選線優(yōu)化在道路設計中的交通規(guī)劃研究

摘 要：近年來，經(jīng)濟和科技的發(fā)展為我國道路設計和交通規(guī)劃提供了必要的物質(zhì)條件，作為道路設計與交通規(guī)劃過程中所應用到的重要方法，選線優(yōu)化不僅關系著道路的整體建設水平，而且對于城市交通的規(guī)劃也具有重要影響。通過對基于道路設計與交通規(guī)劃的道路選線原則進行分析，在結(jié)合其選線方法的基礎上，以建立道路選線優(yōu)化模型的方法對選線優(yōu)化在道路設計中的交通規(guī)劃展開了深入探討。

關鍵詞：選線優(yōu)化；道路設計；交通規(guī)劃

選線是道路設計中的最根本問題，一方面，其關系著道路所產(chǎn)生的社會效益與經(jīng)濟效益，另一方面，其對于路線在道路網(wǎng)中的作用也具有重要影響。以選線優(yōu)化在道路設計中的交通規(guī)劃作為主要研究對象，通過對道路選線的原則進行闡述，并結(jié)合道路選線的相關步驟，建立了道路選線優(yōu)化的兩類模型，進而對基于道路設計與交通規(guī)劃的道路選線方法做出了具體研究。

1 基于道路設計與交通規(guī)劃的道路選線原則

根據(jù)國內(nèi)外多年來的道路設計和交通規(guī)劃的經(jīng)驗，可將道路選線的原則歸結(jié)為如下幾點：（1）技術(shù)性。在進行道路選線時，需要將先進的科學技術(shù)進行充分利用，進而分析出當前選線方案的不合理之處并加以完善和補充，提高選線方案的科學性。（2）安全性與舒適性。選線方案的設計應以縮小工程量為主，并在保證車輛的行駛具有較高安全性的基礎上，盡可能滿足人們對駕駛舒適性的要求，從而有效增加道路選線的經(jīng)濟效益與社會效益；（3）少占農(nóng)田的原則。在進行道路選線的方案設計時，要將道路用地與農(nóng)田用地進行綜合考慮，本著盡量少占或不占農(nóng)田的原則進行道路設計，以避免引起道路建設與環(huán)境保護的沖突；（4）對水文地質(zhì)條件的全方位考慮。在進行道路選線時，要將水文地質(zhì)條件等充分考慮進去，應盡量降低所選路線經(jīng)過沙漠、凍土和沼澤的可能性，從整體上提高道路選線的科學性；（5）協(xié)調(diào)性。道路選線應充分尊重人與自然協(xié)調(diào)發(fā)展的戰(zhàn)略方針，確保所選取路線在進行施工設計時可以較好地滿足環(huán)境發(fā)展對道路建設的要求，并對沿途的歷史文物采取相應的保護措施，從整體上提高道設與環(huán)境的協(xié)調(diào)性。

2 基于道路設計與交通規(guī)劃的道路選線方法

2.1 全面布局

所謂全面布局是指先對道路的起點與終點進行初步確定，根據(jù)起點和終點之間的距離進而確定道路的基本走向。在確定道路基本走向后，再在其中確定幾個特殊的點（特殊建筑物、城市等），將其作為道路建設過程中的控制點。

2.2 逐段安排

在對道路的基本走向進行確定后，將走向中相鄰的控制點分成不同的段落，并在結(jié)合道路等級與道路周邊地理環(huán)境和地形的基礎上，對兩個相鄰控制點之間的道路進行明確規(guī)劃，進而確定最終出路線帶[4]。

2.3 具體定線

在完成道路選線的全面布局和逐段安排的工作任務后，需要對道路進行具體定線。所謂具體定線是指對初步確定的道路路線進行加密，在綜合考慮道路的縱、橫、平及其技術(shù)條件和周邊環(huán)境的基礎上，對其進行綜合設計，并確定出整個道路路線的具體位置。

3 道路選線的優(yōu)化模型

3.1 基于GIS技術(shù)的道路選線

基于GIS技術(shù)的道路選線的設計方法總結(jié)如下：基于GIS技術(shù)的道路選線模型主要分為兩種，一方面是基于單因素條件下的道路選線分析模型。為了使道路建設免受自然條件、人為失誤等不利因素的影響，需要將道路建設的地形圖、所建道路周邊的地質(zhì)圖等與選線優(yōu)化相關的圖形資料進行數(shù)字化，通過GIS軟件建立不同因素之間的空間關系，進而找出各部分資料之間的聯(lián)系，以確定出各個因素對道路選線的影響。

