選線優化在道路設計中的交通規劃研究

摘 要：近年來，經濟和科技的發展為我國道路設計和交通規劃提供了必要的物質條件，作為道路設計與交通規劃過程中所應用到的重要方法，選線優化不僅關系著道路的整體建設水平，而且對于城市交通的規劃也具有重要影響。通過對基于道路設計與交通規劃的道路選線原則進行分析，在結合其選線方法的基礎上，以建立道路選線優化模型的方法對選線優化在道路設計中的交通規劃展開了深入探討。

關鍵詞：選線優化；道路設計；交通規劃

選線是道路設計中的最根本問題，一方面，其關系著道路所產生的社會效益與經濟效益，另一方面，其對于路線在道路網中的作用也具有重要影響。以選線優化在道路設計中的交通規劃作為主要研究對象，通過對道路選線的原則進行闡述，并結合道路選線的相關步驟，建立了道路選線優化的兩類模型，進而對基于道路設計與交通規劃的道路選線方法做出了具體研究。

1 基于道路設計與交通規劃的道路選線原則

根據國內外多年來的道路設計和交通規劃的經驗，可將道路選線的原則歸結為如下幾點：（1）技術性。在進行道路選線時，需要將先進的科學技術進行充分利用，進而分析出當前選線方案的不合理之處并加以完善和補充，提高選線方案的科學性。（2）安全性與舒適性。選線方案的設計應以縮小工程量為主，并在保證車輛的行駛具有較高安全性的基礎上，盡可能滿足人們對駕駛舒適性的要求，從而有效增加道路選線的經濟效益與社會效益；（3）少占農田的原則。在進行道路選線的方案設計時，要將道路用地與農田用地進行綜合考慮，本著盡量少占或不占農田的原則進行道路設計，以避免引起道路建設與環境保護的沖突；（4）對水文地質條件的全方位考慮。在進行道路選線時，要將水文地質條件等充分考慮進去，應盡量降低所選路線經過沙漠、凍土和沼澤的可能性，從整體上提高道路選線的科學性；（5）協調性。道路選線應充分尊重人與自然協調發展的戰略方針，確保所選取路線在進行施工設計時可以較好地滿足環境發展對道路建設的要求，并對沿途的歷史文物采取相應的保護措施，從整體上提高道設與環境的協調性。

2 基于道路設計與交通規劃的道路選線方法

2.1 全面布局

所謂全面布局是指先對道路的起點與終點進行初步確定，根據起點和終點之間的距離進而確定道路的基本走向。在確定道路基本走向后，再在其中確定幾個特殊的點（特殊建筑物、城市等），將其作為道路建設過程中的控制點。

2.2 逐段安排

在對道路的基本走向進行確定后，將走向中相鄰的控制點分成不同的段落，并在結合道路等級與道路周邊地理環境和地形的基礎上，對兩個相鄰控制點之間的道路進行明確規劃，進而確定最終出路線帶[4]。

2.3 具體定線

在完成道路選線的全面布局和逐段安排的工作任務后，需要對道路進行具體定線。所謂具體定線是指對初步確定的道路路線進行加密，在綜合考慮道路的縱、橫、平及其技術條件和周邊環境的基礎上，對其進行綜合設計，并確定出整個道路路線的具體位置。

3 道路選線的優化模型

3.1 基于GIS技術的道路選線

基于GIS技術的道路選線的設計方法總結如下：基于GIS技術的道路選線模型主要分為兩種，一方面是基于單因素條件下的道路選線分析模型。為了使道路建設免受自然條件、人為失誤等不利因素的影響，需要將道路建設的地形圖、所建道路周邊的地質圖等與選線優化相關的圖形資料進行數字化，通過GIS軟件建立不同因素之間的空間關系，進而找出各部分資料之間的聯系，以確定出各個因素對道路選線的影響。

