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基于道路设计与交通规划的道路选线优化模型张勇

发表时间：2020/11/10 来源：《基层建设》2020年第22期作者：张勇

[导读] 摘要：随着交通建设力度加大，道路网络日益扩大覆盖范围，在进行道路设计和交通规划及优化道路路线工作中，应全面深入了解交通网络情况，提高对基础信息的掌握程度，建立模型用于道路设计及选线优化，深入分析道路线路规划的优势及不足之处，基于此，本文针对道路设计与交通规划的道路选线优化模型进行分析，希望带给大家参考意义。

        宁波公路市政设计有限公司浙江宁波 315000
        摘要：随着交通建设力度加大，道路网络日益扩大覆盖范围，在进行道路设计和交通规划及优化道路路线工作中，应全面深入了解交通网络情况，提高对基础信息的掌握程度，建立模型用于道路设计及选线优化，深入分析道路线路规划的优势及不足之处，基于此，本文针对道路设计与交通规划的道路选线优化模型进行分析，希望带给大家参考意义。
        关键词：选线优化；交通规划；道路设计
        引言
        对地区规划和道路建设实现交通网络的加强和不断优化而言，选择道路线路具有关键性作用。所以，对道路线路分析和调整采用建立模型方式就是较为合理和稳妥的一个方式，这与道路规划的相关理论依据都存在比较密切的关系，设计人员应对模型的逐渐优化而实现线路选择的最佳化。建立与道路设计选线结合的优化模型，对于提高道路设计水平及优化交通规划选线具有十分积极地意义。
        1创建道路选线优化模型的重要意义
        施工成本和建设材料价格逐年上涨，使有些建设单位承受着严重的费用超额和建设资金短缺的压力，不得不暂停施工或暂缓施工，使施工工期延长，工程建设成本不断增加，给道路建设带来严重的影响。针对工程建设过程中所有费用成本的不断增加，创建了道路选线优化模型，从而实现对线路可行性和合理性的科学预测，详细地论述了工程建设的成本需要情况、施工过程中出现突发事件的额外费用情况和工程建设给生态环境造成破坏的治理和整改成本情况等。在工程建设时，优化模型的目的就是以成本费用为基础，对工程的先期设计和规划工作进行合理计算。道路工程建设的质量要求不断升高，道路线路沿线情况也变得越来越复杂，通过创建优化模型可使应急能力和应对水平得到不断提高，使投入成本的快速上涨得到控制，为工程造价科学合理的管控提供了可靠依据。通过优化模型不仅可使工程建设成本得到有效控制，还使工程建设的速度和施工效率得到不断的提高。所以，在道路工程中使用优化模型是将来发展的主要趋势。基于此，道路工程规划和设计团队一定要与各方进行有效沟通和密切合作，借助优化模型对道路工程的设计要求和施工方案进行科学合理的制定，借助科学的管理方法有效控制工程的造价成本，从而对整个道路工程的施工效率、工程投入成本等实现科学合理的管理。
        2城市道路选线的步骤与方法
        选择合理的道路线路能够提高交通便利性，提高行车的舒适性，同时减少拆迁的浪费等，因此要对城市道路选线进行合理的规划，结合具体的地理环境进行全局考虑、逐段分析，然后进行定线和优化分析。（1）全面布局。全面布局需要在道路主干道找到几个主要的控制点，通过控制点的走向来确定这条路线的基本走向，从而把握全局的控制。（2）逐段设计。逐段设计主要是针对已经划出的控制点之间的相邻范围进行逐一设计，根据通过地段的特点和设计道路的等级进行设计，同时综合考虑细节控制点进行路线划分。（3）定线设计。对设计好的路线进行确定和再加工，从而确定道路的具体位置和走向，结合施工具体因素进行设计。（4）建立单因素分析模型进行分析，将道路的地形图、路线图数字化，反应在单因素模型里面，此外还可以进行多因素的分析。
        3城市道路选线模型的优化
        3.1.道路智能化选线影响因素分析与选取
        影响道路选线的因素主要可以分为三类：（1）影响道路长度的因素。（2）影响道路地理位置的因素。（3）影响道路设计的因素。影响道路长度的因素主要有资金因素，资金因素是决定道路施工能否顺利进行的主要因素，资金因素里不光包括道路施工成本，也包含道路运营成本因素。影响道路地理位置的因素主要是地理环境因素，包括地形、土质、社会环境等因素。影响道路设计因素包括行车安全性等方面。采用单因素分析法对影响道路长度和位置的因素进行分析，用计算机辅助智能选路系统对影响因素按重要性进行划分。

