基于數據包絡分析的高速路路網預防性養護效率評估方法技術

本發明專利技術公開了一種基于數據包絡分析的高速路路網預防性養護效率評估方法，包括步驟：步驟1：根據高速公路路網預防性養護歷史數據及路網養護技術狀況評定，歸納預防性養護方案，確定養護效率決策單元；步驟2：構建高速公路路網預防性養護效率評估指標體系，獲取和量化投入產出指標；步驟3：基于數據包絡分析對路網預防性養護方案相對效率值進行計算排序，得出最有效預防性養護方案。本發明專利技術針對不同預防性養護方案，采用投入產出的系統思想對養護效率進行評估，綜合考慮各種養護影響因素作為投入指標，路面使用性能變化值為產出指標，建立基于規模收益可變的BCC模型和超效率模型，得出各決策單元相對效率值，評估路網瀝青路面預防性養護方案相對有效性。

Evaluation method for preventive maintenance efficiency of expressway network based on Data Envelopment Analysis

The invention discloses a method comprising the steps of high-speed road network data envelopment analysis preventive maintenance efficiency evaluation method based on: Step 1: according to the highway preventive maintenance history data and network maintenance technical condition evaluation, summed up preventive maintenance scheme, determine the maintenance efficiency of decision making units; step 2: the construction of Highway Preventive maintenance the efficiency evaluation index system, and obtain the input and output indicators; step 3: Data Envelopment Analysis on network scheme of preventive maintenance of the relative efficiency value is calculated based on the ranking, the most effective preventive maintenance plan. The present invention for different preventive maintenance program, using the input-output system thought to assess the efficiency of maintenance, considering various maintenance factors as input indicators, pavement performance changes as the output indicators, based on the BCC model of variable returns to scale and super efficiency model, the relative efficiency of decision making units, evaluation of preventive Road asphalt pavement maintenance scheme relative effectiveness.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種基于數據包絡分析的高速公路路網瀝青路面預防性養護效率評估方法，屬于公路養護規劃技術與管理領域范疇，具體涉及一種路網預防性養護效率評估方法。
技術介紹
