一种基于集成赋权的互通立交综合评价方法与流程

本发明涉及交通规划，具体涉及一种基于集成赋权的互通立交综合评价方法。

背景技术：

1、可将两条及以上交叉公路之间相互联通的立体交叉称之为互通立交，按交叉岔数可分为三岔、四岔及多岔互通立交。其中四岔及以上的互通立交通常作为公路中的重要控制性工程，易受到参建各方的高度重视。随着公路设计市场日益精细化，互通立交的复杂程度急剧提升，对互通立交评价方法的科学性、合理性、全面性提出了更高的要求，经常需要从多个指标中开展方案综合比选，快速找到相对最优的设计方案。而传统评价方法及技术由于指标选用片面、数据分析效率低、主观性强等缺点，已难以准确评价互通立交方案。所以，急需找出一种能解决这些问题的互通立交综合评价方法，为互通立交的方案选择提供技术支撑。

2、互通立交综合评价是针对多指标决策问题，而解决多指标决策问题的重中之重正是选择一种科学、合理、适应性强的指标权重确定方法，即指标赋权方法。目前比较成熟的赋权方法主要可分为两类：主观赋权法和客观赋权法。前者根据决策者主观经验和判断来确定指标权重；而后者则通过对指标的量化，从综合功能最优的角度确定指标权重。然而，二者均存在显著缺点：主观赋权法所得结论过于片面且不科学，对决策者的技术水平要求极高；客观赋权法则缺乏灵活性，综合功能最优的方案可能并不是当下最合适的方案。例如公开号为cn116228008a的中国发明专利公开了一种高速公路互通立交间距设置方案的评价方法，虽然也考虑一些评价指标，但是其侧重在解决如何保证高速公路在区域内综合运营效益的互通立交间距，且考虑的评价指标也比较少，仍不能实现对互通立交更佳的综合评价效果。

3、因此，本发明选择采用主、客观相结合的集成赋权技术路线，基于一些算法来构建主、客观赋权方法，并对相应的主、客观赋权方法进行集成处理，扬长避短地获得科学均衡的权重组合，进而开展互通立交综合评价。并以沿海地区某超大型互通为例，论证该综合评价方法的可行性。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种基于集成赋权的互通立交综合评价方法。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种基于集成赋权的互通立交综合评价方法，包括以下步骤：s1、基于互通立交的决策阶段、实施阶段及运营阶段，从所有阶段中的技术模块、经济模块、功能模块、管理模块这四个模块中共选用24个可量化的主要评价指标，并基于选用的主要评价指标，构建互通立交的综合评价体系；s2、对综合评价体系中的主要评价指标进行标准化处理，获得标准化参数；s3、对综合评价体系中的主要评价指标进行主观赋权处理，获得最佳主观权重；s4、对综合评价体系中的主要评价指标进行客观赋权处理，获得最佳客观权重；s5、基于最佳主观权重和最佳客观权重构造离差目标函数，构造过程为：

4、s51、构建针对不同方案的主观离差函数：；式中，为应变量；

5、s52、构建针对不同方案的客观离差函数：；式中，为应变量；

6、s53、将s51中的主观离差函数和s52中的客观离差函数进行组合，构造离差目标函数：

7、；式中，集成权重作为自变量，μ为离差目标函数的偏好因子，μ的取值范围为(0,1)；j为方案序数，j=1,2,...,n；n为参与比选的方案总数；k为综合评价体系中的指标总数；当离差目标函数取最小值时，所对应的集成权重即是最佳集成权重wk；

8、s6、基于获得的最佳集成权重wk，计算不同方案分别对应的综合评价指数，其中，当综合评价指数取值最大时，对应产生的方案设为最优方案，进而完成互通立交综合评价：

9、。

10、基于上述技术方案，更进一步地，s1中的构建过程为：基于互通立交的决策阶段、实施阶段及使用阶段，从所有阶段中的技术模块、经济模块、功能模块、管理模块这四个模块中共选用24个可量化的主要评价指标，构建出互通立交在全生命周期下的综合评价体系。

11、基于上述技术方案，更进一步地，所述技术模块包括匝道平曲线半径、匝道竖曲线半径、匝道纵坡、匝道坡长、鼻端附近匝道曲率半径和单条匝道平均长度。

12、基于上述技术方案，更进一步地，所述功能模块包括交织系数、平均行程时间、平均燃油消耗、安全系数、冲突系数和车辆延误。

13、基于上述技术方案，更进一步地，所述管理模块包括拆迁面积、占地面积、运营期成本、收费站车道数、景观绿化面积和噪声影响系数。

14、基于上述技术方案，更进一步地，s2中，将主要评价指标的所有数据进行集合形成实际参数集，并利用两类方法对实际参数集中的数据进行标准化处理，最终得到标准化处理后的标准化参数集；其中，标准化处理过程为：

15、第一类方法、进行正相关指标计算（该类型指标的数值越大，方案越优，如安全系数等）：

16、；

17、第二类方法、进行负相关指标计算（该类型指标的数值越小，方案越优，如拆迁面积等）：

18、；

19、式中，为第j个方案的第k个指标参数；为所有方案中第k个指标参数的最小值；为所有方案中第k个指标参数的最大值。

20、基于上述技术方案，更进一步地，s3中，主观赋权处理的过程为：

21、s31、构建各主要评价指标之间的优先关系矩阵dz：

22、

23、其中，z为专家人数，dz为根据第z位专家意见构建的优先关系矩阵，d1-d24表示综合评价体系中的24个主要评价指标；之后对24个主要评价指标的重要程度分别进行两两比较，进行比选的两个指标分别记为评价指标a、评价指标b，则ra*b表示为评价指标a与评价指标b之间重要程度的主观比较值，该主观比较值的具体取值在结合专家意见后，再结合取值原则确定；