另一方面則是建立道路選線的多因素分析模型。利用地理信息系統(tǒng)對可能影響道路選線方案的多重因素進行分析，并借助GIS的對地理環(huán)境的空間分析功能，建立道路選線的緩沖區(qū)模型[5]。首先，將影響道路選線的多重因素進行空間疊加，并對道路緩沖區(qū)的緩沖模型進行系統(tǒng)分析。其次，將道路緩沖模型同基于單因素的道路選線模型相結(jié)合，進行疊加計算。根據(jù)計算結(jié)果，確定各因素對道路選線的影響信息，例如農(nóng)田因素可能對道路的寬窄產(chǎn)生影響、大型建筑的存在可能要求設計部門延長道路長度等，進而選出與當前道路選線方案最為合理的特征信息。再次，將所選出的特征信息作為新的信息層儲存到GIS系統(tǒng)中，同時，在對道路沿途的地貌及地形特征進行充分分析的基礎上，建立與之對應的公路帶狀數(shù)字高程模型—DEM。然后，再對所需設計道路的變坡點位置、交點位置以及坡度大小進行統(tǒng)一確定，進而通過計算得出道路緩和曲線和圓曲線的最小半徑，最終確定出公路的填挖方向，以便為后續(xù)的選線綜合分析打下良好基礎。

建立一個完整且良好的選線模型，可以充分利用GIS對特征數(shù)據(jù)的分析功能。通過對影響道路選線的各因素數(shù)據(jù)文件進行修改或刪除，進而分析當前選線方案的合理性。同時，也可以根據(jù)具體的分析結(jié)果總結(jié)出可能對道路選線產(chǎn)生影響的因素，并對其進行統(tǒng)計，進而得出有利于選線分析的基礎數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)信息傳輸和存儲的效率。由于GIS系統(tǒng)對相關因素的輸出結(jié)果具有較強的靈活性，因此，可根據(jù)對道路設計產(chǎn)生影響的多方面因素，將結(jié)果以圖、表的形式進行表達，并最終描繪出道路斷面圖、道路影響因素的屬性表以及道路選線的影響要素圖等。

3.2 基于多目標非線性的道路選線優(yōu)化模型

由于道路的選線優(yōu)化不僅與其所應用的技術(shù)有關，而且也與地理地貌、環(huán)境保護政策等其他復雜因素息息相關。在道路選線時，若配合多目標的非線性優(yōu)化函數(shù)，則可以大幅提高道路選線的合理性與科學性。

3.2.1 備選方案構(gòu)造。備選方案主要是以方案網(wǎng)絡圖進行描述的，在選定路線方案的基礎上，建立備選方案的網(wǎng)絡圖，在途中分別標出道路的起點與終點。網(wǎng)絡圖建立的具體公式如下：D=（V，A，W，U），其中V=v1，v2、v3...vn表示頂點集，v1表示起點，vn表示終點；A=aij為弧集，規(guī)定頂點為v1，終點為vn的道路弧用aij表示?；?quán)集和與頂點權(quán)集分別用W和U表示。而從v1到vn的有向線路則用D表示，即D=（V，A，W，U）為一個備選方案，通過此式可將道路設計過程中所有線路的備選方案全部找出。

3.2.2 優(yōu)化模型的建立。建立如下所示的目標函數(shù)：minF（x）=（f1（x），f2（x），f3（x）...fj（x）...fp（x））。式中fj（x）代表第j個目標函數(shù)，其與道路選線中的技術(shù)、經(jīng)濟與環(huán)境指標相對應；目標（函數(shù)）個數(shù)為P，x為弧權(quán)集矩陣A的維列向量。其中x的分量x1與a1呈弧對應，且x1∈[0，-1]。以方案的可行性作為其約束條件，具體表現(xiàn)形式如下：gi（x）≥0，i=1，2，3....m，將變量的取值約束設定為x1=0或x1=1且a1∈A。通過建立此模型，對地理地貌、環(huán)境保護政策等非線性道路選線因素進行合理分析，進而選出最佳的選線方案。

4 結(jié)束語

通過對道路選線的安全性與協(xié)調(diào)性等原則進行闡述，在分析其選線辦法的基礎上，分別建立了多目標非線性的道路選線模型與基于GIS技術(shù)的道路選線模型。通過對模型模型的分析可知，在進行基于道路設計與交通規(guī)劃的選線優(yōu)化時，需要在充分利用先進科學技術(shù)、縮小工程量和保證駕駛的安全性與舒適度的前提下，以全面布局、逐段安排和具體定線為方法全面開展對選線模型的優(yōu)化工作，進而從整體上提高道路選線的科學性，使道路設計和交通規(guī)劃可以產(chǎn)生更多的經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻

[1]王歆.基于GIS技術(shù)的西北地區(qū)山地城市道路優(yōu)化設計初探[D].西安建筑科技大學，2013.

[2]陸繼起.基于丘陵地形的中小城市道路網(wǎng)規(guī)劃研究[D].湖南大學，2013.

[3]汪瑩.基于安全服務水平的城市道路交叉口交通安全評價方法研究[D].南京林業(yè)大學，2013.

作者簡介：張勝雨（1982-），男，滄州雙盛公路工程咨詢有限公司，主要從事道路與橋梁勘測設計工作。本科學歷，土木工程（道路與橋梁）專業(yè)。