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多目标非线性优化方法在神佳米公路方案
比选中的应用
【摘要】为更好的研究神佳米高速公路路线方案构建了基于多目标决策方法的公路选线优化模型为最终决策提供了科学的依据从而使道路选线更趋于合理并不断完善。同时这对于减少灾害发生、降低工程对环境的影响、降低工程造价以及评价未来线路运行的风险都具有重要意义。
【关键词】神佳米高速多目标非线性公路选线评估指标判断矩阵
一、项目概况
神木至米脂公路是陕西省规划“2637”高速公路网规划的一条南北纵向联络线与省高速公路网规划在陕北地区3纵、3横、 4条联络线共同构成网络布局。沟通榆神高速、榆佳高速及榆绥高速连接榆林的神木、佳县和米脂等地区是陕西省重要的公路线路之一。
二、传统公路选线方法的弊端及多目标非线性方法的优势
一传统公路选线方法的弊端
传统的选线优化方法大部分都是只依靠专家对每个备选方案的各分项指标进行打分然后汇总各备选方案总分从
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而选出最佳的路线。但由于此法过于依赖专家的经验很难排除主观偏见的影响所以缺陷比较大另外它掩盖了由多因素组成系统的复杂性反映不出真实的情况。
二多目标非线性方法的优势
当前许多传统优化方法已经被新的优化方法所取代如动态规划法、层次分析法、结构模型解析法、综合生态影响评价指数法等。 由于公路选线过程要考虑技术指标、经济指标、环境指标等诸多复杂因素如果将选线过程看成是多目标、非线性的决策过程就可以考虑采用方案网络图来构造备选方案对公路选线的优化是一种较好的方法。
三、 K、 C2走廊带论证评价
一共同特点
1 .两走廊带区域地质构造相当
2.两走廊带建设里程相当估算投资差异小。
二K走廊带
1 .路线所经地形、地貌及地质条件相对较优
2.作为高速公路联络线主体工程对地表附着物有避绕的条件米脂水源保护地能够有效地避绕
3.路线起、终点与被联络的高速公路衔接位置相对较好改造工程最少。
三C2走廊带
1 .路线方案必经王胡子沟的镇川机场油库的可否通过存
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在不确定性经与机场地面站站长多次了解情况仅告知距禁区的距离其余相关情况属于保密资料要逐级上报中央军委根据中央军委的批复情况定 即使可通过作为成品油料库对高速公路运营期间的安全会构成严重威胁
2.相对于K走廊终点枢纽立交前路线必须上跨包西铁路
3.终点枢纽立交在榆绥高速西侧的匝道全部布设于无定河狭窄河道内对行洪的阻挡程度存在不可预测、计算性对被衔接的榆绥高速及周边安全同样存在不可预见性从而在防洪的角度存在严重安全隐患
四、多目标非线性决策优选模型
一评估指标的构建
评价指标是进行路线比选的准则是衡量路线设计总体目标的具体标志。评价指标的选取应本着科学性、适用性和目的性的原则进行既要全面反映备选方案的特征又要便于获取和量化。根据以上原则以大量的实际调查资料为基础并广泛吸收有关专家的研究成果按模糊数学理论综合归纳、分析、研究对比后建立由目标层、指标层、子指标层和方案层组成的公路选线方案评价指标体系。
二构造判断矩阵
决策者对每一层次的各元素的相对重要性给出判断即本层各元素对上层某元素进行重要性程度的两两二元比较给予合适的标值构成比较矩阵B。
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1
式中 b ij=w i/wj为i目标准则重要性程度w i与j目标重要性程度wj之比.显然b ij具有自反性即b ij=1/bj i。
三求解权重向量
构造优化问题求解误差平方和权重最小的权向量
2
3
求解上述优化问题构建拉格朗日函数L
4
式中λ为拉格朗日乘子对某个wi求偏导并使之为0 即
5
联立式3、 5 即可求权重向量的分量wi。
公路选线过程中涉及的影响因素较多包括技术指标、经济指标、环境指标。对于这些影响因素采用专家打分法确定各影响因素即各子目标的主次关系通过聘请专家和有关人员针对以上因素进行打分按照分数的高低确定各子目标的主次关系建立相关的子目标函数。此种方法比较简单容易实现。
四求解优属度
可将特征值矩阵式Ri转化为隶属度模糊矩阵表示特征值对应的隶属度式中根据优化的模糊化与相对性概念令模
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糊矩阵的优向量为
的次向量为
式中∧表示取小∨表示取大。
根据2.3中求得指标i的ni个子指标的权重向量为
则方案q与优向量的距离为
方案q与次向量的距离为
式中 k为广义距离参数 p= 1为海明距离 p=2为欧氏距离称
分别为评价方案q的权优异度和权次异度。式中 1-分别为评价方案q从属于优向量Yi和次向量Li的隶属度为评价方案q对指标Oi的优属度。
五、结合本项目进行决策优选的目的及方法
路线方案论证所想达到的目的是首先从起、终点衔接沿线地形、地质条件沿线主要城镇规划的可通过性其次考虑工程实施的难易程度进行论证即路线方案可布设通过→技术指标→经济合理性。
1 .路线方案在所经沿途的地形、地物及地质条件是否可以通过根据所遇难度的大小判定可行、困难及不可行的程度。
2.在现有可利用的地形、地物及地质条件的技术指标是否满足要求判定可行性。
3.在途经地形、地物及地质条件可行、技术指标否满足要求的前提下对比其经济性。
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综上针对各走廊带存在的问题、 困难及实施的难易程度等制约因素进行综合经济技术比较论证认为K走廊较有优势、较为稳妥。
参考文献
[1]慕慧杨少伟.多层次模糊评价法在公路路线方案比选中的应用[J].郑州大学学报工学版 .200903
[2]赵建三尤冬梅.基于熵权的公路选线模糊层次分析决策模型[J].长沙交通学院学报.200701
[3]张文忠.多目标公路选线优化模型设计[J]. 中国公路.
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