專利名稱：：高速公路線形評價方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及交通運輸業(yè)中公路的評價方法，尤其涉及一種線形質量綜合評價體系進行高速公路線形評價的方法。
背景技術：
：高速公路是一種三維帶狀線性構造物。其中線形是高速公路的骨架，也是車輛運行的直接載體。高速公路線形的描述通常分為平面線形、縱斷面線形和橫斷面線形三個部分。而完成后的線形設計結果，并不一定是合理的。在正式施工前，需要對其進行設計結果的評價。現(xiàn)有技術中的線形評價方法，也是采用基于“行車速度”這一概念展開的，主要包括“設計速度”、“運行速度”和“可能速度”。行車速度是公路設計時確定其幾何線形的最關鍵參數(shù)。作為線形設計的基礎指標和線形設計參數(shù)，“行車速度”一經選定，公路的所有相關要素如平曲線半徑、緩和曲線長度、視距、超高、縱坡、豎曲線等指標必須與其配合以獲得均衡設計?；凇靶熊囁俣取痹诠肪€形設計中的重要影響，目前公路線形的設計方法都是基于“行車速度”這一概念展開的，主要包括“設計速度”、“運行速度”和“可能速度”。利用上述三種速度指標作為設計參數(shù)進行線形設計的優(yōu)缺點，說明如下1.以“設計速度”作為線形評價體系中的“行車速度”指標“設計速度”是指車輛在一條公路的受限路段上，汽車所能安全行駛的最大速度。設計車速是一個定值，作為設計參數(shù)，它規(guī)定了高速公路最低設計標準，是決定公路幾何形狀的基本依據。只從幾何要素考慮，但在實際設計中，對于眾多的非受限路段，公路路線的平、縱、橫及其它相關指標的確定就沒有明確的依據，從而導致各指標取值不合理、相互組合不協(xié)調、高低指標之間無過渡等問題。由于技術指標的不協(xié)調，很難實現(xiàn)路線線形的均衡性和連續(xù)性，使行車速度忽高忽低，容易產生速度突變，多數(shù)路段超速現(xiàn)象嚴重，這種超速和突變極易發(fā)生交通事故。因此，以設計速度作為公路線形評價中行車速度的參數(shù)依據是不合理的。2.以“可能速度”作為線形評價體系中的“行車速度”指標“可能速度”是指在良好的氣候條件和交通條件下，汽車行駛只受公路本身線形條件影響，技術熟練的駕駛者駕駛汽車沿某條公路行駛時，可能達到的最大速度。由于安全的原因，它幾乎不可能通過現(xiàn)場觀測或者測量得到，只能在公路平、縱線形指標已知的基礎上，通過建立理論預測模型獲得，用以指導已建公路的改進或者擬建公路的線形設計評價和改進，同時可作為已建成或擬建公路設置交通安全設施的依據，因此，這種速度參數(shù)的獲得也是困難的，也不宜作為線形評價體系中的“行車速度”指標。3.以“運動速度”作為設計作為線形評價體系中的“行車速度”指標針對“設計速度”方法存在的主要問題，國外許多發(fā)達國家廣泛運用以“運行速度”作為設計參數(shù)來進行線形設計?！斑\動速度”是一個統(tǒng)計學指標，它是指單位路段上車輛的實際行駛速度。因不同車輛在行駛過程中可能采用不同車速，通常按統(tǒng)計學中測定的從低速到高速排列的第85個百分點所對應的車輛行駛速度作為“運行速度”。運行速度主要受駕駛人行為、車輛狀況和公路狀況三個方面影響，是道路設計能給駕駛員提供的實際運行條件的集中體現(xiàn)。“運動速度”的引入，可以有效解決公路線形設計指標與實際車輛行駛速度所需要的線形指標脫節(jié)的問題。以此作為速度預測模型，可以更為準確和合理地進行線形評價，這是本案函待解決的問題。
發(fā)明內容本發(fā)明正是為了解決上述現(xiàn)有技術所存在的缺陷，而提出一種高速公路線形評價方法，通過層次分析和屬性數(shù)學方法，借助運行速度模型和線形評價模型的建立，基于線形評價體系中的準則和指標，實現(xiàn)高速公路線形評價。本發(fā)明提出一種高速公路線形評價方法，以層次分析和屬性數(shù)學相結合的方法進行高速公路線形評價，確定線形評價各指標的隸屬度計算函數(shù)與取值標準，并與評價指標體系配合應用于高速公路線形評價采用隸屬度函數(shù)計算各線形元素對線形的影響權重；通過計算各線形元素隸屬度值——得分權重，并結合專家對不同評價指標的分項打分，應用層次分析法，從而計算出一條高速公路的線形設計評價得分，該方法包括建立運動速度預測模型設置線形設計中與具體設計問題相關的指標變量；收集整理實測的指標數(shù)據；構造理論多重線性回歸分析模型；估計該模型參數(shù)；進行該模型檢驗；如該模型通過檢驗，則可應用該模型，模型應用包括運行速度預測，以及線形評價；如該模型未通過檢驗，則對其進行修改后，依序重新執(