復(fù)雜山區(qū)鐵路客運(yùn)站自動(dòng)選址研究

嚴(yán)基團(tuán)

（中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 軌道交通工程信息化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710043)

0 引言

隨著川藏鐵路的規(guī)劃建設(shè)，我國鐵路選線進(jìn)入了世界上地形、地質(zhì)最復(fù)雜的地區(qū)之一。同時(shí)，鐵路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不斷提升，線路與環(huán)境的適應(yīng)能力大幅降低，橋隧構(gòu)筑物不可避免地大量增加，空間線位與車站布設(shè)的協(xié)調(diào)問題變得尤為突出。

無備選站址條件下的車站自動(dòng)選址是線站協(xié)同優(yōu)化的前提和基礎(chǔ)。針對(duì)復(fù)雜山區(qū)車站自動(dòng)選址問題，專家學(xué)者進(jìn)行了大量研究。王齊榮等[1]對(duì)車站選址中定性、模糊的評(píng)價(jià)因素和因素的相對(duì)重要性提出量化方法，建立了一種擴(kuò)充與或圖的深度優(yōu)先搜索算法，并開發(fā)了原型系統(tǒng)。Samanta 等[2]依次采用蟻群算法、蟻群與遺傳算法相結(jié)合對(duì)鐵路車站的智能選址進(jìn)行了長(zhǎng)期深入研究，提升了優(yōu)化效果。?；菝竦萚3]構(gòu)造了基于車站選址和地方車流優(yōu)化組織為核心的NP-Hard 數(shù)學(xué)模型，提出利用遺傳算法求解模型的主要策略，并進(jìn)行了仿真設(shè)計(jì)。蒲浩等[4]以綜合地理信息模型為基礎(chǔ)，基于灰色關(guān)聯(lián)分析理論，計(jì)算站址的綜合代價(jià)，實(shí)現(xiàn)了鐵路車站的自動(dòng)尋優(yōu)。綜觀國內(nèi)外針對(duì)此問題的研究，現(xiàn)有的方法及其理論均為針對(duì)車站選址代價(jià)最小化，未考慮站與站之間的區(qū)間線路代價(jià)。針對(duì)以上問題，研究首先建立綜合地理信息模型，解決單個(gè)車站的選址問題；其次通過2 個(gè)車站間的自動(dòng)選線實(shí)現(xiàn)站站連接，將連接2 個(gè)車站的區(qū)間線路代價(jià)作為方案總代價(jià)的重要組成部分；最后綜合車站的選址代價(jià)和區(qū)間線路代價(jià)，得出滿足要求的站址方案群。

1 復(fù)雜山區(qū)鐵路客運(yùn)站自動(dòng)選址模型構(gòu)建與算法

1.1 建立綜合地理信息模型

不論是車站選址還是鐵路選線，研究范圍內(nèi)的地理信息是基礎(chǔ)。將整個(gè)方案研究區(qū)域劃分為(M/d)×(N/d)個(gè)正方形的規(guī)則網(wǎng)格，其中M，N為研究區(qū)域的長(zhǎng)和寬，d為用戶指定的正方形單元格邊長(zhǎng)，每一個(gè)網(wǎng)格作為地理信息模型的一個(gè)單元。把網(wǎng)格內(nèi)地形、地物、地質(zhì)、地價(jià)等信息作為其屬性數(shù)據(jù)[5]，通過網(wǎng)格屬性數(shù)據(jù)即可計(jì)算車站或線路占用該網(wǎng)格所代表區(qū)域的綜合代價(jià)。

