趙 恒

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 湖北武漢 430063)

1 引言

隨著公路建設(shè)信息化不斷推進(jìn)，公路平縱組合線(xiàn)形路段合理性評(píng)價(jià)對(duì)公路建設(shè)愈發(fā)重要。在公路設(shè)計(jì)中，平縱組合線(xiàn)形路段設(shè)計(jì)是難點(diǎn)，由于平縱線(xiàn)形組合不匹配，在公路彎坡路段經(jīng)常會(huì)發(fā)生交通事故。當(dāng)車(chē)輛在復(fù)雜的彎坡路段行駛時(shí)，駕駛員既要完成轉(zhuǎn)彎動(dòng)作，又要完成上下坡動(dòng)作，將這兩組動(dòng)作組合在一起增加了車(chē)輛狀態(tài)的不穩(wěn)定性，提高了駕駛的控制難度。為了解決這個(gè)問(wèn)題，需要對(duì)公路的平縱組合進(jìn)行評(píng)估，構(gòu)建合理性評(píng)估模型。目前，相關(guān)的公路平縱組合線(xiàn)形路段合理性評(píng)估模型研究越來(lái)越受到人們的高度重視[1]。

本文采用大數(shù)據(jù)分析方法，以公路上汽車(chē)行駛速度等參數(shù)為約束參量，構(gòu)建了公路平縱組合線(xiàn)形路段的優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，以提高設(shè)計(jì)的合理性。公路平縱組合線(xiàn)形路段合理性評(píng)估是建立在多元組合數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上，采用大數(shù)據(jù)分析和自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)分析方法進(jìn)行設(shè)計(jì)合理性評(píng)估[2]，提高設(shè)計(jì)的量化管理能力，構(gòu)建評(píng)估模型，促進(jìn)公路平縱組合線(xiàn)形路段設(shè)計(jì)合理性提升。

文獻(xiàn)[3]提出了山區(qū)公路組合線(xiàn)形路段車(chē)道偏移行為分析方法，以車(chē)輛車(chē)道內(nèi)行駛為參照，沿道路行進(jìn)方向，將車(chē)道偏離行為分為左偏駛離車(chē)道與右偏駛離車(chē)道。因車(chē)道偏離受駕駛?cè)擞绊懀捎秒p層Logit模型，分別判定道路線(xiàn)形及駕駛?cè)说挠绊?。但該方法進(jìn)行公路平縱組合線(xiàn)形路段合理性評(píng)估的模糊性較大。

文獻(xiàn)[4]提出了山區(qū)公路平縱組合路段設(shè)計(jì)安全評(píng)估方法，為定量評(píng)估山區(qū)公路平縱組合路段的設(shè)計(jì)安全水平，建立了基于駕駛模擬技術(shù)的安全評(píng)價(jià)方法?；诤鲜∮兰咚俟返牡缆吩O(shè)計(jì)參數(shù)，在駕駛模擬器中搭建高速公路駕駛場(chǎng)景，以平曲線(xiàn)上坡段、平曲線(xiàn)下坡段、平曲線(xiàn)凸曲線(xiàn)段和平曲線(xiàn)凹曲線(xiàn)段4類(lèi)平縱組合路段為研究對(duì)象，選取評(píng)價(jià)指標(biāo)，運(yùn)用多元線(xiàn)性回歸建立以駕駛模擬數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的道路安全評(píng)價(jià)模型。但是該方法的自適應(yīng)評(píng)估性能不佳。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出基于運(yùn)行速度關(guān)聯(lián)信息挖掘的公路平縱組合線(xiàn)形路段合理性評(píng)估模型，提取運(yùn)行速度信息等關(guān)聯(lián)特征量，分析合理性測(cè)評(píng)相關(guān)信息融合的規(guī)則性特征量，采用統(tǒng)計(jì)分析方法進(jìn)行合理性的統(tǒng)計(jì)分析和穩(wěn)健性檢驗(yàn)，最后進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)分析，得出有效性結(jié)論。

