[发明专利]一种机场跑道地势土方量寻优方法

说明书

本发明涉及一种机场跑道地势土方量寻优方法，该方法基于差分进化算法，以机场跑道中心线为基准建立机场设计地势面，将算法中逐个步骤的参数赋值为机场地势设计过程中的相应参数：地形条件、场址面域范围，在约束条件内生成一定数量的跑道地势方案，通过以下步骤：初代种群建立、个体突变、个体交叉与选择、个体适应值评判实施进行。本发明可利用权重系数，实现人工对输出方案中不同类型土方(总土方量或净土方量)的影响控制，增加了最优方案的可选评价因素，完善了方案的最优评价方法。

技术领域

本发明属于土方量寻优方法技术领域，尤其是涉及一种机场跑道地势土方量寻优方法技术领域。

背景技术

地势设计是机场设计中的关键部分之一，合理的地势设计可以减少工程土方量，降低工程投资，而且前期合理较优的地势设计可以减少后期局部变动带来的修改，避免“牵一发而动全身的”局面出现，进而提高设计效率。跑道地势面中，单个点的细微调整不仅带来整个面域范围内总土方量的变化，对于净土方量的影响更加难以估量甚至量化。目前机场设计中的机场跑道土方量的优化多基于人工在有限数量的方案中进行局部优化，往往需要大量人力与时间，且优化过程难以兼顾总土方量与净土方量，故需要配备较多的地势设计人员，且效率较低下。

发明内容

针对上述问题，利用数字化方法建立一种基于差分进化算法的机场跑道地势土方量寻优方法，在个体适应值评判阶段，增设用于评判土方总量与净方的权重系数，可以量化土方总量与净土方对最优方案的评价影响程度。设计合理有效地算法解决机场跑道地势土方量寻优问题，符合大力推进工程数字化的要求，也有利于提高机场设计的质量、进度和效率。

本发明的目的在于提供一种机场跑道地势土方量寻优方法，方法具体包括输入模块、计算模块、输出模块。利用差分进化算法，将算法中逐个步骤的参数赋值为机场地势设计过程中的相应参数，在约束条件内生成一定数量的跑道地势方案，通过初代种群建立、个体突变、个体交叉与选择、个体适应值评判等步骤，考虑填挖比的影响，计算不同方案下的总土方与净土方，增设用于评判土方总量与净方的权重系数，量化土方总量与净土方对最优方案的评价影响程度。根据实际工程特点，可分别输出以土方总量或净土方为主要控制条件下的最优地势方案。输出的最优机场跑道地势方案通过变坡点桩号、变坡点高程、变坡点的前后坡度确定。

具体地，通过以下步骤实现：

步骤1：

输入地形资料及机场面域范围文件，输入文件格式为.dxf(可由常用设计软件另存为得到)，输入文件的图层数量为8。其中，面域范围采用六个矩形进行面积进行等效，分别是跑道(数量：1个)、端安全区(数量：2个)、航站区(数量：3个)，并在输入文件中以图层的形式分别进行命名，以示区别。其中，等高线图层与跑道中线单独命名。

步骤2：

基于差分进化算法，以机场跑道中心线为基准建立机场设计地势面，将算法中逐个步骤的参数赋值为机场跑道纵断面构型的相应参数，在约束条件范围内建立初代种群，即生成初代机场跑道地势面，机场地势面由机场跑道中心线与固定横坡控制，通过变坡点桩号、变坡点高程、变坡点的前后坡度、固定横坡确定。

约束条件为变坡点个数(提供设置选项3、4、5、6，且均位于跑道范围内)、跑道横坡(％)、挖方坡度(％)、填方坡度(％)、挖填比、边界放坡长度、端安全区纵坡(％)、跑道端头距离(m)、跑道端头纵坡(％)、相邻变坡点最小间距(m)、相邻变坡点坡度代数差。端安全区内不设变坡点，但端安全区和跑道中线的交点为固定边坡点。

步骤3：

假设每代种群包含n个个体，则第一代种群的第i个个体的j维初值由公式(1)(2)生成，每个个体可用d维解向量表示。

P_i(g)＝[P_i,j(g)],(i＝1,2,3,…n；j＝1,2,3,…d) (1)