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        3.2 GIS技术的道路选线
        GIS技术道路选线设计方法涉及方方面面，根据对 GIS 技术道路选线设计方法的研究中，我们可以对此进行一些总结。基于 GIS 技术的单因素道路选择模型分析。所选模型的优势在于，我们可以对道路施工过程中可能发生的自然条件和人为因素进行相应的技术分析，以确保优化和协调道路施工计划。我们还可
        以对道路设计中可能遇到的问题进行系统、全面科学的分析，从而为道路设计方案设置缓冲模型。在第一个方面，我们应该要对设计道路时可能出现的几个因素进行相关的叠加分析，然后系统地分析根据 GIS 技术建立的道路缓冲区模型。可以将出现在负载缓冲区模型中的单个元素合并，然后进行叠加计算。并且根据获得的计算结果，可以看出，道路设计计划的各个要素都会影响道路的路线选择，例如道路建设计划中出现的一些农田和大型建筑物。这些因素可能会根据道路设计宽度和道路设计长度的影响而有所不同，只有对这些因素进行研究和分析才能确保所设计的道路路线是最科学合理的。GIS 系统能够基于对道路设计过程中出现的特征信息的分析来存储收集的信息，并且设计系统可以基于对道路水文环境和地理特征进行分析，该模型的建立将有助于未来的公路建设，也可能为路线的综合分析奠定基础。
        3.3设计遗传算法和选取适应度函数
        在对候选方案的优劣进行判断时或在对新的候选方案进行选择时，最好使用遗传算法。对上一代道路的空间位置产生的数字串进行选择，从而获得最佳的空间位置选择策略。在对初始空间位置进行表示时，可使用循环计算的办法进行操作。在初期染色体形成时，染色体的基因也就是各单元编号，具体操作情况为：1）初始染色体设置为道路空间位置的最初策略，使用 P s i z e 对染色体的数量进行控制，在初始染色体编码时，可使用十进制编码法进行操作；2）对已有方案的优劣进行判断；3）在两个父代染色体之间进行基因交换；4）子代染色体需
        要从上一代染色体中获取。对道路的特点进行综合的考虑，对某些交叉变异后的染色体进行事先剔除，执行的标准为：新建道路上面的最小平面转角一定要比某个值大；既有的某些路段不可与新建道路实现交叉。接着对剩余的空间位置方案进行交通量分配和道路设计，使用 P size 方案对其操作。
        3.4道路线形以 DEM数字地形为基础的详细设计
        在地理信息系统中的平曲线主要是将圆曲线的平滑折点应用于新建道路中，在设计中使圆曲线与直线连接。在新建道路线形中应有相邻各控制点的两条线段，基于此，采用二分之一长度的较短水平长度线段作为该圆曲线切线长，根据切线与半径之间存在的数学关系，对圆曲线半径可准确确定。在地理信息系统中竖曲线的实现，在纵断面上对于各控制点而言，主要利用竖曲线设计原理，三分之一水平长度的较短相邻线段位置截取，同时在二次抛物线中将其作为切线长。
        3.5在GIS中实现平曲线
        使用圆曲线平滑的办法创建道路中的折点，从而使直线与圆曲线实现有效连接而构成设计的图案。对于新创建的道路线形来说，每个控制点一定要与两条线段相邻，在选择圆曲线的切线长时，需要选择水平长度较短线段的 1/2 位置。在对圆曲线的半径进行确定时，需要以半径与切线之间的数学关系为依据
        结语
        综上所述，道路的路线设计涵盖了地理环境的所有方面，因此必须综合考虑道路设计方案，包括道路设计范围的地理和环境因素，针对地区规划和道路建设实现交通网络的加强和不断优化而言，选择道路线路具有关键性作用。
        参考文献
        [1]曾志芳.试论基于环保设计的山区道路选线新思路[J].四川水泥，2017,9.
        [2]杨忠振，贾鹏，左志.基于道路设计与交通规划的道路选线优化模型[J].公路交通科技，2006（2）：56-60.