zhí)行該流程，重新收集整理數(shù)據及構造理論模型；建立運動速度線性回歸方程；建立線形評價模型根據線形質量綜合評價體系中的各準則和指標，建立線形評價模型對指標層的評價模型建立，包括確定平面線形指標，建立評價因素權重矩陣建立綜合評價矩陣L1，H1，Y1，Z1分別表示直線、緩和曲線、圓曲線、直緩圓的組合確定的隸屬度，即單項得分；計算評判結果矩陣B31＝W31×R31；確定縱斷面線形指標，建立評價因素權重矩陣根據地形的實際情況，以及縱坡和豎曲線對現(xiàn)場的適應情況和行車對縱斷線形的要求，確定直坡段、豎曲線、直坡段與豎曲線組合的相對重要度，建立權重分配矩陣，建立綜合評價矩陣R32＝[ZP1，SQ1，ZQ1]T，式中ZP1，SQ1，ZQ1分別表示直坡段、豎曲線、直坡段與豎曲線組合確定的隸屬度，即單項得分，計算評判結果矩陣B32＝W32×R32以此類推，分別平面線形、縱斷面線形、橫斷面線形、占地面積等的三級權重矩陣和分值矩陣，最后得出各部份的評判結果，即二級評判指標。對準則層的評價模型建立，包括確定技術指標，建立評價因素權重分配矩陣，建立綜合評價矩陣R21＝[B121，B22，B123，B124]T，計算評判結果矩陣B21＝W21×R21；確定功能指標，建立評價因素權重分配矩陣，建立綜合評價矩陣R22＝[B221，B222，B223]T，計算評判結果矩陣B22＝W22×R22確定數(shù)量指標，建立評價因素權重分配矩陣，建立綜合評價矩陣R23＝[B321，B322]T，計算評判結果矩陣B22＝W22×R22；確定環(huán)境指標，建立評價因素權重分配矩陣，建立綜合評價矩陣R24＝[B421，B422，B423]T，計算評判結果矩陣B24＝W24×R24；建立一級評價矩陣，得到最終評價結果，建立評價因素權重分配矩陣，建立綜合評價矩陣R11＝[B21，B22，B23，B24]T，計算評判結果矩陣B11＝W11×R11；按照這種公路線形綜合評價方法，得到所作評價現(xiàn)行的質量得分。根據上述線形評價模型，得到待評價線形的質量得分?；谝粭l公路線形的每種線形元素都可以根據設計取值情況，計算出量化的隸屬度值，直線形隸屬度函數(shù)，其函數(shù)表示為u(l)=0l<lmin1Lmax≤l≤Lminexp(-(L-Lmax)22(23Lmax)2)l>Lmax]]>圓曲線半徑的隸屬度函數(shù)為u(R)=0R<6500.3+0.7exp((R-1800)22×4002)650≤R<180011800≤R≤10000exp((R-9000)22×3502)9000<R≤100000R>10000]]>緩和曲線線形單元的隸屬度函數(shù)為縱坡坡長的隸屬度函數(shù)為u(l)=00.6+0.4exp(-l-L1L12/10)Lmin<l<L1lL1≤l≤Lmax0l>Lmax]]>縱坡坡度的隸屬度函數(shù)表示為u(i)=0i<-I10.4i-0.6I2+I1I1-I2-I1≤i<I21I2≤i<I10.4i+0.6I2-I1I1-I2I2≤i<I10i>I1]]>豎曲線半徑的隸屬度函數(shù)u(R)=0R<-Rmin0.3+0.7exp((R-R1)22σ2)Rmin≤R<R11R≥R1]]>豎曲線長度隸屬度函數(shù)如下式u(l)=0l<lmin0.6+0.4exp(-(l-l0)22(l03)3)lmin<l<l01l≥l0]]>橫斷面線形按下式進行權重量化。u(b)=0b<bmin0.3+0.7exp(-(b-b1)22(2b1/3)2)bmin≤b<b11b≥b1]]>平縱橫協(xié)調，根據不符合要求的平縱線形組合所占全部組合的比例來量化平縱線形的協(xié)調性，計算函數(shù)u(x)=1-0.5×xΣx]]>行車速度，根據行車速度的檢測，以及各線形與運行速度的相關模型，預測各斷面運行速度V85值，參照線形總體評價標準，確定其量化權重u(ΔV85)=1ΔV85<9.7km/hexp(-(ΔV85-9.7)22(13×9.7)2)ΔV85>9.7km/h]]>通行能力計算函數(shù)u(C)=0C<Cd1C≥Cd]]>交通安全系數(shù)，計算各路段的車速降低系數(shù)，推算事故率u(k)=1k≤0.56e-(k-0.56)2k>0.56]]>占地面積與土石方數(shù)量的隸屬度函數(shù)；u(u(x)=1-0.05x<x0exp(-(x-x0)x02/10)-0.05x>x0]]>環(huán)境指標的隸屬函數(shù)為u(x)=x10.]]