一种基于遗传算法的互通立交出口匝道线形安全优化方法技术

本发明专利技术涉及计算机技术领域，具体涉及一种基于遗传算法的互通立交出口匝道线形安全优化方法，包括以下步骤：A）读取待优化出口匝道线形，建立出口匝道线形数学模型；B）根据出口匝道线形数学模型，确定出口匝道线形的数据模型；C）根据出口匝道线形模型确定约束条件，建立MATLAB评估模型；D）建立遗传算法模型实例并运行，获得互通立交出口匝道线形安全优化结果。本发明专利技术的实质性效果是：通过同时考虑互通立交出口匝道多个线形参数进行优化，能够提高互通立交出口匝道线形优化的效率及效果，提高了出口匝道线形安全程度。

A safety optimization method of interchange off ramp alignment based on genetic algorithm

【技术实现步骤摘要】
一种基于遗传算法的互通立交出口匝道线形安全优化方法
本专利技术涉及计算机
，具体涉及一种基于遗传算法的互通立交出口匝道线形安全优化方法。
技术介绍
高速公路出口匝道往往是事故多发段。驾驶员从较高设计速度的高速公路驶入线形条件较差的出口匝道，如果减速不及，会产生运行速度不协调、心理紧张等影响驾驶安全的因素，轻则导致追尾、重则引发翻车等严重事故。受现场条件及环境等限制，出口匝道的技术指标往往较低，线形组合较差，造成车辆运行条件复杂。出口匝道的安全性很大程度上取决于匝道线形的安全程度。但目前的出口匝道优化方法具有局限性，仅对工程量进行优化，缺乏针对出口匝道整体进行的优化方案。如中国专利CN107562983A，公开日2018年1月9日，一种城市快速路匝道区域换道空间优化方法及装置，包括：基于将建模参数输入VISSIM软件得到的快速路仿真模型，通过设置不同的出匝道比例、不同的主路单车道交通量和不同的换道空间，获取与每个出匝道比例对应的最佳换道空间，以及与每个主路单车道交通量对应的最佳换道空间。其提供的换道空间优化方法，可以使车辆在出口匝道区域更加顺利通过，减少延误或者拥堵。但其不能解决目前对出口匝道线形安全优化具有局限性，优化效果不够显著的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：目前缺乏有效对出口匝道线形进行安全优化的技术问题。提出了一种基于遗传算法的互通立交出口匝道线形安全优化方法。本专利通过同时优化出口匝道的多个参数，提供更优的互通立交出口匝道线形安全优化方法。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案为：一种基于遗传算法的互通立交出口匝道线形安全优化方法，包括以下步骤：A)读取待优化出口匝道线形，建立出口匝道线形数学模型；B)根据出口匝道线形数学模型，确定出口匝道线形的数据模型；C)根据出口匝道线形模型确定约束条件，建立MATLAB评估模型；D)建立遗传算法模型实例并运行，获得互通立交出口匝道线形安全优化结果。作为优选，步骤A)中，出口匝道线形数学模型包括平面线形模型、纵断面线形模型和超高模型，建立出口匝道线形数学模型的方法包括：A1)建立平面线形模型：将出口匝道分为圆曲线段和缓和曲线段，圆曲线段由半径Ri、圆心位置(xci,yci)和弧长LRi确定，缓和曲线段的确定参数为终点坐标(xej,yej)、终点半径Rej和曲线长度LAj确定，出口匝道线形由若干个圆曲线段和若干个缓和曲线段拼合而成，相邻圆曲线段之间由缓和曲线段连接，出口匝道线形模型为：其中，L表示出口匝道线形，表示第i段为圆曲线段，表示第i段为缓和曲线段，m、n分别表示圆曲线段及缓和曲线段的数量；模型建立过程为，从出口匝道起点位置(x0,y0)出发，依次计算出口匝道线形第i段终点的横、纵坐标值，直到计算到出口匝道终点：其中，xi、yi分别表示出口匝道线形第i段终点的横、纵坐标值，Li为出口匝道线形第i段的弧长度LR或曲线长度LA，θi(s)为出口匝道线形第i段当前积分点切线与横轴的夹角,ki为出口匝道线形第i段当前积分点切线的斜率；A2)建立纵断面线形模型：其中，hi,ri,li分别表示起始坡高、坡度和坡长；A3)建立超高模型：其中，表示第i段圆曲线段的超高，表示第j段缓和曲线段的超高。作为优选，步骤B)中，确定出口匝道线形的数据模型的方法为：根据步骤A)中建立的出口匝道线形数学模型，统计出口匝道线形数学模型所需变量的个数Nm,n，根据设计规范设置每个变量的取值范围，进而获得表示Nm,n个变量所需要的总的二进制位数Q。作为优选，步骤B)中，确定变量x所需二进制位数q及获得其二进制表达的值的方法包括：B1)确定变量x的取值范围[cmin,cmax]；B2)由2p＜(cmax-cmin)×10σ＜2q，p＝q-1，σ为变量x的小数位数，获得q的值；B3)由式：其中，下标d表示十进制，获得变量x的二进制表达(bq-1bq-2bq-3…b0)2所表示的值。作为优选，步骤C)中，根据出口匝道线形模型确定约束条件的方法包括：C1)建立平面位置约束：其中，θe为匝道线形数学模型中的匝道终点的方位角，θ′e为匝道终点方位角，为匝道两端的主道路的夹角，(x′e,y′e)匝道终点E的坐标，F、G分别为匝道终点E处，由匝道线形数学模型获得的切线方程的斜率和常数项，∈θ以及∈分别为允许误差，其值为小正数；C2)建立纵断面位置约束：其中，he为匝道线形数学模型中匝道终点的高程，h′e匝道终点高程，S′e为匝道纵断面总坡长，∈e以及∈S均为设定小正数。作为优选，步骤D)中，建立遗传算法模型实例时，选择轮盘赌选择法作为选择算子，群体P＝{c1,c2,…,cn}，个体适应度值为f(cj)＝g(Γ(cj))＝g(xj)，则选择概率为：单点交叉作为交叉算子，单点变异作为变异算子，种群规模50～100之间，交叉概率pc在[0.8,1.0]中，变异概率pm在[0.001,0.02]中，最大进化代数maxgen在[100,500]中。作为优选，步骤D)中，个体适应度值f(cj)的获得方法为，将该段导入MATLAB评估模型，MATLAB评估模型为评估匝道段安全性能指标的模型。现有技术中存在用于评估匝道线形安全度的MATLAB评估模型。本专利还提供一种备选方案：通过建立若干个出口匝道模型的片段，若干个片段的曲率、长度以及高度均不相同，通过计算每个片段的安全性能指标并标注，将待评估片段与已标注片段对比，找到两个与待评估片段最为相似的已标注片段，两个已标注片段的安全性能指标的加权平均即为待评估片段的安全性能指标，与待评估片段的相似度为参与加权平均的已标注片段的权重值。当存在足够数量的已标注片段时，能够获得满足准确度要求的安全性能指标评估结果。作为优选，MATLAB评估模型的安全性能指标包括：运行速度连续性S1、三维线形一致性S2、视距指标S3、驾驶员紧张度S4以及出口匝道线形安全系数ERSI。本专利技术的实质性效果是：通过同时考虑互通立交出口匝道多个线形参数进行优化，能够提高互通立交出口匝道线形优化的效果，提高了出口匝道线形安全程度。附图说明图1为实施例一互通立交出口匝道线形安全优化方法流程框图。图2为实施例一待优化互通立交出口匝道线形示意图。图3为实施例一待优化互通立交出口匝道纵断面线形示意图。图4为实施例一匝道线形参数随进化代数变化的曲线示意图。具体实施方式下面通过具体实施例，并结合附图，对本专利技术的具体实施方式作进一步具体说明。实施例一：一种基于遗传算法的互通立交出口匝道线形安全优化方法，如图1所示，本实施例包括以下步骤：A)读取待优化出口匝道线形，建立出口匝道线形数学模型；B)根据出口匝道线形数学模型，确定出口匝道线形的数据模型；C)根据出口匝道线形模型确定约束条件，建立MATLAB评估模型；D)建立遗传算法模型实例并运行，获本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于遗传算法的互通立交出口匝道线形安全优化方法，其特征在于，/n包括以下步骤：/nA)读取待优化出口匝道线形，建立出口匝道线形数学模型；/nB)根据出口匝道线形数学模型，确定出口匝道线形的数据模型；/nC)根据出口匝道线形模型确定约束条件，建立评估模型；/nD)建立遗传算法模型实例并运行，获得互通立交出口匝道线形安全优化结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于遗传算法的互通立交出口匝道线形安全优化方法，其特征在于，
包括以下步骤：
A)读取待优化出口匝道线形，建立出口匝道线形数学模型；
B)根据出口匝道线形数学模型，确定出口匝道线形的数据模型；
C)根据出口匝道线形模型确定约束条件，建立评估模型；
D)建立遗传算法模型实例并运行，获得互通立交出口匝道线形安全优化结果。


