常赟杰，譚陽，方瀟穎

（湖南工學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息科學(xué)學(xué)院，衡陽 421002）

0 引言

我國是一個(gè)地震多發(fā)的國家，由于地震的發(fā)生給我們帶來了巨大的損失。當(dāng)?shù)卣馂?zāi)害發(fā)生后，由于城市道路交通網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜交織，不同程度的道路損害情況和坍塌建筑物覆蓋在路面，嚴(yán)重影響整個(gè)道路網(wǎng)絡(luò)的通行能力，降低了通行效率，給震后的救援工作帶來了極大困難。

目前，國內(nèi)外的專家學(xué)者對于震后城市道路的同行能力進(jìn)行了大量的研究。段滿珍根據(jù)道路、道路橋梁對高地震烈度下的道路破壞進(jìn)行研究，提出道路通行能力評估的折損系數(shù)[1]。蔣知之根據(jù)單位時(shí)間連續(xù)通過的車輛總數(shù)，對車道寬度、橋梁縱坡等因素分析，對震后通行能力系數(shù)折算評估模型[2]。李康從交通單元地震破壞評估入手，確定各個(gè)單元的震后通行能力[3]。李永義把雙層規(guī)劃方法、隨機(jī)模擬方法以及模糊決策方法引入到震后交通應(yīng)急調(diào)配決策的分析中[4]。但從地震災(zāi)害特點(diǎn)來看，這些研究沒有考慮到震后道路通行能力是一個(gè)動態(tài)變化的過程，當(dāng)余震等次生災(zāi)害的發(fā)生時(shí)，道路通行能力會經(jīng)常變化，這將直接影響到救援物資車輛在道路上的行駛時(shí)間。

1 震后道路通行能力的預(yù)測

1.1 影響道路通行的因素

大量的歷史數(shù)據(jù)表明，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，倒塌的建筑物堆積在路面上，對道路進(jìn)行堵塞，影響了道路的交通，使得車輛無法通行。因此，對道路通行能力的主要影響因素是臨街建筑物的坍塌情況、市區(qū)道路的損壞程度和橋梁的破壞程度。其中，建筑物的坍塌情況是影響道路交通的主要因素。本文根據(jù)前人的研究成果，搜集已知震害結(jié)果的建筑物數(shù)據(jù)，將其作為樣本數(shù)據(jù)，采用模糊聚類算法進(jìn)行分類。然后根據(jù)分類的結(jié)果對未經(jīng)歷地震的建筑物進(jìn)行坍塌程度進(jìn)行預(yù)測。將預(yù)測的結(jié)果附加到道路網(wǎng)絡(luò)信息上，對每一條道路上劃分不同的路段，針對每一個(gè)路段的建筑物坍塌情況對道路的通行能力進(jìn)行預(yù)測，為后續(xù)的災(zāi)后救援工作的開展提供決策依據(jù)。

1.2 已知震害結(jié)果建筑物模糊聚類

聚類是一種數(shù)據(jù)分類技術(shù)，它將數(shù)據(jù)集分成多個(gè)類，使得各個(gè)類之間的數(shù)據(jù)差別盡量大，類內(nèi)之間的數(shù)據(jù)差別盡量小。建筑物的在地震中的損壞程度的影響因素有很多，本文根據(jù)張桂欣、孫柏濤的研究成果為依據(jù)[5]，選取了建筑結(jié)構(gòu)類型、設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)、建造年代、層數(shù)、平立面規(guī)則程度，在加上震級，一共6個(gè)主要因素，將其作為地震災(zāi)害建筑物的主要影響因素進(jìn)行分析。

步驟一，建筑物模糊分類原始矩陣。已知震災(zāi)的建筑物樣本集合S={x1,x2,…,xm},m為樣本數(shù)量，若每一個(gè)樣本有n個(gè)表明其屬性的指標(biāo)。建筑物影響因素的集合si={xi1,xi2,…,xin}(i=1,2,…,m)。由此可得到建筑物的模糊分類的原始矩陣。

步驟二，數(shù)據(jù)歸一化處理。為了消除不同的量綱對屬性的影響，必須將數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理處理，將其映射到[0,1]區(qū)間內(nèi)。歸一化處理后，不同屬性的量綱也能進(jìn)行比較，保證了聚類的有效性。本文采用平移極差變換公式進(jìn)行歸一化處理。

步驟三，計(jì)算模糊相似矩陣。建筑物的模糊相似矩陣如式（3）所示。

其中，rjk為第j個(gè)建筑物xj與第k個(gè)建筑物xk的相似系數(shù)，計(jì)算如下：

步驟四，計(jì)算模糊相似矩陣的傳遞閉包。采用傳遞閉包法將模糊相似陣R轉(zhuǎn)為模糊等價(jià)矩陣R*。

模糊等價(jià)矩陣計(jì)算完畢以后，得到不同的閾值λ，其取值不同也會導(dǎo)致建筑物的分類不同。為了使得分類更加科學(xué)合理，可采用F-統(tǒng)計(jì)量來選取最佳閾值λ。

建筑物集合S={x1,x2,…,xm},建筑物的指標(biāo)集合xi={xi1,xi2,…,xin}。xik為建筑物xi的第k個(gè)特征數(shù)據(jù)（k=1,2,…,n）設(shè)c為對應(yīng) λ值的分類數(shù)，則mj為第j類建筑物的個(gè)數(shù)，第j類建筑物記為：記為：

F-統(tǒng)計(jì)量計(jì)算如下：

1.3 待測建筑物震后損壞程度計(jì)算

步驟一，建立待測建筑物庫的建筑結(jié)構(gòu)類型、設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)、建造年代、層數(shù)、平立面規(guī)則程度、震級6項(xiàng)指標(biāo)的原始矩陣，并按照公式（2）進(jìn)行歸一化處理。

步驟三，根據(jù)貼近度進(jìn)行震害結(jié)果預(yù)測。分別計(jì)算待測建筑物與同類建筑物的貼近度，貼近度計(jì)算如下：

步驟四，將震害結(jié)果的值轉(zhuǎn)化到路網(wǎng)上，計(jì)算每條路線的通行能力。若某道路上有m個(gè)建筑物，對應(yīng)的震害結(jié)果預(yù)測值為E1,E2,…,Em，每個(gè)建筑物在此條道路上的權(quán)值為 η1，η2,…, ηm(η1+η2+η3…+ηn=1)。此條道路的震害結(jié)果Edamage計(jì)算如下：

由此可得：

若0

若0.3

若0.55

若0.8

2 結(jié)語

采用本文介紹的方法將已知震害結(jié)果的建筑物保存在MySQL數(shù)據(jù)庫中，使用C#編程設(shè)計(jì)地震后通行能力預(yù)測軟件，將城市中的道路和待測建筑物作為輸入，將震害結(jié)果作為輸出，可以計(jì)算出每條道路的通行能力。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生后，可以第一時(shí)間對城市的道路的損害程度進(jìn)行通行能力預(yù)測，對震后救援工作的開展提供重要的決策依據(jù)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。