>與已有技術相比，本發(fā)明所提出的高速公路線形評價方法，不僅能夠利用運行速度V85作為線形評價體系中“行車速度”這一重要指標，與各線形建立相關模型，預測各斷面運行速度V85值，對線形質量作出準確評價，并且，能夠覆蓋高速公路線形質量評價體系中的各相關指標，并可根據實際情況計算不同的指標權重，以達到有針對性的評價及全面評價的效果，評價準確并且評價指標合理全面。圖1為本發(fā)明的線形質量綜合評價體系示意圖；圖2為本發(fā)明的高速公路線形評價方法的運動速度的多重線性回歸模型的建立流程。具體實施例方式下面通過具體實施例，并結合附圖進一步說明本發(fā)明的技術方案。本發(fā)明建立了以技術指標、功能指標、數(shù)量指標和環(huán)境指標為基本組成部分的高速公路線形評價指標體系，提出了以層次分析和屬性數(shù)學相結合的方法進行高速公路線形評價，確定了線形評價各指標的隸屬度計算函數(shù)與取值標準，并與評價指標體系配合應用于高速公路線形評價采用隸屬度函數(shù)計算各線形元素對線形的影響權重；通過計算各線形元素隸屬度值——得分權重，并結合專家對不同評價指標的分項打分，應用層次分析法，從而計算出一條高速公路的線形設計評價得分。平縱橫三方面會直接影響到公路工程的運行速度、通行能力、工程數(shù)量、占地面積、環(huán)境影響等方面的問題。本發(fā)明采用了比現(xiàn)有技術更加合理和全面的評價指標。如圖1所示，為本發(fā)明提出的高速公路線形評價方法所依據的評價指標體系。該體系的包括目標層10、準則層20、指標層30和子指標層40。其中，目標層10包括線形質量評價體系，準則層20是包括線形評價的準則，例如技術指標、功能指標、數(shù)量指標和環(huán)境指標；準則層20作為公路線形綜合評價過程的第二級，該級各項指標的確定就可得到最后的評價結果，也就是第一級目標層(所設計公路線形的得分值)。準則20所包括的4個指標準則，又細分為第三級指標層中的多種指標技術指標，包括平面線形、縱斷面線形、橫斷面線形和平縱橫協(xié)調；功能指標，包括行車速度、通行能力和交通安全系數(shù)；數(shù)量指標，包括占地面積、土石方數(shù)量；環(huán)境指標與周圍景觀協(xié)調、社會反響和對社會分割程度。它包括平直線形、縱斷面線形、運行速度、通行能力、占地面積、工程數(shù)量、環(huán)境影響，它們。指標層30包括諸多評價指標，例如平直線形、縱斷曲線形、橫斷曲線形、平縱協(xié)調，這四個指標組合構成準則層20的技術指標；作為線形質量評價體系的第三級，是對第二級指標的進一步分解和細化，它與第二級指標的關系是通過第三級指標層的計算得到第二級準則層20的數(shù)據，例如公路平面線形由直線、緩和曲線和圓曲線通過不同的組合構成；直線、緩和曲線和圓曲線的不同組合得到不同平面線形的形式，而不同平面線形的形式有不同的適用范圍，并帶來不同形式的曲線加寬與超高等，這些均會影響運營時乘客的舒適度與運營效益，需要給出預先的評估(打分)?？v斷面線形又由直坡段和豎曲線組成，直坡段的坡長與坡度都是線形質量的重要考證元素。另外還可細化，如一條公路現(xiàn)行的直線包括若干段，每一段有一得分，總體會有一個關于直線部分的綜合得分值等等。這些單元的組成部分構成一個有機的整體，但又各自獨立。公路線形綜合線形評價方法的原理是應用分項打分法的權重分析原則，結合層次分析法和屬性數(shù)學，根據建立的評價指標體系，從第三級開始，分別計算各級各部分的權重與得分，逐級往上，每一級的計算結果作為上一級的輸入數(shù)據，直至得出最后的評價結果。本發(fā)明的高速公路線形設計方法的整體流程。它包括以下步驟建立運行速度模型；建立線性評價模型以及線形評價。下面來詳細描述高速公路線形設計方法的整體流程，首先是建立運行速度模型該運行速度預測模型是通過大量的野外現(xiàn)場觀測，并經數(shù)理統(tǒng)計分析而建立起來的。本發(fā)明所對于其中的數(shù)理統(tǒng)計分析。如圖2所示，為本發(fā)明的高速公路線形評價方法的運動速度的多重線性回歸模型的建立流程。該流程包括以下步驟首先，設置線形設計中與具體問題相關的指標變量，步驟201；收集整理數(shù)據，步驟202；構造理論多重線性回歸分析模型，步驟203；估計該模型參數(shù)，步驟204；進行該模型檢驗，步驟205；如該模型通過檢驗，則可應用該模型，步驟206，模型應用包括運行速度預測，步驟206，以及線形評價，步驟208；如該模型未通過檢驗，則對其進行修改，步驟209，返回步驟202，依序重新執(zhí)行該流程，重新收集整理數(shù)據及構造理論模型。