专利名称：：高速公路线形评价方法
技术领域：
：本发明涉及交通运输业中公路的评价方法，尤其涉及一种线形质量综合评价体系进行高速公路线形评价的方法。
背景技术：
：高速公路是一种三维带状线性构造物。其中线形是高速公路的骨架，也是车辆运行的直接载体。高速公路线形的描述通常分为平面线形、纵断面线形和横断面线形三个部分。而完成后的线形设计结果，并不一定是合理的。在正式施工前，需要对其进行设计结果的评价。现有技术中的线形评价方法，也是采用基于“行车速度”这一概念展开的，主要包括“设计速度”、“运行速度”和“可能速度”。行车速度是公路设计时确定其几何线形的最关键参数。作为线形设计的基础指标和线形设计参数，“行车速度”一经选定，公路的所有相关要素如平曲线半径、缓和曲线长度、视距、超高、纵坡、竖曲线等指标必须与其配合以获得均衡设计。基于“行车速度”在公路线形设计中的重要影响，目前公路线形的设计方法都是基于“行车速度”这一概念展开的，主要包括“设计速度”、“运行速度”和“可能速度”。利用上述三种速度指标作为设计参数进行线形设计的优缺点，说明如下1.以“设计速度”作为线形评价体系中的“行车速度”指标“设计速度”是指车辆在一条公路的受限路段上，汽车所能安全行驶的最大速度。设计车速是一个定值，作为设计参数，它规定了高速公路最低设计标准，是决定公路几何形状的基本依据。只从几何要素考虑，但在实际设计中，对于众多的非受限路段，公路路线的平、纵、横及其它相关指标的确定就没有明确的依据，从而导致各指标取值不合理、相互组合不协调、高低指标之间无过渡等问题。由于技术指标的不协调，很难实现路线线形的均衡性和连续性，使行车速度忽高忽低，容易产生速度突变，多数路段超速现象严重，这种超速和突变极易发生交通事故。因此，以设计速度作为公路线形评价中行车速度的参数依据是不合理的。2.以“可能速度”作为线形评价体系中的“行车速度”指标“可能速度”是指在良好的气候条件和交通条件下，汽车行驶只受公路本身线形条件影响，技术熟练的驾驶者驾驶汽车沿某条公路行驶时，可能达到的最大速度。由于安全的原因，它几乎不可能通过现场观测或者测量得到，只能在公路平、纵线形指标已知的基础上，通过建立理论预测模型获得，用以指导已建公路的改进或者拟建公路的线形设计评价和改进，同时可作为已建成或拟建公路设置交通安全设施的依据，因此，这种速度参数的获得也是困难的，也不宜作为线形评价体系中的“行车速度”指标。3.以“运动速度”作为设计作为线形评价体系中的“行车速度”指标针对“设计速度”方法存在的主要问题，国外许多发达国家广泛运用以“运行速度”作为设计参数来进行线形设计。“运动速度”是一个统计学指标，它是指单位路段上车辆的实际行驶速度。因不同车辆在行驶过程中可能采用不同车速，通常按统计学中测定的从低速到高速排列的第85个百分点所对应的车辆行驶速度作为“运行速度”。运行速度主要受驾驶人行为、车辆状况和公路状况三个方面影响，是道路设计能给驾驶员提供的实际运行条件的集中体现。“运动速度”的引入，可以有效解决公路线形设计指标与实际车辆行驶速度所需要的线形指标脱节的问题。以此作为速度预测模型，可以更为准确和合理地进行线形评价，这是本案函待解决的问题。
发明内容本发明正是为了解决上述现有技术所存在的缺陷，而提出一种高速公路线形评价方法，通过层次分析和属性数学方法，借助运行速度模型和线形评价模型的建立，基于线形评价体系中的准则和指标，实现高速公路线形评价。本发明提出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应用于高速公路线形评价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——得分权重，并结合专家对不同评价指标的分项打分，应用层次分析法，从而计算出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；按照这种公路线形综合评价方法，得到所作评价现行的质量得分。