铁路大临工程点-线-网布设方案的综合协调性评价方法与流程

本发明涉及铁路设计，具体涉及一种铁路大临工程点-线-网布设方案的综合协调性评价方法。

背景技术：

1、铁路作为一个国家的重要基础设施，与国民经济的发展紧密联系，深刻影响着我国的经济和社会发展。根据国铁集团提出的中国铁路发展蓝图，今后一个时期，我国铁路的建设重心将向中西部山区转移。但受山区复杂的地理条件、基础设施建设不足、运输能力低下的影响，为保证施工过程中人力物资的正常运输，如何设计出一个能适应复杂山区要求的铁路大型临时工程(后称“大临工程”)交通网方案成为了当今设计的重点问题。

2、铁路大临工程交通网设计由临时工点选址、支线施工便道布设、干线施工便道布设组成，由于三部分之间具有强烈的耦合性，以往的设计要想兼顾各个限制条件，仅仅凭借现场经验，产出的方案较少，可比较性低。而经过研究，现已可以通过计算机智能产出上百个交通网可行方案，所以如何在众多方案中筛选出最优的方案，一种适用于复杂山区铁路大临工程点-线-网布设方案的综合协调性评价方法显得尤为重要。

3、目前国内外研究学者对于大临工程的优劣性评价仅停留在局部，即仅从工点选址的适用性，或路网布设的经济性，或路网布设的通行效率等单一维度进行评价，这种评价方法可以得到单维度指标最优的方案，而在当前施工面临的复杂山区环境，各个单维度指标最优对应方案往往有较大冲突，如要增强各点的可达性则需多设置路网交叉点，可是这样又会导致便道的施工投资增加，所以，要想在智能产出的方案集中得到最优方案，方案的评价方法不仅要考虑独立工点对于整体路网的适用性，还要兼顾到大临工程便道路网对于施工的运输效率，而且也要考虑大临工程整体经济性。

4、综上所述，急需建立一种适用于复杂山区铁路大临工程点-线-网布设方案的综合协调性评价方法以解决现有技术中存在的问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种铁路大临工程点-线-网布设方案的综合协调性评价方法，包括以下步骤：

2、步骤一、根据现场施工所面临的问题，建议问询表；

3、步骤二、通过德尔菲法收集专利意见并基于问询表的指标，得到包括工程建设总投资ca、永久性工程建设投资cp、建设用地面积sc、农用地面积sb、单次最长运输时间tm、道路交叉点数量nt的六个相互排斥的评价指标；

4、步骤三、基于上述所述的六个相互排斥的评价指标建立铁路大临工程交通网协调性的评价体系；

5、分别对上述所述的六个相互排斥的评价指标进行指标值的计算，再将计算得到的六个指标值进行汇总，形成指标矩阵；利用熵权法计算每个指标所占整体的权重；

6、步骤四、利用物元分析法构建起铁路大临工程交通网方案的分析物元；

7、根据每个指标的计算情况确定推荐的经典域和节域，利用经典域和节域计算出每个评价指标关联度值；

8、将每个指标的关联度值乘以步骤三中计算得到的权重，即得到方案的综合关联度值；

9、结合综合关联度值判断方案整体的协调性能。

10、进一步的，所述问询表包括由工程建设投资、土地占用面积和运输情况组成的三个一级指标以及由建设总投资、临时工程建设投资、永久工程建设投资、总占地面积、建设占地面积、农用占地面积、单次最大运输时间、单次运输最大能耗和道路交叉点数量组成的九个二级指标。

11、进一步的，所述工程建设总投资ca包括便道施工费cc和场地建设费cef，所述便道施工费cc包括土石方工程费ce、便桥建造费cb、隧道建造费ct、土地占用费cr、道路铺装费cu，即工程建设总投资ca＝ce+cb+ct+cr+cu+cef。

12、进一步的，所述路基的土石方费用ce的计算式为：

13、

14、ve＝0.5l(kssstart+kesend)；

15、其中，sstart为每段路基初始截面的面积，send为每段路基终止截面的面积，ks为填方且其取值为-1，ke为挖方且其取值为1，ve的正值为挖方体积，ve的负值为填方体积，uf为挖方的单价，ud为填方的单价，n为评价指标数即n＝6，i为第i段路基，l为每一段路基的长度，vei为填挖方体积。

16、进一步的，所述便桥建造费cb的计算式为：

17、

18、其中，nb为便桥的数量，lbi为单座便桥的梁长，nai为单座便桥的墩台数量，ua为单个墩台的建造费，ub为单座便桥的桥梁每延长一米所需的建造费，q为第q座便桥。