在流程中提及的多重線性回歸分析模型，其原理是多重線性回歸所討論的內容是因變量Y與兩個或兩個以上自變量X1、X2、…、Xn的線性依賴關系問題。利用多重回歸往往會得到比簡單線性回歸更為準確、可靠的估計(或稱預測)結果。設在一無線總體中，因變量Y與自變量X1、X2、…、Xn之間存在線性依賴關系，那么給定一組自變量的取值X1t、X2t、…、Xnt，因變量Y就會依照下面的等式取值Yi＝β0+β1X1i+β2X2i+…+βnXni+εi(1)公式(1)為多重回歸線性回歸模型。β0，β1，β2，…，βn為模型參數(shù)，它決定了因變量Y與自變量X1，X2，…，Xn線性關系的具體形式εi為誤差項隨機變量，代表了除模型中選定的n個自變量之外其余未知因素對Yi的影響?；貧w分析的根本目的，就是確定模型參數(shù)的具體數(shù)值，從而確定因變量與自變量之間線性關系的具體形式。對εi做出如下4個基本假設①εi的均值或期望值為0，即E(εi)＝0；②εi的方差是相等的，即σϵ12=σϵ22=···=σϵn2=σ2]]>③εi服從正態(tài)分布，即εi～N(0，σ2)；④εi具有獨立性。因為E(εi)＝0，對公式(1)兩邊數(shù)學期望，得E(Y)i＝β0+β1X1i+β2X2i+…+βnXni(2)公式(2)為多重線性回歸方程。下式(3)為多重線性估計回歸方程接下來的工作就是要根據樣本數(shù)據計算統(tǒng)計量b1，b2，…，bn，的數(shù)值，確定估計回歸方程的具體形式，從而對總體中的回歸方程做出估計。得出回歸方程后，還需對線性回歸的4個基本假設，進行診斷①因變量與自變量之間線性關系的假定。根據標準殘差、標準預測值散點圖，當圖中各點縱坐標在零點對應的直線上下比較均勻分布時不呈一定的規(guī)律時假設成立；②殘差的獨立性假定。利用Durbin-Watson檢驗法進行診斷，當DW≈2時認為相鄰兩點的殘差是相互獨立的；③殘差的方差齊次性假定。根據標準預測值、學生化殘差散點圖，當圖中比較均勻分布時不呈一定的規(guī)律時假設成立；④殘差的正態(tài)分布假定。通過直方圖和P-P正態(tài)概率圖來實現(xiàn)。如果上述4個假設成立的話，那么有關參數(shù)的區(qū)間估計，假設檢驗都是可靠的，如果不成立的話，那么就需要重新假設模型。例如，通過對某條已建高速公路實際“運行速度”的調查與分析，建立了適用于該條高速公路這一特定環(huán)境的運行速度預測模型。(1)平曲線上運行速度預測模型①小客車曲線中點運行速度模型Vmiddle＝-18.419+0.89Vm+5.837R0.2+0.565In(L/2)R2＝0.719②小客車曲終運行速度模型Vout＝24.642+0,803VmiddleR2＝0.714③載重車曲線中點運行速度模型Vmiddle＝12.799+0.812VinR2＝0.596④載重車曲線終運行速度模型Vout＝3.594+2.669InR+0.705VmiddleR2＝0.779(2)直線上運行速度預測模型(縱坡小于1.5％)①小客車直線段中點的運行速度模型Vmidle＝-42.891+0.908Vm+1.59In(L)+7.725In(R1)②小客車直線段終點的運行速度模型Vout＝-90.394+0.807Vmiddle+3.6437In(L)+10.311In(R2)(3)縱坡運行速度模型(縱坡大于1.5％)①小客車縱坡運行速度模型-0.2675i2+3.3538i+7.6364]]>=g(V1+V22)[(1+δg)(V22-V122s)+f+i/100+KF(V12+V22)13G]]]>③載重車縱坡運行速度模型-0.031i3-0.288i2+1.935i+11.861]]>=g(V1+V22)[(1+δg)(V22-V122s)+f+i/100+KF(V12+V22)13G]]]>(4)彎坡組合下等效縱坡讀計算模型i2=i+V2127Rih]]>應用上述運行速度預測模型和本發(fā)明的運行速度預測流程，可以預測出一定線形條件下的運行速度V85值，以及相鄰線形單元之間的運行速度變化情況。再通過執(zhí)行本發(fā)明的高速公路線形評價方法的整體流程，可完成高速公路的線形評價。接下來，是根據圖1所示的線形質量綜合評價體系中的各準則和指標，建立線形評價模型的過程1、三級評價過程，確定部分指針數(shù)據(1)平面線形指標計算1)確定對象集、因素集和評語集對象集{平面線形}因素集{直線形、緩和曲線、圓曲線、直緩圓的組合}評語集{平面線形得分}2)建立評價因素權重矩陣，如下式3)建立綜合評價矩陣式中L1，H1，Y1，Z1分別表示直線、緩和曲線、圓曲線、直緩圓的組合確定的隸屬度，即單項得分。