基于道路設(shè)計(jì)與交通規(guī)劃的道路選線(xiàn)優(yōu)化模型

裴旭東

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

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

1 創(chuàng)建道路選線(xiàn)優(yōu)化模型的重要意義

道路選線(xiàn)優(yōu)化模型的創(chuàng)建在道路設(shè)計(jì)、交通規(guī)劃方面發(fā)揮著重要作用?，F(xiàn)階段，由于我國(guó)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(xiàn)路規(guī)劃設(shè)計(jì)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(guò)的部分地點(diǎn)作為重要的控制節(jié)點(diǎn)，然而這些節(jié)點(diǎn)的選擇需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際環(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(diǎn)的方位之后，對(duì)這些節(jié)點(diǎn)以及其周邊的地形、地質(zhì)等自然因素進(jìn)行全面的勘察，為規(guī)劃決策提供準(zhǔn)確的信息，進(jìn)一步促進(jìn)化模型的形成；最后，為了方便測(cè)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(zhǔn)確性與可靠性。在實(shí)際的優(yōu)化模型建立過(guò)程中，相關(guān)工作人員應(yīng)注意地面高程模型構(gòu)建時(shí)的數(shù)值、排列以及網(wǎng)格數(shù)據(jù)的生成情況，并對(duì)此進(jìn)行嚴(yán)格的分析和計(jì)算，進(jìn)而有效落實(shí)順序與方位的程序，達(dá)到合理規(guī)劃交通道路的目標(biāo)［1］。

3 遺傳算法設(shè)計(jì)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(xiàn)路選擇以及工程造價(jià)的最佳方案。如何在諸多候選方案中，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同方案的客觀判斷，需要依賴(lài)搜索算法，即借助計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，通過(guò)對(duì)最佳方案以及優(yōu)化模型進(jìn)行計(jì)算分析來(lái)選擇新的候選方案，而目前最佳化的計(jì)算方法應(yīng)為遺傳算法。遺傳算法是一種模擬達(dá)爾文進(jìn)化過(guò)程來(lái)獲得最優(yōu)解的計(jì)算模型。這一種算法的核心是編碼工作的開(kāi)展，由于基因編碼相對(duì)復(fù)雜，因此在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中往往采用二進(jìn)制編碼等形式進(jìn)行逐代演化、交叉組合以及變異來(lái)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(shí)利用循環(huán)計(jì)算方式來(lái)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(jìn)行進(jìn)化搜索時(shí)往往不利用外部信息，而是充分利用了種群中個(gè)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(gè)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(jì)算時(shí)間復(fù)雜度。

4 道路選線(xiàn)優(yōu)化模型

4.1 基于GIS技術(shù)的道路選線(xiàn)

基于GIS技術(shù)的道路選線(xiàn)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(xiàn)分析模型，這一模型的構(gòu)建通過(guò)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(jìn)一步明確了個(gè)因素之間的空間關(guān)系，從而有效避免了道路建設(shè)過(guò)程中的各種不利因素；二是多因素條件下的道路選線(xiàn)分析模型，即利用地理信息系統(tǒng)、GIS對(duì)地理環(huán)境的空間分析功能來(lái)建立道路選線(xiàn)的緩沖區(qū)模型。道路緩沖模型是在單因素的道路選線(xiàn)模型上進(jìn)行疊加計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果，選出與道路選線(xiàn)方案最匹配的特征信息，通過(guò)對(duì)特征信息進(jìn)行重點(diǎn)分析，構(gòu)建公路帶狀數(shù)字高程模型（DEM），進(jìn)而確定道路的變坡點(diǎn)、交點(diǎn)位置等多項(xiàng)參數(shù)，最后再借助GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)道路的平曲線(xiàn)以及豎曲線(xiàn)的設(shè)計(jì)（如下圖所示），為后期的道路選線(xiàn)綜合分析奠定優(yōu)良基礎(chǔ)［3］。

4.2 基于多目標(biāo)非線(xiàn)性的道路選線(xiàn)優(yōu)化模型

由于道路選線(xiàn)的優(yōu)化與相關(guān)技術(shù)、地形地貌、環(huán)境保護(hù)政策等諸多復(fù)雜因素相關(guān)聯(lián)，所以在進(jìn)行道路選線(xiàn)時(shí)，相關(guān)部門(mén)可以采用多目標(biāo)的非線(xiàn)性?xún)?yōu)化模型進(jìn)行配合，從而極大程度上提高道路選線(xiàn)的科學(xué)性與合理性。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，道路選線(xiàn)優(yōu)化模型的建立，對(duì)我國(guó)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(guó)目前的交通道路建設(shè)過(guò)程中，建立道路選線(xiàn)優(yōu)化模型就極為重要，有利于提高道路選線(xiàn)設(shè)計(jì)、規(guī)劃的水平，同時(shí)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(mǎn)足了當(dāng)前社會(huì)對(duì)交通道路的需求，為我國(guó)交通事業(yè)的發(fā)展提供強(qiáng)大動(dòng)力。