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(l)=0l<lmin1Lmax≤l≤Lminexp(-(L-Lmax)22(23Lmax)2)l>Lmax]]>圆曲线半径的隶属度函数为u(R)=0R<6500.3+0.7exp((R-1800)22×4002)650≤R<180011800≤R≤10000exp((R-9000)22×3502)9000<R≤100000R>10000]]>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(l)=00.6+0.4exp(-l-L1L12/10)Lmin<l<L1lL1≤l≤Lmax0l>Lmax]]>纵坡坡度的隶属度函数表示为u(i)=0i<-I10.4i-0.6I2+I1I1-I2-I1≤i<I21I2≤i<I10.4i+0.6I2-I1I1-I2I2≤i<I10i>I1]]>竖曲线半径的隶属度函数u(R)=0R<-Rmin0.3+0.7exp((R-R1)22σ2)Rmin≤R<R11R≥R1]]>竖曲线长度隶属度函数如下式u(l)=0l<lmin0.6+0.4exp(-(l-l0)22(l03)3)lmin<l<l01l≥l0]]>横断面线形按下式进行权重量化。u(b)=0b<bmin0.3+0.7exp(-(b-b1)22(2b1/3)2)bmin≤b<b11b≥b1]]>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(x)=1-0.5×xΣx]]>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(ΔV85)=1ΔV85<9.7km/hexp(-(ΔV85-9.7)22(13×9.7)2)ΔV85>9.7km/h]]>通行能力计算函数u(C)=0C<Cd1C≥Cd]]>交通安全系数，计算各路段的车速降低系数，推算事故率u(k)=1k≤0.56e-(k-0.56)2k>0.56]]>占地面积与土石方数量的隶属度函数；u(u(x)=1-0.05x<x0exp(-(x-x0)x02/10)-0.05x>x0]]>环境指标的隶属函数为u(x)=x10.]]>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，并且，能够覆盖高速公路线形质量评价体系中的各相关指标，并可根据实际情况计算不同的指标权重，以达到有针对性的评价及全面评价的效果，评价准确并且评价指标合理全面。图1为本发明的线形质量综合评价体系示意图；图2为本发明的高速公路线形评价方法的运动速度的多重线性回归模型的建立流程。具体实施例方式下面通过具体实施例，并结合附图进一步说明本发明的技术方案。本发明建立了以技术指标、功能指标、数量指标和环境指标为基本组成部分的高速公路线形评价指标体系，提出了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，确定了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应用于高速公路线形评价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——得分权重，并结合专家对不同评价指标的分项打分，应用层次分析法，从而计算出一条高速公路的线形设计评价得分。平纵横三方面会直接影响到公路工程的运行速度、通行能力、工程数量、占地面积、环境影响等方面的问题。本发明采用了比现有技术更加合理和全面的评价指标。如图1所示，为本发明提出的高速公路线形评价方法所依据的评价指标体系。该体系的包括目标层10、准则层20、指标层30和子指标层40。其中，目标层10包括线形质量评价体系，准则层20是包括线形评价的准则，例如技术指标、功能指标、数量指标和环境指标；准则层20作为公路线形综合评价过程的第二级，该级各项指标的确定就可得到最后的评价结果，也就是第一级目标层(所设计公路线形的得分值)。准则20所包括的4个指标准则，又细分为第三级指标层中的多种指标技术指标，包括平面线形、纵断面线形、横断面线形和平纵横协调；功能指标，包括行车速度、通行能力和交通安全系数；数量指标，包括占地面积、土石方数量；环境指标与周围景观协调、社会反响和对社会分割程度。