4)計算評判結果矩陣B31＝W31×R31(2)縱斷面線形指標計算1)確定對象集、因素集和評語集對象集{縱斷面線形}因素集{直坡段(包括坡長和坡度)、豎曲線、直坡段與豎曲線組合}評語集{縱斷面線形得分}2)建立評價因素權重矩陣根據地形的實際情況，以及縱坡和豎曲線對現(xiàn)場的適應情況和行車對縱斷線形的要求，確定直坡段、豎曲線、直坡段與豎曲線組合的相對重要度，建立權重分配矩陣3)建立綜合評價矩陣R32＝[ZP1，SQ1，ZQ1]T式中ZP1，SQ1，ZQ1分別表示直坡段、豎曲線、直坡段與豎曲線組合確定的隸屬度，即單項得分。4)計算評判結果矩陣B32＝W32×R32以此類推，分別平面線形、縱斷面線形、橫斷面線形、占地面積等的三級權重矩陣和分值矩陣，最后得出各部份的評判結果，即二級評判指標。2、二級評判過程，確定準則層各項指針數(shù)據(1)技術指標1)確定對象集、因素集和評語集對象集{技術指標}因素集{平面線形、縱斷面線形、橫斷面線形、平縱橫協(xié)調}評語集{公路線形技術指標得分}2)建立評價因素權重分配矩陣3)建立綜合評價矩陣R21＝[B121，B22，B123，B124]T4)計算評判結果矩陣B21＝W21×R21(2)功能指針1)確定對象集、因素集和評語集對象集{功能超標}因素集{運行速度、通行能力、交通安全系數(shù)}評語集{公路線形功能指針得分}2)建立評價因素權重分配矩陣3)建立綜合評價矩陣R22＝[B221，B222，B223]T4)計算評判結果矩陣B22＝W22×R22(3)數(shù)量指標1)確定對象集、因素集和評語集對象集{數(shù)量指標}因素集{占地面積}評語集{公路線形數(shù)量指標得分}2)建立評價因素權重分配矩陣3)建立綜合評價矩陣R23＝[B321，B322]T4)計算評判結果矩陣B22＝W22×R22(4)環(huán)境指標1)確定對象集、因素集和評語集對象集{環(huán)境指標}因素集{線形與周圍環(huán)境協(xié)調性、社會反響、公路對小區(qū)的分隔程度}評語集{公路線形環(huán)境指標得分}2)建立評價因素權重分配矩陣3)建立綜合評價矩陣R24＝[B421，B422，B423]T4)計算評判結果矩陣B24＝W24×R243、一級評價矩陣，得到最終評價結果(1)確定對象集、因素集和評語集對象集{公路線形}因素集{技術指針、功能指針、數(shù)量指針、環(huán)境指標}評語集{公路線形綜合評價得分}(2)建立評價因素權重分配矩陣(3)建立綜合評價矩陣R11＝[B21，B22，B23，B24]T(4)計算評判結果矩陣B11＝W11×R11按照這種公路線形綜合評價方法，得到所作評價現(xiàn)行的質量得分。由于公路工程的每一個項目都有其不可替代的特定環(huán)境，如填挖土石方量與地形地質等緊密相連等，因此，對最后的評價結果還需要結合公路所在地區(qū)的具體地形、地質、河流、植被與建筑等情況對評價過程的個別權重與單項得分進行必要的修正或調整，得出最終結果。即在有充分依據的情況下，可對線性評價得分進行適當?shù)木C合修正。以期達到更為切合實際的客觀評價。表1中列出了各指標在公路線形評價中所占的比重表1<tablesid="table1"num="001"><tablewidth="823">總體指標所占比重(％)分項指標分項指標比重(％)子指標子指標比重(％)技術指標37.67平面線形32.86直線20.28圓曲線27.92緩和曲線22.75平曲線組合29.05</table></tables>評價指標量化的基本原則有以下四種(1)所有線形指標凡是不符合現(xiàn)行《規(guī)范》、《標準》及其它國家、行業(yè)法規(guī)的，其本項得分以0計(2)《規(guī)范》中有″一般值″和″最小值″兩種指標要求者，一般要求現(xiàn)行設計采用值在″一般值″水平之上，大于″最小值″而小于″一般值″的元素要按實際情況給出0～1之間的的分值權重。(3)線形中優(yōu)于國家指標者，本項可得滿分；劣于國家指標者，根據兩者之間的差值比例給出0～1之間的分值權重。(4)對于線形指標中的一些不易量化的單元，如平縱橫的結合情況評分，要結合已建公路的相似路段，應用速度測試方法，結合速度變化或連續(xù)情況，得出相對重要度，給出適當?shù)姆种怠；蛲ㄟ^透視圖法，檢測所設計路段的平縱橫結合情況，從行車和舒適性等多方面進行綜合量化評分。3、各種線形單元有不同的量化評價計算公式1)直線直線線形單元的量化可以采用直線形隸屬度函數(shù)，其函數(shù)表示為u(l)=0l<lmin1Lmax≤l≤Lminexp(-(L-Lmax)22(23Lmax)2)l>Lmax]]>Lmax、Lmin、l在此分別表示()。