第一講公路選線自動化緒論學(xué)習(xí)資料

公路選線自動化發(fā)展概況楊宏志主要內(nèi)容公路選線自動化研究的主要內(nèi)容國內(nèi)外發(fā)展概況與展望主要參考資料公路計算機(jī)輔助工程.朱照宏.人民交通出版社.線路工程信息技術(shù).易思蓉.中國鐵道出版社道路勘測設(shè)計軟件開發(fā)與應(yīng)用指南.朱照宏等.人民交通出版社公路計算機(jī)輔助設(shè)計.符鋅砂.人民交通出版社鐵路規(guī)劃與機(jī)助設(shè)計.鄧域才.中國鐵道出版社.工程決策中的綜合優(yōu)化.王柢王大壽著.西南交通大學(xué)出版社.鐵路選線設(shè)計的現(xiàn)代理論和方法.詹振炎等著.中國鐵道出版社.本課程的主要內(nèi)容公路選線理論與方法路線方案選擇平原區(qū)選線山嶺區(qū)選線特殊地區(qū)選線公路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集與管理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集技術(shù)概述數(shù)字高程模型原理與應(yīng)用GIS原理及其在公路選線中的應(yīng)用公路路線優(yōu)化與設(shè)計技術(shù)基于GIS和GA的公路自動選線智能化公路幾何設(shè)計技術(shù)基于多目標(biāo)的路線選線與設(shè)計公路路線方案評價技術(shù)基于多屬性的公路路線方案評價基于計算機(jī)仿真方法的公路路線方案評價公路選線特點從決策的角度看，公路選線具有如下特點：（1）公路選線問題屬多目標(biāo)決策問題，即問題中的方案沒有事先給定，決策者要考慮如何在有限資源的限制條件下，找到一個最佳方案，具有目標(biāo)間的不可公度性和目標(biāo)間的矛盾性的特點。（2）公路設(shè)計目標(biāo)和設(shè)計指標(biāo)存在著模糊性。（3）公路選線知識的不確定性。公路選線自動化研究的主要內(nèi)容主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的綜合優(yōu)化技術(shù)選取技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)作為設(shè)計變量，建立設(shè)計變量與工程經(jīng)濟(jì)之間的定量關(guān)系數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用數(shù)值優(yōu)化方法進(jìn)行求解，獲得技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的最優(yōu)組合。目標(biāo)函數(shù)的計算模型（靜態(tài)模型、動態(tài)模型）主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與工程經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)模型優(yōu)化方法公路選線自動化研究的主要內(nèi)容路線多目標(biāo)與多屬性決策技術(shù)路線方案的自動產(chǎn)生與優(yōu)化技術(shù)（多目標(biāo)決策）目標(biāo)函數(shù)問題（經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、安全、地質(zhì)等）優(yōu)化算法（動態(tài)規(guī)劃法、梯度投影法、遺傳算法）路線平面方案的自動產(chǎn)生及優(yōu)化路線縱斷面方案的自動產(chǎn)生及優(yōu)化路線多目標(biāo)方案比選（多屬性決策）決策指標(biāo)的確定決策方法的選擇公路選線自動化研究的主要內(nèi)容計算機(jī)輔助公路幾何設(shè)計技術(shù)公路幾何設(shè)計過程模型（設(shè)計支持與幫助）線形組合、設(shè)計參數(shù)的自動推薦設(shè)計參數(shù)與設(shè)計目標(biāo)關(guān)系模型公路幾何設(shè)計計算與繪圖模型公路三維視景仿真模型國內(nèi)外發(fā)展概況與展望主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的綜合優(yōu)化前蘇聯(lián)A.B.高林諾夫教授采用試驗定線法確定坡度標(biāo)準(zhǔn)，建立坡度與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的函數(shù)關(guān)系，尋找對應(yīng)最佳經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的限制坡度值。西南交通大學(xué)王柢教授于1984年在“工程設(shè)計思想與鐵路標(biāo)準(zhǔn)的綜合優(yōu)化中”首次提出鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)綜合優(yōu)化的思想。其后，西南交通大學(xué)馬煒、王齊榮等人對其進(jìn)行了完善和發(fā)展，詳見《線路工程》。