它包括平直线形、纵断面线形、运行速度、通行能力、占地面积、工程数量、环境影响，它们。指标层30包括诸多评价指标，例如平直线形、纵断曲线形、横断曲线形、平纵协调，这四个指标组合构成准则层20的技术指标；作为线形质量评价体系的第三级，是对第二级指标的进一步分解和细化，它与第二级指标的关系是通过第三级指标层的计算得到第二级准则层20的数据，例如公路平面线形由直线、缓和曲线和圆曲线通过不同的组合构成；直线、缓和曲线和圆曲线的不同组合得到不同平面线形的形式，而不同平面线形的形式有不同的适用范围，并带来不同形式的曲线加宽与超高等，这些均会影响运营时乘客的舒适度与运营效益，需要给出预先的评估(打分)。纵断面线形又由直坡段和竖曲线组成，直坡段的坡长与坡度都是线形质量的重要考证元素。另外还可细化，如一条公路现行的直线包括若干段，每一段有一得分，总体会有一个关于直线部分的综合得分值等等。这些单元的组成部分构成一个有机的整体，但又各自独立。公路线形综合线形评价方法的原理是应用分项打分法的权重分析原则，结合层次分析法和属性数学，根据建立的评价指标体系，从第三级开始，分别计算各级各部分的权重与得分，逐级往上，每一级的计算结果作为上一级的输入数据，直至得出最后的评价结果。本发明的高速公路线形设计方法的整体流程。它包括以下步骤建立运行速度模型；建立线性评价模型以及线形评价。下面来详细描述高速公路线形设计方法的整体流程，首先是建立运行速度模型该运行速度预测模型是通过大量的野外现场观测，并经数理统计分析而建立起来的。本发明所对于其中的数理统计分析。如图2所示，为本发明的高速公路线形评价方法的运动速度的多重线性回归模型的建立流程。该流程包括以下步骤首先，设置线形设计中与具体问题相关的指标变量，步骤201；收集整理数据，步骤202；构造理论多重线性回归分析模型，步骤203；估计该模型参数，步骤204；进行该模型检验，步骤205；如该模型通过检验，则可应用该模型，步骤206，模型应用包括运行速度预测，步骤206，以及线形评价，步骤208；如该模型未通过检验，则对其进行修改，步骤209，返回步骤202，依序重新执行该流程，重新收集整理数据及构造理论模型。在流程中提及的多重线性回归分析模型，其原理是多重线性回归所讨论的内容是因变量Y与两个或两个以上自变量X1、X2、…、Xn的线性依赖关系问题。利用多重回归往往会得到比简单线性回归更为准确、可靠的估计(或称预测)结果。设在一无线总体中，因变量Y与自变量X1、X2、…、Xn之间存在线性依赖关系，那么给定一组自变量的取值X1t、X2t、…、Xnt，因变量Y就会依照下面的等式取值Yi＝β0+β1X1i+β2X2i+…+βnXni+εi(1)公式(1)为多重回归线性回归模型。β0，β1，β2，…，βn为模型参数，它决定了因变量Y与自变量X1，X2，…，Xn线性关系的具体形式εi为误差项随机变量，代表了除模型中选定的n个自变量之外其余未知因素对Yi的影响。回归分析的根本目的，就是确定模型参数的具体数值，从而确定因变量与自变量之间线性关系的具体形式。对εi做出如下4个基本假设①εi的均值或期望值为0，即E(εi)＝0；②εi的方差是相等的，即σϵ12=σϵ22=···=σϵn2=σ2]]>③εi服从正态分布，即εi～N(0，σ2)；④εi具有独立性。因为E(εi)＝0，对公式(1)两边数学期望，得E(Y)i＝β0+β1X1i+β2X2i+…+βnXni(2)公式(2)为多重线性回归方程。下式(3)为多重线性估计回归方程接下来的工作就是要根据样本数据计算统计量b1，b2，…，bn，的数值，确定估计回归方程的具体形式，从而对总体中的回归方程做出估计。得出回归方程后，还需对线性回归的4个基本假设，进行诊断①因变量与自变量之间线性关系的假定。根据标准残差、标准预测值散点图，当图中各点纵坐标在零点对应的直线上下比较均匀分布时不呈一定的规律时假设成立；②残差的独立性假定。利用Durbin-Watson检验法进行诊断，当DW≈2时认为相邻两点的残差是相互独立的；③残差的方差齐次性假定。根据标准预测值、学生化残差散点图，当图中比较均匀分布时不呈一定的规律时假设成立；④残差的正态分布假定。