陳 姍

（廣東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司， 廣東 廣州 510000）

公路路線的設(shè)計(jì)目標(biāo)主要是由科學(xué)安全，經(jīng)濟(jì)效益突出、交通功能設(shè)施完善以及舒適度美觀等因素構(gòu)成的。然而這些目標(biāo)之間也存在著矛盾性，矛盾性主要體現(xiàn)在對(duì)多因素控制中產(chǎn)生的決策上，設(shè)計(jì)人員要隨時(shí)跟進(jìn)并加以修正，在各因素之間做好協(xié)調(diào)以達(dá)到利益效果的最大化實(shí)現(xiàn)，而從利益方面考慮，要求設(shè)計(jì)人員更有效利用好現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)等手段，使計(jì)算機(jī)在輔助方面的水平也得到提升，使公路路線在設(shè)計(jì)和選擇過(guò)程中更加的智能化。

1 公路路線的智能優(yōu)化

1.1 智能優(yōu)化的主要特點(diǎn)和系統(tǒng)上的設(shè)計(jì)

各目標(biāo)之間存在的矛盾具有統(tǒng)一性與設(shè)計(jì)目標(biāo)的模糊特性成為公路路線在設(shè)計(jì)上的兩個(gè)特殊性，同時(shí)也是兩個(gè)急需解決的兩大難題。設(shè)計(jì)目標(biāo)存在的模糊特性主要指的是在公路路線的設(shè)計(jì)規(guī)劃中涉及到的與其相關(guān)的目標(biāo)缺少相對(duì)一致的度量標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)分型分類(lèi)上很難做出比較。目標(biāo)之間存在的矛盾統(tǒng)一性主要指的是假如對(duì)公路路線當(dāng)中的某一個(gè)設(shè)定目標(biāo)變量值增大，就會(huì)對(duì)另外一個(gè)目標(biāo)產(chǎn)生影響，使其變好或者變壞，導(dǎo)致公路路線設(shè)計(jì)本身出現(xiàn)問(wèn)題。

1.2 關(guān)于對(duì)公路路線設(shè)計(jì)知識(shí)上的模糊性

在之前公路選線整體設(shè)計(jì)當(dāng)中，針對(duì)設(shè)計(jì)需要掌握的知識(shí)主要包括工程知識(shí)和時(shí)空環(huán)境知識(shí)。工程知識(shí)指的就是在工程實(shí)際施工中總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)，這樣的經(jīng)驗(yàn)一般是在人的大腦中存儲(chǔ)的，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員提供的線路方案要及時(shí)的得到跟進(jìn)和改正，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，以及最后對(duì)決策進(jìn)行評(píng)價(jià)等與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相關(guān)的知識(shí)和能力。時(shí)空環(huán)境知識(shí)就是指在選擇公路優(yōu)化路線的時(shí)候，對(duì)地形地貌、地質(zhì)水文的條件和隨時(shí)間變化形成的地質(zhì)特征等的影響下產(chǎn)生的時(shí)空上的特征關(guān)聯(lián)的規(guī)則和時(shí)空作用等。針對(duì)不同的公路路線特性對(duì)問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化，有針對(duì)性的對(duì)確定公路路線當(dāng)中的智能優(yōu)化思想進(jìn)行闡述。第一，試著尋找路線設(shè)計(jì)相關(guān)的變量和最后優(yōu)化的結(jié)果在映射函數(shù)上的聯(lián)系，以多目標(biāo)遺傳算法作為基礎(chǔ)尋求此目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)結(jié)果使公路路線的設(shè)計(jì)最初方案能夠?qū)崿F(xiàn)。第二，以GIS軟件為分析平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行基礎(chǔ)管理，全面使用軟件對(duì)技術(shù)能力進(jìn)行深入研究，達(dá)到對(duì)公路路線覆蓋下的地區(qū)及周?chē)牡孛埠退牡刭|(zhì)數(shù)據(jù)的提取和技術(shù)上的研究，使公路路線方案在最后選擇時(shí)的擇優(yōu)性上能夠依賴(lài)于時(shí)空環(huán)境知識(shí)。

1.3 以GIS為基礎(chǔ)建造公路路線的模型

公路路線在選擇上主要是受地形、水文、生態(tài)以及政治等因素的影響。所以在公路選線過(guò)程中，必須要全面仔細(xì)的分析其中的影響因素，對(duì)當(dāng)中的每一個(gè)因素的重要性做出衡量，并且建造多因素綜合線路的選擇模型。本文中主要是使用層次分析法對(duì)每個(gè)因素進(jìn)行權(quán)衡計(jì)算。與此同時(shí)，還要向有關(guān)專(zhuān)家進(jìn)行咨詢(xún)以確保權(quán)重的有效修正，然后把每個(gè)影響因素進(jìn)行定量表示并與函數(shù)映射關(guān)系結(jié)合在一起。GIS在數(shù)據(jù)分析的功能和疊加分析的功能上相當(dāng)?shù)恼純?yōu)勢(shì)，它能把所有的影響因素組合在一起形成專(zhuān)題地圖并進(jìn)行疊加權(quán)重的分析，此模型對(duì)公路路線在最佳選擇上起著一定的決定性作用，在此過(guò)程中一定要注意對(duì)柵格數(shù)據(jù)的疊加分析方法的采用。在使用GIS的過(guò)程中，柵格數(shù)據(jù)的疊加分析方法在空間分析方法中是非常關(guān)鍵的，所以在公路選線的過(guò)程中，要以GIS里的格柵計(jì)算器為基礎(chǔ)，對(duì)地形地貌，和水文地質(zhì)等多種因素進(jìn)行權(quán)威疊加的計(jì)算，使數(shù)據(jù)圖層和影響因子得到有機(jī)的結(jié)合，形成在公路選線時(shí)用到的專(zhuān)用地圖。