網(wǎng)格屬性數(shù)據(jù)的設(shè)置依據(jù)方案比選參考的指標(biāo)。屬性信息分為固定信息、可變信息和禁區(qū)信息。固定信息是指不隨方案變化的常屬性，如網(wǎng)格的地面高程、地物、地質(zhì)條件、地類。針對(duì)方案研究階段，研究區(qū)域內(nèi)的地形數(shù)據(jù)可以直接從相關(guān)網(wǎng)站上下載。地質(zhì)信息優(yōu)先考慮收集研究區(qū)域內(nèi)的既有項(xiàng)目地質(zhì)資料，若無資料可以參照區(qū)域地質(zhì)圖。可變信息是指隨著方案變化而變化的信息，如網(wǎng)格的設(shè)計(jì)高程、工程技術(shù)代價(jià)(架橋、挖隧)。禁區(qū)信息代表方案必須繞避的區(qū)域，可能是常量信息，如網(wǎng)格是否位于生態(tài)保護(hù)區(qū)、是否位于永久基本農(nóng)田區(qū)；也可能是變量信息，如橋站的最大橋高。禁區(qū)信息能有效地剔除不良方案，提升自動(dòng)獲取方案群的效率，它不作為網(wǎng)格綜合代價(jià)計(jì)算的屬性信息。

研究按車站網(wǎng)格和區(qū)間線路網(wǎng)格分別設(shè)置屬性信息來說明網(wǎng)格綜合代價(jià)的計(jì)算方法，其他屬性可以依據(jù)方案比選時(shí)的指標(biāo)自行增加。

1.1.1 常量屬性代價(jià)計(jì)算

區(qū)間線路網(wǎng)格的常量屬性包括地質(zhì)、地物、地類。給定不同地質(zhì)條件下地基處理代價(jià)、不同地物的拆遷代價(jià)、不同地類的單位征用代價(jià)，通過網(wǎng)格區(qū)域所屬的地質(zhì)條件、地類以及所擁有的地物來確定網(wǎng)格的地質(zhì)代價(jià)CL1、地類代價(jià)CL2、地物代價(jià)CL3。吸引客流量是客運(yùn)站選址優(yōu)劣的重要評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，故車站網(wǎng)格屬性在區(qū)間線路的基礎(chǔ)上增加客流量吸引力CZ4。CZ4越大代表車站吸引客流的能力越強(qiáng)，故CZ4與客運(yùn)站到吸引范圍內(nèi)居民區(qū)的距離成反比，與居民區(qū)的人口數(shù)量成正比。假定車站吸引范圍內(nèi)有m個(gè)居民區(qū)，則車站網(wǎng)格的客流量吸引力計(jì)算如公式(1)所示。

式中：γ為比例常量，用于將客流量吸引力與其他代價(jià)轉(zhuǎn)化為同一量級(jí)；Qi為第i個(gè)居民區(qū)的人口總數(shù)，萬人；(xi，yi)為第i個(gè)居民區(qū)中心網(wǎng)格的平面坐標(biāo)；(x0，y0)為車站站心網(wǎng)格的平面坐標(biāo)。

1.1.2 變量屬性代價(jià)計(jì)算

車站和區(qū)間連接線的方案確定后，方案途經(jīng)網(wǎng)格的設(shè)計(jì)高程H設(shè)即可求出。假定路橋分界填高和路隧分界挖深分別為Ta，Wa。依據(jù)網(wǎng)格的設(shè)計(jì)高程H設(shè)和地面高程H地計(jì)算網(wǎng)格的土石方工程代價(jià)V1和工程技術(shù)代價(jià)V2。

當(dāng)H設(shè)-H地> 0 且H設(shè)-H地

式中：γ1為填方填料和施工綜合代價(jià)，萬元/m3；d為正方形網(wǎng)格的邊長(zhǎng)，km。

當(dāng)H設(shè)-H地>Ta，網(wǎng)格需要設(shè)橋，V1為0，V2計(jì)算如公式(3)所示。

式中：γ2為不同橋高的橋梁工程代價(jià)，萬元/m。

同理挖方類似。由此通過變量屬性得到網(wǎng)格在不同方案下的土石方代價(jià)和工程技術(shù)代價(jià)。

綜合網(wǎng)格常量屬性和變量屬性，分別計(jì)算網(wǎng)格對(duì)應(yīng)的各屬性代價(jià)，并給各屬性代價(jià)賦予相應(yīng)的權(quán)重，即可得到網(wǎng)格的綜合代價(jià)。