目前我國公路建設呈現飛躍式發展，正逐漸從以建設為主的階段向以養護維修管理為主的階段過渡。如何分配和使用有限資金，使我們的路網保持在一個較好的路面性能和服務水平，一直是各大管理部門和研究工作者關注的熱點。而路面養護管理策略的好壞直接影響資金的投入和路面使用性能的改善。為確保投入的有限資金能最大的發揮路用效果，對路面養護管理策略進行有效性研究是必要且意義重大的。但大部分研究者側重于對養護措施的成本效益進行比較，很少有研究者對制定的路面養護管理規劃本身進行深入評價分析。高速公路路網預防性養護本身是一個系統性問題，因為預防性養護好壞直接影響路面使用性能改善效果，受交通流量，養護機械,養護人員，養護資金，養護措施和溫度濕度條件等各方面綜合影響。將路網預防性養護方案作為決策單元進行效率評估，以養護交通量，養護工作量和養護資金作為輸入指標，各路面使用性能分項指標變化值作為輸出指標，能對路面養護管理決策規劃的有效性進行判別。而從整個高速公路路網預防性養護方案中評價出最有效的養護方案，需要選取科學的評價指標，構建合理的評估模型，使用正確的評估方法。非參數數據包絡分析法(DEA)的突出特點是無需假定輸入輸出函數關系，直接利用樣本數據確定有效前沿面，進而得出各決策單元(DMU)相對效率及投入冗余和產出虧空的具體信息。因而，相對其他評估方法，DEA更具客觀，科學性，符合高速公路路網預防性養護的系統性評估要求。因此，設計一種基于數據包絡分析的高速公路路網預防性養護效率評估方法是必要的。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是提供一種基于數據包絡分析的高速公路路網預防性養護效率評估方法，該評估方法能夠從高速公路路網的預防性養護規劃方案中確定養護效率最高的方案。為解決上述問題，本專利技術所采用的技術方案包括以下步驟：一種基于數據包絡分析的高速路路網預防性養護效率評估方法，包括如下步驟：步驟1：根據高速公路路網預防性養護歷史數據及路網養護技術狀況評定，歸納預防性養護方案，確定養護效率決策單元；步驟2：構建高速公路路網預防性養護效率評估指標體系，獲取和量化投入產出指標；步驟3：基于數據包絡分析對路網預防性養護方案相對效率值進行計算排序，得出最有效預防性養護方案。進一步地，高速公路路網瀝青路面預防性養護方案分為四類：I類養護，II類養護，III類養護和IV類養護。進一步地，所述Ⅰ類養護包括霧封層、還原劑封層，Ⅱ類養護包括微表處、開普封層、碎石封層，Ⅲ類養護包括超薄罩面，Ⅳ類養護包括熱拌瀝青混凝土罩面、銑刨加鋪罩面,包括SMA、AC-13、AC-16、OGFC-10。進一步地，步驟2所述的投入產出指標包括：(1)養護交通量X1:為高速公路實施預防性養護措施路段的年平均日交通量，單位是pcu/d；(2)養護工作量X2:為高速公路實施預防性養護路段總里程，m是高速公路養護路段總數；Li是第i路段實施預防性養護里程；(3)養護費用X3:X3＝X31+X32+X33+X34，X31-行政支出；X32-養護措施成本費，n-養護措施種類，Ci-養護措施單價；Si-路段養護面積；X33-養護人工費；X34-養護機械費；養護費用單位為萬元；(4)產出指標Y1:Y1＝PCI-PCI0,PCI-路段實施預防性養護措施后路面損壞狀況指數，PCI0-路段養護前的路面損壞狀況指數，PCI-按現行公路技術狀況評定標準JTGH20-2007執行；(5)產出指標Y2,Y3,Y4,Y5:Y2＝RQI-RQI0；Y3＝RDI-RDI0；Y4＝SRI-SRI0；Y5＝PSSI-PSSI0，計算原則與方法同產出指標Y1。進一步地，步驟3具體包括以下步驟：(1)模型建立：評價模型采用投入導向的基于規模收益可變的BCC模型，具體規劃式如下：式中：θ為決策單元效率值；θ*為效率最優值；ε為引入的非阿基米德無窮小量；為輸入輸出松弛變量；N為決策單元總數；m,s為輸入輸出指標個數；xij，yrj表示第j個決策單元的第i,r輸入輸出值；λj為各決策單元指標值權重；(2)預防性養護方案有效性判斷：求解上述模型，得出最優解；當θ*＝1，決策單元相對有效，反之，相對無效，若松弛變量都為0，則為強相對有效決策單元，反之，為弱相對有效決策單元；(3)預防性養護方案有效性排序：首先相對無效決策單元依據效率最優值θ*大小進行優劣排序；再將BCC模型中相對無效決策單元從參考集中剔除，構件新的超效率模型，對相對有效決策單元再進行排序，相對無效決策單元排在相對有效決策單元之后；(4)求解上述超效率模型，得出該模型的最優解θ*，因被評價DMU效率是參考其他DMU構成的前沿得出的，其效率值一般大于1；(5)根據求解的相對效率值大小，得到新評價單元集的相對有效性排序結果。進一步地，所述再將BCC模型中相對無效決策單元從參考集中剔除，構件新的超效率模型，對相對有效決策單元再進行排序的步驟具體包括：將上述BCC模型中的相對無效決策單元從參考集中剔除，針對相對有效決策單元構建新的超效率模型:Minθ*λ≥0；i＝1,2,…,m；γ＝1,2,…,q；j＝1,2,…,n(j≠k)式中：θ*為決策單元效率值；N為決策單元總數；m,s為輸入輸出指標數量；xij，yrj表示第j個決策單元的第i,r輸入輸出值；λj為各決策單元指標值權重，其中，輸入輸出指標與所述BCC模型一致。本專利技術的積極有益效果：本專利技術的基于數據包絡分析的高速公路路網預防性養護效率評估方法，是對高速公路路網的預防性養護措施的規劃有效性進行評估。以投入-產出的相對效率為評價準則，綜合考慮交通量，養護工作量和養護資金等投入對路面使用性能各分項指標改善的影響，其評價結果更為客觀深入。具有的有益效果是：本專利技術提出了一種對高速公路路網預防性養護方案實施效率評估的全新方法，比傳統的養護措施效益成本比評估方法更全面，更客觀；利用該方法可對高速公路路網的預防性養護方案進行有效性排序，為管理決策者在確定最終養護方案時，提供科學有效依據；還可對各養護方案進行相對無效原因分析，提出改進。附圖說明圖1為本專利技術實施例的路網預防性養護效率評估流程詳細圖；圖2為本專利技術實施例的路網預防性養護效率評估指標體系圖。具體實施方式以下結合實施例進一步闡述本專利技術，但并不限制本
