基于组合赋权-二维云模型的铁路线路方案优选研究

基于组合赋权-二维云模型的铁路线路方案优选研究

胡启发

中国铁路呼和浩特局集团有限公司乌海工务段 内蒙古乌海 016000

摘要：线路走向作为路网骨架，其优劣情况关系到整体路网功能的发挥和线路自身的作用效果。由于铁路方案评价是一个多因素相互作用的复杂系统，各因素本身的特性和其他因素的相互影响，使得系统中的部分评价指标具有不确定性，评价指标值的确定具有随机性。因此，建立一种能够较好处理系统中不确定性、随机性和模糊性的评价模型，是使评估方法更接近工程实际情况的重要保障。

关键词：组合赋权；二维云模型；铁路线路；方案优选；

引言

当前，计算机技术在各领域的应用逐渐深入，在铁路选线设计方面，计算机的应用大大减轻了线路设计工作量，项目应用越来越普遍，极大提升了设计效率。但目前线路设计方面的计算机相关软件，仍然以二维设计为主，在直观性和参数化方面还有待深入开发。随着项目设计需求的多样性和持续开发性，越来越需要利用三维软件进行铁路线路方面的设计及深入开发。尤其是铁路线路的平面、纵断面、横断面之间的关系，如何能够一目了然的在图纸上显现，是进行三维设计的关键所在。

1影响线路走向因素

线路方案优选的基础是构建科学合理的线路方案评价指标体系，工程中各线路方案均有其自身特点，目前关于线路走向的优劣评价并没有统一规范标准约束，且受地理环境及施工技术的影响，不同工程环境下影响线路走向的因素也并不完全相同。因此，评价指标选取时应针对具体工程环境进行构建。

2铁路线路结构

铁路线路是由路基、桥隧建筑物和轨道组成的整体工程。铁路线路分为正线、岔线、段管线、站线及特别用途线。正线是连结车站并贯穿或直股伸入车站的线路。岔线是在区间或站内接轨，通向路内外单位的专用线。段管线是机务、电务、供电、工务等段专用并由其管理的线路。站线是到发线、牵出线、调车线、装卸线、货物线及站内指定用途的其他线路。特别用途线是安全线和避难线。根据线路意义及其在整个铁路网中的作用，划分为３个等级：Ⅰ级铁路：在铁路网中起骨干作用的铁路。用于保证全国运输联系，具有重要政治、经济、国防意义。远期国家要求的年输送能力大于８００万ｔ。Ⅱ级铁路：在铁路网中起联络、辅助作用的铁路。具有一定的政治、经济、国防意义。远期国家要求的年输送能力大于等于５００万ｔ。Ⅲ级铁路：具有地方意义的铁路，为某一地区服务。远期国家要求的年输送能力小于５００万ｔ。轨道是铁路线路的基本及主要组成部分，根据结构形式不同，一般分为有砟轨道和无砟轨道两种形式。这两种轨道形式均为保障列车在铁路线路上平稳运行。相对有砟轨道，无砟轨道更为平顺、有利于提高列车运行的平稳性。

3组合赋权二维云评价模型

3.1评价指标体系组合赋权

改进的AHP法能够有效量化主观判断的不确定性，克服评价思维与判断矩阵的矛盾，提高权重计算的精确性和便捷性。其具体步骤如下。（1）根据评价指标的重要程度，建立按指标重要性依次递增的排列数组。（2）计算所列数组中相邻评价指标Uk与Uk1的重要程度比值。。

3.2评价云模型

铁路修建时的工程建设结果和建后恢复成本共同反映线路方案的优劣情况，因此以评价指标为度量，选取建设成本与建后恢复作为线路方案评价的二维基础变量。通过邀请工程建设时的评估专家对所选底层指标进行打分分析，则每个评价指标衡量的建设结果和恢复成本分别形成一个云滴，组成各指标的结果云和成本云，二者统称为二维综合评价云。按照式运用MATLAB编程计算建设结果和恢复成本云的各自数字特征。

式中，q为样本数量；xk为专家对样本打分值，Ex为期望；En为熵，数学期望和熵反映样本信息的随机性；He为超熵，在评价云图中反映云滴凝聚的松紧程度；综合评价云是由一级工程建设结果云和工后恢复成本云数字特征矩阵与对应的组合赋权权重矩阵合成得到，同样，一级评价云也由二级评价云与其对应权重合成而来。综合评价云和一级评价云数字特征的具体合成方程如下。

式中ExEnHe为上一等级风险云的数字特征。

4铁路地理空间信息平台

1)铁路地理时空数据资源管理除铁路沿线及周边环境的基础地理数据(DLG、DOM、DEM、DTM数据等)外,还包括三维设备设施空间专题数据以及元数据目录数据等,形成集团铁路二三维一体化的时空数据库,并制定满足铁路业务需求的数据标准规范。包括专业数据分层规范、属性编码规则、铁路设备设施BIM模型采集规范等,建成铁路专题数据资源的二三维符号库、机车工电供五大专业设备设施的BIM族库,为集团公司各直属部门及附属分公司提供全要素、全空间、高精度铁路地理信息数据与共享服务。2)集团铁路统一的高精度地理信息服务管理依托云环境,基于容器技术实现计算资源虚拟化并实现云主机的创建,采取分布式的应用与微服务架构,建立横向覆盖集团运营范围,纵向连接集团各下属企业和业务部门的地理信息公共服务平台,面向集团提供一站式地理信息数据、地图、空间应用集成等一体化服务,实现地理信息资源与能力的统筹化管理与共享,形成平台+应用的运营模式,平台具有强大的扩展能力,支撑铁路地理信息业务系统的低成本快速搭建与交付。服务管理可面向铁路专业应用信息化系统开发者,提供资源申请。该平台及手机端APP涉及的相关功能,如三维铁路数据管理系统、铁路空间大数据展示基础数据查询、三维场景展示、预警信息推送、人员信息管理、实时监控视频集成调用、智能监测与智能巡检等。

5参数化建模理论

参数化建模是当前应用逐渐广泛的一种建模方法，并且逐渐占据主导地位。其本质是用参数来描述设计项目时所需要使用的各种规则、需求以及方法等信息，并且参数是可以调整的。参数化建模，首先要对模型进行形体分析，而零件是由基本特征组成的。进行参数化建模时，往往利用基本特征，基本特征的主特征包括长方体、圆柱体、球体等基本几何元素。因此在进行参数化建模时，要将模型分解为基本的几何元素，或者通过布尔运算组成。（１）过程构造法三维模型往往由一级或者多级子模型经过数次计算组合而成。所以可以将三维模型进行拆解。过程构造法，是先了解模型的基本构成，然后了解其先后次序和连接关系，最后生成历程树。过程构造法可以运用于三维实体这类复杂的模型建模，而不用求解非线性方程。（２）变量几何法变量几何法根据几何约束而来，将几何体分解为许多特征点，特征点可以视为变量，特征点之间的关系就是几何约束，从而生成非线性方程组。可以改变特征点，也可以改变约束关系，通过迭代求解方程组，得到新的几何模型。（３）规则法规则法是基于几何推理，类似于变量几何法，其中约束关系使用一阶逻辑词描述，并存入事实库中，在推理机工作下，将规则库里相应的规则应用在现实中，也可以根据现实推理出约束关系。

结束语

运用组合赋权法确定各指标权重，优化单一赋权过度依赖主观判断或样本信息的局限性，并结合二维云理论，构建主客观方法相结合的二维云线路方案评价模型。

参考文献

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