道路設(shè)計(jì)中的選線優(yōu)化設(shè)計(jì)

邱 岳

(大同市政工程設(shè)計(jì)研究有限公司，山西 大同 037006)

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道路設(shè)計(jì)中的選線優(yōu)化設(shè)計(jì)

邱 岳

(大同市政工程設(shè)計(jì)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(shù)的道路選線與基于多目標(biāo)非線性道路選線兩方面，探討了道路選線的優(yōu)化模型，有利于優(yōu)化道路設(shè)計(jì)，提高道路交通規(guī)劃效益。

道路選線，GIS技術(shù)，優(yōu)化模型

0 引言

道路選線一般是指根據(jù)道路性質(zhì)、使用任務(wù)、控制點(diǎn)、沿線地形、氣候、土壤、水文等情況，借助經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、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(shè)計(jì)中的關(guān)鍵工程，對(duì)最大限度提高路線在道路網(wǎng)絡(luò)中的重要作用大有裨益。所以，研究道路設(shè)計(jì)中的選線優(yōu)化設(shè)計(jì)，闡述道路選線原則以及道路選線的步驟、方法，構(gòu)建道路選線優(yōu)化模型，對(duì)從整體上提高道路選線的科學(xué)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(jìn)行道路選線時(shí)，需要在滿足國(guó)家建設(shè)基本發(fā)展需求的前提條件下，根據(jù)具體的自然條件選擇最佳路線，以保證交通穩(wěn)定，行車安全。道路選線的基本原則如下：

1)在進(jìn)行道路選線的過程中，充分利用具體的地形地勢(shì)，在秉著不良地段回避的方法下運(yùn)用正確的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，通過仔細(xì)勘測(cè)道路區(qū)域工程地質(zhì)以及水文地質(zhì)，盡量繞開沙漠、軟土、凍土以及沼澤等地區(qū)。當(dāng)然，進(jìn)行道路選線時(shí)，還需保證周圍環(huán)境與道路選線的協(xié)調(diào)一致，盡量保護(hù)好道路周圍的重要?dú)v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(shí)現(xiàn)道路線形平衡性，快速提高道路交通安全、施工方便；3)在進(jìn)行道路選線的時(shí)候，秉著運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)與工程經(jīng)濟(jì)相結(jié)合原則，選擇良好指標(biāo)，促進(jìn)道路使用質(zhì)量快速提升。除此以外，選線還需要充分利用先進(jìn)技術(shù)，在進(jìn)行詳細(xì)考慮以及科學(xué)研究的基礎(chǔ)上確定最優(yōu)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(jìn)行車安全以及滿足駕駛舒適，提高最佳道路選線的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。與此同時(shí)，道路選線也需要盡可能采取高標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)指標(biāo)，延長(zhǎng)道路選線使用壽命。

2 道路選線的步驟與方法

在進(jìn)行道路選線時(shí)，首先需要進(jìn)行道路選址，即根據(jù)所規(guī)劃的路線，明確總體布局，在確定道路起終點(diǎn)之后，確定道路基本走向，在暫定的走向之間設(shè)置幾個(gè)道路建設(shè)控制點(diǎn)。其次，確定最終道路線帶，根據(jù)道路等級(jí)、道路地區(qū)地形以及地質(zhì)條件，將相鄰控制點(diǎn)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(shè)計(jì)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(yōu)化模型

目前，道路選線優(yōu)化設(shè)計(jì)主要有兩個(gè)可參考的模型，即基于GIS 技術(shù)的道路選線模型以及多目標(biāo)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(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行選線優(yōu)化，需要充分利用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)駕駛安全與舒適、縮小工程量、促進(jìn)道路設(shè)計(jì)的效益提升。

3.1 基于 GIS 技術(shù)的道路選線

GIS技術(shù)也稱為地理信息系統(tǒng)技術(shù)，這是近幾年迅速發(fā)展的一門空間信息分析技術(shù)，其不僅充分發(fā)揮了技術(shù)先導(dǎo)作用，而且可以有效管理各類資源環(huán)境信息，以合理制定科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)。目前，將GIS作為基礎(chǔ)技術(shù)應(yīng)用于道路選線的設(shè)計(jì)中，不僅可以提高選線設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)效益與工作效率，而且其為保障可持續(xù)發(fā)展以及解決資源環(huán)境問題提供了足夠的技術(shù)支持。一般地，以GIS技術(shù)為基礎(chǔ)的道路選線模型主要有以下兩種：

