高速公路线形评价方法

摘要

一种高速公路线形评价方法，以层次分析和属性数学相结合的方法进行高速公路线形评价，确定线形评价各指标的隶属度计算函数与取值标准，并与评价指标体系配合进行高速公路线形评价，同时，采用隶属度函数计算各线形元素对线形的影响权重；通过计算各线形元素隶属度值，计算一条高速公路的线形设计评价得分。与已有技术相比，本发明所提出的高速公路线形评价方法，不仅能够利用运行速度V₈₅作为线形评价体系中“行车速度”这一重要指标，与各线形建立相关模型，预测各断面运行速度V₈₅值，对线形质量作出准确评价，能够覆盖高速公路线形质量评价体系中的各相关指标，并利用隶属度计算不同指标的权重，评价准确并且评价指标合理全面。

主权项

1.一种高速公路线形评价方法，以层次分析和属性数学相结合的方法进行高速公路线形评价，确定线形评价各指标的隶属度计算函数与取值标准，并与评价指标体系配合进行高速公路线形评价，同时，采用隶属度函数计算各线形元素对线形的影响权重；通过计算各线形元素隶属度值，计算一条高速公路的线形设计评价得分，该方法包括：建立运动速度预测模型设置线形设计中与具体设计问题相关的指标变量；收集整理实测的指标数据；构造理论多重线性回归分析模型；估计该模型参数；进行该模型检验；如该模型通过检验，则可应用该模型，模型应用包括运行速度预测，以及线形评价；如该模型未通过检验，则对其进行修改后，依序重新执行该流程，重新收集整理数据及构造理论模型；建立运动速度线性回归方程；建立线形评价模型根据线形质量综合评价体系中的各准则和指标，建立线形评价模型：对指标层的评价模型建立，包括确定平面线形指标，建立评价因素权重矩阵：建立综合评价矩阵：L1，H1，Y1，Z1分别表示直线、缓和曲线、圆曲线、直缓圆的组合确定的隶属度，即单项得分；计算评判结果矩阵：B₃₁＝W₃₁×R₃₁；确定纵断面线形指标，建立评价因素权重矩阵：根据地形的实际情况，以及纵坡和竖曲线对现场的适应情况和行车对纵断线形的要求，确定直坡段、竖曲线、直坡段与竖曲线组合的相对重要度，建立权重分配矩阵：建立综合评价矩阵：R₃₂＝[ZP1，SQ1，ZQ1]^T，式中：ZP1，SQ1，ZQ1分别表示直坡段、竖曲线、直坡段与竖曲线组合确定的隶属度，即单项得分，计算评判结果矩阵：B₃₂＝W₃₂×R₃₂以此类推，分别平面线形、纵断面线形、横断面线形、占地面积等的三级权重矩阵和分值矩阵，最后得出各部份的评判结果，即二级评判指标。对准则层的评价模型建立，包括确定技术指标，建立评价因素权重分配矩阵：建立综合评价矩阵：R₂₁＝[B1₂₁，B₂₂，B1₂₃，B1₂₄]^T，计算评判结果矩阵：B₂₁＝W₂₁×R₂₁；确定功能指标，建立评价因素权重分配矩阵：建立综合评价矩阵：R₂₂＝[B2₂₁，B2₂₂，B2₂₃]^T，计算评判结果矩阵：B₂₂＝W₂₂×R₂₂确定数量指标，建立评价因素权重分配矩阵：建立综合评价矩阵：R₂₃＝[B3₂₁，B3₂₂]^T，计算评判结果矩阵：B₂₂＝W₂₂×R₂₂；确定环境指标，建立评价因素权重分配矩阵：建立综合评价矩阵：R₂₄＝[B4₂₁，B4₂₂，B4₂₃]^T，计算评判结果矩阵：B₂₄＝W₂₄×R₂₄；建立一级评价矩阵，得到最终评价结果，建立评价因素权重分配矩阵：建立综合评价矩阵：R₁₁＝[B₂₁，B₂₂，B₂₃，B₂₄]^T，计算评判结果矩阵：B₁₁＝W₁₁×R₁₁；根据上述线形评价模型，得到待评价线形的质量得分。基于一条公路线形的每种线形元素都可以根据设计取值情况，计算出量化的隶属度值，直线形隶属度函数，其函数表示为： $u\left(l\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& l<l_{\min }\\ 1& L_{\max }\le l\le L_{\min }\\ \exp (-\frac{{(L-L_{\max })}^2}{2{\left(\frac{2}{3}{L}_{\max }\right)}^2})& l>L_{\max }\end{array}\right.$圆曲线半径的隶属度函数为： $u\left(R\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& R<650\\ 0.3+0.7\exp \left(\frac{{(R-1800)}^2}{2\times {400}^2}\right)& 650\le R<1800\\ 1& 1800\le R\le 10000\\ \exp \left(\frac{{(R-9000)}^2}{2\times {350}^2}\right)& 9000<R\le 10000\\ 0& R>10000\end{array}\right.