第六章 排序和优化方法.ppt

路面管理系统长沙理工大学公路工程学院道路二室巨锁基Tel：13054170202E-mail：第 1 页 共 21 页第六章 排序和优化方法本章要学习的内容：o路面管理系统中的排序和优化方法长沙理工大学 公路工程学院第 2 页 共 21 页第六章 排序和优化方法o网级管理决策中：n项目规划p规划期内，路网内哪些路段（或哪些项目）要采取改建措施p这些改建任务应安排在什么时候进行（时序安排）p对这些需改建的路段或项目，宜采取什么对策 n财政规划p保持路网内路面的使用性能在某一要求的水平上所需的投资水平p资金在各行政区域和各类对策（新建、改建和养护）之间的最佳分配p由于公路部门资金短缺（预算受限制），道路使用者承担的费用将增长到什么程度n项目级系统中p如何选择在分析期内最经济有效的养护和改建对策序列？长沙理工大学 公路工程学院第 3 页 共 21 页第六章 排序和优化方法o排序和优化方法的几种类型n根据路面使用性能参数进行排序p现时服务能力指数（PSI）、路面状况指数（PCI）等p以客观路况进行分等，使用迅速简便，但所得结果可能远非最优。n根据经济分析参数进行排序p净现值、效益费用比、内部收益率等p比较简便、分析结果较接近于最优。n利用线性规划或整数规划模型p按总费用最小或效益最大进行优化p较复杂，可以得到最优的结果。n利用动态决策模型p按总费用最小进行优化p主要适用于财政规划 长沙理工大学 公路工程学院第 4 页 共 21 页第一节 排序方法o一、按使用性能参数排序n鉴别路网内需采取改建措施的路段p鉴别标准（路面状况指数PCI、行驶质数指数RQI等）p多年规划还要路面使用性能预估模型，用以确定各路段的改建时间（图）n为各改建路段选择相应的改建对策p经验、寿命周期费用分析n编制初步的年度计划或多年规划p预算可能不足，需排序长沙理工大学 公路工程学院第 5 页 共 21 页一、按使用性能参数排序o按决策者的工程经验排序n简便，但随意性较大n影响排序的主要因素p路面的使用性能p道路等级和交通量大 小p其他因素，如环境、政治等n选择最主要的影响因素，赋予优先考虑的序列，制订出改建项目的优先排序原则和排序表长沙理工大学 公路工程学院第 6 页 共 21 页一、按使用性能参数排序o按决策者的工程经验排序长沙理工大学 公路工程学院第 7 页 共 21 页一、按使用性能参数排序o评分、建立优先排序同各影响因素间的回归方程n选择影响变量n确定这些变量的分等数和等级划分的标准n为评分者准备评分须知n列出影响变量的全因子表，从中选择一部分（下页）n设计评分表格（下二页）n选择评分人，给出评分值n汇兑评分资料，统计分析，建立进行排序的回归方程长沙理工大学 公路工程学院第 8 页 共 21 页一、按使用性能参数排序o影响变量因子表长沙理工大学 公路工程学院第 9 页 共 21 页一、按使用性能参数排序o优先次序评分表长沙理工大学 公路工程学院第 10 页 共 21 页二、按经济分析参数排序o按经济分析参数排序n对于需要进行改建的项目，包括项目内的各个方案（也即对策选择方案），进行寿命周期费用分析，按各项目和方案的初期修建费、净现值或效益-费用比等经济指标的大小排序，可以较明显地对比出各项目和方案在经济上的效益n目的：寻求优化结果n典型：PAVER系统的效益-费用增量排序法（下页）长沙理工大学 公路工程学院第 11 页 共 21 页二、按经济分析参数排序oPAVER系统的效益-费用增量排序法n对于每一个项目和项目内的方案，分别计算其初期修建费、分析期内的等额年费用和年效益n对于每一个项目，各方案按年费用大小，由小到大依次排列，分别计算其费用增量C，效益增量B和增量比 B/Cp计算B/C时，如果出现负值，表明费用增加效益反而下降，可将此方案剔除n效益-费用增量比B/C由大到小次序重新排列各方案；计算包括每一个项目的最佳方案在内的累计初期修建费n得出对于不同的预算水平，改建项目的排序方案长沙理工大学 公路工程学院第 12 页 共 21 页第二节 线性规划方法o优化与排序方法的区别n排序方法用于网级项目规划时，其决策实质上是一组项目决策的总和。