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

關(guān)鍵詞：選線優(yōu)化；道路設(shè)計(jì)；交通規(guī)劃

選線是道路設(shè)計(jì)中的最根本問題，一方面，其關(guān)系著道路所產(chǎn)生的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益，另一方面，其對(duì)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(shè)計(jì)中的交通規(guī)劃作為主要研究對(duì)象，通過對(duì)道路選線的原則進(jìn)行闡述，并結(jié)合道路選線的相關(guān)步驟，建立了道路選線優(yōu)化的兩類模型，進(jìn)而對(duì)基于道路設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)與交通規(guī)劃的道路選線原則

根據(jù)國(guó)內(nèi)外多年來的道路設(shè)計(jì)和交通規(guī)劃的經(jīng)驗(yàn)，可將道路選線的原則歸結(jié)為如下幾點(diǎn)：（1）技術(shù)性。在進(jìn)行道路選線時(shí)，需要將先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)進(jìn)行充分利用，進(jìn)而分析出當(dāng)前選線方案的不合理之處并加以完善和補(bǔ)充，提高選線方案的科學(xué)性。（2）安全性與舒適性。選線方案的設(shè)計(jì)應(yīng)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(chǔ)上，盡可能滿足人們對(duì)駕駛舒適性的要求，從而有效增加道路選線的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益；（3）少占農(nóng)田的原則。在進(jìn)行道路選線的方案設(shè)計(jì)時(shí)，要將道路用地與農(nóng)田用地進(jìn)行綜合考慮，本著盡量少占或不占農(nóng)田的原則進(jìn)行道路設(shè)計(jì)，以避免引起道路建設(shè)與環(huán)境保護(hù)的沖突；（4）對(duì)水文地質(zhì)條件的全方位考慮。在進(jìn)行道路選線時(shí)，要將水文地質(zhì)條件等充分考慮進(jìn)去，應(yīng)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(xué)性；（5）協(xié)調(diào)性。道路選線應(yīng)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(jìn)行施工設(shè)計(jì)時(shí)可以較好地滿足環(huán)境發(fā)展對(duì)道路建設(shè)的要求，并對(duì)沿途的歷史文物采取相應(yīng)的保護(hù)措施，從整體上提高道設(shè)與環(huán)境的協(xié)調(diào)性。

2 基于道路設(shè)計(jì)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(duì)道路的起點(diǎn)與終點(diǎn)進(jìn)行初步確定，根據(jù)起點(diǎn)和終點(diǎn)之間的距離進(jìn)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(gè)特殊的點(diǎn)（特殊建筑物、城市等），將其作為道路建設(shè)過程中的控制點(diǎn)。

2.2 逐段安排

在對(duì)道路的基本走向進(jìn)行確定后，將走向中相鄰的控制點(diǎn)分成不同的段落，并在結(jié)合道路等級(jí)與道路周邊地理環(huán)境和地形的基礎(chǔ)上，對(duì)兩個(gè)相鄰控制點(diǎn)之間的道路進(jìn)行明確規(guī)劃，進(jìn)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(wù)后，需要對(duì)道路進(jìn)行具體定線。所謂具體定線是指對(duì)初步確定的道路路線進(jìn)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(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，并確定出整個(gè)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(shè)計(jì)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(shè)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(shè)的地形圖、所建道路周邊的地質(zhì)圖等與選線優(yōu)化相關(guān)的圖形資料進(jìn)行數(shù)字化，通過GIS軟件建立不同因素之間的空間關(guān)系，進(jìn)而找出各部分資料之間的聯(lián)系，以確定出各個(gè)因素對(duì)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(duì)可能影響道路選線方案的多重因素進(jìn)行分析，并借助GIS的對(duì)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(jìn)行空間疊加，并對(duì)道路緩沖區(qū)的緩沖模型進(jìn)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(jìn)行疊加計(jì)算。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，確定各因素對(duì)道路選線的影響信息，例如農(nóng)田因素可能對(duì)道路的寬窄產(chǎn)生影響、大型建筑的存在可能要求設(shè)計(jì)部門延長(zhǎng)道路長(zhǎng)度等，進(jìn)而選出與當(dāng)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(chǔ)存到GIS系統(tǒng)中，同時(shí)，在對(duì)道路沿途的地貌及地形特征進(jìn)行充分分析的基礎(chǔ)上，建立與之對(duì)應(yīng)的公路帶狀數(shù)字高程模型—DEM。然后，再對(duì)所需設(shè)計(jì)道路的變坡點(diǎn)位置、交點(diǎn)位置以及坡度大小進(jìn)行統(tǒng)一確定，進(jìn)而通過計(jì)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(chǔ)。

