选线优化在道路设计中的交通规划研究

摘 要：近年来，经济和科技的发展为我国道路设计和交通规划提供了必要的物质条件，作为道路设计与交通规划过程中所应用到的重要方法，选线优化不仅关系着道路的整体建设水平，而且对于城市交通的规划也具有重要影响。通过对基于道路设计与交通规划的道路选线原则进行分析，在结合其选线方法的基础上，以建立道路选线优化模型的方法对选线优化在道路设计中的交通规划展开了深入探讨。

关键词：选线优化；道路设计；交通规划

选线是道路设计中的最根本问题，一方面，其关系着道路所产生的社会效益与经济效益，另一方面，其对于路线在道路网中的作用也具有重要影响。以选线优化在道路设计中的交通规划作为主要研究对象，通过对道路选线的原则进行阐述，并结合道路选线的相关步骤，建立了道路选线优化的两类模型，进而对基于道路设计与交通规划的道路选线方法做出了具体研究。

1 基于道路设计与交通规划的道路选线原则

根据国内外多年来的道路设计和交通规划的经验，可将道路选线的原则归结为如下几点：（1）技术性。在进行道路选线时，需要将先进的科学技术进行充分利用，进而分析出当前选线方案的不合理之处并加以完善和补充，提高选线方案的科学性。（2）安全性与舒适性。选线方案的设计应以缩小工程量为主，并在保证车辆的行驶具有较高安全性的基础上，尽可能满足人们对驾驶舒适性的要求，从而有效增加道路选线的经济效益与社会效益；（3）少占农田的原则。在进行道路选线的方案设计时，要将道路用地与农田用地进行综合考虑，本着尽量少占或不占农田的原则进行道路设计，以避免引起道路建设与环境保护的冲突；（4）对水文地质条件的全方位考虑。在进行道路选线时，要将水文地质条件等充分考虑进去，应尽量降低所选路线经过沙漠、冻土和沼泽的可能性，从整体上提高道路选线的科学性；（5）协调性。道路选线应充分尊重人与自然协调发展的战略方针，确保所选取路线在进行施工设计时可以较好地满足环境发展对道路建设的要求，并对沿途的历史文物采取相应的保护措施，从整体上提高道设与环境的协调性。

2 基于道路设计与交通规划的道路选线方法

2.1 全面布局

所谓全面布局是指先对道路的起点与终点进行初步确定，根据起点和终点之间的距离进而确定道路的基本走向。在确定道路基本走向后，再在其中确定几个特殊的点（特殊建筑物、城市等），将其作为道路建设过程中的控制点。

2.2 逐段安排

在对道路的基本走向进行确定后，将走向中相邻的控制点分成不同的段落，并在结合道路等级与道路周边地理环境和地形的基础上，对两个相邻控制点之间的道路进行明确规划，进而确定最终出路线带[4]。

2.3 具体定线

在完成道路选线的全面布局和逐段安排的工作任务后，需要对道路进行具体定线。所谓具体定线是指对初步确定的道路路线进行加密，在综合考虑道路的纵、横、平及其技术条件和周边环境的基础上，对其进行综合设计，并确定出整个道路路线的具体位置。

3 道路选线的优化模型

3.1 基于GIS技术的道路选线

基于GIS技术的道路选线的设计方法总结如下：基于GIS技术的道路选线模型主要分为两种，一方面是基于单因素条件下的道路选线分析模型。为了使道路建设免受自然条件、人为失误等不利因素的影响，需要将道路建设的地形图、所建道路周边的地质图等与选线优化相关的图形资料进行数字化，通过GIS软件建立不同因素之间的空间关系，进而找出各部分资料之间的联系，以确定出各个因素对道路选线的影响。