没有在对策选择时考虑项目之间的折衷 n优化方法则在分析时同时考虑路网内每个项目的对策方案和采取措施的时间，以提供在规划期内可使整个路网得到最大效益的最佳对策方案 o优化目标n在规划期内给定的每年预算额的条件下，选择投资项目，使整个路网得到的效益最大。（项目规划）n保证路网使用性能在规划期内符合某预定标准的条件下所需的总费用最少（财政规划（资金分配）o优化方法n静态：线性规划：整数规划方法n动态：动态规划方法长沙理工大学 公路工程学院第 13 页 共 21 页一、整数规划方法o决策变量 xijt定义为：o优化目标：路网的总效益最大n满足如下约束条件：长沙理工大学 公路工程学院第 14 页 共 21 页一、整数规划方法o采用净现值之外的其它指标表征收益n通过养护和改建措施而使路面使用性能得到的改善，促使道路使用者因用户费的减少而得到收益，因而，可以把路面使用性能的改善当作使用者效益的一个间接指标 nPARS（加拿大安大略省系统）长沙理工大学 公路工程学院第 15 页 共 21 页二、近似优化方法o整数规划方法用于省级路网，规划问题过于庞大，可考虑近似优化o方法一：化整为零n把一个大路网划分为若干个较小的路网(例如，一个省级路网划分为若干个地区级路网)，分别为每个小路网求解最优方案，而后迭加成大路网的优化方案 o方法二：损坏程度等级分类（财政规划）n把路网内的路面按损坏程度等级(或按每一种路面的损坏程度等级)归类，以每类路面的总量(公里，占路网总里程的百分率)而不是以个别路段表征。其目标：确定为保持路网内各类路面的使用性能在某预定水平上所需的投资水平 长沙理工大学 公路工程学院第 16 页 共 21 页二、近似优化方法o整数规划方法用于省级路网，规划问题过于庞大，可考虑近似优化o方法三：分阶段求解n为每一个项目或路段选择最佳(也即最经济)改建对策n为每一个项目或路段确定在规划期的最佳实施时间n综合规划期内每一年处于最佳实施期的项目p各年的项目总费用满足当年的预算约束条件：所得即为最佳方案p不满足预算约束条件，则回到前一步，进行重新分配n逐年把部分项目提前(该年的总费用低于当年的预算水平时)或推后(该年的总费用超出当年的预算水平时)，直到满足预算约束条件为止。长沙理工大学 公路工程学院第 17 页 共 21 页二、近似优化方法o方法三：分阶段求解n重分配的计算过程长沙理工大学 公路工程学院第 18 页 共 21 页第三节 动态优化方法o线性规划的特点：n静态决策模型。它假设路面的使用性能在采用某一改建措施后遵循某确定的规律变化，并且所提出的每一个改建对策方案都预先规定了分析期内的养护和改建措施序列(如图6-7所示)。然后，分别计算各项对策方案的费用和效益，通过比较后选择费用最小或效益最大的方案。长沙理工大学 公路工程学院第 19 页 共 21 页第三节 动态优化方法o线性规划的缺点：n路面使用性能的预估带有不确定性，未来的使用性能有可能比预期的好，也可能比预期的坏。因而，分析期内的养护和改建措施不一定按预定时间或按预定类型实施。n路面使用性能数据是周期性采集，未来的改建对策选择可以依据当时采集到的新信息，没有必要按照基于目前的信息所预定的方案o动态决策模型可较好地改善上述不足n承认路面在采取任一改建措施后的使用性能变化含有不确定性，然而，路面在不同时刻达到各级使用性能水平的概率可以估算得到n现在所需作出的仅是当前要采取什么对策的决策，而未来对策的决策将依赖路面今后的使用性能作出 长沙理工大学 公路工程学院第 20 页 共 21 页第三节 动态优化方法o动态决策模型n决策树p决策节点p选择节点p树枝长沙理工大学 公路工程学院第 21 页 共 21 页第三节 动态优化方法o二、动态规划方法n限于课时，该部分不作深入讲授，建议同学参考最优化方法等书自学有关内容。长沙理工大学 公路工程学院