2)圓曲線圓曲線的半徑值指針有四個，極限最小半徑值、一般最小半徑值和不設超高的最小半徑值，以及最大半徑值。對于天津高速公路，圓曲線半徑的隸屬度函數(shù)為u(R)=0R<6500.3+0.7exp((R-1800)22×4002)650≤R<180011800≤R≤10000exp((R-9000)22×3502)9000<R≤100000R>10000]]>上述公式中的R表示()；數(shù)字的單位為公里。3)緩和曲線緩和曲線線形單元的隸屬度函數(shù)表示為4)縱坡坡長縱坡坡長必須滿足最小坡長和最大坡長的要求，其隸屬度函數(shù)為u(l)=00.6+0.4exp(-l-L1L12/10)Lmin<l<L1lL1≤l≤Lmax0l>Lmax]]>上式中，L1代表適宜的最小坡長，由運行車速模型計算得到，可取值400m。為了避免“斷背”曲線的產生，并使“增重與減重”現(xiàn)象的緩和過渡，高速公路連續(xù)兩個凹形豎曲線和凸凹反向豎曲線之間的直坡段坡長應不小于3S行程，即100m。直坡段的隸屬度函數(shù)為u(l′)=0.6+0.4exp(-l′-1002(1003)2)0<l′<100ll′≥100]]>式中l(wèi)′為兩凹形豎曲線之間或凸凹豎曲線之間的直線段長度(單位m)。坡長的綜合隸屬度函數(shù)為u(L)＝u(l)·u(l′)。5)縱坡坡度縱坡坡度的隸屬度函數(shù)表示為u(i)=0i<-I10.4i-0.6I2+I1I1-I2-I1≤i<I21I2≤i<I10.4i+0.6I2-I1I1-I2I2≤i<I10i>I1]]>式中I1為最大縱坡值(％)I2為理想最大縱坡值(％)，可取1.4％。6)豎曲線豎曲線半徑的隸屬度函數(shù)與圓曲線半徑相似，如下式u(R)=0R<-Rmin0.3+0.7exp((R-R1)22σ2)Rmin≤R<R11R≥R1]]>式中，R1為滿足視覺要求的最小豎曲線半徑(m)；σ為計算參數(shù)，σ=Rmin3.]]>為了行車的安全和舒適，豎曲線除了要滿足最小半徑的要求以外，還需滿足豎曲線最小長度的要求，豎曲線長度隸屬度函數(shù)如下式u(l)=0l<lmin0.6+0.4exp(-(l-l0)22(l03)3)lmin<l<l01l≥l0]]>式中l(wèi)min為《規(guī)范》中豎曲線長度的最小值(單位m)；l0《規(guī)范》中豎曲線長度的一般值(單位m)；豎曲線的綜合隸屬度函數(shù)為u＝u(R)·u(l)7)橫斷面線形橫斷面線形的各部份組成、超高加寬、視距的保證等均需符合要求，根據實際情況進行量化。對于橫斷面各部份組成的尺寸，如行車道寬度、路肩寬度等，可按下式進行權重量化。u(b)=0b<bmin0.3+0.7exp(-(b-b1)22(2b1/3)2)bmin≤b<b11b≥b1]]>式中，bmin為()的最小值；b1為()的一般值。對于超高加寬和視距的保證情況，可按下式計算。8)平縱橫協(xié)調對于線形評價的平縱橫協(xié)調主要需考證平、縱線形的協(xié)調性。根據平縱組合的基本要求，當豎曲線與平曲線組合時，豎曲線宜包含在平曲線之內，且平曲線應長于豎曲線。如果平縱線形組合設計不符合這些要求，則線形組合的協(xié)調性較差?？梢愿鶕环弦蟮钠娇v線形組合所占全部組合的比例來量化平縱線形的協(xié)調性。u(x)=1-0.5×xΣx]]>式中x為不符合要求的平縱組合個數(shù)；∑x為平縱組合數(shù)目總和。9)行車速度根據行車速度的檢測，以及各線形與運行速度的相關模型，預測各斷面運行速度V85值，參照線形總體評價標準，確定其量化權重。u(ΔV85)=1ΔV85<9.7km/hexp(-(ΔV85-9.7)22(13×9.7)2)ΔV85>9.7km/h]]>該指標隸屬函數(shù)中所涉及的V85，由運行速度(或稱行車速度)的預測模型獲得。10)通行能力通行能力是看公路線形設計是否滿足設計通行能力的要求，滿足為1，不滿足為0，其函數(shù)為u(C)=0C<Cd1C≥Cd]]>11)交通安全系數(shù)計算各路段的車速降低系數(shù)，推算事故率u(k)=1k≤0.56e-(k-0.56)2k>0.56]]>有關交通安全系數(shù)的評價依據舉例說如下優(yōu)秀的線形設計事故率為0.56次/百萬輛·公里；一般的線形設計事故率為1.44次/百萬輛·公里；而差的線形設計事故率為2.76次/百萬輛·公里12)占地面積與土石方數(shù)量以這兩個指標的相關的統(tǒng)計指標為基準，給出其質量情況，隸屬度函數(shù)為；u(u(x)=1-0.05x<x0exp(-(x-x0)x02/10)-0.05x>x0]]>式中，x為占地面積(hm2)或土石方數(shù)量(1000m3)；x0為占地面積或土石方數(shù)量的基準指標。