1)在單因素條件下構(gòu)建道路選線分析模型。為了避免道路建設(shè)會(huì)受到人為失誤、自然條件等因素的影響，在進(jìn)行道路選線前需要先將地形圖、地質(zhì)圖等圖形資料數(shù)字化，然后借助地理信息系統(tǒng)構(gòu)建不同因素間的空間關(guān)系，在找出各部分聯(lián)系后，進(jìn)行各因素對(duì)選線影響的確定。2)在多因素條件下構(gòu)建道路選線分析模型。多因素道路選線分析模型的構(gòu)建不僅需要借助地理信息系統(tǒng)分析對(duì)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(tǒng)的空間分析功能，構(gòu)建道路選線緩沖區(qū)模型。首先，在空間上疊加影響道路選線的多重因素，并系統(tǒng)分析道路緩沖區(qū)模型。其次，有效結(jié)合道路緩沖模型與單因素道路選線模型，并進(jìn)行一定的疊加計(jì)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(chǔ)。最后，設(shè)計(jì)道路中變坡點(diǎn)位置以及含有的交點(diǎn)，統(tǒng)一確定坡度大小，通過計(jì)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(jìn)行綜合分析提供良好借鑒。

當(dāng)然，如果要想構(gòu)建良好并且完整的選線模型，需要融入必不可缺的GIS技術(shù)，通過充分利用特征數(shù)據(jù)的分析功能，修改道路選線各影響因素的數(shù)據(jù)文件，為確定合理選線方案做好充足的準(zhǔn)備。除此以外，GIS技術(shù)還可以統(tǒng)計(jì)分析可能對(duì)道路選線產(chǎn)生影響的因素，通過得到一系列與選線分析相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為促進(jìn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸提供條件。而且因?yàn)榈乩硇畔⑾到y(tǒng)在輸出相關(guān)因素結(jié)果過程中具有較強(qiáng)靈活性，所以，其還可以根據(jù)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(shù)據(jù)前提。

3.2 基于多目標(biāo)非線性的道路選線優(yōu)化模型

由于進(jìn)行道路選線不僅僅關(guān)乎于應(yīng)用技術(shù)，同時(shí)還和環(huán)境保護(hù)與地理、地貌等復(fù)雜因素相關(guān)。所以，在進(jìn)行道路選線方案的確定時(shí)，如果能夠設(shè)計(jì)多目標(biāo)非線性優(yōu)化函數(shù)，將為提高道路選線的科學(xué)與合理性提供條件。

1)構(gòu)造備選方案。

一般地，備選方案是根據(jù)方案網(wǎng)絡(luò)圖設(shè)計(jì)的，通過選定路線方案，并且標(biāo)記出道路的起點(diǎn)與終點(diǎn)，構(gòu)建備選方案網(wǎng)絡(luò)圖。在網(wǎng)絡(luò)圖的構(gòu)建過程中，需要如下的具體公式：

D=(V，A，W，U)。

其中，V為頂點(diǎn)集，V包括v1，v2，…，vn；A為弧集；W為弧權(quán)集；U為頂點(diǎn)權(quán)集。

借助該公式，道路設(shè)計(jì)過程中需要的所有備選方案均可以找到。

2)構(gòu)建優(yōu)化模型。

一般地，目標(biāo)函數(shù)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(biāo)；f1(x)，f2(x)，…,fp(x)分別為各因素與道路選線中經(jīng)濟(jì)、技術(shù)以及環(huán)境等相對(duì)應(yīng)的指標(biāo)。

基于多目標(biāo)非線性的道路選線模型在實(shí)現(xiàn)我國(guó)道路選線優(yōu)化選擇方面具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

4 結(jié)語

路線作為道路的基本骨架，路線選擇的優(yōu)劣與道路本身功能以及路網(wǎng)中是否能夠充分發(fā)揮應(yīng)有作用密切相關(guān)。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(huì)因素進(jìn)行分析，只有研究最佳的優(yōu)化模型，綜合分析考慮與道路選線方案相關(guān)的多種因素，并對(duì)其進(jìn)行妥善處理，才能使其發(fā)揮最佳效用。

[1] 黃 雄.基于GIS空間分析的道路選線技術(shù)研究[D].長(zhǎng)沙：長(zhǎng)沙理工大學(xué),2006.

[2] 楊忠振,賈 鵬,左 志.基于道路設(shè)計(jì)與交通規(guī)劃的道路選線優(yōu)化模型[J].公路交通科技,2006(2):56-60.

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

[4] 張勝雨.選線優(yōu)化在道路設(shè)計(jì)中的交通規(guī)劃研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)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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