通过直方图和P-P正态概率图来实现。如果上述4个假设成立的话，那么有关参数的区间估计，假设检验都是可靠的，如果不成立的话，那么就需要重新假设模型。例如，通过对某条已建高速公路实际“运行速度”的调查与分析，建立了适用于该条高速公路这一特定环境的运行速度预测模型。(1)平曲线上运行速度预测模型①小客车曲线中点运行速度模型Vmiddle＝-18.419+0.89Vm+5.837R0.2+0.565In(L/2)R2＝0.719②小客车曲终运行速度模型Vout＝24.642+0,803VmiddleR2＝0.714③载重车曲线中点运行速度模型Vmiddle＝12.799+0.812VinR2＝0.596④载重车曲线终运行速度模型Vout＝3.594+2.669InR+0.705VmiddleR2＝0.779(2)直线上运行速度预测模型(纵坡小于1.5％)①小客车直线段中点的运行速度模型Vmidle＝-42.891+0.908Vm+1.59In(L)+7.725In(R1)②小客车直线段终点的运行速度模型Vout＝-90.394+0.807Vmiddle+3.6437In(L)+10.311In(R2)(3)纵坡运行速度模型(纵坡大于1.5％)①小客车纵坡运行速度模型-0.2675i2+3.3538i+7.6364]]>=g(V1+V22)[(1+δg)(V22-V122s)+f+i/100+KF(V12+V22)13G]]]>③载重车纵坡运行速度模型-0.031i3-0.288i2+1.935i+11.861]]>=g(V1+V22)[(1+δg)(V22-V122s)+f+i/100+KF(V12+V22)13G]]]>(4)弯坡组合下等效纵坡读计算模型i2=i+V2127Rih]]>应用上述运行速度预测模型和本发明的运行速度预测流程，可以预测出一定线形条件下的运行速度V85值，以及相邻线形单元之间的运行速度变化情况。再通过执行本发明的高速公路线形评价方法的整体流程，可完成高速公路的线形评价。接下来，是根据图1所示的线形质量综合评价体系中的各准则和指标，建立线形评价模型的过程1、三级评价过程，确定部分指针数据(1)平面线形指标计算1)确定对象集、因素集和评语集对象集{平面线形}因素集{直线形、缓和曲线、圆曲线、直缓圆的组合}评语集{平面线形得分}2)建立评价因素权重矩阵，如下式3)建立综合评价矩阵式中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。4)计算评判结果矩阵B31＝W31×R31(2)纵断面线形指标计算1)确定对象集、因素集和评语集对象集{纵断面线形}因素集{直坡段(包括坡长和坡度)、竖曲线、直坡段与竖曲线组合}评语集{纵断面线形得分}2)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3)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。4)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。2、二级评判过程，确定准则层各项指针数据(1)技术指标1)确定对象集、因素集和评语集对象集{技术指标}因素集{平面线形、纵断面线形、横断面线形、平纵横协调}评语集{公路线形技术指标得分}2)建立评价因素权重分配矩阵3)建立综合评价矩阵R21＝[B121，B22，B123，B124]T4)计算评判结果矩阵B21＝W21×R21(2)功能指针1)确定对象集、因素集和评语集对象集{功能超标}因素集{运行速度、通行能力、交通安全系数}评语集{公路线形功能指针得分}2)建立评价因素权重分配矩阵3)建立综合评价矩阵R22＝[B221，B222，B223]T4)计算评判结果矩阵B22＝W22×R22(3)数量指标1)确定对象集、因素集和评语集对象集{数量指标}因素集{占地面积}评语集{公路线形数量指标得分}2)建立评价因素权重分配矩阵3)建立综合评价矩阵R23＝[B321，B322]T4)计算评判结果矩阵B22＝W22×R22(4)环境指标1)确定对象集、因素集和评语集对象集{环境指标}因素集