基于道路設(shè)計與交通規(guī)劃的道路選線優(yōu)化模型

裴旭東

（安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230000）

道路選線作為道路設(shè)計中最基礎(chǔ)也是最根本環(huán)節(jié)，對其自身作用的發(fā)揮以及產(chǎn)生的社會、經(jīng)濟效益具有重要影響。因此，選線優(yōu)化逐漸在道路設(shè)計與交通規(guī)劃中占據(jù)重要地位，而道路選線優(yōu)化模型的建立，能夠?qū)Φ缆吩O(shè)計水平的提高與交通規(guī)劃選線能力的優(yōu)化產(chǎn)生重大意義。

1 創(chuàng)建道路選線優(yōu)化模型的重要意義

道路選線優(yōu)化模型的創(chuàng)建在道路設(shè)計、交通規(guī)劃方面發(fā)揮著重要作用。現(xiàn)階段，由于我國道路工程的發(fā)展，促使了建筑材料、施工成本的迅速上漲，導(dǎo)致較多工程建設(shè)企業(yè)面臨巨大的資金壓力，增加道路工程建設(shè)的不確定性。

2 確立最佳的空間方位

道路線路規(guī)劃設(shè)計的關(guān)鍵是選擇最佳的空間方位。首先，相關(guān)人員可以將規(guī)劃方案中道路所經(jīng)過的部分地點作為重要的控制節(jié)點，然而這些節(jié)點的選擇需要結(jié)合當?shù)氐膶嶋H環(huán)境、工程建設(shè)成本等重要因素；其次，在初步確定控制節(jié)點的方位之后，對這些節(jié)點以及其周邊的地形、地質(zhì)等自然因素進行全面的勘察，為規(guī)劃決策提供準確的信息，進一步促進化模型的形成；最后，為了方便測量與勘察，可以建立相關(guān)數(shù)據(jù)模型，例如數(shù)字高程模型，以提高信息獲取的準確性與可靠性。在實際的優(yōu)化模型建立過程中，相關(guān)工作人員應(yīng)注意地面高程模型構(gòu)建時的數(shù)值、排列以及網(wǎng)格數(shù)據(jù)的生成情況，并對此進行嚴格的分析和計算，進而有效落實順序與方位的程序，達到合理規(guī)劃交通道路的目標［1］。

3 遺傳算法設(shè)計與適應(yīng)度函數(shù)選取

優(yōu)化模型的構(gòu)建的目的是為道路工程建設(shè)提供最佳方案線路選擇以及工程造價的最佳方案。如何在諸多候選方案中，實現(xiàn)對不同方案的客觀判斷，需要依賴搜索算法，即借助計算機模擬技術(shù)，通過對最佳方案以及優(yōu)化模型進行計算分析來選擇新的候選方案，而目前最佳化的計算方法應(yīng)為遺傳算法。遺傳算法是一種模擬達爾文進化過程來獲得最優(yōu)解的計算模型。這一種算法的核心是編碼工作的開展，由于基因編碼相對復(fù)雜，因此在實際計算過程中往往采用二進制編碼等形式進行逐代演化、交叉組合以及變異來影響道路的空間位置，從而獲得候選新的空間位置方案，同時利用循環(huán)計算方式來獲得最優(yōu)空間位置方案［2］。

適應(yīng)度函數(shù)的選取是直接影響遺傳算法收斂速度以及決定最優(yōu)方案的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。一般情況下，利用遺傳算法進行進化搜索時往往不利用外部信息，而是充分利用了種群中個體的適應(yīng)度，因此，在遺傳算法中采用適應(yīng)度函數(shù)能夠作為一個有效依據(jù)且其復(fù)雜度在遺傳算法復(fù)雜度中占據(jù)重要地位，合理的適應(yīng)度函數(shù)的選取能夠有效減少計算時間復(fù)雜度。

4 道路選線優(yōu)化模型

4.1 基于GIS技術(shù)的道路選線

基于GIS技術(shù)的道路選線的優(yōu)化模型主要分為以下兩種。一是適用于單因素條件下的道路選線分析模型，這一模型的構(gòu)建通過GIS軟件使得道路建設(shè)的地形圖、地質(zhì)圖得以數(shù)字化，進一步明確了個因素之間的空間關(guān)系，從而有效避免了道路建設(shè)過程中的各種不利因素；二是多因素條件下的道路選線分析模型，即利用地理信息系統(tǒng)、GIS對地理環(huán)境的空間分析功能來建立道路選線的緩沖區(qū)模型。道路緩沖模型是在單因素的道路選線模型上進行疊加計算，并根據(jù)計算結(jié)果，選出與道路選線方案最匹配的特征信息，通過對特征信息進行重點分析，構(gòu)建公路帶狀數(shù)字高程模型（DEM），進而確定道路的變坡點、交點位置等多項參數(shù)，最后再借助GIS技術(shù)實現(xiàn)道路的平曲線以及豎曲線的設(shè)計（如下圖所示），為后期的道路選線綜合分析奠定優(yōu)良基礎(chǔ)［3］。

4.2 基于多目標非線性的道路選線優(yōu)化模型

由于道路選線的優(yōu)化與相關(guān)技術(shù)、地形地貌、環(huán)境保護政策等諸多復(fù)雜因素相關(guān)聯(lián)，所以在進行道路選線時，相關(guān)部門可以采用多目標的非線性優(yōu)化模型進行配合，從而極大程度上提高道路選線的科學(xué)性與合理性。

5 結(jié)語

綜上所述，道路選線優(yōu)化模型的建立，對我國交通道路事業(yè)的建設(shè)與發(fā)展起到關(guān)鍵作用。在我國目前的交通道路建設(shè)過程中，建立道路選線優(yōu)化模型就極為重要，有利于提高道路選線設(shè)計、規(guī)劃的水平，同時還能夠有效控制建設(shè)成本，除此之外，一定程度上提升道路工程的施工效率，極大程度上滿足了當前社會對交通道路的需求，為我國交通事業(yè)的發(fā)展提供強大動力。