兼具城市道路功能的公路技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)選定分析

張維建 杜鵬飛

(國家林業(yè)局昆明勘察設(shè)計(jì)院，云南昆明 650000)

兼具城市道路功能的公路技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)選定分析

張維建 杜鵬飛

(國家林業(yè)局昆明勘察設(shè)計(jì)院，云南昆明 650000)

以云南省富源縣某公路工程為例，依據(jù)支持向量回歸機(jī)的基本原理，分析計(jì)算了公路的交通量，并對該道路服務(wù)水平等級、抗震設(shè)計(jì)以及技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了研究探討，指出該工程項(xiàng)目的建設(shè)可以完善路網(wǎng)功能，改善投資環(huán)境，促進(jìn)富源縣的城鎮(zhèn)化發(fā)展進(jìn)程。

公路工程，道路，交通量，技術(shù)指標(biāo)

0 引言

工程作為人類的一項(xiàng)創(chuàng)造性的實(shí)踐活動，結(jié)合了當(dāng)時(shí)人們的主觀能動性，并根據(jù)當(dāng)時(shí)對自然規(guī)律的理解再結(jié)合智慧，在勞動中不斷積累、創(chuàng)造的過程［1］。具體表現(xiàn)在土木工程技術(shù)人員工作實(shí)踐過程中，是運(yùn)用工程技術(shù)和工程思維甚至是哲學(xué)思維解決工程實(shí)際問題。

1 概述

近年來，隨著我國城鎮(zhèn)化步伐加快，以及區(qū)域經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，城市周邊地區(qū)、中心城市與衛(wèi)星城之間以及城市群之間的公路大量涌現(xiàn)。這些公路的功能明顯不同，除機(jī)動車交通量以外，行人和自行車等非機(jī)動車交通量也很大。目前各地在公路建設(shè)中，都采取預(yù)留或設(shè)置非機(jī)動車道和人行車道的方式解決這一需求。根據(jù)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀和工程實(shí)踐，在非機(jī)動車、行人密集路段，可根據(jù)具體情況設(shè)置非機(jī)動車道和人行車道［2］。

確定路線走廊帶考慮帶內(nèi)各種運(yùn)輸體系及不同層次路網(wǎng)間的分工與配合，據(jù)以統(tǒng)籌規(guī)劃、近遠(yuǎn)期結(jié)合、合理布局、充分發(fā)揮和提高公路總體綜合效益。公路可以具有城市道路路網(wǎng)的功能，例如兼具主干路的交通、集散功能連接城市各主要分區(qū)［3］。

2 案例分析

2.1 城市發(fā)展概況

云南省富源縣是曲靖市轄區(qū)的一個(gè)大縣，位于云南省和貴州省的交界處，地處東經(jīng)103°58'～104°49'，北緯25°02'～25°58'。富源縣人民政府所在地中安鎮(zhèn)，距省會昆明198 km，距曲靖市政府所在地麒麟?yún)^(qū)63 km。東至貴陽413 km，南至南寧市580 km。對于與滬昆高速只有一個(gè)交通出口的富源縣城中安鎮(zhèn)來說，進(jìn)出中安鎮(zhèn)將出現(xiàn)異常擁堵的現(xiàn)象，建設(shè)從滬昆高速進(jìn)入中安鎮(zhèn)的第二快速通道，就尤為迫切。

根據(jù)《富源縣城近期建設(shè)規(guī)劃(2011—2015)》，富源縣政府所在地的中安鎮(zhèn)的城市性質(zhì)定位為:云南省“東大門”，滇中城市群重要的礦產(chǎn)業(yè)服務(wù)基地，宜居、生態(tài)的特色山地城市。就目前縣城中安鎮(zhèn)與外界公路的快速交通出口看，只有老縣城與滬昆高速唯一一個(gè)互通式立交通道，由于城區(qū)功能高度聚集、給城區(qū)中心區(qū)帶來難以承受的交通壓力。造成富源城區(qū)交通呈“內(nèi)堵外擁”的局面，已嚴(yán)重制約富源縣社會經(jīng)濟(jì)的健康可持續(xù)發(fā)展。