另一方面則是建立道路選線的多因素分析模型。利用地理信息系統對可能影響道路選線方案的多重因素進行分析，并借助GIS的對地理環境的空間分析功能，建立道路選線的緩沖區模型[5]。首先，將影響道路選線的多重因素進行空間疊加，并對道路緩沖區的緩沖模型進行系統分析。其次，將道路緩沖模型同基于單因素的道路選線模型相結合，進行疊加計算。根據計算結果，確定各因素對道路選線的影響信息，例如農田因素可能對道路的寬窄產生影響、大型建筑的存在可能要求設計部門延長道路長度等，進而選出與當前道路選線方案最為合理的特征信息。再次，將所選出的特征信息作為新的信息層儲存到GIS系統中，同時，在對道路沿途的地貌及地形特征進行充分分析的基礎上，建立與之對應的公路帶狀數字高程模型—DEM。然后，再對所需設計道路的變坡點位置、交點位置以及坡度大小進行統一確定，進而通過計算得出道路緩和曲線和圓曲線的最小半徑，最終確定出公路的填挖方向，以便為后續的選線綜合分析打下良好基礎。

建立一個完整且良好的選線模型，可以充分利用GIS對特征數據的分析功能。通過對影響道路選線的各因素數據文件進行修改或刪除，進而分析當前選線方案的合理性。同時，也可以根據具體的分析結果總結出可能對道路選線產生影響的因素，并對其進行統計，進而得出有利于選線分析的基礎數據，提高數據信息傳輸和存儲的效率。由于GIS系統對相關因素的輸出結果具有較強的靈活性，因此，可根據對道路設計產生影響的多方面因素，將結果以圖、表的形式進行表達，并最終描繪出道路斷面圖、道路影響因素的屬性表以及道路選線的影響要素圖等。

3.2 基于多目標非線性的道路選線優化模型

由于道路的選線優化不僅與其所應用的技術有關，而且也與地理地貌、環境保護政策等其他復雜因素息息相關。在道路選線時，若配合多目標的非線性優化函數，則可以大幅提高道路選線的合理性與科學性。

3.2.1 備選方案構造。備選方案主要是以方案網絡圖進行描述的，在選定路線方案的基礎上，建立備選方案的網絡圖，在途中分別標出道路的起點與終點。網絡圖建立的具體公式如下：D=（V，A，W，U），其中V=v1，v2、v3...vn表示頂點集，v1表示起點，vn表示終點；A=aij為弧集，規定頂點為v1，終點為vn的道路弧用aij表示。弧權集和與頂點權集分別用W和U表示。而從v1到vn的有向線路則用D表示，即D=（V，A，W，U）為一個備選方案，通過此式可將道路設計過程中所有線路的備選方案全部找出。

3.2.2 優化模型的建立。建立如下所示的目標函數：minF（x）=（f1（x），f2（x），f3（x）...fj（x）...fp（x））。式中fj（x）代表第j個目標函數，其與道路選線中的技術、經濟與環境指標相對應；目標（函數）個數為P，x為弧權集矩陣A的維列向量。其中x的分量x1與a1呈弧對應，且x1∈[0，-1]。以方案的可行性作為其約束條件，具體表現形式如下：gi（x）≥0，i=1，2，3....m，將變量的取值約束設定為x1=0或x1=1且a1∈A。通過建立此模型，對地理地貌、環境保護政策等非線性道路選線因素進行合理分析，進而選出最佳的選線方案。

4 結束語

通過對道路選線的安全性與協調性等原則進行闡述，在分析其選線辦法的基礎上，分別建立了多目標非線性的道路選線模型與基于GIS技術的道路選線模型。通過對模型模型的分析可知，在進行基于道路設計與交通規劃的選線優化時，需要在充分利用先進科學技術、縮小工程量和保證駕駛的安全性與舒適度的前提下，以全面布局、逐段安排和具體定線為方法全面開展對選線模型的優化工作，進而從整體上提高道路選線的科學性，使道路設計和交通規劃可以產生更多的經濟效益和社會效益。

參考文獻

[1]王歆.基于GIS技術的西北地區山地城市道路優化設計初探[D].西安建筑科技大學，2013.

[2]陸繼起.基于丘陵地形的中小城市道路網規劃研究[D].湖南大學，2013.

[3]汪瑩.基于安全服務水平的城市道路交叉口交通安全評價方法研究[D].南京林業大學，2013.

作者簡介：張勝雨（1982-），男，滄州雙盛公路工程咨詢有限公司，主要從事道路與橋梁勘測設計工作。本科學歷，土木工程（道路與橋梁）專業。