道路設計中的選線優化設計

邱 岳

(大同市政工程設計研究有限公司，山西 大同 037006)

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道路設計中的選線優化設計

邱 岳

(大同市政工程設計研究有限公司，山西 大同 037006)

分析了道路選線的基本原則，研究了道路選線的步驟與方法，從基于 GIS 技術的道路選線與基于多目標非線性道路選線兩方面，探討了道路選線的優化模型，有利于優化道路設計，提高道路交通規劃效益。

道路選線，GIS技術，優化模型

0 引言

道路選線一般是指根據道路性質、使用任務、控制點、沿線地形、氣候、土壤、水文等情況，借助經濟、技術、政治等各方面的研究分析，以選定合理路線的方法。道路選線作為道路勘察設計中的關鍵工程，對最大限度提高路線在道路網絡中的重要作用大有裨益。所以，研究道路設計中的選線優化設計，闡述道路選線原則以及道路選線的步驟、方法，構建道路選線優化模型，對從整體上提高道路選線的科學性，提高道路效益具有重要的作用。

1 道路選線的基本原則

在進行道路選線時，需要在滿足國家建設基本發展需求的前提條件下，根據具體的自然條件選擇最佳路線，以保證交通穩定，行車安全。道路選線的基本原則如下：

1)在進行道路選線的過程中，充分利用具體的地形地勢，在秉著不良地段回避的方法下運用正確的技術標準，通過仔細勘測道路區域工程地質以及水文地質，盡量繞開沙漠、軟土、凍土以及沼澤等地區。當然，進行道路選線時，還需保證周圍環境與道路選線的協調一致，盡量保護好道路周圍的重要歷史文物遺跡；2)綜合考慮道路用地與山、水、田、林、路的治理，盡量做到少占耕田，以實現道路線形平衡性，快速提高道路交通安全、施工方便；3)在進行道路選線的時候，秉著運營經濟與工程經濟相結合原則，選擇良好指標，促進道路使用質量快速提升。除此以外，選線還需要充分利用先進技術，在進行詳細考慮以及科學研究的基礎上確定最優化選擇方案；4)道路路線的方案選擇還需盡量縮小工程量，最大限度地促進行車安全以及滿足駕駛舒適，提高最佳道路選線的社會與經濟效益。與此同時，道路選線也需要盡可能采取高標準技術指標，延長道路選線使用壽命。

2 道路選線的步驟與方法

在進行道路選線時，首先需要進行道路選址，即根據所規劃的路線，明確總體布局，在確定道路起終點之后，確定道路基本走向，在暫定的走向之間設置幾個道路建設控制點。其次，確定最終道路線帶，根據道路等級、道路地區地形以及地質條件，將相鄰控制點劃分為不同段落，以確定最終道路線帶。最后，加密初步確定的路線，通過綜合考慮，設計道路縱、平、橫，并勘定路線有利地帶，確定路線分段布局，完成道路定線。

3 道路選線的優化模型

目前，道路選線優化設計主要有兩個可參考的模型，即基于GIS 技術的道路選線模型以及多目標非線性的道路選線模型。通過分析此兩類模型不難得知，在道路設計的基礎上進行選線優化，需要充分利用先進科學技術，實現駕駛安全與舒適、縮小工程量、促進道路設計的效益提升。

3.1 基于 GIS 技術的道路選線

GIS技術也稱為地理信息系統技術，這是近幾年迅速發展的一門空間信息分析技術，其不僅充分發揮了技術先導作用，而且可以有效管理各類資源環境信息，以合理制定科學的標準評價。目前，將GIS作為基礎技術應用于道路選線的設計中，不僅可以提高選線設計的經濟效益與工作效率，而且其為保障可持續發展以及解決資源環境問題提供了足夠的技術支持。一般地，以GIS技術為基礎的道路選線模型主要有以下兩種：

