公路選線模糊影響圖模型研究

郭松影，劉 巖

（1.唐山學(xué)院土木工程系，河北唐山063000；2.天津城建集團(tuán)有限公司，天津305000）

公路選線模糊影響圖模型研究

郭松影1，劉 巖2

（1.唐山學(xué)院土木工程系，河北唐山063000；2.天津城建集團(tuán)有限公司，天津305000）

基于風(fēng)險(xiǎn)管理的思想，系統(tǒng)分析了公路選線的不確定因素，確定了公路選線的評價(jià)指標(biāo)體系，構(gòu)建了公路選線的風(fēng)險(xiǎn)影響圖，并建立了公路選線模糊影響圖模型。

公路選線；模糊影響圖；指標(biāo)體系；風(fēng)險(xiǎn)管理

公路選線是勘查設(shè)計(jì)的首要任務(wù)，涉及到多方面因素。在進(jìn)行公路選線時(shí)既要防止脫離實(shí)際的高標(biāo)準(zhǔn)思想，又要防止為遷就地形而輕易采用極限標(biāo)準(zhǔn)的觀念。在選線過程中盡量在規(guī)范、規(guī)定允許的范圍內(nèi)結(jié)合地形、地質(zhì)、水文及實(shí)地情況使平縱面線形、縱坡等相互兼顧，達(dá)到既安全舒適又經(jīng)濟(jì)適用的功效。

1 模型概述

該模型是在影響圖評價(jià)方法基礎(chǔ)上引入模糊集理論建立起來的，是以模糊集描述變量間的關(guān)系，即從獨(dú)立節(jié)點(diǎn)開始，通過節(jié)點(diǎn)間關(guān)系傳遞，直至推算到價(jià)值節(jié)點(diǎn)。它不需要進(jìn)行影響圖拓?fù)渥儞Q，克服了以往影響圖算法中不便于獲取最優(yōu)序列的缺點(diǎn)。

模糊影響圖評價(jià)是通過影響圖來傳遞頻率模糊集，通過節(jié)點(diǎn)頻率矩陣及其緊前緊后關(guān)系節(jié)點(diǎn)模糊關(guān)系求出價(jià)值節(jié)點(diǎn)頻率矩陣，這需要確定每一條件節(jié)點(diǎn)和價(jià)值節(jié)點(diǎn)所有緊前節(jié)點(diǎn)的頻率矩陣，如果一個(gè)頻率節(jié)點(diǎn)的頻率矩陣計(jì)算出來，則認(rèn)為該節(jié)點(diǎn)被釋放。計(jì)算模糊影響圖，必須首先建立釋放順序，然后計(jì)算每一變量頻率矩陣，當(dāng)所有變量緊前節(jié)點(diǎn)被釋放后，計(jì)算變量緊后節(jié)點(diǎn)的頻率矩陣，重復(fù)上述步驟，直至所有節(jié)點(diǎn)均被釋放。［1］

模糊影響圖評價(jià)算法是基于模糊集合合成關(guān)系傳遞原理，通過模糊理論描述節(jié)點(diǎn)狀態(tài)概率及節(jié)點(diǎn)狀態(tài)間關(guān)系，在確定模糊影響圖數(shù)值層和函數(shù)層時(shí)需要確定變量狀態(tài)模糊集合、狀態(tài)頻率模糊集合、狀態(tài)空間以及節(jié)點(diǎn)間模糊關(guān)系。［2］

2 公路選線模糊影響圖評價(jià)模型的建立

2.1 公路選線影響因素分析

全面認(rèn)識(shí)公路選線影響因素，對選線風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行分析是建立合理、科學(xué)風(fēng)險(xiǎn)影響圖的基礎(chǔ)，是建立影響圖模型的首要任務(wù)。［3－5］涉及的主要影響因素有以下幾項(xiàng)。

2.1.1 路網(wǎng)規(guī)劃

按照路網(wǎng)規(guī)劃要求，確定路線走向，充分為沿線地區(qū)服務(wù)；根據(jù)公路使用功能和使用任務(wù)，全面權(quán)衡，分清主次，處理好全局與局部的關(guān)系，并注意由于局部難點(diǎn)的突破而引起的關(guān)系轉(zhuǎn)換給全局帶來的影響。

2.1.2 地質(zhì)

