铁路路基病害整治决策支持系统模型

谢晓倩

(四川建筑职业技术学院 铁道工程系，四川 德阳 618000)



·研究简报·

铁路路基病害整治决策支持系统模型

谢晓倩

(四川建筑职业技术学院 铁道工程系，四川 德阳 618000)

结合决策支持系统理论，针对铁路路基病害整治中各病害整治的先后问题，给出了病害整治的理论模型，并给出模型的基本算法，为工务段在制定病害处理方案时提供一定的依据.

铁路路基病害；决策支持系统；多目标决策

0 引言

近年来，随着我国经济的飞速发展，对于铁路交通网运量以及速度方面的要求越来越高.铁路路基病害是随着运量、速度、气候、水文地质等因素不断变化而产生的，而路基病害是遏制铁路发展的一大命脉.路基病害不断发生，加之资金有限，如果这些病害得不到及时整治处理，逐步积累，则必然会影响行车的安全性、舒适性和运输效率.病害类型繁多，危害程度不同，一条线路上同时出现不同程度的多种病害，如何找出最危急的病害，怎样合理利用人力、物力、财力进行整治，这是一个决策问题.而怎样合理的利用有限的人财物有计划的对病害进行处理，涉及到的因素较多，其中有确定性因素，有不确定性因素，因此这又是一个半结构化决策问题.在国内，研究路基病害整治模型的理论较少，大多均专注于研究病害的实际处理措施，利用决策支持系统理论研究路基病害整治的理论更少.如孙玫肖[1-2]提出了病害整治决策模型的初步方案，但并未将模型进行细化研究，同时未给出模型的算法.

决策支持系统是以现代信息技术为手段，综合运用计算机技术、管理科学、经济数学、人工智能技术等多种科学知识，针对某一类型的半结构化决策问题，通过背景资料、模型等方式，辅助管理者做出正确决策的人机交互式系统[3].因此，利用决策支持系统理论，建立路基病害整治的决策模型.

1 模型建立

1.1 病害危急程度

客观判断病害危急程度，需要了解影响病害危急程度的因素，为了便于分析，我们选择影响较大的五种因素: 病害所发生的部位(基床、路基本体或地基)、外界环境影响(气候、荷载等)、病害范围、病害持续时间、已造成的损失，各因素危害大小分别为X1、X2、X3、X4、X5.

综上所述，设病害ai各因素的权重为Kj，可以得出病害ai的危害程度函数：

危害程度越大，就应该最先处理，所以每种病害希望自己的危害程度能达到maxf(ai)，这是一个多目标决策问题.但实际工程情况下，无法达到同时最大的情况，所以需要将病害的整治先后进行排序，按照先后顺序再进行整治.

1.2 制定病害整治方案

判定哪一种哪一处病害需要最先处理，即制定病害整治方案，仅仅根据病害紧急程度判断是不够的，往往要对各种因素进行综合考虑.所以首先将多目标归一化，利用加权法将多目标归一.设Bi为病害整治方案，Bi中包括的元素为：结合各病害的权重Qi，将病害ai的整治处理先后进行排序.

则

方案的制定不仅受到病害紧急程度的影响，同时也受到病害所需费用以及所能提供的费用的制约.

(1)病害ai所需要的费用：所需资金M1、所需人力M2、所需物力(机械、材料)M3、其他费用M4.

病害ai所需要的费用函数为

整治方案Bi所需的费用函数为

(2)所能提供的费用：可提供的资金费用为p1，可提供的人力费用为p2，可提供的物力费用为p3.

则工务段所能提供的费用函数：

综上所述，病害整治多目标决策模型为：

需要按照病害整治方案B中的排列顺序，依次进行病害的整治.

2 模型算法

在多目标决策问题中，要直接求解出最优解比较困难，可能同时求出多个解，而且任何两个解不一定都是可比出其优劣的.所以在模型中，利用加权法已经将一个多目标问题转换成一个单目标最优化问题，先求解出模型的非劣解集，而后决策者就利用这个信息，根据自己的相对偏好，选择一个合适的解.

假设讨论范围为一个工务段，病害ai各因素的权重Kj已知，同时，人力、物力均能转化为相应的资金数.具体算法如图1所示.

图1 病害整治决策模型的算法

3 结论

本文提出了病害整治决策模型，并给出了基本算法，对于工务段在进行病害先后处理时提供一定的依据.但是文中模型的建立，存在一些假设前提，比如病害ai各因素的权重Kj假设为已知，决策者的偏好未做定量分析.所以如何改进模型，让其更贴近实际工程情况，对于科学的进行病害整治是十分重要的.

[1]孙玫肖.智能化的铁路路基病害管理信息系统中若干问题的研究[J].中国铁道科学,1991(2):65-73.

[2]孙玫肖.铁路路基病害诊断专家系统的研究[J].中国铁道科学,1993(4):95-102.

[3]李书涛.决策支持系统原理与技术[M].北京理工大学出版社,1996.

[4]彭华,张鸿儒.铁路路基病害类型、机理及检测与整治技术[J].工程地质学报,2005(2):195-199.

[5]孙玫肖.铁路路基病害灰色预测系统的研究[J].中国铁道科学,1995(1):104-110.

[6]陈晓红.决策支持系统理论和应用[M].北京：清华大学出版社,2000.

1673-9590(2015)03-0119-02

2014-07-14

谢晓倩(1987-)，女，助教，硕士，主要从事智能交通的研究E-mail:531811104@qq.com.

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