[发明专利]一种基于多层约束体系的公路路线三维优化方法

摘要

本发明公开了一种基于多层约束体系的公路路线三维优化方法，该方法针对已完成设计的公路方案，借助于三维地理信息技术和人工智能算法，精确分析公路三维模型在优化中的细微变化，在平、纵、横断面优化阶段引入不同层次的约束条件，建立多层约束体系，分析这些变化因素，在不同层次的约束条件下采用不同的淘汰机制，从而大幅度减少计算量；通过计算机海量运算，在不改变走廊带方案的情况下，该方法能寻找出提高道路线形指标、降低公路建设和运营费用的最优方案。

主权项

一种基于多层约束体系的公路路线三维优化方法，其特征在于，步骤1，建立论证方案的道路全线三维数字化模型；步骤2，建立论证方案的道路全线三维数字化模型；步骤3，建立道路平面优化数学模型；步骤4，添加第一层约束条件；步骤5，横断面联动优化；步骤6，添加桥梁、隧道、立交构造物初始化信息；步骤7，对平面优化变量进行编码；步骤8，利用基于平面多层约束体系的算法进行寻优；步骤9，添加并检查第三层平面约束条件；步骤10，映射变坡点和桥隧构造物桩号；步骤11，更新平面位置错动后的地面数据；步骤12，目标函数值计算；步骤13，进行遗传算法的选择、交叉、变异等操作，计算出最优个体；步骤14，设置终止代数值N1，将N1值减1，重新回到步骤10），循环运算，直到N1等于0，这时所有个体的目标函数F接近相等，而且最优解收敛于一个固定值；如果最优解提前收敛，则终止计算；步骤15，将最优解执行步骤8‑2）的解码操作，获取最终的平面交点数据，并利用该数据在三维地理环境中计算出路中心地面高程，在优化后的平面交点数据和路中心地面高程值不变的基础上，进行纵断面优化；步骤16，对纵断面优化变量进行编码，整个纵断面优化的编码经简化后设置为3个变量，每个变量在计算机中以6位二进制表示；步骤17，利用基于纵断面多层约束体系的遗传算法进行寻优；步骤18，添加并检查第三层纵断面优化约束条件；步骤19，重复步骤12）、步骤13），直到最优解收敛于一个固定值；如果最优值提前收敛，则终止计算，得出唯一的最优个体；步骤20，将前述步骤计算出的最优个体进行解码操作，获得优化后的变坡点数据，根据这些数据结合步骤15）获取的平面交点数据，将全线的路、桥、隧模型在三维地理信息环境中建立出来；步骤21）结合步骤10‑4）生成的原始方案的三维模型，针对优化模型的构造物起终点桩号、边坡坡率等非道路线形因素，在三维环境中进行直观调整，获得最终的道路优化模型。