本發明涉及交通運輸工程領域，具體涉及一種基于v-k組合算法的鐵路梁場選址方法。

背景技術：

1、梁場是橋梁工程中用于預制混凝土簡支梁生產和臨時存放的場所。其中橋梁預制簡支梁是在工廠預制好后，再運輸到施工現場進行吊裝架設的。

2、梁場選址需要考量的因素十分復雜。需要事前充分調研需求與難點，建立切題的數學模型，采用高效的算法，才能求解最優位置。

3、目前，在梁場選址優化的問題上，有以下難題需要解決：

4、(1)梁場選址優化模型需要考慮的因素非常多，包括運輸距離、運力限制、橋梁分布、地形地貌、道路情況、政策規劃限制等。要建立一個包含所有因素的精確數學模型存在很大難度。相關參數的獲取和模型的不斷修正校準都需要大量的工作來完成。

5、(2)梁場選址優化需要處理大量橋梁位置數據，并計算每個候選點到各橋梁的運輸距離，復雜的約束條件使得計算量極大。與簡單問題相比，容易陷入局部最優解，難以達到全局最優。需要采用遺傳算法、模擬退火等先進智能優化算法，并配合人工經驗進行修正，以提高收斂到全局最優解的概率。

6、(3)梁場選址可以有最小運輸距離、最小運輸時間、最小綜合成本等不同優化目標，這些目標函數的選擇會對最終優化方案產生很大影響。實際條件變化時，需要及時更新模型并重新求解，否則已有方案可能會失去實際意義，無法應對新情況。

7、(4)在最優梁場位置確定后，實際實施會遇到場地征用、施工許可、材料供應、機械調配等諸多不確定因素。還需要做好與預制梁廠、運輸企業的供應鏈協調，并考慮施工期間的安全風險等問題。這些不確定因素都會對最終方案實施造成一定困難。

8、(5)從方案設計到實施完成，整個過程需要進行全面監管，對運輸時間、成本、質量等進行監測，并與模型預測進行對比，以盡早發現偏差并調整。最終成果也需進行多角度效果評估，確保滿足項目要求。

9、綜上，梁場選址優化是一個綜合性強的決策問題。需要充分考慮各方面因素，采用科學算法并與實際結合，以取得最佳效果。

技術實現思路

1、為了解決背景技術中的問題，本發明提供一種選址兼顧問題全面、搜索效率高、結果準確、耗時短、可用性強的基于v-k組合算法的鐵路梁場選址方法。

2、為此，本發明的技術方案如下：

3、一種基于v-k組合算法的鐵路梁場選址方法，包括以下步驟：

4、s1，獲取待選址區域內的橋梁中心坐標并確定約束條件：所述約束條件用于判斷所述橋梁中心坐標組成的橋梁中心坐標集和待選址區域內的梁場位置是否符合橋梁施工的規范；

5、s2，尋找全局最優解，包括以下步驟：

6、s21，生成初始解s′：

7、使用策略隨機對所述橋梁中心坐標進行劃分，得到若干橋梁中心坐標集，再使用s1得到的約束條件對所述橋梁中心坐標集進行驗證，直到產生滿足約束條件的初始解s′＝{s1′,s2′,s3′,…s′n,…,s′n}，n為梁場的編號，s′n為第n個梁場對應的橋梁中心坐標集，1≤n≤n；再將初始解s′中每個橋梁中心坐標集中的元素按照其對應的里程順序排列；

8、s22，使用v-k組合算法生成局部最優解：

9、其中，v-k組合算法為：遍歷所述初始解s′中的每個元素，若s′n內橋梁中心坐標的數量為奇數，則選取其中間的元素的坐標作為梁場位置rn，若s′n內橋梁中心坐標的數量為偶數，則選取中間的兩個元素的坐標的平均值作為梁場位置rn；得到由若干梁場位置組成的梁場位置集合；

10、s23，使用s1的約束條件對s22得到的梁場位置集合進行判斷，若滿足約束條件則進入s3，若不滿足則返回步驟s21重新生成初始解；

11、s3，獲取局部最優解，包括以下步驟：

12、s31，將s23得到的梁場位置集合輸入爬山算法，生成每個梁場位置rn的局部最優解rn，并將它們組合成為局部最優解的集合；

13、s32，使用步驟s1中的約束條件對s31得到的局部最優解的集合進行判斷，若滿足所述約束條件則進入s4，若不滿足則返回s31，直到滿足所述約束條件；

14、s4，構建全局最優解，包括以下步驟：

15、s41，建立評價函數：

16、評價函數具體為每個梁場范圍內的所有橋梁中心點到其對應的梁場總運輸距離之和；

17、s42，計算全局最優解：

18、選擇同一個梁場的多個梁場局部最優解中所述評價函數的函數值最小的作為其對應梁場位置的全局最優解，最后將所有梁場的全局最優解組合作為全局最優解的集合；

19、s5，得到最終梁場位置集合：

20、循環使用步驟s2至s4，生成多組全局最優解的集合，再使用全局評價函數f′對它們進行評價，將所述全局評價函數f′中函數值最小的全局最優解的集合作為最終梁場位置集合p并輸出，所述全局評價函數f′如下式所示：

21、

22、其中，p′k為局部最優解rn覆蓋的橋梁中心的坐標，k為橋梁的編號，k∈[1,k]，k為橋梁總數。

23、步驟s1具體包括以下步驟：

24、s11，構建橋梁中心坐標集的集合s：

25、獲取待選址區域內的橋梁中心的坐標并記為pk，然后設定待選址區域內最多需要選出n個梁場地址，設梁場的位置為rn，n＝1,2,3,…,n，設定梁場覆蓋的橋梁的橋梁中心的坐標集為sn，將所有劃分后的橋梁中心坐標集組成得到橋梁中心坐標集的集合稱為s＝{s1,s2,s3,…sn,…,sn}；

26、s12，構建約束條件。

27、所述約束條件具體為：

28、

29、其中，式(1)中max(sn)-min(sn)表示橋梁中心坐標集sn中兩個不同的橋梁中心的最遠距離；

30、式(2)中|sn|表示橋梁中心坐標集sn中包括的橋梁的個數；

31、式(3)中，high(rn)表示梁場rn處的墩高；

32、式(4)表示隧道工點、連續梁工點范圍內無法設置梁場；

33、式(5)表示基本農田、環保區內無法設置梁場。

34、優選的是，a≤40；b≤700；c≤20；a、b和c均根據實際情況進行設定。

35、步驟s41的評價函數如下式所示：

36、

37、其中，f為評價函數，p′k為梁場局部最優解rn覆蓋范圍內的橋梁中心點的坐標。

38、s21得到的初始解有多個，只要滿足所述約束條件的由策略隨機生成的結果都作為初始解。

39、與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

40、1.本發明中的策略隨機可以獲取多組不同的初始解，使得最后的結果盡可能是全局最優解，避免了只有一組初始解的情況下可能會出現局部最優解不理想的情況，而且本發明的v-k組合算法可以很快速的得到接近于局部最優解的梁場地址，可以減少全程使用爬山算法會耗費的大量時間。相較以往的單一橋梁選址算法，v-k算法不易陷入局部最優，耗時大幅降低。

41、2.本發明增強了約束條件處理能力。針對梁場選址問題的種種約束，如運距范圍、孔梁個數等，該算法構建嚴密的可行解過濾機制，使得隨機生成的解可行以及在迭代過程中驗證解的可行性，有效控制結果的輸出。