建立一個(gè)完整且良好的選線模型，可以充分利用GIS對(duì)特征數(shù)據(jù)的分析功能。通過對(duì)影響道路選線的各因素?cái)?shù)據(jù)文件進(jìn)行修改或刪除，進(jìn)而分析當(dāng)前選線方案的合理性。同時(shí)，也可以根據(jù)具體的分析結(jié)果總結(jié)出可能對(duì)道路選線產(chǎn)生影響的因素，并對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，進(jìn)而得出有利于選線分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)信息傳輸和存儲(chǔ)的效率。由于GIS系統(tǒng)對(duì)相關(guān)因素的輸出結(jié)果具有較強(qiáng)的靈活性，因此，可根據(jù)對(duì)道路設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響的多方面因素，將結(jié)果以圖、表的形式進(jìn)行表達(dá)，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(biāo)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(yīng)用的技術(shù)有關(guān)，而且也與地理地貌、環(huán)境保護(hù)政策等其他復(fù)雜因素息息相關(guān)。在道路選線時(shí)，若配合多目標(biāo)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(xué)性。

3.2.1 備選方案構(gòu)造。備選方案主要是以方案網(wǎng)絡(luò)圖進(jìn)行描述的，在選定路線方案的基礎(chǔ)上，建立備選方案的網(wǎng)絡(luò)圖，在途中分別標(biāo)出道路的起點(diǎn)與終點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)集，v1表示起點(diǎn)，vn表示終點(diǎn)；A=aij為弧集，規(guī)定頂點(diǎn)為v1，終點(diǎn)為vn的道路弧用aij表示。弧權(quán)集和與頂點(diǎn)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(gè)備選方案，通過此式可將道路設(shè)計(jì)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(biāo)函數(shù)：minF（x）=（f1（x），f2（x），f3（x）...fj（x）...fp（x））。式中fj（x）代表第j個(gè)目標(biāo)函數(shù)，其與道路選線中的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境指標(biāo)相對(duì)應(yīng)；目標(biāo)（函數(shù)）個(gè)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(duì)應(yīng)，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(shè)定為x1=0或x1=1且a1∈A。通過建立此模型，對(duì)地理地貌、環(huán)境保護(hù)政策等非線性道路選線因素進(jìn)行合理分析，進(jìn)而選出最佳的選線方案。

4 結(jié)束語

通過對(duì)道路選線的安全性與協(xié)調(diào)性等原則進(jìn)行闡述，在分析其選線辦法的基礎(chǔ)上，分別建立了多目標(biāo)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(duì)模型模型的分析可知，在進(jìn)行基于道路設(shè)計(jì)與交通規(guī)劃的選線優(yōu)化時(shí)，需要在充分利用先進(jìn)科學(xué)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(duì)選線模型的優(yōu)化工作，進(jìn)而從整體上提高道路選線的科學(xué)性，使道路設(shè)計(jì)和交通規(guī)劃可以產(chǎn)生更多的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

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

作者簡(jiǎn)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(cè)設(shè)計(jì)工作。本科學(xué)歷，土木工程（道路與橋梁）專業(yè)。