2.2 交通量預(yù)測

2.2.1 支持向量回歸機(jī)的基本原理

SVM本身是針對經(jīng)典的二分類問題提出的，支持向量回歸機(jī)(Support Vector Regression，SVR)是支持向量在函數(shù)回歸領(lǐng)域的應(yīng)用。SVR與SVM分類有以下不同:SVM回歸的樣本點(diǎn)只有一類，所尋求的最優(yōu)超平面不是使兩類樣本點(diǎn)分得“最開”，而是使所有樣本點(diǎn)離超平面的“總偏差”最小，此時(shí)樣本點(diǎn)都在兩條邊界線之間，求最優(yōu)回歸超平面同樣等價(jià)于求最大間隔。本文采用的支持向量機(jī)在回歸分析中的一種算法ε-支持向量機(jī)(ε-SVR)。

ε-SVR的算法原理如下:

設(shè)訓(xùn)練集:

其中，xi?Rn，yi?Y，i=1，…，l，對于線性回歸問題，主要是在Rn上尋找一個(gè)線性函數(shù)g(x)=(ωx)+b，以便用y=g(x)來計(jì)算任一輸入x所對應(yīng)的輸出值y。對于非線性問題，我們則需要引進(jìn)一個(gè)變換φ(x)將訓(xùn)練數(shù)據(jù)映射到一個(gè)高維空間，把原空間的非線性回歸轉(zhuǎn)換成高維空間的線性回歸。這一變換主要通過核函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。

目前，常用的核函數(shù)主要有以下幾種:

1)多項(xiàng)式核函數(shù)。

2)徑向基(RBF)函數(shù)。

3)Sigmiod核函數(shù)。

選取適當(dāng)?shù)暮撕瘮?shù)K(x，x')以及適當(dāng)?shù)木圈牛?和懲罰參數(shù)C＞0，構(gòu)造并求解凸二次規(guī)劃問題。

如果選到的是ˉαj，則:

最后構(gòu)造出決策函數(shù):

損失函數(shù)采用ε-不敏感損失函數(shù)，對于ε-支持向量回歸機(jī)，其預(yù)測精度受參數(shù)影響較大，因此需要選擇合適的核函數(shù)類型及其參數(shù)組合。本文采用徑向基函數(shù)(RBF)為核函數(shù)，所以需要確定的參數(shù)有懲罰系數(shù)C和不敏感損失函數(shù)寬度ε。由于傳統(tǒng)的參數(shù)選取基本都是根據(jù)交叉驗(yàn)證法來選取參數(shù)，但是這種方法選取的時(shí)間較長并且無法保證取得最優(yōu)參數(shù)值。為了提高參數(shù)的選擇效率，需要采用合適的智能優(yōu)化算法搜尋支持向量回歸機(jī)參數(shù)的最優(yōu)組合，從而獲得具有較好預(yù)測能力的預(yù)測模型［4］。

2.2.2 分析計(jì)算

根據(jù)JTG B01—2014公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，一級公路預(yù)測年限應(yīng)為20年，并以20年遠(yuǎn)景交通量作為論證公路等級的依據(jù)之一。因本項(xiàng)目預(yù)計(jì)于2015年開工，2017年通車，全路段均預(yù)測至2037年。考慮到不確定因素，延長預(yù)測至2039年。

運(yùn)用支持向量回歸機(jī)的交通量預(yù)測模型，分析計(jì)算出遠(yuǎn)景年的交通量。得出交通量預(yù)測結(jié)果為:2017年線路起點(diǎn)回隆收費(fèi)站至多樂現(xiàn)代物流片區(qū)段(K0+000～K2+731.367)交通量為10 993 pcu/d，多樂現(xiàn)代物流片區(qū)至玉順街段(K2+731.367～K6+834.609)交通量為8 835 pcu/d。運(yùn) 營 通 車 后 20 年 即2037年，線路起點(diǎn)回隆收費(fèi)站至多樂現(xiàn)代物流片區(qū)段(K0+000～K2+731.367)交通量為24 584 pcu/d，多樂現(xiàn)代物流片區(qū)至玉順街段(K2+731.367～K6+834.609)交通量為19 523 pcu/d。