公路部門對主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的確定以標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范為準(zhǔn)繩，結(jié)合經(jīng)驗確定，沒有定量的模型和方法。國內(nèi)外發(fā)展概況與展望路線方案的自動生成縱斷面優(yōu)化技術(shù)（以經(jīng)濟(jì)為目標(biāo)）西南交通大學(xué)鄧域才、長沙鐵道學(xué)院詹振炎等提出的梯度投影法以得到較為廣泛的應(yīng)用公路部門主要有動態(tài)規(guī)劃法、遺傳算法，處于停滯狀態(tài)。平面優(yōu)化技術(shù)平面優(yōu)化涉及到的因素較多，因此技術(shù)并不成熟。鐵路部門提出的梯度投影法朱照宏提出的動態(tài)規(guī)劃法馬里蘭大學(xué)提出的遺傳算法國內(nèi)外發(fā)展概況與展望路線方案決策技術(shù)專家評議建立評價體系或決策體系進(jìn)行評價目前研究的路線方案決策是基于效用最大化的排序型決策結(jié)構(gòu)，企圖實現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)的決策決策目標(biāo)與決策指標(biāo)關(guān)系并不清晰，如安全性與幾何要素的關(guān)系利用計算機(jī)提供決策信息輔助設(shè)計者決策存在的主要問題（1）從設(shè)計模型來看，傳統(tǒng)CAD系統(tǒng)是以幾何模型為主的，以參數(shù)化技術(shù)為核心，幾何尺寸的約束關(guān)系是CAD模型的驅(qū)動力，所處理的問題是用精確的數(shù)學(xué)模型描述的，具有確定解答的問題，即所謂結(jié)構(gòu)化問題。模型將設(shè)計中的計算和繪圖過程集成和自動化，以完成準(zhǔn)確快速計算和方便的幾何交互設(shè)計為設(shè)計目的，設(shè)計知識的獲取和設(shè)計決策等工作則只能由設(shè)計者依靠經(jīng)驗完成。（2）從設(shè)計目標(biāo)來看，在路線優(yōu)化設(shè)計中，多數(shù)研究成果以工程造價或土石方工程量作為目標(biāo)函數(shù)，由于工程經(jīng)濟(jì)已不是確定路線方案的決定性因素，造成這些研究成果難以得到實際應(yīng)用。對于采用權(quán)值將多目標(biāo)優(yōu)化轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)優(yōu)化的做法，存在權(quán)值難以確定和部分目標(biāo)難以用統(tǒng)一的指標(biāo)量化等缺陷，同樣得不到滿意的結(jié)果（例如很難用金錢來度量交通事故造成的損失和社會影響，也就不能用權(quán)值來度量交通安全與工程經(jīng)濟(jì)的關(guān)系）。目前的公路CAD系統(tǒng)，受設(shè)計模型的限制，只是完成計算與繪圖的工具，只能借助設(shè)計者經(jīng)驗協(xié)調(diào)設(shè)計目標(biāo)的關(guān)系。（3）從設(shè)計方法來看，路線優(yōu)化設(shè)計并不能提供一個協(xié)調(diào)各設(shè)計目標(biāo)的滿意方案，因此路線設(shè)計方法是通過試湊法，即設(shè)計人員借助CAD系統(tǒng)交互計算和繪圖模型，有時是在優(yōu)化設(shè)計成果的基礎(chǔ)上，根據(jù)自身經(jīng)驗，初步擬定多個設(shè)計方案和設(shè)計參數(shù)，然后進(jìn)行方案優(yōu)選確定折衷方案。由于設(shè)計人員自身經(jīng)驗和素質(zhì)的限制，加之CAD系統(tǒng)能夠提供給設(shè)計人員的輔助信息非常匱乏，能夠完成的工作量有限。試湊法本質(zhì)上是局部解空間內(nèi)的窮舉法，很難達(dá)到系統(tǒng)最優(yōu)的目的，往往遺漏優(yōu)秀設(shè)計方案。（4）從對設(shè)計過程支持來看，傳統(tǒng)CAD系統(tǒng)一方面缺乏對設(shè)計環(huán)境知識的集成，CAD系統(tǒng)由于其自身缺陷，缺乏對空間數(shù)據(jù)的有效管理，無法提供路線設(shè)計過程中所必需的地形、地質(zhì)、水文等信息，同時缺乏有效的空間知識挖掘機(jī)制，無法有效的分析自然社會條件（空間數(shù)據(jù)）與路線方案間的相互影響，只能依靠設(shè)計人員的經(jīng)驗。另一方面缺乏對領(lǐng)域?qū)＜抑R的集成，在諸如方案產(chǎn)生、比選、決策等關(guān)鍵設(shè)計環(huán)節(jié)，設(shè)計人員得不到CAD系統(tǒng)的支持，只能由設(shè)計人員根據(jù)經(jīng)驗完成，而由于設(shè)計人員水平差異，設(shè)計質(zhì)量也參差不齊。（5）從設(shè)計方案決策方式看，公路設(shè)計方案決策主要依靠個人經(jīng)驗和專家評議，鑒于目前公路設(shè)計目標(biāo)與設(shè)計指標(biāo)之間的關(guān)系并不完全清晰，設(shè)計人員很難定量說明某一設(shè)計指標(biāo)的采用對交通安全、生態(tài)環(huán)保等設(shè)計目標(biāo)的影響程度。因而各專家根據(jù)自己的經(jīng)驗和對設(shè)計目標(biāo)的