另一方面则是建立道路选线的多因素分析模型。利用地理信息系统对可能影响道路选线方案的多重因素进行分析，并借助GIS的对地理环境的空间分析功能，建立道路选线的缓冲区模型[5]。首先，将影响道路选线的多重因素进行空间叠加，并对道路缓冲区的缓冲模型进行系统分析。其次，将道路缓冲模型同基于单因素的道路选线模型相结合，进行叠加计算。根据计算结果，确定各因素对道路选线的影响信息，例如农田因素可能对道路的宽窄产生影响、大型建筑的存在可能要求设计部门延长道路长度等，进而选出与当前道路选线方案最为合理的特征信息。再次，将所选出的特征信息作为新的信息层储存到GIS系统中，同时，在对道路沿途的地貌及地形特征进行充分分析的基础上，建立与之对应的公路带状数字高程模型—DEM。然后，再对所需设计道路的变坡点位置、交点位置以及坡度大小进行统一确定，进而通过计算得出道路缓和曲线和圆曲线的最小半径，最终確定出公路的填挖方向，以便为后续的选线综合分析打下良好基础。

建立一个完整且良好的选线模型，可以充分利用GIS对特征数据的分析功能。通过对影响道路选线的各因素数据文件进行修改或删除，进而分析当前选线方案的合理性。同时，也可以根据具体的分析结果总结出可能对道路选线产生影响的因素，并对其进行统计，进而得出有利于选线分析的基础数据，提高数据信息传输和存储的效率。由于GIS系统对相关因素的输出结果具有较强的灵活性，因此，可根据对道路设计产生影响的多方面因素，将结果以图、表的形式进行表达，并最终描绘出道路断面图、道路影响因素的属性表以及道路选线的影响要素图等。

3.2 基于多目标非线性的道路选线优化模型

由于道路的选线优化不仅与其所应用的技术有关，而且也与地理地貌、环境保护政策等其他复杂因素息息相关。在道路选线时，若配合多目标的非线性优化函数，则可以大幅提高道路选线的合理性与科学性。

3.2.1 备选方案构造。备选方案主要是以方案网络图进行描述的，在选定路线方案的基础上，建立备选方案的网络图，在途中分别标出道路的起点与终点。网络图建立的具体公式如下：D=（V，A，W，U），其中V=v1，v2、v3...vn表示顶点集，v1表示起点，vn表示终点；A=aij为弧集，规定顶点为v1，终点为vn的道路弧用aij表示。弧权集和与顶点权集分别用W和U表示。而从v1到vn的有向线路则用D表示，即D=（V，A，W，U）为一个备选方案，通过此式可将道路设计过程中所有线路的备选方案全部找出。

3.2.2 优化模型的建立。建立如下所示的目标函数：minF（x）=（f1（x），f2（x），f3（x）...fj（x）...fp（x））。式中fj（x）代表第j个目标函数，其与道路选线中的技术、经济与环境指标相对应；目标（函数）个数为P，x为弧权集矩阵A的维列向量。其中x的分量x1与a1呈弧对应，且x1∈[0，-1]。以方案的可行性作为其约束条件，具体表现形式如下：gi（x）≥0，i=1，2，3....m，将变量的取值约束设定为x1=0或x1=1且a1∈A。通过建立此模型，对地理地貌、环境保护政策等非线性道路选线因素进行合理分析，进而选出最佳的选线方案。

4 结束语

通过对道路选线的安全性与协调性等原则进行阐述，在分析其选线办法的基础上，分别建立了多目标非线性的道路选线模型与基于GIS技术的道路选线模型。通过对模型模型的分析可知，在进行基于道路设计与交通规划的选线优化时，需要在充分利用先进科学技术、缩小工程量和保证驾驶的安全性与舒适度的前提下，以全面布局、逐段安排和具体定线为方法全面开展对选线模型的优化工作，进而从整体上提高道路选线的科学性，使道路设计和交通规划可以产生更多的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]王歆.基于GIS技术的西北地区山地城市道路优化设计初探[D].西安建筑科技大学，2013.

[2]陆继起.基于丘陵地形的中小城市道路网规划研究[D].湖南大学，2013.

[3]汪莹.基于安全服务水平的城市道路交叉口交通安全评价方法研究[D].南京林业大学，2013.

作者简介：张胜雨（1982-），男，沧州双盛公路工程咨询有限公司，主要从事道路与桥梁勘测设计工作。本科学历，土木工程（道路与桥梁）专业。