地質(zhì)現(xiàn)象一般較為隱蔽或處于半隱蔽狀態(tài)，選線前要有詳盡的地質(zhì)數(shù)據(jù)，同時(shí)注重工程地質(zhì)調(diào)查、勘查，查清對公路工程路線的影響程度，選線時(shí)盡量避開不良地質(zhì)地段或采取相應(yīng)的工程措施。

2.1.3 地形

地形是公路選線的最大限制條件，在地形條件允許的條件下，盡量提供平縱面線形，保證行車安全及其舒適度。針對路線所經(jīng)地區(qū)，按擬定的控制點(diǎn)由面到帶，由帶到線，由淺入深，由輪廓到具體進(jìn)行選線。

2.1.4 自然生態(tài)環(huán)境

保護(hù)生態(tài)環(huán)境，并與當(dāng)?shù)刈匀痪坝^相協(xié)調(diào)；充分利用建設(shè)用地，嚴(yán)格保護(hù)農(nóng)田耕地，并注意保護(hù)文物和景觀。

2.1.5 工程造價(jià)

這是公路選線的主要影響因素，選線時(shí)在滿足路線標(biāo)準(zhǔn)的前提下，充分利用現(xiàn)有的地形，盡量減少工程數(shù)量，降低工程費(fèi)用。

2.2 公路選線的評價(jià)指標(biāo)體系

2.2.1 公路選線時(shí)的比選原則

公路選線就是在經(jīng)過起點(diǎn)和終點(diǎn)兩個(gè)決定性控制點(diǎn)的一系列的路線方案中，由粗到細(xì)，逐步淘汰、謹(jǐn)慎選擇，得出推薦方案的過程。其比選原則是：a.貫徹黨和國家的方針政策；b.滿足交通量需求；c.經(jīng)濟(jì)、可行、適用；d.不遺漏有比選價(jià)值的任何方案；e.各方案間要有可比性，精細(xì)程度基本一致；f.在其它條件一致的情況下，注意美學(xué)與景觀。

2.2.2 公路選線時(shí)質(zhì)的評價(jià)指標(biāo)體系［5］

質(zhì)的比較多屬于全面規(guī)劃，即大的控制點(diǎn)連接構(gòu)成的不同路線走向綜合評價(jià)。詳見圖1。

圖1 質(zhì)的評價(jià)指標(biāo)

2.2.3 公路選線時(shí)量的評價(jià)指標(biāo)體系

量的評價(jià)指標(biāo)體系是對質(zhì)的評價(jià)指標(biāo)比較之后可能方案的分析比較，分為技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。詳見圖2，圖3。

圖2 經(jīng)濟(jì)評價(jià)指標(biāo)

圖3 技術(shù)評價(jià)指標(biāo)

2.3 風(fēng)險(xiǎn)影響圖

2.3.1 一級風(fēng)險(xiǎn)目標(biāo)定向影響圖，詳見圖4。

圖4 一級風(fēng)險(xiǎn)目標(biāo)定向影響圖

2.3.2 二級風(fēng)險(xiǎn)目標(biāo)定向影響圖

a.質(zhì)的評價(jià)指標(biāo)影響圖，詳見圖5，圖6，圖7。

圖5 質(zhì)的評價(jià)指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)影響圖

由于“沿線城鎮(zhèn)規(guī)劃”因素的風(fēng)險(xiǎn)較多，我們將其展開得到下一層的“沿線城鎮(zhèn)規(guī)劃風(fēng)險(xiǎn)影響圖”，詳見圖6。

圖6 沿線城鎮(zhèn)規(guī)劃風(fēng)險(xiǎn)影響圖

再將影響因素較多的“交通量預(yù)測”風(fēng)險(xiǎn)展開，得到下一層的“交通量預(yù)測風(fēng)險(xiǎn)影響圖”，詳見圖7。

圖7 交通量預(yù)測風(fēng)險(xiǎn)影響圖

b.經(jīng)濟(jì)評價(jià)指標(biāo)影響圖，詳見圖8。

圖8 工程造價(jià)影響圖

c.技術(shù)評價(jià)指標(biāo)影響圖，詳見圖9。

圖9 技術(shù)評價(jià)指標(biāo)影響圖

d.勘測風(fēng)險(xiǎn)影響圖，詳見圖10。

圖10 地質(zhì)勘測影響圖

勘測設(shè)計(jì)過程中存在大量不確定因素。例如，地質(zhì)勘測數(shù)據(jù)不足，勘測工作粗糙，設(shè)計(jì)水平低，鉆孔可能遇到風(fēng)險(xiǎn)，巖土試驗(yàn)準(zhǔn)確性不足，有地下建筑物等。

e.人員風(fēng)險(xiǎn)影響圖。

人員是公路選線的關(guān)鍵因素，涉及面主要有人員變動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)人員的責(zé)任心不強(qiáng)，審核人員流于形式，專業(yè)人員知識(shí)面窄，設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)不足，以及方案選擇方法的風(fēng)險(xiǎn)等。詳見圖11。

