[发明专利]一种多因素确定城乡路网及其地块竖向的土方最小化方法

权利要求书

1.一种多因素确定城乡路网及其地块竖向的土方最小化方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1，设定计算目标，基于城乡片区现状高程和规划路网，以挖填土方量最小为目标；

步骤2，设定约束因素，所述约束因素包括道路坡度、道路地块关系、土方平衡、现状保留、桥隧净空、生态保护；

所述道路坡度的要求具体分为快速路、主干路、次干路、支路坡度；

所述道路地块关系的要求具体分为街区标高大于等于周边道路最低点0.3米，街区标高不高于周边道路平均标高0.3米；

步骤3，建立模型进行计算，依序建立概念模型、数学概念模型、数学基本模型、蒙特卡洛数学模型、matlab数学标准模型；

步骤4，根据计算结果设定规划方案，根据步骤3的计算结果得到片区道路网络控制点和各个地块的标高。

2.根据权利要求1所述的土方最小化方法，其特征在于：所述概念模型的作用为，基于实际情况，明确阐述挖填土方量最小及其竖向控制要求；

所述数学概念模型的作用为，将概念模型的内容翻译成数学语言，得到数学概念模型；

所述数学基本模型的作用为，将模型参数带入数学概念模型，得到数学基本模型；

蒙特卡洛模型的作用为，将数学基本模型在matlab中转换成蒙特卡洛模型程序，整体搜索全局近似最优解作为模拟近似解；

所述matlab数学标准模型的作用为，基于蒙特卡洛模型的模拟近似解，在matlab中，用fmincon函数求局部最优解。

3.根据权利要求1所述的土方最小化方法，其特征在于：概念模型的内容翻译成数学模型语言的方法为，遵循以下概念模型与数学概念模型对应关系，其中，x及其下标变量代表的是待求的规划标高，其余为模型参数，

挖填土方绝对值和最小，

坡度大于最小排水坡度(0.2％)、小于最大坡度(4％)，

min_road_slop_ij1≤x_ij1-x_ij2|/road_ij≤max_slop_ij1；

坡度大于最小排水坡度(0.2％)、小于最大坡度(5％)，

min_road_slop_ij2≤|x_ij1-x_ij2|road_ij≤max_slop_ij2；

坡度大于最小排水坡度(0.2％)、小于最大坡度(6％)，

min_road_slop_ij3≤|x_ij1-x_ij2|/road_ij≤max_slop_ij3；

坡度大于最小排水坡度(0.2％)、小于最大坡度(8％)，

min_road_slop_ij4≤x_ij1-x_ij2|/road_ij≤max_slop_ij4；

街区高大于等于周边道路最低点0.3米，

min(x_i1，…，x_ir)+min road_block_gap₁≤x_i；

街区标高不高于周边道路平均标高0.3米，

各单元挖出的土方等于填充的土方，

对应控制点规划标高等于现状标高，

x_p＝key_point_p

控制点规划标高或高差大于某值，

x_q≤height_permitted_q；

控制点规划标高与现状标高尽量接近，

|x_s-key_point_s|≤ecological_s；

st：

(1)min_road_slop_ij≤|x_ij1-x_ij2|/road_ij≤max_slop_ij

(2)

(3)

(4)x_p＝key_point_p

(5)x_q≤height_permitted_q

(6)|x_s-key_point_s|≤ecological_s

其中，

-x_i：控制点i的待求规划标高；

-key_point_i：控制点i的现状标高组成的向量，

-control_aera_i：控制点i的控制面积组；

-n：为控制点的数量；

-x_ij1，x_ij2：道路ij对应的控制点的规划标高；

-min_road_slop_ij：道路ij应的最小道路坡度；

-road_ij：道路ij对应的道路长度，一条规划道路对应一个不等式；

-max_slop_ij：道路ij对应的最大坡度；

-x_i：编号为1的街区对应的规划标高，一个规划街区对应一个不等式；

-x_l1，…，x_ir：编号为1的规划街区对应的道路的控制点(合计r个)的规划标高；

-minroad_block_gap_l：街区1控制点与对应最低道路控制点与的最小规划高差；

-maxroad_block_gap_l：街区控制点与对应道路控制点平均标高的最大规划高差；

-kn：每个土方平衡单元对应的控制点数量，一个土方平衡单元对应一个方程；

-x_p：有保留要求的控制点的规划标高，一个保留点对应一个方程；

-key_poinnt_p：有保留要求的控制点的现状标高，与x_p对应；

-x_q：有限高控制要求的点的规划标高，一个限高要求对应一个不等式；

-height_permitted_q：限高控制要求，与x_q对应；

-x_s：有生态控制要求的控制点的规划标高，一个控制点对应一个不等式；

-key_point_s：有生态要求的控制点的现状标高，与x_s对应；

-ecological_s：满足生态要求的标高最大改变量，与x_s对应。