1.2 單個(gè)車站選址

1.2.1 站心備選區(qū)域

根據(jù)經(jīng)調(diào)及行車資料確定最大站間距(maxL)、最小站間距(minL)。以已知車站站心所在位置為圓心，分別以maxL和minL做圓，2 個(gè)圓圍成的圓環(huán)區(qū)域即為相鄰車站的站心備選區(qū)域。站心備選區(qū)域如圖1 所示。已知起點(diǎn)站和終點(diǎn)站的站心位置，各車站備選區(qū)域求解步驟如下。

（1）以起點(diǎn)站為圓心，以maxL，minL畫圓，圖1 所示圓環(huán)區(qū)域Ω1 即為車站1 的站心備選區(qū)域。

（2）以Ω1 內(nèi)的站心可行解所在網(wǎng)格為圓心，繼續(xù)以maxL，minL畫圓，得到圓環(huán)區(qū)域Ω2 即為車站2 的站心備選區(qū)域。依次迭代，得到后續(xù)車站的站心備選區(qū)域。

（3）當(dāng)任意車站的后續(xù)車站站心備選范圍包含終點(diǎn)網(wǎng)格，則所有車站站心備選區(qū)域求解結(jié)束。

1.2.2 確定站心可行解

站心備選區(qū)域內(nèi)網(wǎng)格數(shù)量眾多，若不加篩選直接進(jìn)行后續(xù)計(jì)算，會(huì)導(dǎo)致計(jì)算量異常龐大，從而導(dǎo)致自動(dòng)生成方案的效率大幅下降，因此要在備選區(qū)域內(nèi)剔除不滿足設(shè)站條件的網(wǎng)格。研究采用禁區(qū)信息、展線系數(shù)、站心高程、線路行進(jìn)方向耦合度4 個(gè)控制因素來篩選備選區(qū)域的站心可行解。

（1）禁區(qū)信息。若網(wǎng)格的禁區(qū)信息為生態(tài)保護(hù)區(qū)或者永久基本農(nóng)田區(qū)，則站心不可位于此網(wǎng)格。

（2）展線系數(shù)。從起點(diǎn)開始，依次連接后一車站，直至需要確定站心位置的第i個(gè)車站，然后連接第i個(gè)車站站心和終點(diǎn)。若連接線的長(zhǎng)度與起、終點(diǎn)航空距離的比值超過了最大展線系數(shù)，如公式(4)所示，則該單元格不能作為站心的可行解。

圖1 站心備選區(qū)域Fig.1 Alternative area of the station center

式中：(Xi，Yi)為站心i在空間網(wǎng)格下的平面坐標(biāo)；(Xt，Yt)為終點(diǎn)站在空間網(wǎng)格下的平面坐標(biāo)；L為線路起終點(diǎn)在空間網(wǎng)格下的航空距離，km；Zmax為最大展線系數(shù)。

（3）站心高程。由于坡度和區(qū)間線路尚未確定，站心的設(shè)計(jì)高程無法計(jì)算。當(dāng)區(qū)間線路長(zhǎng)度都為最大站間距maxL、曲線連接線路坡度都為最大坡度imax，求得的第n個(gè)車站的站心高程都不能滿足公式(5)，即表示在規(guī)定的坡度范圍內(nèi)，站心高程高于給定的最大橋高h(yuǎn)max1或低于允許最大挖方hmax2需設(shè)置隧道，故該網(wǎng)格地面高程不滿足設(shè)站條件。

式中：H0為起點(diǎn)車站站心網(wǎng)格的實(shí)際高程，m；H地為第n個(gè)車站站心網(wǎng)格的地面高程，m。

（4）線路行進(jìn)方向耦合度?？瓦\(yùn)站的設(shè)置應(yīng)該是沿著線路走向，以便乘客盡可能快地到達(dá)目的地，若相鄰車站連線方向與起終點(diǎn)連線方向相反，如公式(6)所示，則該站心網(wǎng)格不滿足設(shè)站條件。

