試論公路養護資源分配中遺傳算法的參數優化

楊 景，許偉平

(云南省西雙版納州景洪市地方公路管理段，云南 西雙版納 6661000)

養護工程

試論公路養護資源分配中遺傳算法的參數優化

楊 景，許偉平

(云南省西雙版納州景洪市地方公路管理段，云南 西雙版納 6661000)

隨著時代的演進，我國的交通行業發展迅猛，不僅促進了社會的發展，還方便了人民的出行。近幾年來，隨著社會發展需求逐漸增大以及自然環境的不斷影響，公路的養護逐漸成為一項社會問題。遺傳算法是以模擬達爾文進化論為基礎，通過實踐對遺傳算法的參數進行標定，最后達到提高資源利用率的目的。

公路養護；資源分配；遺傳算法；參數優化

1 遺傳算法

在20世紀的60年代，John Holland提出了遺傳算法，這是一項以模擬達爾文進化論的自然選擇和遺傳學機理的生物進化過程的計算模式，在模擬自然發展的過程中，尋求治理的最佳方案。在遺傳算法中，首先將問題對象表示為染色體，再通過對染色體的選擇和變異等活動的計算和操作，達到促進種群進化的目標。

1.1 染色體輸入

在遺傳算法中，染色體輸入是首要環節。染色體代表了遺傳算法中的對于公路養護和資源配置策略，將其記為染色體編碼。那路面養護為例，養護方式有不修、小修、中修以及大修，首先將路面分成a個單元，用兩個基數來表示路面某個單元在制定期間里所需要的養護方式。

在數據算例中，主要的內容包括了：路面橋梁的基本規格和屬性，如長度、承重力、車道數等；每年維護預算的資金和人力數量；公路橋梁所處的主要自然環境；不同的養護手段對于人力和資金的的需求等。為了進一步提高遺傳算法的正確率，需要列出路面橋面設施的基礎數據表、路面養護人力資源表、路面養護工作效率表等，在將路面橋面的基本信息用一個簡單的表格列出，設施的性能等級用0～10之間的數據表示，數據越大則表示路面橋面的性能越好。

1.2 參數分析

實踐表明，影響遺傳資源的因素主要有迭代次數、交叉方式、變異概率、種群規模等，不僅對會對計算結果的精確度產生影響，還會降低運算的速度。

在進行實驗之前，將迭代次數調到適宜的階段上，在確定變異概率和種群規模的同時，反復進行100次的實驗，當迭代次數的輸出數據小于固定值時，將運算終止。根據時間數據表明，當迭代數據到達600次時，變異概率為0.08，路面性能變化會符合終止條件，因此可以表面，最佳的迭代次數為600。而在迭代次數為1 600時，不同的種群在確定的函數值中有些收斂，雖然種群規模在不斷增加，但目標函數的變化并不明顯。由此可知，最佳的種群規模為600，迭代次數為1 600，在這個數據下，變異概率為0.03，呈最佳狀態。

1.3 計算結論

在進行長期的實踐以及對往年公路橋梁損壞程度的數據分析后，再根據遺傳算法對以上實踐數據和多年的路面橋梁設施的養護策略的分析，在依靠遺傳算法后，優化資源配置方式，將其進行共享之后，路面和橋梁的使用狀態都出現了提高。不僅有效的將路面和橋梁的性能提高，其中路面性能提高水平較大，平均在2.0%左右，而橋梁提高性能水平在0.5%左右。還降低了維修的資金，是維修工程更加科學，進一步為我國的交通做出了貢獻。

2 公路養護資源分配中遺傳算法的參數優化

公路的建設是關系到城市建設、民眾安全的重要問題，尤其是在經濟快速發展的21世紀，需要有更加快速的城市化進程來實現國家的建設和經濟的發展。但在公路養護資源分配的過程中，往往會出現許多問題對資源分配工作造成影響。因此，關于公路養護資源分配的研究也是城市建設過程中非常重要的一點，需要引起廣泛的重視。公路養護是為保持公路經常處于完好狀態，防止其使用質量下降，并向公路使用者提供良好的服務所進行的作業。比如要避免公路出現塌陷等問題，要從改善地基做起，結合遺傳算法，對資源進行有效的分配，對地基進行拋石擠淤的處理，將軟弱地基中的水分充分處理后，讓地基更加堅實不易松散；隨后，再對軟弱地基進行分層碾壓處理。分層碾壓的操作方法：以輕型碾壓和重型碾壓對軟弱地基土層進行反復的碾壓，讓該地基能夠更加牢固。在這個過程中，要將設計目標參數化，采用優化方法，不斷的調整設計變量，使得設計結果不斷接近參數化的目標值。比如在地基上建筑厚度在50 cm左右的砂礫材料來實現對地基的增強。砂礫材料能夠保障填土荷載均勻作用于軟弱地基，是地基的承受能力增強，并且有了砂礫材料的幫助，軟弱地基中存在的孔隙水也能夠在壓力下排解出來，不會淤結在地基中，影響基地的牢固。準確分析好一段公路需要的砂礫，以及適宜的高度等等，遺傳算法中通過對參數的仔細分析，對路基進行初次的沉降觀測，分析路基的基本情況，并研究是否存在有安全隱患。嚴密的檢測能夠將許多問題盡早進行處理，并預防事態發展更加嚴重。及時對公路進行養護，保持公路經常處于完好狀態，同時做好環境保護的工作。

3 結 語

隨著時代的進一步發展，我國的交通發展迅速，但對其的維修和保護工作卻是一道難題。依靠遺傳算法來科學對公路橋梁的養護，提高其性能水平，合理對維護資金的預算工作，促進資源的充分利用。遺傳算法不僅可以很好的解決我國公路養護資源分配工作，對全國都具有求解的特性，依據獨特的計算方式，可以在指定的空間中，尋找最佳的優化分配方案。

[1] 熊輝,史其信.公路養護資源分配中遺傳算法的參數優化[J].北京理工大學學報，2014，27(2)：125-129.

[2] 熊輝,史其信.基于折衷規劃的公路養護資源最優分配[J].清華大學學報(自然科學版)，2016，46(12):1961-1964,1968.

[3] 郭海東.淺述市場經濟條件下如何提高公路養護部門的競爭力[J].科技信息,2014,3(6):274.

U418.7

A

1008-3383(2017)09-0186-02

2017-01-23

楊景(1971-),女,云南西雙版納州人，工程師，研究方向：土木工程。