山区高等级公路路线方案三维智能辅助设计方法研究

发布时间：2020-06-28 03:04

【摘要】：公路通道线形设计旨在以安全、环保、经济为基础,同时满足全部设计规范和相关指标要求,是公路设计的重要组成部分。从以前的传统纸上定线设计方式到后来的虚拟环境选线、公路选线CAD技术等,研究思路也逐渐向计算机辅助与人工智能领域发生转变,突出的是遗传算法、粒子群算法、蚁群算法等许多智能优化算法的引入和深入,大力推进了智能选线的发展且取得了里程碑式的巨大进步,为后续的研究奠定了坚实的科研基础,意义重大。然而,目前的公路线形设计大多依然基于相应的Auto CAD辅助系统,虽然相较于传统方法减少了繁琐的计算工作,但也存在信息显示不够直观、难以获得深入信息从而较难保证结果方案最优的问题且设计效率与质量有待提高。在此基础上,基于“一带一路”的国家战略发展需要及国内广大山岭区域发展需求的大背景,在合理考虑山区高等级公路建设需求的前提下,能够较为全面地兼顾各类复杂影响因素,同时最低程度地影响生态环境且满足国民生产与生活中对交通安全、运输高效、行车舒适等方面需求的山区高等级公路通道方案三维智能辅助设计方法成为了当下公路选线领域的研究热点。逡论文基于公路智能选线的现有研究基础,结合国内山区高等级公路线形设计专家经验,提出了基于GIS系统、辅助设计模块和遗传算法的山区高等级公路通道方案选线的三维智能辅助设计方法。该方法相较于传统公路选线设计的研究引入并分析、考虑了高程、坡度、地质、地物等具有山区选线特点的重要约束,能够智能产生一条选线通道,更好地解决国内山区地形条件下的公路选线设计问题,论文完成了下几项工作:逡(1)介绍了公路智能选线的发展研究现状和优化技术的方法,论述了研究的意义,将山区高等级公路通道方案路线设计的研究内容与方法及相关技术路线选择加以总结概括。逡(2)分析了公路选线设计的总体流程及知识特性,最后从公路智能辅助选线平面设计、纵断面设计分别介绍了智能辅助设计方法及其优化过程与方法。结合计算机智能辅助技术的相关研究,确立了本文所研究的智能优化的总体框架及优化工作的相关方法流程,进行了实验构建与算法设计。(3)通过数字摄影测量等手段获取地理信息,分析了公路智能选线中的地形分析与地形可视化,最后基于地理信息获取公路用地信息及相关数据。选用Arc GIS作为地理信息平台,以Geo Database作为数据库格式建立地理信息数据库并获取地理信息中路线设计的辅助信息。(4)介绍了层次分析法和遗传算法的基本概念与分析方法及最后的相应应用方法,随后研究了公路线形的遗传算法优化模型,定义了模型的假设和约束,最后建立其目标函数。在遗传算法的优化模型中仅考虑道路建设费用即土石方费用,最后设立约束条件和惩罚函数,对不满足指标要求的线形要素产生惩罚函数值。(5)以重庆市某山岭地区为实验区域,设定设计指标与控制点,利用GIS的栅格分析功能进行多因素栅格分析并最终产生最佳成本路径。将成本路径转换为经过控制点的可供设计的平面导向线,产生初始平面与纵断面。最后通过截取起、终点间DTM文件与编制MATLAB遗传算法优化程序生成优化后的公路通道线形设计方案。智能辅助设计缩短了设计周期、提升了设计效率,具有的一定的应用研究价值。
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U412.3
【图文】：

最优路径

起点单元的累计费用赋值 0。起点出发找到相邻单元加入活动列表，同时计算每个相邻单元相对费用值，将单元的指针指向起点。于上述列表中的单元找出其中费用最小的单元 u，定其累计费用为与 u 相邻且不包含相邻固定单元的单元集合为 S。对于 S 中的每个从 u 到 u′ 的移动费用 CM。如果u′在活动列表中则比较 CC+CM与u，如果前者大于等于后者则继续寻找其他单元，否则将 CC+CM的值将 u′ 单元的指针指向 u；如果 u′ 不在活动列表中则将它加入活动列于等于 CC+CM的累计费用值，同时也将它的指针指向 u。时把 u 设定为固定单元，即将 u 移出活动列表。回(3)，直到活动列表为空。算法可以虽然可以以栅格网格中的任意位置开始为起点生成最小累但其第三步可能会产生大于一个的最小费用相同的网格单元，会造一。因此处理好相邻单元的费用计算和选取问题是实际运用 Dijks更加合理的关键。

平曲线,配置过程,平面曲线,路线

2）jKP （j=0，1，…，k-1）为所有控制点集合，对于最优路径中的控制点-1，在他们之间找出点jPM，使其至线段jKPj+1KP 的距离最大，为jDM。找出大值所在点，即 Dmax=max（jDM）=lDM，其对应的点编号为lM 和lM ，控制点编号为lK 、l+1K 。如果 Dmax＜dmin，转 5。否则把lM 插入整数列表之间，转 3。3）此时整数列表中存在的点编号即为获得点下标，将其依次连接后便可平面的折线导向线，随后进行平曲线的自动配置步骤，如果配置存在解，否则将lM 从整数列表中移出后，执行 5。4）将点lPM当作控制点，转 2。5）将整数列表中的整数作为获得点下标，依次连接最优路径中的这些点平曲线自动配置步骤，将结果保存并退出。

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