趙 恒

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司 湖北武漢 430063)

1 引言

隨著公路建設信息化不斷推進，公路平縱組合線形路段合理性評價對公路建設愈發(fā)重要。在公路設計中，平縱組合線形路段設計是難點，由于平縱線形組合不匹配，在公路彎坡路段經(jīng)常會發(fā)生交通事故。當車輛在復雜的彎坡路段行駛時，駕駛員既要完成轉彎動作，又要完成上下坡動作，將這兩組動作組合在一起增加了車輛狀態(tài)的不穩(wěn)定性，提高了駕駛的控制難度。為了解決這個問題，需要對公路的平縱組合進行評估，構建合理性評估模型。目前，相關的公路平縱組合線形路段合理性評估模型研究越來越受到人們的高度重視[1]。

本文采用大數(shù)據(jù)分析方法，以公路上汽車行駛速度等參數(shù)為約束參量，構建了公路平縱組合線形路段的優(yōu)化設計模型，以提高設計的合理性。公路平縱組合線形路段合理性評估是建立在多元組合數(shù)據(jù)分析基礎上，采用大數(shù)據(jù)分析和自適應統(tǒng)計分析方法進行設計合理性評估[2]，提高設計的量化管理能力，構建評估模型，促進公路平縱組合線形路段設計合理性提升。

文獻[3]提出了山區(qū)公路組合線形路段車道偏移行為分析方法，以車輛車道內行駛為參照，沿道路行進方向，將車道偏離行為分為左偏駛離車道與右偏駛離車道。因車道偏離受駕駛人影響，采用雙層Logit模型，分別判定道路線形及駕駛人的影響。但該方法進行公路平縱組合線形路段合理性評估的模糊性較大。

文獻[4]提出了山區(qū)公路平縱組合路段設計安全評估方法，為定量評估山區(qū)公路平縱組合路段的設計安全水平，建立了基于駕駛模擬技術的安全評價方法?；诤鲜∮兰咚俟返牡缆吩O計參數(shù)，在駕駛模擬器中搭建高速公路駕駛場景，以平曲線上坡段、平曲線下坡段、平曲線凸曲線段和平曲線凹曲線段4類平縱組合路段為研究對象，選取評價指標，運用多元線性回歸建立以駕駛模擬數(shù)據(jù)為基礎的道路安全評價模型。但是該方法的自適應評估性能不佳。

針對上述問題，本文提出基于運行速度關聯(lián)信息挖掘的公路平縱組合線形路段合理性評估模型，提取運行速度信息等關聯(lián)特征量，分析合理性測評相關信息融合的規(guī)則性特征量，采用統(tǒng)計分析方法進行合理性的統(tǒng)計分析和穩(wěn)健性檢驗，最后進行仿真實驗分析，得出有效性結論。

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

2.1 公路平縱組合線形路段合理性評估大數(shù)據(jù)分布模型

結合大數(shù)據(jù)分布式設計和統(tǒng)計分析方法，進行合理性評估模型設計，構建合理性統(tǒng)計信息決策模型；結合存儲結構模型優(yōu)化分析，進行合理性評估和模糊決策，構建設計合理性評估的大數(shù)據(jù)管理模型[5-6]，得到公路平縱組合線形路段設計合理性評估的統(tǒng)計特征分布min(f)的表達式為:

式中，m為合理性評估的信息源；n為評估信息量；j為在某一嵌入維數(shù)i下的特征采樣點；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樣點數(shù)量。采用多源信息調度方法進行公路平縱組合線形路段設計合理性評估的模糊綜合性調度設計，在大數(shù)據(jù)背景下構建公路平縱組合線形路段合理性設計的量化統(tǒng)計分析模型[7-8]，采用匹配濾波檢測方法，得到量化統(tǒng)計分析模型為:

式中，I為平縱組合線形路段合理性評估數(shù)據(jù)庫事務ρ對對象分層決策矩陣R執(zhí)行的輸出操作；V、N為兩個待采樣的公路平縱組合線形路段設計合理性統(tǒng)計信息。根據(jù)公路平縱組合線形路段合理性評估信息的挖掘結果，對公路平縱組合線形路段合理性評估數(shù)據(jù)進行頻繁項集關聯(lián)規(guī)則重構，采用線性組合模型進行路段合理性的關聯(lián)規(guī)則分析，得到模糊采樣特征集xk的表達式為:

式中，k為線性組合模型進行路段合理數(shù)據(jù)分布狀態(tài)。采用大數(shù)據(jù)處理技術進行公路平縱組合線形路段設計合理性數(shù)據(jù)優(yōu)化調度和管理，構建公路平縱組合線形路段設計合理性數(shù)據(jù)信息管理模型，引入公路平縱組合線形路段設計合理性評估的觀測集 userInput()、sanitize x、flipCoin()和 exec[flipCoin(sanitize()]，得到統(tǒng)計數(shù)據(jù)分布的數(shù)學模型mink(x):

式中，T為轉置符號。在運行速度管理下進行公路平縱組合線形路段設計合理性評估的模糊調度，結合關聯(lián)規(guī)則挖掘方法，進行公路平縱組合線形路段合理性的量化評估分析。

2.2 公路平縱組合線形路段運行速度信息提取

對公路平縱組合線形路段合理性評估數(shù)據(jù)進行頻繁項集關聯(lián)規(guī)則重構，提取公路平縱組合線形路段運行速度信息的關聯(lián)維特征量[9]，構建公路平縱組合線形路段設計合理性統(tǒng)計分析的特征提取模型，得到公路平縱組合線形路段設計合理性統(tǒng)計樣本序列Q(a，bi)的表達式為:

當Q達到最小，得到公路平縱組合線形路段設計合理性統(tǒng)計樣本序列的最佳關聯(lián)規(guī)則特征量，采用關聯(lián)規(guī)則挖掘方法，得到公路平縱組合線形路段設計合理性評價的統(tǒng)計特征:

構建遞歸圖R(i，j)進行公路平縱組合線形路段設計合理性評估的關聯(lián)規(guī)則挖掘，求解公式為:

H為公路平縱組合線形路段設計合理性統(tǒng)計樣本序列采集的標量坐標序列；d為嵌入維數(shù)；ε為模糊評價子集。結合模糊聚類方法進行大數(shù)據(jù)背景下公路平縱組合線形路段設計合理性評估的量化分析數(shù)據(jù)聚類處理，對公路平縱組合線形路段合理性評估模型進行綜合分析和調度，結合線性統(tǒng)計分析方法，得到模糊聚類的大數(shù)據(jù)采樣樣本回歸序列為:，當N→ ∞，對N個公路平縱組合線形路段設計合理性統(tǒng)計樣本序列進行定量遞歸分析，實現(xiàn)公路平縱組合線形路段運行速度信息提取[10]。

3 公路路段設計的合理性評估模型優(yōu)化

3.1 公路平縱組合線形路段運行速度參量估計

構建公路平縱組合線形路段合理性評估統(tǒng)計信息模型[11]，求得公路平縱組合線形路段設計合理性的關聯(lián)積分CN，m(r)的表達式為:

其中，H(·)表示 Heavside函數(shù)，即:

式中，t為時間，如果f(x1，x2)已知，以此為約束條件進行公路平縱組合線形路段合理性評估的關聯(lián)信息挖掘評判。關聯(lián)信息挖掘是指在大量數(shù)據(jù)中搜索出隱藏相關聯(lián)數(shù)據(jù)的過程。通過關聯(lián)信息挖掘評判求得公路平縱組合線形路段設計合理性的評估特征量分布模型yij的表達式為:

式中，a＝D，在相對采樣時間延遲中，得到的公路平縱組合線形路段設計合理性統(tǒng)計樣本序列，映射關系Z記為:

式中，s為公路平縱組合線形路段運行速度參量；τ為統(tǒng)計時間延遲。計算公路平縱組合線形路段設計合理性評估的關聯(lián)維D的表達式為:

式中，Cm(r)表示公路平縱組合線形路段設計合理性統(tǒng)計樣本序列在相對采樣時延下的關聯(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)計信息特征x(t＋τ)出現(xiàn)在狀態(tài)估計區(qū)域的聯(lián)合分布概率具有隨機采樣性。

3.2 公路平縱組合線形路段合理評估輸出

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

在關聯(lián)維特征轉移條件下，公路平縱組合線形路段設計合理性評價的平衡點w(t)(u0，u1)的表達式為:

式中，u為公路平縱組合線形路段合理性評估模型觀測狀態(tài)。分析公路平縱組合線形路段合理性測評互相關信息融合的規(guī)則性特征量，以此為約束條件進行公路平縱組合線形路段合理性評估的關聯(lián)信息挖掘評判[12]，得到公路平縱組合線形路段合理性設計的綜合性評判統(tǒng)計分析結果為:

構建公路平縱組合線形路段合理性評估統(tǒng)計信息模型，結合人工干預方法進行特征建模。有限狀態(tài)空間中，提取公路平縱組合線形路段運行速度信息的關聯(lián)維特征量IDFconst，其描述為:

根據(jù)提取的公路平縱組合線形路段運行速度信息的關聯(lián)維特征量，由此實現(xiàn)公路平縱組合線形路段合理性評估。

4 仿真實驗分析

為了驗證該模型在實現(xiàn)公路平縱組合線形路段合理性評估中的性能，進行實證分析和仿真實驗。實驗采用C＋＋和Matlab設計，對某公路平縱組合線形路段設計合理性評估統(tǒng)計數(shù)據(jù)采樣長度為1 024，描述性統(tǒng)計分析的樣本采樣集為2 000，測試樣本集規(guī)模為400，構建公路平縱組合線形路段合理性評估的統(tǒng)計參量，見表1。

表1 公路平縱組合線形路段合理性評估的統(tǒng)計參量

根據(jù)表1參量設定，進行公路平縱組合線形路段合理性評估的仿真實驗分析，得到公路平縱組合線形路段合理性評估信息挖掘結果，見圖1。

圖1 公路平縱組合線形路段合理性評估信息挖掘結果

以圖1的數(shù)據(jù)為輸入，進行公路平縱組合線形路段合理性評估，得到評估的統(tǒng)計分析輸出如圖2所示。

圖2 公路平縱組合線形路段合理性評估的統(tǒng)計分析結果

分析圖2得知，本文方法能有效實現(xiàn)公路平縱組合線形路段合理性評估，合理性概率分布區(qū)間較大。測試不同方法進行公路平縱組合線形路段合理性評估的準確性，得到對比結果見表2。分析得知，采用本文方法進行公路平縱組合線形路段合理性評估具有較高的準確性。

表2 公路平縱組合線形路段合理性評估準確性對比

5 結束語

為了構建公路平縱組合線形路段的優(yōu)化設計模型，提高公路平縱組合線形路段設計的合理性，本文提出基于運行速度關聯(lián)信息挖掘的公路平縱組合線形路段合理性評估模型。研究得出如下結論:

(1)基于運行速度關聯(lián)信息挖掘的公路平縱組合線形路段合理性評估模型能有效實現(xiàn)公路平縱組合線形路段合理性評估。

(2)通過測試不同方法進行公路平縱組合線形路段合理性評估，本文方法能有效實現(xiàn)公路平縱組合線形路段合理性評估，合理性概率分布區(qū)間較大，評估準確性較高。

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