山區(qū)高等級公路路線方案三維智能輔助設計方法研究.pdf

1、公路通道線形設計旨在以安全、環(huán)保、經(jīng)濟為基礎，同時滿足全部設計規(guī)范和相關指標要求，是公路設計的重要組成部分。從以前的傳統(tǒng)紙上定線設計方式到后來的虛擬環(huán)境選線、公路選線CAD技術等，研究思路也逐漸向計算機輔助與人工智能領域發(fā)生轉(zhuǎn)變，突出的是遺傳算法、粒子群算法、蟻群算法等許多智能優(yōu)化算法的引入和深入，大力推進了智能選線的發(fā)展且取得了里程碑式的巨大進步，為后續(xù)的研究奠定了堅實的科研基礎，意義重大。
　　然而，目前的公路線形設計大多依然

2、基于相應的AutoCAD輔助系統(tǒng)，雖然相較于傳統(tǒng)方法減少了繁瑣的計算工作，但也存在信息顯示不夠直觀、難以獲得深入信息從而較難保證結(jié)果方案最優(yōu)的問題且設計效率與質(zhì)量有待提高。在此基礎上，基于“一帶一路”的國家戰(zhàn)略發(fā)展需要及國內(nèi)廣大山嶺區(qū)域發(fā)展需求的大背景，在合理考慮山區(qū)高等級公路建設需求的前提下，能夠較為全面地兼顧各類復雜影響因素，同時最低程度地影響生態(tài)環(huán)境且滿足國民生產(chǎn)與生活中對交通安全、運輸高效、行車舒適等方面需求的山區(qū)高等級公路通道

3、方案三維智能輔助設計方法成為了當下公路選線領域的研究熱點。
　　論文基于公路智能選線的現(xiàn)有研究基礎，結(jié)合國內(nèi)山區(qū)高等級公路線形設計專家經(jīng)驗，提出了基于GIS系統(tǒng)、輔助設計模塊和遺傳算法的山區(qū)高等級公路通道方案選線的三維智能輔助設計方法。該方法相較于傳統(tǒng)公路選線設計的研究引入并分析、考慮了高程、坡度、地質(zhì)、地物等具有山區(qū)選線特點的重要約束，能夠智能產(chǎn)生一條選線通道，更好地解決國內(nèi)山區(qū)地形條件下的公路選線設計問題，論文完成了下幾項工作

4、:
　　(1)介紹了公路智能選線的發(fā)展研究現(xiàn)狀和優(yōu)化技術的方法，論述了研究的意義，將山區(qū)高等級公路通道方案路線設計的研究內(nèi)容與方法及相關技術路線選擇加以總結(jié)概括。
　　(2)分析了公路選線設計的總體流程及知識特性，最后從公路智能輔助選線平面設計、縱斷面設計分別介紹了智能輔助設計方法及其優(yōu)化過程與方法。結(jié)合計算機智能輔助技術的相關研究，確立了本文所研究的智能優(yōu)化的總體框架及優(yōu)化工作的相關方法流程，進行了實驗構建與算法設計。

5、r>　　(3)通過數(shù)字攝影測量等手段獲取地理信息，分析了公路智能選線中的地形分析與地形可視化，最后基于地理信息獲取公路用地信息及相關數(shù)據(jù)。選用ArcGIS作為地理信息平臺，以GeoDatabase作為數(shù)據(jù)庫格式建立地理信息數(shù)據(jù)庫并獲取地理信息中路線設計的輔助信息。
　　(4)介紹了層次分析法和遺傳算法的基本概念與分析方法及最后的相應應用方法，隨后研究了公路線形的遺傳算法優(yōu)化模型，定義了模型的假設和約束，最后建立其目標函數(shù)。在遺傳算

6、法的優(yōu)化模型中僅考慮道路建設費用即土石方費用，最后設立約束條件和懲罰函數(shù)，對不滿足指標要求的線形要素產(chǎn)生懲罰函數(shù)值。
　　(5)以重慶市某山嶺地區(qū)為實驗區(qū)域，設定設計指標與控制點，利用GIS的柵格分析功能進行多因素柵格分析并最終產(chǎn)生最佳成本路徑。將成本路徑轉(zhuǎn)換為經(jīng)過控制點的可供設計的平面導向線，產(chǎn)生初始平面與縱斷面。最后通過截取起、終點間DTM文件與編制MATLAB遺傳算法優(yōu)化程序生成優(yōu)化后的公路通道線形設計方案。智能輔助設計縮短