关键词：道路设计；交通规划；道路选线；优化模型
引言
随着我国道路网络覆盖的范围越来越大，工程建设的规划能力和设计要求水平越来越高，对于在一个地区规划和建设一条道路来补强和优化当地的交通网络来说，道路线路的选择至关重要。因此以建立模型来分析和调整线路设计就成为了比较稳妥和合理的方式，这其中涉及到很多专业的道路规划办法和相应的理论依据，需要专业的设计人员依靠不断优化模型来达到最佳的线路选择。
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。
综上所述，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初始空间位置的生成
道路线路的规划设计要与当地地区交通网络的环境和空间相适应，也就是最佳的空间方位的确立。很多规划中的道路首先要做的就是将大致的路线所要经过的一些地点作为重要的控制节点，这些节点之间的路线走向，所展现出的路线图形状要结合当地的需求以及工程建设的成本等因素综合考量和分析。而控制节点的方位需要得到初步确立，这就需要对这些接点方位和周边地区的地形地质条件等自然环境因素进行全面的勘察和测量，形成准确的信息数据以供规划决策，这些信息数据就形成了优化模型的基础设置信息。通常在测量和为了方便表示当地地面高程情况的数据模型为数字高程模型，这种模型依据其自身存在的有序数值的阵列形成一个网格形状，用来建立和表示当地地形情况的实地地面模型，其准确性和可靠性是能够得以保证的。但是工作人员在建立优化模型时，一定要在地面高程模型的建立过程中注意数值和排列及其网格数据的生成情况，要进行合理的分析和计算，将复杂的生成程序按照规定的顺序和方位逐一落实下来，以达到当地地形的准确表示和合理的规划目标。优化模型的建立是要达到道路选择和合理造价的最佳化方案，而采用何种算法来建立模型就显得尤为重要。为了达到这一目标，我们通常会选择遗传算法，这就是一种用于解决最佳化的搜索算法，利用计算机的模拟技术和方式，针对最佳化方案或者优化模型进行相应的计算和分析。
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3遗传算法设计与选取适应度函数
在候选方案中，为实现对不同方案的利弊进行客观判断及选择新的候选方案，需应用遗传算法。该算法是一种计算模型，基于对达尔文生物进化过程的模拟，利用有效搜索方法模拟自然进化过程而获得最优解。该算法源自对问题中存在解集的代表性种群，由经基因编码的相应数目个体而构成种群。任一个体在实际上都是存在染色体特征的一个实体，主要遗传物质以染色体为载体，将多个基因集合，某种基因组合是其内部表现，个体形状对于外部表现具有决定性作用，诸如黑头发特征的决定性作用是由染色体中对某特征具有控制作用的某种基因组合。所以，从需实现编码工作开始，编码就是由表现型向基因型的映射，因仿照基因编码工作比较复杂，一般情况下需简化为类似二进制编码等形式，产生初代种群后，根据适者生存和优胜劣汰原理，逐渐更优的近似解由逐代演化产生，每代个体选择结合问题域中个体适应度大小，其组合交叉和变异充分利用自然遗传学的遗传算子，产生的种群是具有代表性的新解集。此过程将造成种群的后生代种群诸如自然进化，其对环境前代的适应性更强，最优个体在末代种群中经解码后可成为最优的问题近似解。其主要是选择操作、交叉及变异针对数字串产生于上代道路空间位置，经上述程序可获得候选新的空间位置方案，再对初始空间位置表示利用循环计算方式。选取适应度函数能够直接影响遗传算法在应用中的收敛速度及采用确定其最优解的方法，由于在进化搜索过程中遗传算法对外部信息基本不利用，只是采用适应度函数作为一个依据，其搜索是对种群中个体适应度的有效利用。由于在遗传算法复杂度中适应度函数复杂度是其中比较重要的组成部分，因此，应尽可能对适应度函数进行简单设计，才能使计算达到最小的时间复杂度。
4基于DEM数字地形进行详细的线形设计
（1）平曲线在GIS中的实现
使用圆曲线平滑新建道路中的一个折点，这样圆曲线就可以和直线连接，形成设计的图形。新建的道路线形中，每一个控制点都必须要有两条线段与其相邻，在这样的情况下，就要取水平长度比较短的线段长度的1/2当做是这一圆曲线的切线长，根据切线和半径存在的数学关系，就可以确定圆曲线的半径。
（2）竖曲线在GIS中的实现
以竖曲线设计原理为依据，针对纵断面上的每个控制点，在相邻水平长度较短的线段的1/3处进行截取，并将其作为二次抛物线的切线长。
结语
综上所述，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。本研究基于道路工程设计和交通规划对道路选线问题进行了较深入地探讨。在微观方面，道路工程选线应对因新建道路造成的路网结构变化导致路网服务水平产生的相应变化进行综合考虑。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。在道路工程选线设计中，建立优化模型进一步提高了科学合理性，对于工程建设中存在很多问题的集中解决具有十分重要的作用。
参考文献
［1］黄雄．基于GIS空间分析的道路选线技术研究［D］．长沙:长沙理工大学，2006．
［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．
［3］曹健，何东坡，王森岭．GIS技术在道路选线中的应用［J］．测绘与空间地理信息，2005(6):103-104．
论文作者:尤作磊
论文发表刊物:《城镇建设》2019年24期
论文发表时间:2020/1/16
标签：道路论文; 模型论文; 工程建设论文; 种群论文; 算法论文; 交通论文; 成本论文; 《城镇建设》2019年24期论文;