圖11 人員風(fēng)險(xiǎn)影響圖

2.4 模糊影響圖評價(jià)模型

模糊影響圖是指用圖形表示關(guān)系層，用模糊集描述函數(shù)層變量間的關(guān)系以及數(shù)值層獨(dú)立節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。我們可根據(jù)其表述的關(guān)系進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，計(jì)算順序從最底層影像圖開始，逐層向上計(jì)算得出風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率。［6］［7］其分析類型共有三種：

第一種，估計(jì)每一節(jié)點(diǎn)可能狀態(tài)，并以“好、中、差”“大、中、小”等語言來描述。

第二種，估計(jì)每一節(jié)點(diǎn)可能狀態(tài)出現(xiàn)的頻率，并用“非常高、高、中、低、非常低”等詞匯描述。

第三種，估計(jì)每一節(jié)點(diǎn)可能狀態(tài)及其緊前緊后節(jié)點(diǎn)的可能狀態(tài)之間的模糊關(guān)系，模糊關(guān)系用模糊矩陣表示，并運(yùn)用笛卡爾積進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算方法如下：

若X表示無前序節(jié)點(diǎn)，其可能狀態(tài)為

其中Px1，Px2，……Pxn是用語言詞匯定義的狀態(tài)模糊集，T是矩陣轉(zhuǎn)秩。

獨(dú)立節(jié)點(diǎn)X的頻率向量為

其中fx1，fx2，……fxn是X的頻率向量中每一可能狀態(tài)對應(yīng)的頻率模糊集，則節(jié)點(diǎn)頻率矩陣為：

其中，運(yùn)算符號(hào)“×”為笛卡爾積，則隸屬度

結(jié)合最大隸屬度和概率原理，生成變量的概率分布

根據(jù)計(jì)算得到的價(jià)值節(jié)點(diǎn)生成變量的概率分布，即風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率，結(jié)合公路選線的特點(diǎn)，判斷其風(fēng)險(xiǎn)大小，并采取相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對措施。

3 結(jié)束語

公路選線模糊影響圖模型研究，是在風(fēng)險(xiǎn)管理理論、方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合影響圖理論和模糊集理論提出的，是對風(fēng)險(xiǎn)管理理論和模糊集理論的一種探索、創(chuàng)新與發(fā)展，具有一定的實(shí)用性和指導(dǎo)性，有必要進(jìn)行深入的研究。

［1］ 劉艷瓊.基于影響圖理論的武器裝備研制風(fēng)險(xiǎn)分析方法及應(yīng)用［D］.北京：國防科技大學(xué)，2005.

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［4］ 楊李興.山嶺重丘區(qū)公路選線實(shí)踐總結(jié)［J］.林業(yè)建設(shè)，2006（4）：21－22.

［5］ 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D20－2006）［S］.北京：人民交通出版社.

［6］ 方德英，李敏強(qiáng)，寇紀(jì)淞，等.目標(biāo)導(dǎo)向IT項(xiàng)目開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)影響圖模型［J］.系統(tǒng)工程學(xué)報(bào)，2004（6）：601－606.

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［8］ 王靜婷.公路路線方案選擇的風(fēng)險(xiǎn)決策研究［D］.重慶：重慶交通大學(xué)，2007.

（責(zé)任編校：白麗娟）

Study on Fuzzy Influence Diagram of Road Selection

GUO Song－ying1，LIU Yan2

（1.Department of Civil Engineering，Tangshan College，Tangshan 063000，China；2.Tianjin Urban Construction Group Company Limited，Tianjin 305000，China）

Based on the view of risk management，this paper analyzes the uncertainty factors，designs the index system，forms the risk management influence diagram，and establishes fuzzy influence diagram about road selection.

road selection；fuzzy influence diagram；index system；risk management

book=1,ebook=1

U412.24＋3

A

1672－349X（2012）03－0062－03

2011－12－02

郭松影（1977－），女，河北獻(xiàn)縣人，講師，碩士，主要從事土木工程與工程管理研究。