要因素，構(gòu)建相應(yīng)的評價指標(biāo)體系；然后對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理，利用灰關(guān)聯(lián)分析，計算各指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)，應(yīng)用變異系數(shù)法確定指標(biāo)權(quán)重；最后對關(guān)聯(lián)系數(shù)進(jìn)行加權(quán)處理，計算方案的關(guān)聯(lián)度，并將關(guān)聯(lián)度按大小排序，得出養(yǎng)護(hù)方案決策結(jié)果。對某道路的3種養(yǎng)護(hù)方案進(jìn)行評價分析，說明了該評價方法的可行性。

工程管理；灰關(guān)聯(lián)分析；路面養(yǎng)護(hù)；評價方法；變異系數(shù)法

近年來，中國交通運輸業(yè)蓬勃發(fā)展，公路建設(shè)處于快速發(fā)展階段。但很多已建成的公路在運營期間，由于行車荷載的作用或嚴(yán)寒等自然因素的影響，出現(xiàn)了車轍、裂縫等病害。如何選擇最佳路面養(yǎng)護(hù)方案，以有限的養(yǎng)護(hù)資金、簡易的養(yǎng)護(hù)技術(shù)換取最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，是當(dāng)前必須解決的問題。

中國對于路面養(yǎng)護(hù)方案的決策，主要是根據(jù)路面的使用性能（包括路面破壞狀況、路面結(jié)構(gòu)強度、路面平整度、路面抗滑能力等）進(jìn)行評價，沒有考慮由于交通影響等帶來的社會成本。針對現(xiàn)有研究的不足，該文通過分析路面養(yǎng)護(hù)方案對交通的影響，從路面性能、交通影響、施工情況三方面出發(fā)構(gòu)建評價指標(biāo)體系，通過灰關(guān)聯(lián)分析對養(yǎng)護(hù)方案進(jìn)行評價，進(jìn)而選擇最佳養(yǎng)護(hù)方案。

1　構(gòu)建路面養(yǎng)護(hù)方案評價指標(biāo)體系

路面養(yǎng)護(hù)方案需考慮的因素很多，各因素之間的區(qū)別也很大。通過分析路面養(yǎng)護(hù)方案評價因素的表征，從路面性能、交通影響及施工情況3個角度，路面破損狀況、結(jié)構(gòu)強度、行駛質(zhì)量、抗滑能力、路段通行能力、交通安全性、施工造價、施工周期長短、施工難易程度、環(huán)境污染等方面來評價養(yǎng)護(hù)方案的好壞，構(gòu)建圖1所示路面養(yǎng)護(hù)方案評價指標(biāo)體系。

2　基于灰關(guān)聯(lián)分析的路面養(yǎng)護(hù)方案評價模型

灰色關(guān)聯(lián)評價方法是根據(jù)各因素曲線之間的相似程度描述各因素之間的關(guān)系，將路面養(yǎng)護(hù)的待評價方案作為比較序列，路面養(yǎng)護(hù)的最佳方案作為參考序列，對養(yǎng)護(hù)方案進(jìn)行評價。主要步驟如下：

圖1　路面養(yǎng)護(hù)方案評價指標(biāo)體系

（1）選定方案的參考序列和比較序列。設(shè)有n種路面養(yǎng)護(hù)方案，每種方案都有m個評價指標(biāo)，第i種方案中第j個指標(biāo)的值為xij（i=1，2，…，n；j= 1，2，…，m），則方案的參考序列X表示為：

設(shè)x0j是第j個指標(biāo)在各方案中的最優(yōu)指標(biāo)值，則x0=｛x01，x02，…，x0m｝即為參考序列。

（2）對數(shù)據(jù)作無量綱化處理。在養(yǎng)護(hù)方案的各項評價指標(biāo)中，定量指標(biāo)主要有路面破壞狀況、路面結(jié)構(gòu)強度、行駛質(zhì)量、抗滑能力、路段通行能力、施工造價、施工周期長短等，其中成本型指標(biāo)有施工造價、施工周期，效益型指標(biāo)有路面破損狀況、結(jié)構(gòu)強度、行駛質(zhì)量、抗滑能力、路段通行能力。成本型指標(biāo)采用下式進(jìn)行規(guī)范化：

