Βελτιστοποίηση οδικών χαράξεων

Πολίτης, Στέφανος; Politis, Stefanos

dc.contributor.author	Πολίτης, Στέφανος	el
dc.contributor.author	Politis, Stefanos	en
dc.date.accessioned	2016-09-13T09:21:36Z
dc.date.available	2016-09-13T09:21:36Z
dc.date.issued	2016-09-13
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/43489
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.12652
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Οδός	el
dc.subject	Βελτιστοποίηση	el
dc.subject	Χάραξη	el
dc.subject	Γενετικοί αλγόριθμοι	el
dc.subject	Χωματουργικά	el
dc.subject	Highway	en
dc.subject	Optimization	en
dc.subject	Alignment	en
dc.subject	Genetic algorithms	en
dc.subject	Earthworks	en
dc.title	Βελτιστοποίηση οδικών χαράξεων	el
dc.title	Optimization of highway alignments	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Optimization	en
heal.classification	Genetic algorithms	en
heal.classification	Highway engineering	en
heal.classification	Road design	en
heal.classification	Οδοποιία	el
heal.classification	Χαράξεις οδών	el
heal.classification	Βελτιστοποίηση	el
heal.classificationURI	http://skos.um.es/unescothes/C02848
heal.classificationURI	http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh92002377
heal.classificationURI	http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh85060775
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-07-20
heal.abstract	Ο σχεδιασμός μιας οδού αποτελεί ένα ιδιαίτερα περίπλοκο πρόβλημα το οποίο μελετάται σε διαφορετικά επίπεδα. Αρχικά, σε μια ευρεία περιοχή μελέτης σχεδιάζονται και αξιολογούνται εναλλακτικές διαδρομές ενώ σε πιο προχωρημένα στάδια γίνεται λεπτομερής σχεδιασμός της οδικής χάραξης που επιλέχθηκε από την αξιολόγηση. Υπάρχουν αρκετά στοιχεία κόστους που σχετίζονται με τα οδικά έργα, τα οποία αφορούν κοινωνικοοικονομικούς και περιβαλλοντικούς παράγοντες ενώ σε τελικό στάδιο το σημαντικότερο ρόλο παίζει το κόστος κατασκευής. Η διαδικασία βασίζεται σε μια μέθοδο δοκιμής και λάθους η οποία υπόκειται σε μεγάλο πλήθος περιορισμών που απορρέουν από τις προδιαγραφές οδικού σχεδιασμού. Στις προδιαγραφές αυτές διαπιστώνονται αρκετές διαφορές ως προς τις επιλογές των μεγεθών των γεωμετρικών στοιχείων, ενώ έμφαση πρέπει να δίνεται στην οδική ασφάλεια. Η συμβατική διαδικασία σχεδιασμού μιας χάραξης σύμφωνα με την υπάρχουσα πρακτική περιλαμβάνει σε μεγάλο βαθμό το στοιχείο της κριτικής. Για τον λόγο αυτό έχουν αναπτυχθεί αρκετά μαθηματικά πρότυπα βελτιστοποίησης με στόχο τη μείωση του χρόνου, του κόστους και των σφαλμάτων της διαδικασίας του συμβατικού οδικού σχεδιασμού. Η βελτιστοποίηση οδικών χαράξεων διαμορφώνεται ως το πρόβλημα εύρεσης μιας καμπύλης που συνδέει δύο σημεία με στόχο την ελαχιστοποίηση του κόστους. Στην παρούσα εργασία εξετάζονται τα χαρακτηριστικά του προβλήματος της βελτιστοποίησης οδικών χαράξεων και γίνεται εκτενής ανασκόπηση των υπαρχόντων προτύπων βελτιστοποίησης οδικών χαράξεων. Μέσω της ανασκόπησης γίνεται η διαπίστωση πως τα περισσότερα πρότυπα αφορούν το προκαταρκτικό στάδιο μελέτης των οδών και υστερούν ως προς τις απαιτήσεις σχεδιασμού σε ένα πιο λεπτομερές επίπεδο. Για το λόγο αυτό αναπτύσσεται ένα καινοτόμο πρότυπο βελτιστοποίησης οδικών χαράξεων, το οποίο ονομάζεται RoadEvolver και δομείται με τέτοιο τρόπο, ώστε να αποτυπώνει εκείνες τις αποφάσεις που καλείται να πάρει ένας μελετητής ως προς τη γεωμετρία της οδού και να σχεδιάζει αυτόματα χαράξεις στον τρισδιάστατο χώρο. Οι χαράξεις δεν περιγράφονται από μια ενιαία μαθηματική καμπύλη αλλά κάθε στοιχείο της χάραξη περιγράφεται με ξεχωριστές γεωμετρικές σχέσεις, όπως ακριβώς γίνεται και κατά τη συμβατική διαδικασία σχεδιασμού. Κύριο χαρακτηριστικό του προτύπου αποτελεί η ανεξαρτησία των μεταβλητών απόφασης οριζοντιογραφίας και μηκοτομής, οι οποίες συνδέονται μέσω περιορισμών για τον επιτυχή συνδυασμό τους. Επίσης εισάγονται νέες μεταβλητές απόφασης για τη ρεαλιστική αναπαράσταση της χάραξης με τη συμπερίληψη ασύμμετρων οριζοντιογραφικών καμπυλών. Μέσω της μεθόδου που ακολουθείται η χάραξη μπορεί να προσαρμοστεί καλύτερα στο φυσικό έδαφος αποφέροντας χαμηλότερο κόστος χωματουργικών εργασιών. Για τη βελτιστοποίηση της οδικής χάραξης επιλέγεται η χρήση γενετικών αλγορίθμων, καθώς με βάση τη διερεύνηση των μεθόδων βελτιστοποίησης φαίνεται πως διαθέτουν τα απαραίτητα χαρακτηριστικά για την επίλυση του προβλήματος που περιγράφεται. Στη διαμόρφωση του προβλήματος χρησιμοποιείται πλήθος περιορισμών που απορρέουν από τις οδηγίες γεωμετρικού σχεδιασμού οδών και ο χρήστης του RoadEvolver καλείται να επιλέξει τους περιορισμούς που θα λάβει υπ’ όψιν ανάλογα με τις ισχύουσες προδιαγραφές. Για τον έλεγχο του προτύπου έγιναν τρεις εφαρμογές με διαφορετικές παραμέτρους σχεδιασμού. Το σύστημα ανταποκρίθηκε στις απαιτήσεις επιβεβαιώνοντας, ότι χαράξεις με μεγαλύτερες ταχύτητες σχεδιασμού οδηγούν σε αποτελέσματα αυξημένου όγκου χωματισμών και κόστους. Για τον έλεγχο αξιοπιστίας του συστήματος χρησιμοποιήθηκαν επίσης διαφορετικοί γενετικοί παράμετροι. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι με κατάλληλη επιλογή γενετικών παραμέτρων το σύστημα μπορεί να αποφύγει τοπικά βέλτιστες χαράξεις.	el
heal.abstract	Road planning and design is a very complex task which is analyzed at different levels. Initially, alternate highway corridors in a broad study area are evaluated, while in more advanced stages a detailed design of the highway alignment is produced. There are several cost components associated with highway projects, relating to socio-economic and environmental factors, while in the final stage the construction cost is considered most important. The design process is based on a trial and error method which is subject to a large number of restrictions related to road design specifications. Highway geometric design guidelines have different views concerning the size and consistency of geometric elements and give emphasis to road safety. The conventional design process based on current practice involves to a great extent reviewing of the proposed alignment. For this reason several optimization models have been developed in order to reduce time, cost and errors associated with the conventional procedure. Highway alignment optimization is defined as the problem of finding a curve connecting two end points in order to minimize costs. In the present thesis, the characteristics of the problem of optimizing highway alignments are examined, while an extensive review of existing optimization models has been conducted. Through this research, it was found that the majority of the highway models are more suitable for the preliminary planning stage and do not meet the requirements of a more detailed design level. For this reason, in this thesis a novel optimization model, named RoadEvolver, has been developed. The model is structured in such a way that it makes it able to reflect the decisions of a designer has concerning the road geometry and produces automatically alignments in 3D space. The alignment is not represented by a single mathematical curve but instead each element is described by specific geometric calculations in the same way with the conventional approach. The main feature of this new model is the independence of the decision variables of the horizontal and vertical alignment of the highway. These elements are interconnected through the definition of several restrictions for their successful combination. Furthermore, for the realistic representation of the alignment extra decision variables have been introduced, which enable the automatic design of asymmetric horizontal curves. This method produces an alignment that can be adjusted more accurately to the terrain yielding lower earthwork costs. By investigating optimization methods, it was found that genetic algorithms seem to possess the necessary characteristics for the optimization of highway alignments. The user of RoadEvolver may select from a pool of design constraints arising from the highway geometric design guidelines which have been formulated for that reason. The system was tested in three case studies with different design parameters. The results confirmed that alignments with higher design speed lead to increased earthwork costs. Different values of the genetic parameters were also tested and the analysis revealed that with proper selection of these values, the solution could avoid local optimum alignments.	en
heal.advisorName	Κεπαπτσόγλου, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Κεπαπτσόγλου, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Σπυροπούλου, Ιωάννα	el
heal.committeeMemberName	Ψαριανός, Βασίλειος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών. Τομέας Έργων Υποδομής και Αγροτικής Ανάπτυξης. Εργαστήριο Συγκοινωνιακής Τεχνικής	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	348 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true