[发明专利]基于蒙特卡洛模拟的道路纵断面智能生成优化的方法

说明书

本发明公开了基于蒙特卡洛模拟的道路纵断面智能生成优化的方法，涉及道路设计技术领域，根据道路的地形曲线图中各个点的斜率变化，确定出所有可能的局部极值点，再根据将每两个局部极值点位置，将道路划分为若干个道路段，在每个道路段利用蒙特卡洛模拟技术生成填挖总土方面积最小的设计线方式，再通过将每两个道路段之间使用坡度变化最小的竖曲线连接的方式拼接为一个拼接区域，再通过将拼接区域进行两两拼接，获得新的拼接区域，直至拼接区域覆盖完整的道路为止；生成的设计线以及竖曲线即为道路纵断面图形；增强了纵断面生成过程的灵活性和生成效率。

技术领域

本发明涉及道路设计技术领域，具体是基于蒙特卡洛模拟的道路纵断面智能生成优化的方法。

背景技术

土方工程费用是公路建设项目的主要费用项目之一。土方工程量和土方工程成本主要取决于道路垂直线的几何形状；传统的道路纵断面设计方法，方案受人的主观影响较大，工作强度大，设计繁琐，所形成的方案不是经济和技术上的最优方案；

而现有的利用计算机技术对道路纵断面的设计包括有显式枚举、数值搜索、动态规划、线性编程以及遗传算法等；上述的方法均存在将完整的道路作为一个问题空间，因此在局部道路具有特殊限制时，无法灵活应对，且需要对道路中的变坡点的组合进行穷举遍历，所产生的变量数据与变坡点的数量呈指数级增长，因此不适用于长途道路的纵断面生成问题；

为此，提出基于蒙特卡洛模拟的道路纵断面智能生成优化的方法。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出基于蒙特卡洛模拟的道路纵断面智能生成优化的方法，该基于蒙特卡洛模拟的道路纵断面智能生成优化的方法增强了纵断面生成过程的灵活性和生成效率。

为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例提出基于蒙特卡洛模拟的道路纵断面智能生成优化的方法，包括以下步骤：

步骤一：根据道路的性质以及道路设计速度，获取道路的道路相关参数；

所述道路相关参数包括最大纵波、最短坡长以及最大合成坡度数据；

步骤二：根据外业测量采集到的道路坐标数据，依据道路坐标数据绘制出道路纵断面的实际地形曲线图；并以道路起始位置作为原点，建立平面XY直角坐标系；其中，x轴为道路前进的方向，y轴表示道路上每点的高度；

步骤三：遍历出地形曲线图中所有的局部极值点，并根据每对相邻的局部极值点之间的距离，对局部极值点进行筛除；

步骤四：以预先设置的离散间距h将地形曲线图沿着x轴方向均分为若干离散区域，取每个离散区域的中点作为候选变坡点；

步骤五：将地形曲线图按照局部极值点的位置划分为若干道路段，每段所述道路段中包含有两个局部极值点；

步骤六：根据每个道路段实际地形曲线图，以最小化填挖工程量为目标，生成两个凸优化模型，并使用蒙特卡洛模拟法求解每个凸优化模型，根据求解出的解集合在该道路段的候选变坡点中选择两个或三个作为变坡点；

步骤七：沿着坐标系x轴正向顺序以不重叠的形式选择相邻的两个道路段作为拼接区域；可以理解的是，共产生个拼接区域；其中，N为道路段的数量；

步骤八：对于每个拼接区域，以最小坡度变化值作为目标，从左道路段最后一条设计线以及右道路段第一条设计线中分别选择一个候选变坡点作为竖曲线的起始点和终止点；并依据道路设计标准，对选择的起始点和终止点进行竖曲线的设计；可以理解的是，该竖曲线即可作为每两个道路段之间的连接路段；

步骤九：将每个拼接区域继续沿着x轴正向顺序以不重叠的形式选择相邻的两个拼接区域作为新的拼接区域，并重复步骤八，直至整条道路作为一个拼接区域；可以理解的是，步骤八的重复次数最多为次；