{线形与周围环境协调性、社会反响、公路对小区的分隔程度}评语集{公路线形环境指标得分}2)建立评价因素权重分配矩阵3)建立综合评价矩阵R24＝[B421，B422，B423]T4)计算评判结果矩阵B24＝W24×R243、一级评价矩阵，得到最终评价结果(1)确定对象集、因素集和评语集对象集{公路线形}因素集{技术指针、功能指针、数量指针、环境指标}评语集{公路线形综合评价得分}(2)建立评价因素权重分配矩阵(3)建立综合评价矩阵R11＝[B21，B22，B23，B24]T(4)计算评判结果矩阵B11＝W11×R11按照这种公路线形综合评价方法，得到所作评价现行的质量得分。由于公路工程的每一个项目都有其不可替代的特定环境，如填挖土石方量与地形地质等紧密相连等，因此，对最后的评价结果还需要结合公路所在地区的具体地形、地质、河流、植被与建筑等情况对评价过程的个别权重与单项得分进行必要的修正或调整，得出最终结果。即在有充分依据的情况下，可对线性评价得分进行适当的综合修正。以期达到更为切合实际的客观评价。表1中列出了各指标在公路线形评价中所占的比重表1<tablesid="table1"num="001"><tablewidth="823">总体指标所占比重(％)分项指标分项指标比重(％)子指标子指标比重(％)技术指标37.67平面线形32.86直线20.28圆曲线27.92缓和曲线22.75平曲线组合29.05</table></tables>评价指标量化的基本原则有以下四种(1)所有线形指标凡是不符合现行《规范》、《标准》及其它国家、行业法规的，其本项得分以0计(2)《规范》中有″一般值″和″最小值″两种指标要求者，一般要求现行设计采用值在″一般值″水平之上，大于″最小值″而小于″一般值″的元素要按实际情况给出0～1之间的的分值权重。(3)线形中优于国家指标者，本项可得满分；劣于国家指标者，根据两者之间的差值比例给出0～1之间的分值权重。(4)对于线形指标中的一些不易量化的单元，如平纵横的结合情况评分，要结合已建公路的相似路段，应用速度测试方法，结合速度变化或连续情况，得出相对重要度，给出适当的分值。或通过透视图法，检测所设计路段的平纵横结合情况，从行车和舒适性等多方面进行综合量化评分。3、各种线形单元有不同的量化评价计算公式1)直线直线线形单元的量化可以采用直线形隶属度函数，其函数表示为u(l)=0l<lmin1Lmax≤l≤Lminexp(-(L-Lmax)22(23Lmax)2)l>Lmax]]>Lmax、Lmin、l在此分别表示()。2)圆曲线圆曲线的半径值指针有四个，极限最小半径值、一般最小半径值和不设超高的最小半径值，以及最大半径值。对于天津高速公路，圆曲线半径的隶属度函数为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()；数字的单位为公里。3)缓和曲线缓和曲线线形单元的隶属度函数表示为4)纵坡坡长纵坡坡长必须满足最小坡长和最大坡长的要求，其隶属度函数为u(l)=00.6+0.4exp(-l-L1L12/10)Lmin<l<L1lL1≤l≤Lmax0l>Lmax]]>上式中，L1代表适宜的最小坡长，由运行车速模型计算得到，可取值400m。为了避免“断背”曲线的产生，并使“增重与减重”现象的缓和过渡，高速公路连续两个凹形竖曲线和凸凹反向竖曲线之间的直坡段坡长应不小于3S行程，即100m。直坡段的隶属度函数为u(l′)=0.6+0.4exp(-l′-1002(1003)2)0<l′<100ll′≥100]]>式中l′为两凹形竖曲线之间或凸凹竖曲线之间的直线段长度(单位m)。坡长的综合隶属度函数为u(L)＝u(l)·u(l′)。5)纵坡坡度纵坡坡度的隶属度函数表示为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为最大纵坡值(％)I2为理想最大纵坡值(％)，可取1.4％。6)竖曲线竖曲线半径的隶属度函数与圆曲线半径相似，如下式u(R)=0R<-Rmin0.3+0.7exp((R-R1)22σ2)Rmin≤R<R11R≥R1]]>式中，R1为满足视觉要求的最小竖曲线半径(m)；σ为计算参数，σ=Rmin3.]]