13)環(huán)境指標參照表2中確定的標準，可確定環(huán)境指標的隸屬函數(shù)為u(x)=x10]]>式中，x為各因素量化值。這樣，基于一條公路線形的每種線形元素都可以根據設計取值情況，計算出量化的隸屬度值，分別乘以該線形元素在整個線形評價體系中所占的權重(分值)即可得到這一設計線形元素的平均得分，全部線形元素的得分總和就是線形質量評價結果。表2其它還包括交通安全系數(shù)、占地面積與土石方數(shù)量、及環(huán)境指標等評價指標的量化計算。最后，是根據上述運行速度預測模型及線形評價模型，進行線形評價的過程基于一條公路線形的每一種線形元素都可以根據設計取值情況，計算出量化的隸屬度值，分別乘以該線形元素在整個線形評價體系中所占的分值，即可得到這一設計線形元素的平均得分，全部線形元素的得分總和就是線形質量評價結果。設計者可以根據線形質量評價結果對設計好的線形進行修正，對于已經建好的公路，評價的結果可以作為公路重建的依據，以消除由于線形設計帶來的安全隱患及其它問題。本發(fā)明的高速公路線形評價方法應用“運行速度”來進行線形評價，該方法具備以下特點1、采用“運行速度”的線形設計評價方法不改變目前現(xiàn)有技術的方法，只是在現(xiàn)有技術的方法中增加用“運行速度”檢查、修正的過程。這也相應了《公路路線設計規(guī)范》(JTGD20-2006)要求引入運行速度和安全性評價檢驗設計成果的要求。2、采用改變平、縱技術指標的方法使運行速度圖不產生突變，使其平順變化，也可對“運行速度”圖按設想進行平順修正，據此反過來確定平、縱線形指標。3、采用“設計速度”與“運行速度”共存的方法，既可滿足汽車行駛力學方面的最低要求，也可滿足大多數(shù)駕駛員的行車需求。4、采用“運行速度”的線形設計方法，通過改變線形設計指標，實際控制了汽車可能的實際運行速度，對行車安全是有利的。權利要求1.一種高速公路線形評價方法，以層次分析和屬性數(shù)學相結合的方法進行高速公路線形評價，確定線形評價各指標的隸屬度計算函數(shù)與取值標準，并與評價指標體系配合進行高速公路線形評價，同時，采用隸屬度函數(shù)計算各線形元素對線形的影響權重；通過計算各線形元素隸屬度值，計算一條高速公路的線形設計評價得分，該方法包括建立運動速度預測模型設置線形設計中與具體設計問題相關的指標變量；收集整理實測的指標數(shù)據；構造理論多重線性回歸分析模型；估計該模型參數(shù)；進行該模型檢驗；如該模型通過檢驗，則可應用該模型，模型應用包括運行速度預測，以及線形評價；如該模型未通過檢驗，則對其進行修改后，依序重新執(zhí)行該流程，重新收集整理數(shù)據及構造理論模型；建立運動速度線性回歸方程；建立線形評價模型根據線形質量綜合評價體系中的各準則和指標，建立線形評價模型對指標層的評價模型建立，包括確定平面線形指標，建立評價因素權重矩陣建立綜合評價矩陣L1，H1，Y1，Z1分別表示直線、緩和曲線、圓曲線、直緩圓的組合確定的隸屬度，即單項得分；計算評判結果矩陣B31＝W31×R31；確定縱斷面線形指標，建立評價因素權重矩陣根據地形的實際情況，以及縱坡和豎曲線對現(xiàn)場的適應情況和行車對縱斷線形的要求，確定直坡段、豎曲線、直坡段與豎曲線組合的相對重要度，建立權重分配矩陣建立綜合評價矩陣R32＝[ZP1，SQ1，ZQ1]T，式中ZP1，SQ1，ZQ1分別表示直坡段、豎曲線、直坡段與豎曲線組合確定的隸屬度，即單項得分，計算評判結果矩陣B32＝W32×R32以此類推，分別平面線形、縱斷面線形、橫斷面線形、占地面積等的三級權重矩陣和分值矩陣，最后得出各部份的評判結果，即二級評判指標。對準則層的評價模型建立，包括確定技術指標，建立評價因素權重分配矩陣建立綜合評價矩陣R21＝[B121，B22，B123，B124]T，計算評判結果矩陣B21＝W21×R21；確定功能指標，建立評價因素權重分配矩陣建立綜合評價矩陣R22＝[B221，B222，B223]T，計算評判結果矩陣B22＝W22×R22確定數(shù)量指標，建立評價因素權重分配矩陣建立綜合評價矩陣R23＝[B321，B322]T，計算評判結果矩陣B22＝W22×R22；確定環(huán)境指標，建立評價因素權重分配矩陣建立綜合評價矩陣R24＝[B421，B422，B423]T，計算評判結果矩陣B24＝W24×R24；建立一級評價矩陣，得到最終評價結果，建立評價因素權重分配矩陣建立綜合評價矩陣R11＝[B21，B22，B23，B24]T，計算評判結果矩陣B11＝W11×R11；根據上述線形評價模型，得到待評價線形的質量得分。