[发明专利]一种包含土石方调配的公(铁)路纵断面自动构建方法

说明书

本发明公开了一种考虑土石方调配的公(铁)路纵断面自动生成方法。在线路平面位置已定的条件下，建立了考虑土石方调配的纵断面自动构建的切割线模型。该模型在纵断面自动构建的过程中，将土石方调配的费用纳入纵断面计算模型，能合理区分桥隧位置和土石方调配段位置，解决了传统纵断面优化模型中土石方费用只能包括填挖方费用而不能考虑土石方运输费用的问题。此外，建立的纵断面自动构建的切割线模型，能自动根据地形起伏自适应地确定变坡点位置，最终获得优化后的纵断面设计方案。

技术领域

本发明涉及公路或铁路的纵断面设计领域，特别是一种考虑土石方调配的纵断面自动生成模型的构建方法。

背景技术

既有的公(铁)路设计纵断面的自动生成方法是计算各桩的填挖量，将此填挖量总和作为优化的目标。这种方法使得生成的纵断面在一定程度上考虑了土石方量的减少，然而，这里涉及的土方量没有顾及填方还是挖方，更没有考虑填挖的调配及运输费用，如文献[Hare,Warren；Lucet,Yves；Rahman,Faisal.A mixed-integer linear programmingmodel to optimize the vertical alignment considering blocks and side-slopesin road construction.EUROPEAN JOURNAL OF OPERATIONAL RESEARCH(241)2015，631-641]。而实际上，即使是相同的填挖方量，其取弃土位置不同，运输费用则不同。这导致自动生成的纵断面的结果并没有使得费用真正地实现最小化这一目的，因为只有顾及了土石方运输距离的整体调配的设计纵断面才真正全面地使得土石方费用最小。此外，既有的纵断面自动生成方法通常是采用地面拟合等方法进行前处理，以事先给出初步的变坡点位置，如文献[Hare,W；Hossain.S.Models and strategies for efficiently determining anoptimal vertical alignment of roads.COMPUTERSOPERATIONS RESEARCH.(44)2014，161-173],而本发明提供的模型构建方法能一次性地同时确定坡段分段及坡度。

发明内容

本发明构建了一种考虑土石方调配的自动生成公(铁)路纵断面的混合整数非线性规划模型，在纵断面自动设计时考虑了土石方调配，目的在于考虑更加全面且符合实际的费用目标，以实现费用的真正最小化，同时能自动确定纵断面的分坡位置。

一种考虑土石方调配的公(铁)路纵断面自动生成模型，首先确定切割线初始位置得到纵断面方案，然后建立目标函数，并将土石方调配模型引入该目标函数，再依据设置的约束条件，利用优化算法对建立的纵断面切割线混合整数规划模型进行求解，获得以考虑调配费用最小为目标的最优纵断面。

所述的考虑土石方调配的自动生成公(铁)路纵断面的切割线模型，主要通过以下步骤建立：

步骤一：确定各切割线的初始位置。

纵断面切割线模型以平面导向线增大方向为x轴，高程增大方向为z轴建立直角坐标系。线路起点为S(x_s,z_s),线路终点为E(x_E,z_E),起终点间的总里程为LC_p。纵断面的初始变坡点数为n_z(n_z包含起终点)，G₁,G₂,…,G_nz分别为n_z根垂直于x轴的切割线，将平面里程等分为n_z-1段。为坐标系中起终点连线，Z₁,Z₂,…,Z_nz为各切割线与的相交点，变坡点BPD₁,BPD₂,…,BPD_nz分别位于切割线G₁,G₂,…,G_nz上，相邻两切割线之间的初始距离为：