19、进一步的，所述隧道建造费用ct的计算式为：

20、

21、其中，nt为隧道的数量，uc为隧道洞门的建造费，ut为隧道整合每延长一米的建造费，lti为隧道的长度，e为第e个隧道。

22、进一步的，所述土地占用费cr的计算式为：

23、cr＝ur×sr；

24、占地面积sr的计算式为：sr＝w×h，

25、或者是，占地面积sr的计算式为：

26、其中,wr为路基段的路面宽，gs为路基段的边坡坡率，hk为第k个路基段的填高，hkg为挖高，k为路基段的序号，hk-1为第k-1个路基段的填高。

27、进一步的，所述道路铺装费cu的计算式为：

28、cu＝sp×up＝wr×lr×up；

29、其中,wr为路面的长,lr为路面的宽。

30、进一步的，所述场地建设费用cef的计算式为：

31、

32、其中，zijt为每个单元格的高程，为场地的平均高程。

33、进一步的，所述永久性工程建设投资cp包括工程建设总投资费ca中的土石方工程费ce和隧道建造费ct，即永久性工程建设投资cp＝ce+ct。

34、进一步的，所述农用地面积sb的具体计算过程如下：

35、①将道路分为n段，结合每段道路的长度和车辆在该段道路上的平均速度vc，求得单条道路运输时间ts为：

36、

37、其中，δx2为一段道路起始点x坐标差值的平方，δy2为一段道路起始点y坐标差值的平方，δz2为一段道路起始点z坐标差值的平方；

38、②遍历每条道路取最大值，则为单次最长运输时间tm。

39、进一步的，所述步骤三中，将计算得到的六个指标值进行汇总形成指标矩阵以及利用熵权法计算每个指标所占整体的权重的具体过程为：

40、利用计算机生成的铁路大临工程交通网方案集，计算出铁路大临工程交通网方案集内的t个大临工程方案的n个指标取值，构建初始矩阵v：

41、

42、其中，vgj为第j个方案中第g个指标的取值；

43、对各评价指标进行归一化处理，具体是：

44、将铁路大临工程交通网方案集中各数据投影至[0，1]区间内，并采取下式对铁路大临工程交通网方案集中任意一个方案中任意一个指标的最大优值进行计算：

45、

46、其中，ngj为第j个方案中第g个指标的最大优值；

47、对铁路大临工程交通网方案集中任意一个方案中其他五个指标的最小优值采取下式计算：

48、

49、其中，ngj′为第j个方案中第g个指标的最小优值；

50、汇总铁路大临工程交通网方案集中任意一个方案的各归一化值，得到归一化矩阵o：

51、

52、计算铁路大临工程交通网方案集中任意一个方案六个指标的熵权，具体是：

53、对于p个待评价方案，则n个指标的信息熵hi采用下式计算：

54、

55、其中，fij表示第j个方案中的第i′个归一化指标值占所有方案中的第i′个归一化指标值的比值，由于对数计算定义域为正数范围，因此将归一化取值均加1进行计算：

56、

57、其中，t′表示方案总数，熵权即各指标所占权重，对n个指标的熵权计算如下：

58、

59、进一步的，所述步骤四中，构建分析物元的方法具体为：

60、将方案集设为q、将六个相互排斥的评价指标设为f、评价指标的值设为w，用有序三元组r＝(q,f,w)组成分析物元；其中，f包含(ca,cp,sc,sb,tm,nt)六个维度的指标值。

61、进一步的，根据每个指标的计算情况确定推荐的经典域和节域的方法具体为：

62、将六个相互排斥的评价指标中的每个评价指标均划分为十个等级，第j′级下第i′个评价指标的取值范围用经典域vi′j′表示为(aj′i′,bj′i′)，各指标在十级范围下总共的取值范围用节域vpi′表示，由各指标对应的十级经典域合并求得，即为(a1i′,b10i′)。

63、进一步的，利用经典域和节域计算出每个评价指标关联度值的方法具体为：

64、将分析物元中第x个评价对象的第i′个指标与第j′级经典域关联度定义为：

65、

66、其中，第i′个指标所在区间长度xi由区间起点和区间终点之间的差值求得；

67、将数轴上一点x-1到区间x(a,b)之间的距离ρ(x-1,x)表示为：

68、ρ(x-1,x)＝|x-1-0.5(b+a)|-0.5|b-a|；

69、其中，第i′个指标所在的区间长度x′可以求得：

70、

71、其中，vi′为表示第i′个指标的取值；

72、所以第x个评价对象的第i′个指标与第j′级经典域关联度kxj(vi)得到：

73、

74、其中，vxi为第x个评价对象第i指标的取值；

75、对于十级经典域，求得的(kx1(vi′),kx2(vi′),…,kx10(vi′))中的最大值，表示第x个评价对象的第i′个指标与该级经典域最匹配；用关联度gxi表示单个关联度gxi表示第x个评价对象的第i′个指标的得分值；

76、根据各指标的权重以及其关联度，求得第j个方案的综合关联度gx为：

77、

78、进一步的，结合综合关联度值判断方案整体的协调性能的具体方式为：

79、综合关联度gx值越大，则表示该铁路大临工程交通网方案的整体的协调性最优。

80、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

81、(1)本发明提供了一种铁路大临工程点-线-网布设方案综合协调性的评价方法，适用于复杂山区环境下的铁路大临工程点-线-网布设方案综合协调性的评价，填补了国内外对铁路大临工程交通网协调性研究的空白，为指导铁路大临工程工点选址与交通路网布设的选优方法提供了重要的参考。

82、(2)本发明通过德尔菲法，对各行业的专家进行闻讯，考虑到有效性和权威性的影响，得到了适用于复杂山区铁路大临工程交通网协调性的评价指标体系。并根据实际工程情况，对每个评价指标进行计算，考虑到每个指标对方案优劣性的影响，将各个评价指标计算值投影到[0，1]范围内。

83、(3)本发明基于熵权法和物元分析法，分别得出每个评价指标所占权重和每个评价指标的个体关联度值，再将权重值与个体关联度值组合，得到方案的综合关联度值，反应出方案考虑到各个评价指标之间协调性的得分值，最终给出综合关联度越大则铁路大临工程交通网方案最优的判断方法，可用于得到方案集中铁路大临工程交通网方案考虑到各个评价指标之间协调性的最优方案，具有较强的实用性。

84、除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。