1)在單因素條件下構建道路選線分析模型。為了避免道路建設會受到人為失誤、自然條件等因素的影響，在進行道路選線前需要先將地形圖、地質圖等圖形資料數字化，然后借助地理信息系統構建不同因素間的空間關系，在找出各部分聯系后，進行各因素對選線影響的確定。2)在多因素條件下構建道路選線分析模型。多因素道路選線分析模型的構建不僅需要借助地理信息系統分析對道路選線方案有影響的多重因素，而且需要借助地理信息系統的空間分析功能，構建道路選線緩沖區模型。首先，在空間上疊加影響道路選線的多重因素，并系統分析道路緩沖區模型。其次，有效結合道路緩沖模型與單因素道路選線模型，并進行一定的疊加計算，以確定影響道路選線的各因素信息，為選定最佳道路選線方案奠定良好基礎。最后，設計道路中變坡點位置以及含有的交點，統一確定坡度大小，通過計算出道路緩和曲線的最小半徑，明確公路的填挖方向，為選線進行綜合分析提供良好借鑒。

當然，如果要想構建良好并且完整的選線模型，需要融入必不可缺的GIS技術，通過充分利用特征數據的分析功能，修改道路選線各影響因素的數據文件，為確定合理選線方案做好充足的準備。除此以外，GIS技術還可以統計分析可能對道路選線產生影響的因素，通過得到一系列與選線分析相關的基礎數據，為促進數據存儲與傳輸提供條件。而且因為地理信息系統在輸出相關因素結果過程中具有較強靈活性，所以，其還可以根據各因素，描繪出道路影響因素屬性表、道路斷面圖等等，為確定最佳道路選線方案提供數據前提。

3.2 基于多目標非線性的道路選線優化模型

由于進行道路選線不僅僅關乎于應用技術，同時還和環境保護與地理、地貌等復雜因素相關。所以，在進行道路選線方案的確定時，如果能夠設計多目標非線性優化函數，將為提高道路選線的科學與合理性提供條件。

1)構造備選方案。

一般地，備選方案是根據方案網絡圖設計的，通過選定路線方案，并且標記出道路的起點與終點，構建備選方案網絡圖。在網絡圖的構建過程中，需要如下的具體公式：

D=(V，A，W，U)。

其中，V為頂點集，V包括v1，v2，…，vn；A為弧集；W為弧權集；U為頂點權集。

借助該公式，道路設計過程中需要的所有備選方案均可以找到。

2)構建優化模型。

一般地，目標函數形式具體如下：

minf(x)=(f1(x)，f2(x)，…,fp(x))。

其中，minf(x)為所有因素中影響效果最小的指標；f1(x)，f2(x)，…,fp(x)分別為各因素與道路選線中經濟、技術以及環境等相對應的指標。

基于多目標非線性的道路選線模型在實現我國道路選線優化選擇方面具有重要現實意義。

4 結語

路線作為道路的基本骨架，路線選擇的優劣與道路本身功能以及路網中是否能夠充分發揮應有作用密切相關。正如文章中所敘述的，道路選線方案的確定不僅需要考慮自然條件，還需要將諸多社會因素進行分析，只有研究最佳的優化模型，綜合分析考慮與道路選線方案相關的多種因素，并對其進行妥善處理，才能使其發揮最佳效用。

[1] 黃 雄.基于GIS空間分析的道路選線技術研究[D].長沙：長沙理工大學,2006.

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[3] 曹 健,何東坡,王森嶺.GIS技術在道路選線中的應用[J].測繪與空間地理信息,2005(6):103-104.

[4] 張勝雨.選線優化在道路設計中的交通規劃研究[J].科技創新與應用,2015(16):232.

On optimal design for route selection in road design

Qiu Yue

(DatongMunicipalEngineeringDesignandResearchInstituteCo.,Ltd,Datong037006,China)

The paper analyzes the basic principle for the road route selection, researches the steps and methods for the route selection, and explores the optimal model for the route selection from the route selection based on GIS technique and the selection based on multi-aim non-linear, so as to optimize the road design and improve the traffic planning efficiency.

route selection, GIS technique, optimal model

1009-6825(2016)05-0153-02

2015-12-02

邱 岳(1986- )，男，工程師

U212.32

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