一些養(yǎng)護(hù)方案評價指標(biāo)如交通安全性、施工難易程度、環(huán)境影響程度等不能得到準(zhǔn)確的數(shù)值，只能進(jìn)行定性分析。對這些指標(biāo)采用線性白化權(quán)函數(shù)進(jìn)行量化，量化標(biāo)準(zhǔn)見表1。

（3）計算灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)ξij。對規(guī)范化后的方案評價指標(biāo)按下式計算其變化趨勢：

表1　定性指標(biāo)的量化標(biāo)準(zhǔn)

第i方案中的第j個指標(biāo)與第j個最佳評價指標(biāo)的灰關(guān)聯(lián)系數(shù)為：

式中：ρ為分辨系數(shù)，ρ=0.5。

根據(jù)式（4）～7）可得到灰關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣：

（4）確定評價指標(biāo)的權(quán)重。確定指標(biāo)權(quán)重的方法主要有專家評分法、主觀賦權(quán)法等，這些方法的主觀性很大，人為因素影響較強。為比較客觀地確定各指標(biāo)評價指標(biāo)的權(quán)重，采用變異系數(shù)法。步驟如下： 1）計算各方案每個評價指標(biāo)值的平均值和均方差σi；2）按式（9）計算各指標(biāo)的變異系數(shù)；3）按式（10）計算各指標(biāo)權(quán)重，得到式（11）所示權(quán)重向量。

（5）計算灰色關(guān)聯(lián)度。根據(jù)式（8）和式（11），得到灰色關(guān)聯(lián)度向量：

根據(jù)n種方案的灰色關(guān)聯(lián)度，其值越大表示該路面養(yǎng)護(hù)方案越好，進(jìn)而選擇一種最佳方案。

3　案例分析

下面運用上述方法對某高速公路路段的3種路面養(yǎng)護(hù)方案（方案1、方案2、方案3）進(jìn)行決策。各方案每個評價指標(biāo)的原始值見表2。

（1）選定方案的參考序列和比較序列。把方案1、方案2、方案3作為比較方案，理想方案作為參考序列（見表3）。

（2）對數(shù)據(jù)作無量綱化處理。按式（2）、式（3）對表3比較方案與理想方案的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化，結(jié)果見表4。

表2　各路面養(yǎng)護(hù)方案評價指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)

表3　比較方案與理想方案的原始數(shù)據(jù)

表4　無量綱化后的數(shù)據(jù)

（3）計算灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)。利用式（4）～（7），對表4中數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，結(jié)果見表5。

（4）確定指標(biāo)權(quán)重。由式（9）、式（10）計算指標(biāo)權(quán)重，結(jié)果見表6。

表5　評價指標(biāo)變化趨勢及關(guān)聯(lián)系數(shù)

續(xù)表5

表6　路面養(yǎng)護(hù)方案評價指標(biāo)的權(quán)重

（5）計算灰色關(guān)聯(lián)度。由表6得到權(quán)重向量W，由表5得到灰關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣E：

按式（12）計算，得關(guān)聯(lián)度向量：

R1=｛r1i｝=W×ET=｛0.86，0.631，0.491｝

對關(guān)聯(lián)度向量按照大小進(jìn)行排序，r11>r12> r13，方案1是最優(yōu)方案。

4　結(jié)語

路面養(yǎng)護(hù)方案的選擇關(guān)系到養(yǎng)護(hù)工作的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，對于提高路面服務(wù)水平非常重要。該文針對路面養(yǎng)護(hù)方案決策研究現(xiàn)狀，從路面性能、交通影響和施工情況三方面考慮，構(gòu)建了養(yǎng)護(hù)方案評價指標(biāo)體系，利用灰關(guān)聯(lián)分析法評價養(yǎng)護(hù)方案的好壞，避免了其他常規(guī)方法的不足。

鑒于每個決策者對方案所選取的評價指標(biāo)不盡相同，應(yīng)全面考慮影響因素，建立完善的指標(biāo)體系，還要綜合不同決策者對路面養(yǎng)護(hù)方案的評價。下一步將探討灰關(guān)聯(lián)分析法和多屬性決策方法的路面養(yǎng)護(hù)方案決策問題。

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U415.2

A

1671-2668（2016）01-0240-04

2015-05-27

江蘇省高校自然科學(xué)研究面上項目（13KJB580008）；江蘇省建設(shè)系統(tǒng)科技項目（2013ZD38）；南通科技計劃項目（BK2014059）；南通大學(xué)自然科學(xué)基金項目（12Z046，13ZJ004）；南通大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目（2014118）