基于蚁群算法的道路纵断面优化设计

论文摘要

道路路线优化技术相对于目前在道路设计过程中常用的方案比选法有明显的优越性,是计算机选线自动化的基础。纵断面优化设计是在平面线形已定的基础上,用数学方法来优化纵断面线形,在降低工程投资,提高选线设计质量等方面具有重要意义。本文将蚁群算法应用于纵断面优化设计中,提出了一种基于蚁群算法的道路纵断面优化设计方法,主要的研究内容及研究成果如下:（1）在研究了纵断面优化设计问题的基础上,确定了本文所采用的数学模型,包括设计变量、目标函数的选择以及基于规范的约束条件的设置三部分内容。（2）采用平顺技术得到能反映地面起伏趋势的平顺曲线,通过不同平顺范围产生的平顺曲线相交得到能反映地面起伏趋势变换的反弯点,在反弯点附近利用最小二乘法拟合坡线并根据约束条件调整变坡点的位置从而自动得到初始可行的纵断面方案。（3）提出了基于蚁群算法的纵断面优化设计方法,在初始纵断面方案的基础上,通过划分网格的方式实现了蚁群算法在纵断面优化设计中的应用,网格的划分采取由粗到精的策略兼顾了搜索空间的全局性与连续性。（4）理论分析并实验验证了蚁群算法中各参数在纵断面优化过程中的相互影响,得出了需要设置相互匹配的参数才能达到最佳优化收敛效果的结论。（5）在上述理论的基础上,作者采用Visual C++6.0以及ObjectARX2002编制了纵断面优化设计程序,并通过算例验证了程序的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 传统的道路设计方法
• 1.2 纵断面优化设计的现状分析
• 1.3 本文研究的主要内容
• 1.4 论文的结构
• 第二章 纵断面优化设计的数学模型
• 2.1 设计变量
• 2.2 目标函数
• 2.2.1 简单计算形式的目标函数表达式
• 2.2.2 详细计算形式的目标函数表达式
• 2.3 约束条件
• 2.3.1 规范、技术标准约束
• 2.3.2 控制标高约束
• 2.3.3 约束条件的实现
• 2.4 纵断面设计线
• 第三章 初始纵断面方案
• 3.1 地面线平顺过程
• 3.2 转换为纵断面设计线
• 3.2.1 寻找反弯点的位置
• 3.2.2 最小二乘拟合配置纵断面设计线
• 3.3 约束条件处理
• 第四章 蚁群算法优化纵断面
• 4.1 蚁群算法概述
• 4.2 基本蚁群算法
• 4.3 求解连续优化问题的蚁群算法
• 4.4 蚁群算法优化纵断面方案
• 4.4.1 设置初始环境
• 4.4.2 蚂蚁移动生成方案
• 4.4.3 目标函数计算和信息素的更新
• 4.4.4 终止条件以及优化方案的逐步求精
• 第五章 程序的编制和实现
• 5.1 程序的总体概况
• 5.2 自动生成初始纵断面方案子模块
• 5.2.1 主菜单与模块界面
• 5.2.2 原始数据资料
• 5.2.3 程序实现过程
• 5.2.4 主要功能使用简介
• 5.3 蚁群算法优化纵断面方案子模块
• 5.3.1 主菜单与模块界面
• 5.3.2 原始数据资料
• 5.3.3 程序实现过程
• 5.3.4 蚂蚁根据概率选择路径的实现
• 5.3.5 用平衡二叉树存储蚂蚁所走路径以及目标函数
• 5.3.6 程序主要功能
• 5.4 算例分析
• 5.5 蚁群算法参数分析与讨论
• 5.5.1 信息量挥发系数的选择
• 5.5.2 蚁群数量的选择
• 5.5.3 信息素增量参数的选择
• 第六章 结论及进一步的问题和建议
• 6.1 结论
• 6.2 进一步的问题和建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文及科研情况
• 1 发表的论文
• 2 科研情况