式中：(Xi，Yi)為車站i站心網(wǎng)格的坐標(biāo)；(X0，Y0)為起點(diǎn)站站心網(wǎng)格的坐標(biāo)；(Xt，Yt)為終點(diǎn)站站心網(wǎng)格的平面坐標(biāo)。

1.2.3 站坪方向的確定

將車站站坪區(qū)域視作長(zhǎng)為L(zhǎng)/d個(gè)單元格、寬為B/d個(gè)單元格的矩形區(qū)域。其中L，B分別為站坪區(qū)域的長(zhǎng)和寬，d為用戶指定的正方形單元格邊長(zhǎng)。以任意站心可行解所在的單元格為矩形中心，以固定角度繞矩形中心旋轉(zhuǎn)一周得到若干備選方向。任意方向的站坪區(qū)域若包含單元格屬性為禁區(qū)信息，則該站坪方向不滿足強(qiáng)制性約束條件，該站坪方向方案剔除。若站心無滿足條件的場(chǎng)坪方案，則該站心網(wǎng)格從站心可行解中剔除。

1.3 站—站間自動(dòng)選線

由于站心位置和站坪方向已經(jīng)確定，相鄰2 個(gè)車站的站心看做已知的起、終點(diǎn)，站坪方向看做車站的接線方向，故站—站間自動(dòng)選線問題可以看做是已知起終點(diǎn)和接線方向的智能選線。針對(duì)該問題，文獻(xiàn)[6]提供了基于公路線形優(yōu)化(Highway Aligment Optimization，HAO)模型[7]的改進(jìn)遺傳算法。研究在HAO 模型的基礎(chǔ)上采用一種簡(jiǎn)化算法。

1.3.1 平面設(shè)計(jì)

線路的平面幾何信息可以通過平面交點(diǎn)的經(jīng)緯坐標(biāo)(N，E)、曲線半徑R、緩和曲線長(zhǎng)度Lo描述。實(shí)際設(shè)計(jì)中緩和曲線長(zhǎng)度根據(jù)曲線半徑自動(dòng)選配，因此其長(zhǎng)度直接選取對(duì)應(yīng)曲線半徑的推薦值。

基于HAO 模型，在相鄰車站連線的法向上按一定間距生成一系列的截面。線路交點(diǎn)就位于這些截面上。

（1）交點(diǎn)的可行解。由于車站N的站坪方向已經(jīng)確定，以車站N站心為原點(diǎn)分別沿站坪方向S和S′做射線與各截面相交，直至交點(diǎn)所在單元格屬性包含禁止屬性為止。交點(diǎn)可行解集示意圖如圖2 所示。S方向交點(diǎn)集ΩS={SJD1，SJD1′，SJD1″}；S′方向與第1 個(gè)截面的交點(diǎn)就在包含禁止屬性的單元格里，S′方向的交點(diǎn)集ΩS′=φ，這就表示該站心位置按照此站坪方向接線條件極為不利，該站心位置的此站坪方向方案要剔除。當(dāng)站坪方向交點(diǎn)集不為空，交點(diǎn)集內(nèi)的每一個(gè)元素都可以作為交點(diǎn)備選。

確定了交點(diǎn)JD1后，可以參照上述方法，將JD1作為起點(diǎn)以任意等角度差做射線與截面求交直至交點(diǎn)所在單元格屬性包含禁止屬性為止求得JD2備選區(qū)域，依次往后。

（2）規(guī)范合規(guī)性檢測(cè)。當(dāng)2 個(gè)車站間m個(gè)交點(diǎn)的備選區(qū)域的單元格個(gè)數(shù)分別為n1，n2，…，nm個(gè)時(shí)，則站—站間的區(qū)間線路方案共有n1×n2×…×nm個(gè)。顯然，這樣會(huì)產(chǎn)生巨大的計(jì)算量。鐵路線路規(guī)范對(duì)最小曲線半徑、最小夾直線長(zhǎng)有強(qiáng)制性規(guī)定，可以通過交點(diǎn)的合規(guī)性直接剔除不合理的方案。