24、s32、根据s31步骤，z位专家的意见一共形成z个优先关系矩阵，分别为d1、d2、...、dz；由于不同专家意见的离散性较大，难以归纳出一致性结论，并对z个优先关系矩阵进行一致性变换，构建一致性矩阵d：；该一致性矩阵d进行单位化后的特征向量的平方数，即是结合了z位专家主观意见的最佳主观权重。

25、基于上述技术方案，更进一步地，优先关系矩阵dz中ra*b的取值原则为：对24个主要评价指标的重要程度分别进行两两比较，比较过程中，将重要程度低的主要评价指标设为评价指标b，其重要程度打分为1；另一个主要评价指标则设为评价指标a，其重要程度则在评价指标b重要程度为1分的前提下在1-9分中进行打分，评价指标a与评价指标b相比在方案评价中越重要，则打分越高；其中，重要程度指某一指标在方案评价中参考价值，而参考价值集合专家意见进行判断；其中，第一原则、重要程度相同：即评价指标a的重要程度打分为1分时，ra*b取值为1；第二原则、重要程度不同：即评价指标a的重要程度打分大于1分时，对分数进行四舍五入，所得结果即为ra*b的取值；第三原则、ra*b的取值确定后，此时对应的rb*a取值为ra*b的倒数。

26、基于上述技术方案，更进一步地，s4中，客观赋权处理的过程为：

27、s41、根据标准化参数计算出第j个方案的特征值aj：

28、；式中，j=1,2,...,n；k=1,2,...,24；

29、在上述公式中，随着客观权重的随机取值，所对应的a1、a2、...、an的取值也将随机且无限。因为a1k、a2k、...、ank是固定的，所以可将a1、a2、...、an看作n个不同的类，每个类的类内元素随机且无限。要想对其规律进行分析，需引用聚类分析原理。

30、s42、基于特征值aj，根据聚类分析原理，构造类间距离函数：

31、；

32、s43、基于特征值aj，根据聚类分析原理，构造类内距离函数：

33、；

34、s44、基于s41、s42、s43中的函数，构造聚类评价函数，其中作为应变量：

35、；

36、式中：为迭代过程中24个主要评价指标的客观权重，为n个方案对应aj的均值；f[24-(aj1-aj2)]为单位跃迁函数，当[24-(aj1-aj2)]≥0时，该函数取值为1，否则为0；

37、s45、采用迭代算法将不同的客观权重在聚类评价函数中进行迭代，当聚类评价函数取最大值时，所对应的即是最佳客观权重vk。

38、基于上述技术方案，更进一步地，s45中的迭代算法包括以下步骤：

39、s451、种群初始化：设置种群初始规模n、最大繁衍代数g、交配概率pc及基因突变概率pb，并随机生成种群初始个体，每个初始个体的特征参数分别对应一组；

40、s452、交配运算：根据交配概率pc随机选取相应的初始个体，两两进行交配，设为父代运算过程；

41、s453、基因突变运算：根据基因突变概率pb随机选取在父代运算过程产生的个体进行基因突变，设为基于父代运算后的子代运算过程；

42、s454、特征参数运算：根据步骤s452，每两个初始个体经过父代运算过程，可产生三个子个体，三个子个体的特征参数分别选用两个初始个体对应特征参数的最小值、平均值、最大值；根据步骤s453，每个子个体经过基于父代运算后的子代运算过程，产生一个变异个体，变异个体的特征参数为子个体对应特征参数的倒数；最后，对所有子个体及变异个体的特征参数进行归一化处理，即单一个体的特征参数总和为1；

43、s455、适应度运算：分别计算所有个体的适应度，适应度即是s44中所构造的聚类函数评价函数的函数值，并对适应度由大到小进行排序；

44、s456、迭代：选取步骤s455排名前80%的个体作为新父代，重复步骤s452-s456，直到满足算法的终止条件；

45、s457、终止条件：当达到最大繁衍代数g时，结束迭代操作，终止计算；输出最大适应度及对应的最佳个体特征参数，其中，最佳个体特征参数即是最佳客观权重vk。

46、基于上述技术方案，更进一步地，s5中，如果0<μ<0.5，表明决策者认为客观方法更重要；当0.5<μ<1,说明决策者希望认为主观方法更重要；当μ=0.5时,表示决策者认为主观方法与客观方法是同等重要程度。因此，μ的具体取值须由决策者根据实际情况灵活决定。

47、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

48、本发明选择采用主、客观相结合的集成赋权技术路线，采用线性代数、离差函数等数学基本原理及迭代算法来构建主、客观赋权方法，从而得到最佳主观权重与最佳客观权重，并对相应的主、客观最佳权重进行集成处理，扬长避短地获得集成权重，可更加科学均衡地体现各评价指标的重要性，进而在此基础上开展互通立交综合评价。

49、同时，本方法中评价指标标准化、计算主、客观最佳权重及对应的集成处理等核心步骤均，可根据业主及主管部门的实际需求，任意评价指标的权重进行优先定义，从而快速得到更能体现实际需求的推荐方案；另一方面，本方法在任意流程中断运行，输出各类图表来直观体现中间成果，做到了全过程透明化、可视化，可大幅增强业主及主管部门对所得结论的认同程度。因此，相较于常规评价方法，本方法的评价过程更为灵活、快速，评价结论更为科学、合理。