技術實現思路
。基于數據包絡分析的高速路路網預防性養護效率評估方法，實施步驟包括(見圖1)：(1)根據高速公路路網預防性養護歷史數據及路網養護技術狀況評定，歸納預防性養護方案，確定養護效率決策單元(DMU)：本專利技術以廣東省內高速公路路網為實例進行預防性養護方案效率評估。廣東省高速公路路網縱橫交錯，綜合考慮數據的易獲取性及指標有效性等，最后采集的有效數據有158254條。(其中微表處50320條；霧封層19667條；超薄磨耗層15835條；SMA罩面2398條；AC-13罩面1960條及AC-16罩面60072條等)涉及廣東省內2015年已實施預防性養護技術措施的15條高速公路共計1706.3km瀝青路面。具體高速公路路段養護情況如表1所示：表1性能數據采集路段及對應預防本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于數據包絡分析的高速路路網預防性養護效率評估方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟1：根據高速公路路網預防性養護歷史數據及路網養護技術狀況評定，歸納預防性養護方案，確定養護效率決策單元；步驟2：構建高速公路路網預防性養護效率評估指標體系，獲取和量化投入產出指標；步驟3：基于數據包絡分析對路網預防性養護方案相對效率值進行計算排序，得出最有效預防性養護方案。

【技術特征摘要】
1.一種基于數據包絡分析的高速路路網預防性養護效率評估方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟1：根據高速公路路網預防性養護歷史數據及路網養護技術狀況評定，歸納預防性養護方案，確定養護效率決策單元；步驟2：構建高速公路路網預防性養護效率評估指標體系，獲取和量化投入產出指標；步驟3：基于數據包絡分析對路網預防性養護方案相對效率值進行計算排序，得出最有效預防性養護方案。2.根據權利要求1所述的基于數據包絡分析的高速路路網預防性養護效率評估方法，其特征在于：高速公路路網瀝青路面預防性養護方案分為四類：I類養護，II類養護，III類養護和IV類養護。3.根據權利要求2所述的基于數據包絡分析的高速路路網預防性養護效率評估方法，其特征在于，所述Ⅰ類養護包括霧封層、還原劑封層，Ⅱ類養護包括微表處、開普封層、碎石封層，Ⅲ類養護包括超薄罩面，Ⅳ類養護包括熱拌瀝青混凝土罩面、銑刨加鋪罩面,包括SMA、AC-13、AC-16、OGFC-10。4.根據權利要求1所述的一種基于數據包絡分析的高速路路網預防性養護效率評估方法，其特征在于，步驟2所述的投入產出指標包括：(1)養護交通量X1:為高速公路實施預防性養護措施路段的年平均日交通量，單位是pcu/d；(2)養護工作量X2:為高速公路實施預防性養護路段總里程，m是高速公路養護路段總數；Li是第i路段實施預防性養護里程；(3)養護費用X3:X3＝X31+X32+X33+X34，X31-行政支出；X32-養護措施成本費，n-養護措施種類，Ci-養護措施單價；Si-路段養護面積；X33-養護人工費；X34-養護機械費；養護費用單位為萬元；(4)產出指標Y1:Y1＝PCI-PCI0,PCI-路段實施預防性養護措施后路面損壞狀況指數，PCI0-路段養護前的路面損壞狀況指數，PCI-按現行公路技術狀況評定標準JTGH20-2007執行；(5)產出指標Y2,Y3,Y4,Y5:Y2＝RQI-RQI0；Y3＝RDI-RDI0；Y4＝SRI-SRI0；Y5＝PSSI-PSSI0，計算原則與方法同產出指標Y1。5.根據權利要求1所述的一種基于數據包絡分析的高速路路網預防性養護效率評估方法，其特征在于，步驟3具體包括以下步驟：(1)模型建立：評價模型采用投入導向的基于規模收益可變的BCC模型，具體規劃式如下：θ*=min(θ-ϵ(Σi=1msi-+Σr=1ssr+))]]>...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王端宜，馬艷玲，史紀村，
申請(專利權)人：華南理工大學，
類型：發明
國別省市：廣東;44