[發(fā)明專利]基于最近距離優(yōu)先的渠道土石方遷移方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910036190.1
• 申請日: 2009-10-14
• 公開（公告）號: CN101702181A
• 公開（公告）日: 2010-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 薛聯(lián)青;靳宏昌;曲卓杰
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;E02D17/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 黃雪蘭

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及土石方平衡調(diào)配方法，尤其是一種在渠道設(shè)計施工中的基于最近距離優(yōu)先的渠道土石方遷移方法。

背景技術(shù)

土石方調(diào)配是指渠道路線上某路段土石方扣除本路段利用方后，將挖余土石方合理地縱向調(diào)運至填缺路段，并根據(jù)實際和調(diào)配情況合理設(shè)置借、棄場的分配工作。將一個渠道沿線等間距分段成若干份，每個分段內(nèi)產(chǎn)生的挖方和填方在本段內(nèi)進行調(diào)配不需要任何費用，因此每個分段內(nèi)的土石方情況有三種：(1)挖方和填方正好平衡，挖方和填方在本段內(nèi)平衡，不需要借土和棄土；(2)挖方多于填方，在本段內(nèi)平衡后，該段還有剩余的土量，需要進行棄土；(3)填方多于挖方，在本段內(nèi)平衡后，該段的土量還不夠，需要進行借土。如果一個分段需要借土，它可以向其他棄土分段借土或者向取土坑借土；如果一個分段需要棄土，它可以向其他借土分段棄土或向棄土點棄土。一個借土分段需要向那些棄土分段借土？該分段是否要向取土坑借土？分別借土多少？一個棄土分段向那些借土分段棄土？是否需要為該分段設(shè)置棄土點？向各個借土分段和棄土點分別棄多少土石方？對于這些問題，我們需要有個最優(yōu)的解決方案，以使得能夠以最低的價格實現(xiàn)土石方調(diào)配。為了能夠進行土石方優(yōu)化設(shè)計及系統(tǒng)開發(fā)，在公路領(lǐng)域已經(jīng)設(shè)計和實現(xiàn)了一些土石方優(yōu)化調(diào)配方案和系統(tǒng)。

優(yōu)化建模是土石方調(diào)配研究的核心和其他研究工作的基礎(chǔ)。根據(jù)調(diào)配問題的不同工程背景和特點，應用不同的理論，分別建立了線性規(guī)劃模型、大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)模型、動態(tài)規(guī)劃模型、多目標規(guī)劃模型等土石方優(yōu)化調(diào)配模型。這些模型都以土石方工程的設(shè)計方案和施工條件為約束，以調(diào)配數(shù)量為決策變量，尋求系統(tǒng)費用最小化的調(diào)配方案。然而傳統(tǒng)累計曲線法、調(diào)配圖法，以及土石方數(shù)量計算表等方法，大多要建立優(yōu)化數(shù)學模型好目標函數(shù)，進而進行最優(yōu)解求解。為了求解以上模型時，或者通過優(yōu)化求解工具，如Matlab、Excel、Lindo等軟件的優(yōu)化功能模塊求解；或者利用單純型法、隱枚舉法、分枝定界求解模型。然而優(yōu)化數(shù)學模型難以建立，另一方面優(yōu)化數(shù)學模型算法的性能也較差。

如建立一個優(yōu)化模型后，需分別引入人工和松弛變量才能得到初始基可行解，尋求最優(yōu)解子程序可使用單純形法。假如n為土石方平衡后段內(nèi)需要填方的分段數(shù)，m為需要挖方的分段數(shù)，則優(yōu)化模型的約束條件一共有2n+2m+n＊m個約束方程，其系數(shù)為(2n+2m+n＊m)＊(2n+2m+n＊m)，如果南水北調(diào)工程山東濟平干渠總長度為100KM，分段距離為0.5KM，總共分段數(shù)量為200，假設(shè)n＝m＝100，則該例子約束方程有10400個，則其方程系數(shù)有10816000，為了解這個10400大小的方程，僅僅存放其方程系數(shù)就需要40MB內(nèi)存空間。因此傳統(tǒng)的數(shù)學優(yōu)化方法難以滿足對大渠道土石方調(diào)配的計算。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種基于最近距離優(yōu)先的渠道土石方遷移方法，本發(fā)明能夠支持大規(guī)模渠道分段土石方平衡調(diào)配。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于最近距離優(yōu)先的渠道土石方遷移方法，其特征是：將渠道劃分成等距離的m段，其中m的取值為大于0的正整數(shù)，m的取值最大可以到10000，得到第1段、第2段、第3段、……、第m段，最大的土石方調(diào)配距離的分段數(shù)目為k，其中k的取值為大于0的正整數(shù)，k的取值最大可以到100，獲取每個分段內(nèi)土石方挖方量或填方量的剩余量，首先在所有相鄰的分段之間進行土石方挖方量和填方量的平衡調(diào)配，接著在所有次相鄰的分段之間進行土石方平衡調(diào)配，依次類推，在最大調(diào)配分段距離范圍內(nèi)的所有分段之間進行土石方平衡調(diào)配，如果在最大調(diào)配分段距離范圍內(nèi)仍有分段土石方?jīng)]有平衡的，則直接棄土或借土，具體步驟如下：

第1步：設(shè)置參數(shù)

將m個分段中每個分段的土石方剩余量分別設(shè)置為T[1]、T[2]、…、T[m]，剩余土石方量為正數(shù)的表示該分段內(nèi)有土石方剩余，需要將該土石方移動到其它分段或者直接向棄土坑棄土，剩余土石方量為負數(shù)的分段表示該分段內(nèi)缺乏土石方，需要從其它分段或取土坑借土，設(shè)置二維數(shù)組a[m+1][m+1]，用于記錄分段之間調(diào)配的土石方量，設(shè)置數(shù)組a的初始值為0，設(shè)進行土石方調(diào)配的分段編號為i，調(diào)配步長為j，設(shè)置開始調(diào)配的第一個分段編號i為1，開始調(diào)配的步長j為1，進到第2步，所述步長為進行土石方平衡調(diào)配的兩個分段的分段編號之間的差值；

第2步：計算需要進行土石方平衡調(diào)配的兩個分段的編號

進行土石方平衡調(diào)配的兩個分段編號分別為i和i+j，進入到第3步；

第3步：判斷兩分段之間是否需要進行土石方平衡調(diào)配