$缓和曲线线形单元的隶属度函数为：纵坡坡长的隶属度函数为： $u\left(l\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& \\ 0.6+0.4\exp (-\frac{l-L_1}{{L_1}^2/10})& L_{\min }<l<L_1\\ l& L_1\le l\le L_{\max }\\ 0& l>L_{\max }\end{array}\right.$纵坡坡度的隶属度函数表示为： $u\left(i\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& i<-I_1\\ \frac{0.4i-0.6I_2+I_1}{I_1-I_2}& -I_1\le i<I_2\\ 1& I_2\le i<I_1\\ \frac{0.4i+0.6I_2-I_1}{I_1-I_2}& I_2\le i<I_1\\ 0& i>I_1\end{array}\right.$竖曲线半径的隶属度函数： $u\left(R\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& R<-R_{\min }\\ 0.3+0.7\exp \left(\frac{{(R-R_1)}^2}{2{\sigma }^2}\right)& R_{\min }\le R{<R}_1\\ 1& R{\ge R}_1\end{array}\right.$竖曲线长度隶属度函数如下式： $u\left(l\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& l<l_{\min }\\ 0.6+0.4\exp (-\frac{{(l-l_0)}^2}{2{\left(\frac{l_0}{3}\right)}^2})& l_{\min }<l{<l}_0\\ 1& l\ge l_0\end{array}\right.$横断面线形按下式进行权重量化。 $u\left(b\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& b<b_{\min }\\ 0.3+0.7\exp (-\frac{{(b-b_1)}^2}{2{(2b_1/3)}^2})& b_{\min }\le b<b_1\\ 1& b\ge b_1\end{array}\right.$平纵横协调，根据不符合要求的平纵线形组合所占全部组合的比例来量化平纵线形的协调性，计算函数： $u\left(x\right)=1-0.5\times \frac{x}{\mathrm{\Sigma x}}$行车速度，根据行车速度的检测，以及各线形与运行速度的相关模型，预测各断面运行速度V₈₅值，参照线形总体评价标准，确定其量化权重： $u\left(\Delta V_{85}\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& \Delta V_{85}<9.7\mathrm{km}/h\\ \exp (-\frac{{(\Delta V_{85}-9.7)}^2}{2{(\frac{1}{3}\times 9.7)}^2})& \Delta V_{85}>9.7\mathrm{km}/h\end{array}\right.$通行能力计算函数： $u\left(C\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& C<C_d\\ 1& C\ge C_d\end{array}\right.$交通安全系数，计算各路段的车速降低系数，推算事故率： $u\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& k\le 0.56\\ e^{-{(k-0.56)}^2}& k>0.56\end{array}\right.$占地面积与土石方数量的隶属度函数； $u\left(u\left(x\right)\right)=\left\{\begin{array}{cc}1-0.05& x<x_0\\ \exp (-\frac{(x-x_0)}{x_0^2/10})-0.05& x>x_0\end{array}\right.$环境指标的隶属函数为： $u\left(x\right)=\frac{x}{10}.$