依據(jù)上述方法求得的交點(diǎn)位置示意圖如圖3 所示。交點(diǎn)JDi-1，JDi，JDi+13 個(gè)交點(diǎn)形成的轉(zhuǎn)角為a，則3 點(diǎn)間應(yīng)滿足公式(7)。

圖2 交點(diǎn)可行解集示意圖Fig.2 Diagram of feasible solutions for intersection points

圖3 交點(diǎn)位置示意圖Fig.3 Diagram of the intersections position

式中：(xi，yi)為在空間網(wǎng)格下的坐標(biāo)；Rmin為最小曲線半徑，m；Lmin為最小夾直線長(zhǎng)度，m。

如交點(diǎn)不滿足合規(guī)性，不做后續(xù)計(jì)算，直接剔除該方案。

1.3.2 縱斷面設(shè)計(jì)

文獻(xiàn)[8]基于HAO 方法建立了公路線路的縱斷面優(yōu)化模型，但該方法中變坡點(diǎn)的個(gè)數(shù)及位置與平面交點(diǎn)是一致的。在實(shí)際的鐵路選線設(shè)計(jì)中，變坡點(diǎn)和平面交點(diǎn)個(gè)數(shù)往往不一樣，且為了盡量避免平、豎曲線重疊，位置也不同?？v斷面設(shè)計(jì)首先需要確定變坡點(diǎn)的個(gè)數(shù)及位置，然后再通過建立目標(biāo)函數(shù)求解相鄰變坡點(diǎn)的最優(yōu)坡度。

（1）變坡點(diǎn)個(gè)數(shù)及位置的確定。變坡點(diǎn)的設(shè)置與地面線的起伏情況是密切相關(guān)的，而原始地面線是不規(guī)則的鋸齒形折線，因此需要對(duì)地面線擬合成一條光滑的曲線后根據(jù)曲線起伏突變來確定變坡點(diǎn)的個(gè)數(shù)和位置。地面線擬合的方法很多，文獻(xiàn)[9]采用屋架函數(shù)建立分段的地面模型，隨機(jī)選取不同的平順半徑和平順次數(shù)生成變坡點(diǎn)的個(gè)數(shù)N，依據(jù)最小坡段長(zhǎng)的要求，變坡點(diǎn)個(gè)數(shù)N必須滿足公式(8)，否則重新選擇平順半徑和平順次數(shù)重新生成變坡點(diǎn)個(gè)數(shù)。

式中：L為已求得的區(qū)間線路長(zhǎng)度，m；LSmin為最小坡段長(zhǎng)度，m。

變坡點(diǎn)個(gè)數(shù)確定后，按照最小坡長(zhǎng)LSmin的要求，第i個(gè)變坡點(diǎn)的里程范圍Si需滿足公式(9)。

式中：Ss為區(qū)間線路起點(diǎn)里程；Se為區(qū)間線路終點(diǎn)里程。

為了避免平、豎曲線重疊，變坡點(diǎn)里程的取值范圍應(yīng)剔除平曲線所在區(qū)域。在篩選后的區(qū)域內(nèi)隨機(jī)取值即可得到變坡點(diǎn)的里程。

（2）求解坡段的最優(yōu)坡度。綜合考慮土石方工程代價(jià)、橋隧工程代價(jià)和填挖平衡，三者的權(quán)重分別為α，β，γ，則縱斷面坡度S目標(biāo)函數(shù)如公式(10)所示。

設(shè)Pi(ki，hi)和Pi+1(ki+1，hi+1)為同一坡段上相鄰的前后2 個(gè)變坡點(diǎn)；ki，hi分別為Pi的里程和高程。在(ki，ki+1)區(qū)間內(nèi)任取j個(gè)樁號(hào)，第m個(gè)樁號(hào)處的里程和地面高程分別為km，hm，路橋和路隧分界填挖分別為hb，ht。