2 公路平縱組合線(xiàn)形路段合理性評(píng)估的大數(shù)據(jù)分布模型與特征分析

2.1 公路平縱組合線(xiàn)形路段合理性評(píng)估大數(shù)據(jù)分布模型

結(jié)合大數(shù)據(jù)分布式設(shè)計(jì)和統(tǒng)計(jì)分析方法，進(jìn)行合理性評(píng)估模型設(shè)計(jì)，構(gòu)建合理性統(tǒng)計(jì)信息決策模型；結(jié)合存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)模型優(yōu)化分析，進(jìn)行合理性評(píng)估和模糊決策，構(gòu)建設(shè)計(jì)合理性評(píng)估的大數(shù)據(jù)管理模型[5-6]，得到公路平縱組合線(xiàn)形路段設(shè)計(jì)合理性評(píng)估的統(tǒng)計(jì)特征分布min(f)的表達(dá)式為:

式中，m為合理性評(píng)估的信息源；n為評(píng)估信息量；j為在某一嵌入維數(shù)i下的特征采樣點(diǎn)；X為信息定量遞歸參數(shù)密集度；a、b分別為信息周期相應(yīng)樣點(diǎn)數(shù)量。采用多源信息調(diào)度方法進(jìn)行公路平縱組合線(xiàn)形路段設(shè)計(jì)合理性評(píng)估的模糊綜合性調(diào)度設(shè)計(jì)，在大數(shù)據(jù)背景下構(gòu)建公路平縱組合線(xiàn)形路段合理性設(shè)計(jì)的量化統(tǒng)計(jì)分析模型[7-8]，采用匹配濾波檢測(cè)方法，得到量化統(tǒng)計(jì)分析模型為:

式中，I為平縱組合線(xiàn)形路段合理性評(píng)估數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)ρ對(duì)對(duì)象分層決策矩陣R執(zhí)行的輸出操作；V、N為兩個(gè)待采樣的公路平縱組合線(xiàn)形路段設(shè)計(jì)合理性統(tǒng)計(jì)信息。根據(jù)公路平縱組合線(xiàn)形路段合理性評(píng)估信息的挖掘結(jié)果，對(duì)公路平縱組合線(xiàn)形路段合理性評(píng)估數(shù)據(jù)進(jìn)行頻繁項(xiàng)集關(guān)聯(lián)規(guī)則重構(gòu)，采用線(xiàn)性組合模型進(jìn)行路段合理性的關(guān)聯(lián)規(guī)則分析，得到模糊采樣特征集xk的表達(dá)式為:

式中，k為線(xiàn)性組合模型進(jìn)行路段合理數(shù)據(jù)分布狀態(tài)。采用大數(shù)據(jù)處理技術(shù)進(jìn)行公路平縱組合線(xiàn)形路段設(shè)計(jì)合理性數(shù)據(jù)優(yōu)化調(diào)度和管理，構(gòu)建公路平縱組合線(xiàn)形路段設(shè)計(jì)合理性數(shù)據(jù)信息管理模型，引入公路平縱組合線(xiàn)形路段設(shè)計(jì)合理性評(píng)估的觀(guān)測(cè)集 userInput()、sanitize x、flipCoin()和 exec[flipCoin(sanitize()]，得到統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分布的數(shù)學(xué)模型mink(x):

式中，T為轉(zhuǎn)置符號(hào)。在運(yùn)行速度管理下進(jìn)行公路平縱組合線(xiàn)形路段設(shè)計(jì)合理性評(píng)估的模糊調(diào)度，結(jié)合關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘方法，進(jìn)行公路平縱組合線(xiàn)形路段合理性的量化評(píng)估分析。

2.2 公路平縱組合線(xiàn)形路段運(yùn)行速度信息提取

對(duì)公路平縱組合線(xiàn)形路段合理性評(píng)估數(shù)據(jù)進(jìn)行頻繁項(xiàng)集關(guān)聯(lián)規(guī)則重構(gòu)，提取公路平縱組合線(xiàn)形路段運(yùn)行速度信息的關(guān)聯(lián)維特征量[9]，構(gòu)建公路平縱組合線(xiàn)形路段設(shè)計(jì)合理性統(tǒng)計(jì)分析的特征提取模型，得到公路平縱組合線(xiàn)形路段設(shè)計(jì)合理性統(tǒng)計(jì)樣本序列Q(a，bi)的表達(dá)式為:

當(dāng)Q達(dá)到最小，得到公路平縱組合線(xiàn)形路段設(shè)計(jì)合理性統(tǒng)計(jì)樣本序列的最佳關(guān)聯(lián)規(guī)則特征量，采用關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘方法，得到公路平縱組合線(xiàn)形路段設(shè)計(jì)合理性評(píng)價(jià)的統(tǒng)計(jì)特征:

構(gòu)建遞歸圖R(i，j)進(jìn)行公路平縱組合線(xiàn)形路段設(shè)計(jì)合理性評(píng)估的關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘，求解公式為:

H為公路平縱組合線(xiàn)形路段設(shè)計(jì)合理性統(tǒng)計(jì)樣本序列采集的標(biāo)量坐標(biāo)序列；d為嵌入維數(shù)；ε為模糊評(píng)價(jià)子集。結(jié)合模糊聚類(lèi)方法進(jìn)行大數(shù)據(jù)背景下公路平縱組合線(xiàn)形路段設(shè)計(jì)合理性評(píng)估的量化分析數(shù)據(jù)聚類(lèi)處理，對(duì)公路平縱組合線(xiàn)形路段合理性評(píng)估模型進(jìn)行綜合分析和調(diào)度，結(jié)合線(xiàn)性統(tǒng)計(jì)分析方法，得到模糊聚類(lèi)的大數(shù)據(jù)采樣樣本回歸序列為:，當(dāng)N→ ∞，對(duì)N個(gè)公路平縱組合線(xiàn)形路段設(shè)計(jì)合理性統(tǒng)計(jì)樣本序列進(jìn)行定量遞歸分析，實(shí)現(xiàn)公路平縱組合線(xiàn)形路段運(yùn)行速度信息提取[10]。

3 公路路段設(shè)計(jì)的合理性評(píng)估模型優(yōu)化

3.1 公路平縱組合線(xiàn)形路段運(yùn)行速度參量估計(jì)

構(gòu)建公路平縱組合線(xiàn)形路段合理性評(píng)估統(tǒng)計(jì)信息模型[11]，求得公路平縱組合線(xiàn)形路段設(shè)計(jì)合理性的關(guān)聯(lián)積分CN，m(r)的表達(dá)式為:

其中，H(·)表示 Heavside函數(shù)，即:

式中，t為時(shí)間，如果f(x1，x2)已知，以此為約束條件進(jìn)行公路平縱組合線(xiàn)形路段合理性評(píng)估的關(guān)聯(lián)信息挖掘評(píng)判。關(guān)聯(lián)信息挖掘是指在大量數(shù)據(jù)中搜索出隱藏相關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的過(guò)程。通過(guò)關(guān)聯(lián)信息挖掘評(píng)判求得公路平縱組合線(xiàn)形路段設(shè)計(jì)合理性的評(píng)估特征量分布模型yij的表達(dá)式為:

式中，a＝D，在相對(duì)采樣時(shí)間延遲中，得到的公路平縱組合線(xiàn)形路段設(shè)計(jì)合理性統(tǒng)計(jì)樣本序列，映射關(guān)系Z記為:

式中，s為公路平縱組合線(xiàn)形路段運(yùn)行速度參量；τ為統(tǒng)計(jì)時(shí)間延遲。計(jì)算公路平縱組合線(xiàn)形路段設(shè)計(jì)合理性評(píng)估的關(guān)聯(lián)維D的表達(dá)式為:

式中，Cm(r)表示公路平縱組合線(xiàn)形路段設(shè)計(jì)合理性統(tǒng)計(jì)樣本序列在相對(duì)采樣時(shí)延下的關(guān)聯(lián)積分，在相空間分布軌跡歐式距離r足夠小的情況下，統(tǒng)計(jì)信息特征x(t＋τ)出現(xiàn)在狀態(tài)估計(jì)區(qū)域的聯(lián)合分布概率具有隨機(jī)采樣性。

3.2 公路平縱組合線(xiàn)形路段合理評(píng)估輸出

分析公路平縱組合線(xiàn)形路段合理性評(píng)估的互相關(guān)信息融合的規(guī)則性特征量，公路平縱組合線(xiàn)形路段合理性評(píng)估模型由5個(gè)狀態(tài)組成，即λ＝(X，O，A，B，π)。F為公路平縱組合線(xiàn)形路段合理性評(píng)估模型中的模糊狀態(tài)，F(xiàn)＝ {xi，i＝1，2，3，…，N}。其定義式為:

在關(guān)聯(lián)維特征轉(zhuǎn)移條件下，公路平縱組合線(xiàn)形路段設(shè)計(jì)合理性評(píng)價(jià)的平衡點(diǎn)w(t)(u0，u1)的表達(dá)式為:

式中，u為公路平縱組合線(xiàn)形路段合理性評(píng)估模型觀(guān)測(cè)狀態(tài)。分析公路平縱組合線(xiàn)形路段合理性測(cè)評(píng)互相關(guān)信息融合的規(guī)則性特征量，以此為約束條件進(jìn)行公路平縱組合線(xiàn)形路段合理性評(píng)估的關(guān)聯(lián)信息挖掘評(píng)判[12]，得到公路平縱組合線(xiàn)形路段合理性設(shè)計(jì)的綜合性評(píng)判統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果為:

構(gòu)建公路平縱組合線(xiàn)形路段合理性評(píng)估統(tǒng)計(jì)信息模型，結(jié)合人工干預(yù)方法進(jìn)行特征建模。有限狀態(tài)空間中，提取公路平縱組合線(xiàn)形路段運(yùn)行速度信息的關(guān)聯(lián)維特征量IDFconst，其描述為:

根據(jù)提取的公路平縱組合線(xiàn)形路段運(yùn)行速度信息的關(guān)聯(lián)維特征量，由此實(shí)現(xiàn)公路平縱組合線(xiàn)形路段合理性評(píng)估。

4 仿真實(shí)驗(yàn)分析

為了驗(yàn)證該模型在實(shí)現(xiàn)公路平縱組合線(xiàn)形路段合理性評(píng)估中的性能，進(jìn)行實(shí)證分析和仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)采用C＋＋和Matlab設(shè)計(jì)，對(duì)某公路平縱組合線(xiàn)形路段設(shè)計(jì)合理性評(píng)估統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)采樣長(zhǎng)度為1 024，描述性統(tǒng)計(jì)分析的樣本采樣集為2 000，測(cè)試樣本集規(guī)模為400，構(gòu)建公路平縱組合線(xiàn)形路段合理性評(píng)估的統(tǒng)計(jì)參量，見(jiàn)表1。

表1 公路平縱組合線(xiàn)形路段合理性評(píng)估的統(tǒng)計(jì)參量

根據(jù)表1參量設(shè)定，進(jìn)行公路平縱組合線(xiàn)形路段合理性評(píng)估的仿真實(shí)驗(yàn)分析，得到公路平縱組合線(xiàn)形路段合理性評(píng)估信息挖掘結(jié)果，見(jiàn)圖1。

圖1 公路平縱組合線(xiàn)形路段合理性評(píng)估信息挖掘結(jié)果

以圖1的數(shù)據(jù)為輸入，進(jìn)行公路平縱組合線(xiàn)形路段合理性評(píng)估，得到評(píng)估的統(tǒng)計(jì)分析輸出如圖2所示。

圖2 公路平縱組合線(xiàn)形路段合理性評(píng)估的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果

分析圖2得知，本文方法能有效實(shí)現(xiàn)公路平縱組合線(xiàn)形路段合理性評(píng)估，合理性概率分布區(qū)間較大。測(cè)試不同方法進(jìn)行公路平縱組合線(xiàn)形路段合理性評(píng)估的準(zhǔn)確性，得到對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表2。分析得知，采用本文方法進(jìn)行公路平縱組合線(xiàn)形路段合理性評(píng)估具有較高的準(zhǔn)確性。

表2 公路平縱組合線(xiàn)形路段合理性評(píng)估準(zhǔn)確性對(duì)比

5 結(jié)束語(yǔ)

為了構(gòu)建公路平縱組合線(xiàn)形路段的優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，提高公路平縱組合線(xiàn)形路段設(shè)計(jì)的合理性，本文提出基于運(yùn)行速度關(guān)聯(lián)信息挖掘的公路平縱組合線(xiàn)形路段合理性評(píng)估模型。研究得出如下結(jié)論:

(1)基于運(yùn)行速度關(guān)聯(lián)信息挖掘的公路平縱組合線(xiàn)形路段合理性評(píng)估模型能有效實(shí)現(xiàn)公路平縱組合線(xiàn)形路段合理性評(píng)估。

(2)通過(guò)測(cè)試不同方法進(jìn)行公路平縱組合線(xiàn)形路段合理性評(píng)估，本文方法能有效實(shí)現(xiàn)公路平縱組合線(xiàn)形路段合理性評(píng)估，合理性概率分布區(qū)間較大，評(píng)估準(zhǔn)確性較高。

(3)本文所提出的評(píng)估方法能使平縱組合相匹配，保證汽車(chē)在高速路段安全行駛，為日后研究高速公路的平縱線(xiàn)形組合設(shè)計(jì)的合理性提供一定的參考價(jià)值。