>为了行车的安全和舒适，竖曲线除了要满足最小半径的要求以外，还需满足竖曲线最小长度的要求，竖曲线长度隶属度函数如下式u(l)=0l<lmin0.6+0.4exp(-(l-l0)22(l03)3)lmin<l<l01l≥l0]]>式中lmin为《规范》中竖曲线长度的最小值(单位m)；l0《规范》中竖曲线长度的一般值(单位m)；竖曲线的综合隶属度函数为u＝u(R)·u(l)7)横断面线形横断面线形的各部份组成、超高加宽、视距的保证等均需符合要求，根据实际情况进行量化。对于横断面各部份组成的尺寸，如行车道宽度、路肩宽度等，可按下式进行权重量化。u(b)=0b<bmin0.3+0.7exp(-(b-b1)22(2b1/3)2)bmin≤b<b11b≥b1]]>式中，bmin为()的最小值；b1为()的一般值。对于超高加宽和视距的保证情况，可按下式计算。8)平纵横协调对于线形评价的平纵横协调主要需考证平、纵线形的协调性。根据平纵组合的基本要求，当竖曲线与平曲线组合时，竖曲线宜包含在平曲线之内，且平曲线应长于竖曲线。如果平纵线形组合设计不符合这些要求，则线形组合的协调性较差。可以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。u(x)=1-0.5×xΣx]]>式中x为不符合要求的平纵组合个数；∑x为平纵组合数目总和。9)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(ΔV85)=1ΔV85<9.7km/hexp(-(ΔV85-9.7)22(13×9.7)2)ΔV85>9.7km/h]]>该指标隶属函数中所涉及的V85，由运行速度(或称行车速度)的预测模型获得。10)通行能力通行能力是看公路线形设计是否满足设计通行能力的要求，满足为1，不满足为0，其函数为u(C)=0C<Cd1C≥Cd]]>11)交通安全系数计算各路段的车速降低系数，推算事故率u(k)=1k≤0.56e-(k-0.56)2k>0.56]]>有关交通安全系数的评价依据举例说如下优秀的线形设计事故率为0.56次/百万辆·公里；一般的线形设计事故率为1.44次/百万辆·公里；而差的线形设计事故率为2.76次/百万辆·公里12)占地面积与土石方数量以这两个指标的相关的统计指标为基准，给出其质量情况，隶属度函数为；u(u(x)=1-0.05x<x0exp(-(x-x0)x02/10)-0.05x>x0]]>式中，x为占地面积(hm2)或土石方数量(1000m3)；x0为占地面积或土石方数量的基准指标。13)环境指标参照表2中确定的标准，可确定环境指标的隶属函数为u(x)=x10]]>式中，x为各因素量化值。这样，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，分别乘以该线形元素在整个线形评价体系中所占的权重(分值)即可得到这一设计线形元素的平均得分，全部线形元素的得分总和就是线形质量评价结果。表2其它还包括交通安全系数、占地面积与土石方数量、及环境指标等评价指标的量化计算。最后，是根据上述运行速度预测模型及线形评价模型，进行线形评价的过程基于一条公路线形的每一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，分别乘以该线形元素在整个线形评价体系中所占的分值，即可得到这一设计线形元素的平均得分，全部线形元素的得分总和就是线形质量评价结果。设计者可以根据线形质量评价结果对设计好的线形进行修正，对于已经建好的公路，评价的结果可以作为公路重建的依据，以消除由于线形设计带来的安全隐患及其它问题。本发明的高速公路线形评价方法应用“运行速度”来进行线形评价，该方法具备以下特点1、采用“运行速度”的线形设计评价方法不改变目前现有技术的方法，只是在现有技术的方法中增加用“运行速度”检查、修正的过程。这也相应了《公路路线设计规范》(JTGD20-2006)要求引入运行速度和安全性评价检验设计成果的要求。2、采用改变平、纵技术指标的方法使运行速度图不产生突变，使其平顺变化，也可对“运行速度”图按设想进行平顺修正，据此反过来确定平、纵线形指标。