基于道路設計與交通規劃的道路選線優化模型

裴旭東

（安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230000）

道路選線作為道路設計中最基礎也是最根本環節，對其自身作用的發揮以及產生的社會、經濟效益具有重要影響。因此，選線優化逐漸在道路設計與交通規劃中占據重要地位，而道路選線優化模型的建立，能夠對道路設計水平的提高與交通規劃選線能力的優化產生重大意義。

1 創建道路選線優化模型的重要意義

道路選線優化模型的創建在道路設計、交通規劃方面發揮著重要作用。現階段，由于我國道路工程的發展，促使了建筑材料、施工成本的迅速上漲，導致較多工程建設企業面臨巨大的資金壓力，增加道路工程建設的不確定性。

2 確立最佳的空間方位

道路線路規劃設計的關鍵是選擇最佳的空間方位。首先，相關人員可以將規劃方案中道路所經過的部分地點作為重要的控制節點，然而這些節點的選擇需要結合當地的實際環境、工程建設成本等重要因素；其次，在初步確定控制節點的方位之后，對這些節點以及其周邊的地形、地質等自然因素進行全面的勘察，為規劃決策提供準確的信息，進一步促進化模型的形成；最后，為了方便測量與勘察，可以建立相關數據模型，例如數字高程模型，以提高信息獲取的準確性與可靠性。在實際的優化模型建立過程中，相關工作人員應注意地面高程模型構建時的數值、排列以及網格數據的生成情況，并對此進行嚴格的分析和計算，進而有效落實順序與方位的程序，達到合理規劃交通道路的目標［1］。

3 遺傳算法設計與適應度函數選取

優化模型的構建的目的是為道路工程建設提供最佳方案線路選擇以及工程造價的最佳方案。如何在諸多候選方案中，實現對不同方案的客觀判斷，需要依賴搜索算法，即借助計算機模擬技術，通過對最佳方案以及優化模型進行計算分析來選擇新的候選方案，而目前最佳化的計算方法應為遺傳算法。遺傳算法是一種模擬達爾文進化過程來獲得最優解的計算模型。這一種算法的核心是編碼工作的開展，由于基因編碼相對復雜，因此在實際計算過程中往往采用二進制編碼等形式進行逐代演化、交叉組合以及變異來影響道路的空間位置，從而獲得候選新的空間位置方案，同時利用循環計算方式來獲得最優空間位置方案［2］。

適應度函數的選取是直接影響遺傳算法收斂速度以及決定最優方案的關鍵環節。一般情況下，利用遺傳算法進行進化搜索時往往不利用外部信息，而是充分利用了種群中個體的適應度，因此，在遺傳算法中采用適應度函數能夠作為一個有效依據且其復雜度在遺傳算法復雜度中占據重要地位，合理的適應度函數的選取能夠有效減少計算時間復雜度。

4 道路選線優化模型

4.1 基于GIS技術的道路選線

基于GIS技術的道路選線的優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分析模型，這一模型的構建通過GIS軟件使得道路建設的地形圖、地質圖得以數字化，進一步明確了個因素之間的空間關系，從而有效避免了道路建設過程中的各種不利因素；二是多因素條件下的道路選線分析模型，即利用地理信息系統、GIS對地理環境的空間分析功能來建立道路選線的緩沖區模型。道路緩沖模型是在單因素的道路選線模型上進行疊加計算，并根據計算結果，選出與道路選線方案最匹配的特征信息，通過對特征信息進行重點分析，構建公路帶狀數字高程模型（DEM），進而確定道路的變坡點、交點位置等多項參數，最后再借助GIS技術實現道路的平曲線以及豎曲線的設計（如下圖所示），為后期的道路選線綜合分析奠定優良基礎［3］。

4.2 基于多目標非線性的道路選線優化模型

由于道路選線的優化與相關技術、地形地貌、環境保護政策等諸多復雜因素相關聯，所以在進行道路選線時，相關部門可以采用多目標的非線性優化模型進行配合，從而極大程度上提高道路選線的科學性與合理性。

5 結語

綜上所述，道路選線優化模型的建立，對我國交通道路事業的建設與發展起到關鍵作用。在我國目前的交通道路建設過程中，建立道路選線優化模型就極為重要，有利于提高道路選線設計、規劃的水平，同時還能夠有效控制建設成本，除此之外，一定程度上提升道路工程的施工效率，極大程度上滿足了當前社會對交通道路的需求，為我國交通事業的發展提供強大動力。