當(dāng)hm

當(dāng)S×(km-ki) +hi>hm+hb，假定不同橋高對(duì)應(yīng)每米高差設(shè)橋代價(jià)為β1，則增加后的橋梁工程代價(jià)如公式(12)所示。

當(dāng)hm-ht

當(dāng)S×(km-ki) +hi

當(dāng)F(S)的值最小時(shí)，對(duì)應(yīng)的坡度S為最優(yōu)坡度。該目標(biāo)函數(shù)直接求解參數(shù)S比較復(fù)雜，可以通過計(jì)算機(jī)迭代計(jì)算。限制坡度為Smax，不考慮坡度折減的影響，在(-Smax，Smax)以初值為-Smax開始按照特定步長(zhǎng)迭代計(jì)算，F(xiàn)(S)取得最小值時(shí)對(duì)應(yīng)的S為該坡段的最優(yōu)坡度。

（3）合理性檢測(cè)。從區(qū)間線路起點(diǎn)開始依次組合變坡點(diǎn)的位置和坡度信息，即可完成區(qū)間線路的初步縱斷面設(shè)計(jì)。

分坡段求解最優(yōu)坡度時(shí)，沒有考慮相鄰坡度的影響?？紤]最大相鄰坡度代數(shù)差ΔSmax的限制，最優(yōu)坡度Si為公式(16)所示。

最優(yōu)坡度求解是基于隨機(jī)的離散樁號(hào)構(gòu)建的目標(biāo)函數(shù)，對(duì)隧道工程代價(jià)沒有考慮隧道長(zhǎng)度的影響。假定允許最大隧道長(zhǎng)度為L(zhǎng)T，在求出最優(yōu)坡度后，依據(jù)已述方法判斷網(wǎng)格是否需要設(shè)置隧道，得到需要設(shè)置隧道的最大連續(xù)網(wǎng)格數(shù)N，當(dāng)N不滿足公式(17)時(shí)，表示隧道長(zhǎng)度超限，方案舍去。

式中：d為網(wǎng)格邊長(zhǎng)，km。

1.4 計(jì)算綜合代價(jià)

車站評(píng)價(jià)指標(biāo)集為IZ= {IZj，j= 1，2，…}，指標(biāo)權(quán)重為WZ= {WZj，j= 1，2，…}；區(qū)間線路評(píng)價(jià)指標(biāo)集為IX= {IXj，j= 1，2，…}，指標(biāo)權(quán)重為WX= {WXj，j= 1，2，…}。依據(jù)上述網(wǎng)格代價(jià)計(jì)算方法，遍歷方案的所有車站網(wǎng)格和途經(jīng)區(qū)間線路網(wǎng)格，車站M網(wǎng)格對(duì)應(yīng)指標(biāo)集IZ的代價(jià)為CZ= {CZMj，j= 1，2，…}，區(qū)間線路N網(wǎng)格對(duì)應(yīng)指標(biāo)集IX的代價(jià)CX= {CXNj，j= 1，2，…}。自動(dòng)生成的方案示意圖如圖4 所示。設(shè)方案共設(shè)K個(gè)車站，計(jì)算該方案綜合代價(jià)為公式(18)所示。

將各方案的綜合代價(jià)排序，即可實(shí)現(xiàn)鐵路站址的綜合優(yōu)選。

2 算例分析

選取西成鐵路(西寧—成都)某區(qū)段案例驗(yàn)證本方法的有效性。研究區(qū)域地形圖如圖5 所示。該區(qū)域面積為4 620 km2(55 km×84 km)，線路起點(diǎn)高程2 150 m，終點(diǎn)高程2 070 m。起終點(diǎn)間高山密布，平均高程約為4 000 m，屬于復(fù)雜山區(qū)鐵路選線案例。

圖4 自動(dòng)生成的方案示意圖Fig.4 Diagram of automatic generated scheme

圖5 研究區(qū)域地形圖Fig.5 Topography map of the studied areas

2.1 主要約束及費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)