3、采用“设计速度”与“运行速度”共存的方法，既可满足汽车行驶力学方面的最低要求，也可满足大多数驾驶员的行车需求。4、采用“运行速度”的线形设计方法，通过改变线形设计指标，实际控制了汽车可能的实际运行速度，对行车安全是有利的。权利要求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(l)=0l<lmin1Lmax≤l≤Lminexp(-(L-Lmax)22(23Lmax)2)l>Lmax]]>圆曲线半径的隶属度函数为u(R)=0R<6500.3+0.7exp((R-1800)22×4002)650≤R<180011800≤R≤10000exp((R-9000)22×3502)9000<R≤100000R>10000]]>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(l)=00.6+0.4exp(-l-L1L12/10)Lmin<l<L1lL1≤l≤Lmax0l>Lmax]]>纵坡坡度的隶属度函数表示为u(i)=0i<-I10.4i-0.6I2+I1I1-I2-I1≤i<I21I2≤i<I10.4i+0.6I2-I1I1-I2I2≤i<I10i>I1]]>竖曲线半径的隶属度函数u(R)=0R<-Rmin0.3+0.7exp((R-R1)22σ2)Rmin≤R<R11R≥R1]]>竖曲线长度隶属度函数如下式u(l)=0l<lmin0.6+0.4exp(-(l-l0)22(l03)2)lmin<l<l01l≥l0]]>横断面线形按下式进行权重量化。u(b)=0b<bmin0.3+0.7exp(-(b-b1)22(2b1/3)2)bmin≤b<b11b≥b1]]>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(x)=1-0.5×xΣx]]>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(ΔV85)=1ΔV85<9.7km/hexp(-(ΔV85-9.7)22(13×9.7)2)ΔV85>9.7km/h]]>通行能力计算函数u(C)=0C<Cd1C≥Cd]]>交通安全系数，计算各路段的车速降低系数，推算事故率u(k)=1k≤0.56e-(k-0.56)2k>0.56]]>占地面积与土石方数量的隶属度函数；u(u(x))=1-0.05x<x0exp(-(x-x0)x02/10)-0.05x>x0]]>环境指标的隶属函数为u(x)=x10.]]>2.如权利要求1所述的高速公路线形评价方法，其特征在于，所述纵坡坡长隶属度函数的计算中，当高速公路连续两个凹形竖曲线和凸凹反向竖曲线之间的直坡段坡长应不小于3S行程，即100m时，还需要在线形评价时加入直坡段的隶属度函数，该函数为u(l′)=0.6+0.4exp(-l′-1002(1003)2)0<l′<100ll′≥100.]]>3.如权利要求2所述的高速公路线形评价方法，其特征在于，所述纵坡坡长隶属度函数的综合计算函数为u(L)＝u(l)·u(l′)。4.如权利要求2所述的高速公路线形评价方法，其特征在于，所述竖曲线还满足竖曲线最小长度的要求，竖曲线长度隶属度函数为u(l)=0l<lmin0.6+0.4exp(-(l-l0)22(l03)2)lmin<l<l01l≥l0.]]>5.如权利要求4所述的高速公路线形评价方法，其特征在于，所述竖曲线的综合隶属度函数为u＝u(R)·u(l)。6.如权利要求4所述的高速公路线形评价方法，其特征在于，所述横断面线形在超高加宽和视距的情况，按照下式计算全文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V文档编号G06Q10/00GK101059851SQ20071005755公开日2007年10月24日申请日期2007年6月5日优先权日2007年6月5日发明者熊文胜,王晓华,靳灿章,李海舢,孙吉书,李传宪,肖田,杨春风,汪凌志,王玉秀,王蕊,徐青,郑利,严西华,曹凌峰申请人:天津市市政工程设计研究院