基于一條公路線形的每種線形元素都可以根據設計取值情況，計算出量化的隸屬度值，直線形隸屬度函數(shù)，其函數(shù)表示為u(l)=0l<lmin1Lmax≤l≤Lminexp(-(L-Lmax)22(23Lmax)2)l>Lmax]]>圓曲線半徑的隸屬度函數(shù)為u(R)=0R<6500.3+0.7exp((R-1800)22×4002)650≤R<180011800≤R≤10000exp((R-9000)22×3502)9000<R≤100000R>10000]]>緩和曲線線形單元的隸屬度函數(shù)為縱坡坡長的隸屬度函數(shù)為u(l)=00.6+0.4exp(-l-L1L12/10)Lmin<l<L1lL1≤l≤Lmax0l>Lmax]]>縱坡坡度的隸屬度函數(shù)表示為u(i)=0i<-I10.4i-0.6I2+I1I1-I2-I1≤i<I21I2≤i<I10.4i+0.6I2-I1I1-I2I2≤i<I10i>I1]]>豎曲線半徑的隸屬度函數(shù)u(R)=0R<-Rmin0.3+0.7exp((R-R1)22σ2)Rmin≤R<R11R≥R1]]>豎曲線長度隸屬度函數(shù)如下式u(l)=0l<lmin0.6+0.4exp(-(l-l0)22(l03)2)lmin<l<l01l≥l0]]>橫斷面線形按下式進行權重量化。u(b)=0b<bmin0.3+0.7exp(-(b-b1)22(2b1/3)2)bmin≤b<b11b≥b1]]>平縱橫協(xié)調，根據不符合要求的平縱線形組合所占全部組合的比例來量化平縱線形的協(xié)調性，計算函數(shù)u(x)=1-0.5×xΣx]]>行車速度，根據行車速度的檢測，以及各線形與運行速度的相關模型，預測各斷面運行速度V85值，參照線形總體評價標準，確定其量化權重u(ΔV85)=1ΔV85<9.7km/hexp(-(ΔV85-9.7)22(13×9.7)2)ΔV85>9.7km/h]]>通行能力計算函數(shù)u(C)=0C<Cd1C≥Cd]]>交通安全系數(shù)，計算各路段的車速降低系數(shù)，推算事故率u(k)=1k≤0.56e-(k-0.56)2k>0.56]]>占地面積與土石方數(shù)量的隸屬度函數(shù)；u(u(x))=1-0.05x<x0exp(-(x-x0)x02/10)-0.05x>x0]]>環(huán)境指標的隸屬函數(shù)為u(x)=x10.]]>2.如權利要求1所述的高速公路線形評價方法，其特征在于，所述縱坡坡長隸屬度函數(shù)的計算中，當高速公路連續(xù)兩個凹形豎曲線和凸凹反向豎曲線之間的直坡段坡長應不小于3S行程，即100m時，還需要在線形評價時加入直坡段的隸屬度函數(shù)，該函數(shù)為u(l′)=0.6+0.4exp(-l′-1002(1003)2)0<l′<100ll′≥100.]]>3.如權利要求2所述的高速公路線形評價方法，其特征在于，所述縱坡坡長隸屬度函數(shù)的綜合計算函數(shù)為u(L)＝u(l)·u(l′)。4.如權利要求2所述的高速公路線形評價方法，其特征在于，所述豎曲線還滿足豎曲線最小長度的要求，豎曲線長度隸屬度函數(shù)為u(l)=0l<lmin0.6+0.4exp(-(l-l0)22(l03)2)lmin<l<l01l≥l0.]]>5.如權利要求4所述的高速公路線形評價方法，其特征在于，所述豎曲線的綜合隸屬度函數(shù)為u＝u(R)·u(l)。6.如權利要求4所述的高速公路線形評價方法，其特征在于，所述橫斷面線形在超高加寬和視距的情況，按照下式計算全文摘要一種高速公路線形評價方法，以層次分析和屬性數(shù)學相結合的方法進行高速公路線形評價，確定線形評價各指標的隸屬度計算函數(shù)與取值標準，并與評價指標體系配合進行高速公路線形評價，同時，采用隸屬度函數(shù)計算各線形元素對線形的影響權重；通過計算各線形元素隸屬度值，計算一條高速公路的線形設計評價得分。與已有技術相比，本發(fā)明所提出的高速公路線形評價方法，不僅能夠利用運行速度V文檔編號G06Q10/00GK101059851SQ20071005755公開日2007年10月24日申請日期2007年6月5日優(yōu)先權日2007年6月5日發(fā)明者熊文勝,王曉華,靳燦章,李海舢,孫吉書,李傳憲,肖田,楊春風,汪凌志,王玉秀,王蕊,徐青,鄭利,嚴西華,曹凌峰申請人:天津市市政工程設計研究院