[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

说明书

本发明公开了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，包括以下步骤：1，设定计算目标；2，设定约束因素；3，建立模型进行计算4，根据计算结果设定规划方案。其中，建立的模型为概念模型、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；分别实现：一，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；二、将概念模型的内容翻译成数学语言，得到数学概念模型；三、将模型参数带入数学概念模型，得到数学基本模型；四、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；五、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。

技术领域

本发明涉及竖向规划领域，具体涉及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。

背景技术

城乡竖向规划对开发建设成本影响巨大，以1km²的建设范围为例，若平均竖向误差10cm，则挖填土方增加1000*1000*0.1＝100000m³；若每m³土方挖填成本按40元计，则费用增加100000*40＝4000000元＝400万元。因此，科学精准的确定城乡路网及其地块的竖向经济价值巨大。

城乡路网设计中，涉及竖向规划的设计工作量大且影响因素众多。竖向规划涉及城乡开发建设地区(或地段)为满足片区内道路坡度、道路地块关系、土方平衡、现状保留、桥隧净空、生态保护等方面的综合要求，对自然地形进行改造而进行的规划设计。其中，不少因素对竖向的影响是复杂的非线性关系，是目前竖向规划的难点之一。

竖向规划主要方法为，通过确定区域内路网及其地块的控制点标高来实现片区的竖向规划目标。目前常用的方法有，方格网法、等高线法等。这些方法均存在每一次微小的调整，均意味着大量计算的问题。

为了解决该问题，目前专业人员基于行业规范CJJ83-1999《城市用地竖向规划规范》，对对城乡开发建设区路网及其地块竖向规划展开相关研究，并基于已有竖向规划方案，采用模型优化的方法来反复检验，从而得到较优竖向方案。

现有文献1(基于Civil 3D的山区城市用地竖向规划优化方法探讨)张方方基于Civil 3D进行竖向规划；

现有文献2(三维场地设计与土方平衡的计算机实现)熊志坚等针对不规则三角网模型进行竖向规划；

现有文献3(一种适用于多影响因素耦合的地块竖向规划设计方法，专利号CN109523447A)中国专利基于多影响因素耦合的地块竖向规划；

上述方法的共同特点为以讨论约束条件为主，具体以土方平衡，即以填、挖方量基本相当作为竖向优化调整的目标，而以土方平衡作为优化目标均存在以下技术问题：难以优化挖填土方量，即同一个区块可以通过多挖多填的方式达到土方平衡。这导致理论土方量与实际挖填土方量的差异较大，产生巨大的成本。该观点得到现有文献4(关于城市用地竖向规划技术标准指标的探讨)的支持。

此外，相关研究还有，

现有文献5(浅谈山地城市控规阶段场地竖向规划——以德化县城东工业项目区为例)，现有文献6(山地城市道路及场地竖向规划研究——以毕节市中心城区为例)和现有文献7(丘陵及山地城市建设用地竖向规划方法研究)

因此，在系统考虑土方平衡等多因素约束的前提下，以挖填土方量最小为目标，可以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供涉及多因素确定城乡路网及其地块竖向的土方最小化方法。

本发明的基本原理是，以数学非线性规划最优解的方式一次性确定片区内所有路网及其地块的控制点标高；该方法整合蒙特卡洛模拟在一定意义上还具有全局挖填土方量最小性质。其中，多因素还包括道路坡度、道路地块关系、现状保留、桥隧净空、生态保护。

具体为，