該鐵路需滿足的約束條件如表1 所示。

表1 需滿足的約束條件Tab.1 Required constraints

該算例采用的費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)如表2 所示。

2.2 優(yōu)化過程及結(jié)果分析

2.2.1 設(shè)置搜索參數(shù)

設(shè)置參數(shù)包含最小站間距、最大站間距、站坪長(zhǎng)度、站坪寬度及展線系數(shù)等，本算例搜索參數(shù)設(shè)置如表3 所示。

2.2.2 方案搜索及篩選排序

從線路起點(diǎn)開始，以終點(diǎn)作為目標(biāo)點(diǎn)，根據(jù)各單元格所記錄的信息生成包含車站的方案集合。搜索過程耗時(shí)約為7.5 h，生成的方案集合如圖6所示，共64 個(gè)。經(jīng)過綜合代價(jià)排序，篩選出最優(yōu)方案，機(jī)選的最優(yōu)方案與人工方案對(duì)比如圖7 所示。

表2 費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Cost standard

表3 搜索參數(shù)設(shè)置Tab.3 Search parameter settings

圖6 生成的方案集合Fig.6 Automatic generating schemes

由圖7 可知，機(jī)選方案和人工方案都繞避了禁區(qū)。機(jī)選方案生成的站址均位于直線、平坡地段，并且未與橋、隧重疊；人工方案在線路起點(diǎn)附近站址有部分位于曲線段并且進(jìn)入隧道范圍內(nèi)。因此，機(jī)選方案能更好地滿足約束條件。

依據(jù)設(shè)定的工程代價(jià)指標(biāo)，機(jī)選最優(yōu)方案與人工方案數(shù)據(jù)對(duì)比如表4 所示。

由表4 可見，人工方案雖然橋梁工程較少，但其隧道與土石方工程均顯著增加，導(dǎo)致工程費(fèi)用比機(jī)選方案增加約8.96 億元，最終機(jī)選方案相比人工方案在給定的費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)下，工程費(fèi)綜合代價(jià)降低了約18%。

3 結(jié)論

針對(duì)無備選站址條件下的車站自動(dòng)選址問題，考慮車站選址和相鄰車站的區(qū)間線路的綜合代價(jià)，首先，將研究區(qū)域劃分為帶地理信息的正方形網(wǎng)格，以便通過網(wǎng)格的屬性信息求解網(wǎng)格的各指標(biāo)代價(jià)；其次，通過限制條件在站心和站坪方向的備選區(qū)域中篩選出滿足要求的站心位置和站坪方向；再次，基于HAO 模型進(jìn)行區(qū)間線路設(shè)計(jì)，得到滿足平、縱約束的區(qū)間線路；最后，遍歷車站范圍內(nèi)網(wǎng)格和區(qū)間線路途經(jīng)網(wǎng)格，計(jì)算綜合代價(jià)進(jìn)行排序，實(shí)現(xiàn)方案的優(yōu)選。

研究主要特點(diǎn)：①將車站選址和區(qū)間線路設(shè)計(jì)緊密聯(lián)系起來，以車站選址和區(qū)間線路的綜合代價(jià)作為方案優(yōu)劣的評(píng)價(jià)因素，更加體現(xiàn)線站一體化的設(shè)計(jì)理念；②基于約束條件，后續(xù)設(shè)計(jì)成果會(huì)對(duì)前設(shè)計(jì)成果進(jìn)行約束檢測(cè)，持續(xù)剔除劣解?；诒痉椒ǎ梢愿咝У貙?shí)施站址評(píng)選，提供較優(yōu)的方案群供設(shè)計(jì)人員參考。

圖7 機(jī)選的最優(yōu)方案與人工方案對(duì)比Fig.7 Comparison of automatic scheme and manual selection scheme

表4 機(jī)選最優(yōu)方案與人工方案數(shù)據(jù)對(duì)比Tab.4 Comparison of automatic scheme and manual selection scheme data