2.3 服務(wù)水平及抗震設(shè)計(jì)

公路服務(wù)水平等級，主要反映一定運(yùn)行條件下駕駛員的感受。一級公路用作集散公路，有長隧道時(shí)，設(shè)計(jì)服務(wù)水平可取四級。山區(qū)一級公路，受地形、地質(zhì)條件限制，設(shè)計(jì)速度選用60 km/h。

抗震設(shè)計(jì)，根據(jù)GB 18306—2001中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖，地震動峰值加速度系數(shù)介于0.05g～0.40g地區(qū)公路工程，要進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。

2.4 技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)JTG B01—2014公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)1∶10 000地形圖;路線平、縱面布置圖，經(jīng)實(shí)地進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查，落實(shí)路線走向、控制點(diǎn)，并且結(jié)合勘察沿線地形、地質(zhì)、水文、地震等等自然條件，綜合分析整理計(jì)算調(diào)查資料，本項(xiàng)目路線主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

2.5 結(jié)論

本項(xiàng)目的建設(shè)，可以完善路網(wǎng)功能，改善投資環(huán)境，促進(jìn)該區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，帶動片區(qū)土地開發(fā)，加強(qiáng)城市外圍區(qū)域間的交通聯(lián)系。連接了兩個(gè)距縣城甚遠(yuǎn)的勝境關(guān)立交通道和回隆立交通道，改善這兩個(gè)立交通道到達(dá)縣城的道路等級、路線規(guī)劃［5］，給居住在縣城中的10多萬居民出行帶來更多實(shí)際的方便快捷，保證在突發(fā)情況下，縣城內(nèi)10多萬人口的快速安全的緊急疏散。同時(shí)，加快實(shí)現(xiàn)富源縣的城鎮(zhèn)化的發(fā)展進(jìn)程。

表1 路線主要技術(shù)指標(biāo)

3 展望

結(jié)合實(shí)際案例，道路工程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)將公路與城市道路兩方面的工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行綜合和控制。把車、人與周圍環(huán)境有機(jī)地聯(lián)系起來，使道路交通運(yùn)輸達(dá)到安全、快捷、經(jīng)濟(jì)與和諧的要求。充分發(fā)揮工程技術(shù)人員的主觀能動性，運(yùn)用辯證的哲學(xué)思想［1］，實(shí)現(xiàn)道路工程中公路和城市道路規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營使用的和諧融合。

［1］ 殷瑞鈺.工程哲學(xué)［M］.北京:高等教育出版社，2007:1-64.

［2］ 交通運(yùn)輸部公路局.公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)［M］.北京:人民交通出版社，2014.

［3］ 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2012.

［4］ 孫德山.支持向量機(jī)分類與回歸方法研究［D］.長沙:中南大學(xué)博士學(xué)位論文，2004.

［5］ 張金水.道路勘測與設(shè)計(jì)［M］.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，2009: 1-37.

Analysis of highway technology econom y index selection w ith urban road functions

Zhang Weijian Du Pengfei

(Kunming Survey＆Design Institute，National Bureau of Forestry，Kunming 650000，China)

Taking the highway engineering of Fuyuan county in Yunnan province as an example，according to basic principles of Support Vector Regression Machine(SVRM)，the thesis calculates highway traffic volume，explores its service level，seismic design and technical index，and points out that:the engineering project construction can improve the road network functions，improve investment environment，and promote urbanization development of Fuyuan county.

highway engineering，road，traffic volume，technical index

F502

A

1009-6825(2015)29-0164-02

2015-08-10

張維建(1987-)，男，碩士，助理工程師; 杜鵬飛(1969-)，男，高級工程師