公路平面线形设计优化方法

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1、公路平面线形设计优化方法摘要：本研究提出一个优化启发式来解决公路段的水平对准。迭代启发式工程分两期。第一阶段采用了邻域搜索方法找到一个分段线性近似很好的公路路线。其次，进一步的调整使准确地满足外部和规范要求。这两个阶段操纵分段线性线与邻域搜索启发式，并使用一个混合整数规划（MIP）保证这类分段线性线穿过的控制区和无限制区。最优目标函数值返回MIP是用来比较不同的分段线性线路的质量。每个线段的长度是正确的限制按揭保险计划，以确保该曲线可以正确部署。从最初的可行的解决方案开始的过程中逐步改善通过迭代对齐提

2、供计算的例子。数据库主题词：公路和道路设计优化模型校准计算机程序近似方法。介绍对齐的限制主要来自规范要求（AASHTO2001）和外部限制。这些设计规范要求的水平由三种类型的设计公路的对齐元素，即线段，这是一条线的一部分，圆弧这是一个圆的一部分，和过渡曲线的曲率平稳和不断变化。过渡曲线是三种设计元素中最复杂的。为过渡曲线在不同数字里的选择。该模型采用广泛应用于回旋（AASHTO2001;Wangetal.2001).。家庭回旋曲线可以用功能,whereA公路几何设计的任务是确定水平对齐，垂直对齐和公路

3、的横截面。一条公路的水平=由确切形状的曲线其价值确定的参数;R=曲线的曲率半径在曲线上的一点P;和L=从曲线起点到点P的距离，沿曲线测量。这是很容易看出的回旋线的半径在起点处是无群大的，沿着曲线平稳增加。这些设计元素如何提供详尽和严格的要求应该被部署。总之，一个元素的终点匹配的下一个元素的位置的起点和方位角。此外，半径必须沿公路不断变化和平顺变化。由于线段以及圆曲线有一个固定的半径，它遵循至少有一个螺旋元素被插入到任何两个非螺旋元素之间。这些设计元素的确切形状被参数A的螺旋，圆曲线半径，和其他参数所定

4、义，代码规定的范围进一步限制这些参数，这些参数彼此之间应相互协调。这个研究中的外部限制为控制区和限制区。一个控制区是这个一个地区的高速公路是被鼓励的或需要被跨越的，和限制区域是一个地区那里的公路被劝阻或禁止使用。在这里，它假设在所有这些领域都是矩形形状。这个地区是由明显的不规则形状可以被近似为由多个矩形组合。此外，大多数新公路连接到现有的道路，从而限制在任何新的公路的两端的方位。本文假定这些终点的方位角是给定的固定的。23由于设计元素的性质和严格的设计规范的规定，公路几何设计工作是复杂和耗时的。在实践

5、中，一个高速公路的几何设计项目是由经验丰富的工程师手工完成的。虽然横向和纵向的路线是深深相关，与协调之间的横向和纵向的路线是重要的（史密斯和Lamm1994哈桑等。1997年，）设计工程师一般都是首先水平对齐，然后根据水平对齐发展垂直对齐。水平对齐设计所涉及的数学问题是众所周知的（Easaetal.2002），,但计算工作是复杂的。在一般情况下，人类工程师可以创造出非常好的设计。然而，在紧迫的时间和预算约束下，由此产生的设计往往是由在一把工程师中选择的候选人创造的，而不是正在生成一个系统的优化过程。出

6、于需要自动化和优化导向的公路线形模型，研究人员已经开发了至少30年的公路线形相关的模型。特别是帕克（1977年），和钟（1998年）等人（2000年），已开发的模型，尝试优化一个给定的高速公路的水平对齐部分，但他们表示水平对齐的方式在实践中的使用非常不同。杰哈（2003）所提出的模型（它也被杰哈和基姆2006康等人2007使用）认为切线和圆弧，但该模型不能控制交叉点（IP）之间的距离，以确保正确地插入曲线。本文提出一种优化导向启发式，使计算机来解决公路的水平对齐方式，这需要考虑所有三个设计元素类型。该

7、解决方案的过程是个有效的邻域搜索启发式，一个在不同精度的两个阶段，搜索良好的水平对齐的方式。启发式可以很快解决，产生了良好的解决方案。阶段1在数学上，分段线性线被它包含线段，长度以及每个线段的方位定性。第一阶段23从初始分段线性线并通过循环提高开始。在每次循环，启发式用目前的分段线性线随机改变线段的数量以及方位，也随机选取几行段。启发式使用线性混合整数规划（MIP）去解决（关于选择的线路段和他们的方位角）线段的长度。按混合整数规划的最优目标函数值，其中定量代表分段线性线路的质量，然后使用一个门槛接受规

8、则（1990年沃顿和舒尔）来确定，是否分段线性线路应否决或视为一种更换当前线路。这种方法提高了被郑和李（2006年）改善了，使用随机搜索发现线路段的良好的方位角和长度组合，因为这种模式用混合整数规划优化了线路段。在解决过程这一阶段中最终输出产生最好的线路分段线性。我们现在打开过程详细解释。在这第一阶段每次循环，启发式随机决定是否应该改变线段方位角（概率=0.7，或一些线段（概率=0.3）。然而，一些线段将不会减少如果在当前路段有三段，也不将增加如果段数已