1.4 關(guān)于技術(shù)的流程

關(guān)于技術(shù)上的主要流程，先是利用Arc GIS的運(yùn)作，建立起相關(guān)地形地貌以及地物等因素的信息數(shù)據(jù)庫(kù)，再對(duì)項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的跟蹤錄入，對(duì)格柵做數(shù)據(jù)上的轉(zhuǎn)換，以此使影響因素模型形成，然后就像上面提到的，針對(duì)各個(gè)圖層的疊置做權(quán)重上的綜合研究，以此使公路選線的專(zhuān)題模型能夠順利形成。為公路路線設(shè)計(jì)人員進(jìn)行最佳路線的選擇提供依據(jù)。

2 以智能優(yōu)化算法為基礎(chǔ)建立模型的相關(guān)探討

2.1 目標(biāo)函數(shù)上的選擇

在這里我們將對(duì)交通安全目標(biāo)、工程效益以及地災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)目標(biāo)的函數(shù)構(gòu)造進(jìn)行探討解析。交通安全的目標(biāo)函數(shù)用Y1表示。交通安全目標(biāo)函數(shù)可以采用綜合安全的評(píng)價(jià)函數(shù)，即：

式中t1、t2、t3、表示轉(zhuǎn)換函數(shù)，可以作為指數(shù)或是線性函數(shù)，涉及到的參數(shù)是經(jīng)過(guò)MCS試驗(yàn)而確定的，而對(duì)應(yīng)的x1、x2、x3則代表較好、一般、較差的路段函數(shù)。

工程經(jīng)濟(jì)目標(biāo)函數(shù)（y2）以費(fèi)用高低為依據(jù)得出，在公路路線平面方案形成以后，再以GIS中的數(shù)據(jù)為依據(jù)擬定，縱斷面方案，然后就可以計(jì)算出相關(guān)的費(fèi)用數(shù)據(jù)了，例如土石費(fèi)和防護(hù)占地費(fèi)等等。

地災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的目標(biāo)函數(shù)用y3來(lái)表示，在傳統(tǒng)的優(yōu)化模式中，該函數(shù)也是以地災(zāi)治理費(fèi)的高低作為度量標(biāo)準(zhǔn)的，地災(zāi)治理費(fèi)能夠有效的反映出地災(zāi)發(fā)生的情況，由此對(duì)多個(gè)方案進(jìn)行綜合效益方面的比較。需注意的是，在采用多目標(biāo)算法時(shí)，可以將地災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)值作為進(jìn)行目標(biāo)函數(shù)評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 算法設(shè)計(jì)和遺傳算子設(shè)計(jì)

目前，多目標(biāo)遺傳算法被廣泛的應(yīng)用，尤其是其中的NSGA-Ⅱ。所以我們?cè)谶@里就以多目標(biāo)遺傳算法中的NSGA-Ⅱ?yàn)榛A(chǔ)來(lái)進(jìn)行公路路線選擇的探討，同時(shí)對(duì)遺傳算子在設(shè)計(jì)上存在的問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)單的闡述。在應(yīng)用多目標(biāo)遺傳算法時(shí)，計(jì)算機(jī)將隨機(jī)形成初始?xì)w類(lèi)，然后再進(jìn)行二次篩選，從而產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)方案。將初始方案與新方案相結(jié)合在形成一個(gè)新的方案，在針對(duì)新方案進(jìn)行篩選，之后再對(duì)其中的某個(gè)邊界集的單個(gè)方案進(jìn)行選擇。從而建立起一個(gè)偏序集，再選取其中的一個(gè)個(gè)體方案與之前的方案進(jìn)行組合。所以為使公路路線在選擇時(shí)避開(kāi)不好的地質(zhì)地形和經(jīng)濟(jì)效益相對(duì)較低的地區(qū)，一定要合理選擇公路路線。

3 結(jié)束語(yǔ)

在建立了路線智能優(yōu)化系統(tǒng)的模型以后，在很大程度上改善了路線優(yōu)化過(guò)程中存在的模糊性和不確定性的問(wèn)題。提出的基于GIS的空間數(shù)據(jù)挖掘算法，也在一定程度上解決了路線智能優(yōu)化中信息決策問(wèn)題。而建立路線多目標(biāo)優(yōu)化模型，對(duì)克服單目標(biāo)優(yōu)化中存在的片面性和實(shí)用性上也起到很大的作用。所以對(duì)公路路線智能優(yōu)化的方法進(jìn)行深入研究是非常有必要的。