本文从交通规划与道路设计两方面的理论出发,研究探讨道路选线问题,并提出了一个基于路网结构的道路选线优化模型。本研究旨在提升交通规划理论在道路选线中的应用价值,为道路设计工作者和相关领域的研究者提供新的思路和方法,以使在道路选线工作中能够更加高效,科学,准确地找寻到最优的新建道路空间线形方案。 本模型是在新建道路的起、终点给定的条件下,确定一个效益与费用比最佳的道路空间线形方案的优化问题。该模型以地理信息系统为平台,采用矢量图的方式存储了目标区域的道路交通网络、数字高程模型,以及自然地表特征等信息,在此基础上,采用遗传算法求解。 在地理信息系统中,首先,根据控制点的不同,随机生成新建道路空间线形候选方案的集合,并自动详细设计每一个候选方案的平面线形和纵断面线形。接着,一方面候选方案改变了道路交通网络的拓扑结构,先对变化的路网进行自动拓扑,再通过交通量分配得到OD交通在新路网上的走行时间和交通流特征,计算整个网络的OD交通的走行时间和环境负荷,将它们与原有路网的走行时间和环境负荷相比较,计算得到候选方案诱发的整个路网的OD交通的走行时间和环境负荷的减少,将二者累加作为候选方案的总效益;另一方面计算候选方案本身导致的各项工程费用,包括基本建设费用、土石方填挖费用、占用绿地湿地费用、建筑物拆迁费用以及可能存在的桥梁隧道的建设费用,将以上各部分费用累加求和作为候选方案的总费用。另外,在GIS中自动化道路线形设计无法完全满足道路设计规范的所有限制,采用惩罚函数加以弥补。 在遗传算法中,将候选方案作为种群人口,每个方案中的控制点作为人口染色体中的基因,将方案的效益、费用和惩罚函数值三者设计为人口的适应度值。初始化种群人口,计算人口的适应度值,经过选择、交叉和变异,以及保优策略,逐代进化,达到终止条件,得到一个最佳的新建道路的空间线形方案。 一个数字试验被用来检验模型,并证实了该模型在解决道路选线问题上的可行性和有效性。