公路几何线型优化设计的有效策略

李鸿玮

摘 要：本文首先对运行速度进行了简要说明，然后以此为基础分析了公路几何线型设计的原理、方法、步骤，旨在促进公路几何线型设计的质量和效率。

关键词：公路几何;线性设计;策略

一、前言

在公路工程设计中，公路几何线型设计有着重要作用，它影响着公路的桥涵、互通立交桥等的规模以及工程造价，决定着汽车行驶的安全、道路通行能力等。因此研究公路几何线型优化设计的有效策略十分必要。

二、运行速度

公路曲线半径、曲线参数、几何单元长度、超高、车道尺寸等都是公路几何线型设计的内容[1]。我国的公路几何线型设计使用的是设计速度法。具体来说，首先要对公路的功能、地形、交通等进行确切了解，把公路的设计速度确定下来，进而再以设计速度为依据去确定公路的几何线性，经过一系列验算、检验，完成最后的设计方案。设计速度是重要的技术标准，它决定着线型设计的最低标准是什么，它的这种限定可以确保公路预期运行速度的实现。然而这种运行方法也存在着一定的不足，在公路几何线型的连续性、均衡性等方面考虑不充分，实际运行速度与设计运行速度之间的差异以及相邻路段运行速度的差异等都会导致公路运行的安全与舒适度下降。

当前国内外通常是以运行速度为公路几何线型评价的指标。例如美国AASHTO的公路线型设计政策中，把运行速度作为评价公路的线型设计质量的指标之一，而在澳大利亚、瑞典等国家也逐渐加强了对运行速度的重视。2004年，我国交通部出台了《公路项目安全性评价指南》中把运行速度规定为对公路线型的连续性、安全性进行评价的重要指标。

三、遗传算法

遗传算法的基础是以遗传、自然选择等为主要内容的生物进化原理，它常常用于解决计算数学中的最优化问题[2]。在这一算法中，待优化问题叫做染色体，计算机随机生成的大量解叫做优化过程的父代，所有染色体的适应度要根据适应度函数进行计算。染色体的适应度高，说明它优秀，它遗传到下一代的可能性就比较大，计算完所有染色体的适应度之后，对它们进行交叉和变异，产生子代，然后计算子代中所有染色体的适应度，完毕之后选择遗传，直到最优解产生。

四、优化模型

在遗传算法这一理论的基础上，使公路几何线型设计成为抽象的数学模型，因为这样有助于计算机运算，从而以最快速度获得准确的最优解。创建优化模型时，首先把初步设计好的公路线型划分成直线段、平曲线、弯坡组合段、纵坡段。然后把每个线型段的计算参数

组合成优化问题的初{{is，Ss}1，{R， Rpcnow，Rpcfront}m，{idcnow1，idcnow2，I，Rdcnow，Rdcfront}}。

其中S为长度，i为坡度，R为曲线半径，它们的变化量分别是△S、△i、△R，随机生成N组个数是k+2l+3m+5n的整数矩阵。接着创建有N个染色体的父代，{{S1 +}k，{i2+n△+}1，{RPcback+Rpcnow+ Rpcfront+}m，{idcnow1+，idcnow2+Rdcback+，Rdcnow+，Rdcfront+n}n}父代染色体说明了有N条公路线型，依次对每个线型段的运行速度进行计算，计算完之后用相关标准进行评判，路段的运行速度之差或者运行速度与设计速度之差越小，则适应度的值就越大，依次计算N个染色体的适应度，同时与所使用的相应的整数矩阵进行对应。把适应度高的整数矩阵予以保留，把适应度低的整数矩阵交叉、变异，使之生成新一代整数矩阵，产生新的染色体，接着依次计算新的染色体的适应度[3]。NR为进化代数，α是适应度收敛判断阀值。如果连续几代最大适应度之差小于α或者进化的总代数是NR，那么就停止进行优化算法。

五、优化步骤

因为受到多种因素的影响，我国在进行公路几何线型设计时，还无法完全使用运行速度，然而可以使用本文中的遗传算法优化方案对以运行速度为重要指标的公路几何线型进行优化设计。首先是进行充分地调查，把将要修建的公路的设计速度Vd确定下来，以设计速度Vd为依据，按照当前所使用的设计方法与规范把道路的平线型、纵线型以及横线型都确定下来。按照线型分段标准，把初步设计的公路线型分段，具体可以分成直线段、平线段、弯曲组合段、纵坡段，然后利用遗传算法程序优化所有公路的线型，优化完之后要检查一下结果与地形、地物等是否相符合。最后按照获得的最优公路几何线型，将平曲超高、视距等技术指标确定下来。

六、结语

设计速度是我国进行公路设计的重要指标，为了有效解决它所存在的问题，通过运行速度的验算方法对设计速度进行优化，然而目前还没有达到应有的效果。文本通过对遗传优化算法等的介绍为我国公路几何线型设计提供了新的思路。

参考文献：

[1]魏军.基于运行速度的公路几何线型优化设计探讨[J].北方交通，2011（4）：43-46.

[2]吴丽丽.运行速度在公路路线优化设计中的应用[J]. 交通标准化，2013（3）：105-107.

[3]尹健标.关于公路路面排水几何优化设计分析[J].城市建设理论研究：电子版， 2014（7）：11-12.