2.根据权利要求1所述的一种基于遗传算法的互通立交出口匝道线形安全优化方法，其特征在于，
步骤A)中，出口匝道线形数学模型包括平面线形模型、纵断面线形模型和超高模型，建立出口匝道线形数学模型的方法包括：
A1)建立平面线形模型：
将出口匝道分为圆曲线段和缓和曲线段，圆曲线段由半径Ri、圆心位置(xci,yci)和弧长LRi确定，缓和曲线段的确定参数为终点坐标(xej,yej)、终点半径Rej和曲线长度LAj确定，出口匝道平面线形由若干个圆曲线段和若干个缓和曲线段组合而成，相邻圆曲线段之间由缓和曲线段连接，出口匝道线形模型为：



其中，L表示出口匝道线形，表示第i段为圆曲线段，表示第i段为缓和曲线段，m、n分别表示圆曲线段及缓和曲线段的数量；






模型建立过程为，从出口匝道起点位置(x0,y0)出发，依次计算出口匝道线形第i段终点的横、纵坐标值，直到计算到出口匝道终点：



其中，xi、yi分别表示出口匝道平面线形第i段终点的横、纵坐标值，Li为出口匝道线形第i段的弧长度LR或曲线长度LA，θi(s)为出口匝道线形第i段当前积分点切线与横轴的夹角,ki为出口匝道线形第i段当前积分点切线的斜率；
A2)建立纵断面线形模型：









其中，hi,ri,li分别表示起始坡高、坡度和坡长；
A3)建立超高模型：



其中，表示第i段圆曲线段的超高，表示第j段缓和曲线段的超高。


3.根据权利要求2所述的一种基于遗传算法的互通立交出口匝道线形安全优化方法，其特征在于，
步骤B)中，确定出口匝道线形的数据模型的方法为：
根据步骤A)中建立的出口匝道线形数学模型，统计出口匝道线形数学模型所需变量的个数Nm,n，根据设计规范设置每个变量的取值范围，进而获得表示Nm,n个变量所需要的总的二进制位数Q。


4.根据权利要求3...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉星，龚健，顾澎，陈晴，吴志伟，侯阳阳，
申请(专利权)人：中国能源建设集团浙江省电力设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33