مدل ابتکاری برآورد مساحت عملیات خاکی برای طراحی پروفیل طولی جاده‌های کوهستانی

نوع مقاله : علمی- پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری جنگل‌داری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه گیلان

2 دانشیار، گروه جنگل‌داری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه گیلان

3 استادیار، گروه جنگلداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه گیلان

4 دانشجوی کارشناسی، دانشکده کامپیوتر، دانشگاه شریف

چکیده

عملیات خاکی جاده‌‌‌های جنگلی مهم‌ترین مرحله ساخت جاده است که بخش قابل توجهی از هزینه‌‌‌های ساخت جاده را به‌خود اختصاص می‌دهد. در این میان طراحی هوشمندانه خط پروژه جاده جنگلی تأثیر مهمی در میزان حجم عملیات خاکی دارد. برای تولید برنامه‌ای رایانه‌ای به‌منظور طراحی خط پروژه‌ای که حجم عملیات خاکی را کمینه سازد، ابتدا به مدلی نیاز است که بتواند با داشتن عدد قرمز در محل هر پیکه هکتومتری، سطح عملیات خاکی را با دقتی قابل قبول محاسبه کند. در پژوهش پیش‌رو با هدف تولید چنین مدلی، ابتدا سطح دقیق خاکبرداری و خاکریزی به‌ازای اعداد قرمز مثبت و منفی، در فواصل عمودی یک‌متری از پیکه‌های هکتومتری و در 275 پروفیل عرضی جاده مورد بررسی توسط نرم‌افزار اتوکد اندازه‌گیری شد و به‌عنوان نمونه‌های شاهد درنظر گرفته شد. برنامه ابتکاری محاسبه سطح عملیات خاکی با توجه به شاخص‌های هندسی عرضی استاندارد جاده جنگلی در محیط نرم‌افزار MATLAB تولید شد و برای برآورد سطح عملیات خاکی در همه 275 پروفیل عرضی آزمایش شد. آزمون t جفتی نشان داد که اختلاف معنی‌داری (p < 0.01) بین نتایج به‌دست‌آمده از به‌کارگیری روش ابتکاری با روش متداول در محاسبه مساحت وجود نداشت و مدل از اعتبار مناسب برخوردار بود. برنامه ابتکاری بدون کاهش دقت محاسبات، با ضریب تبیین 0/99، ساعت‌ها زمان انجام محاسبات را نسبت به روش متداول کاهش داد. مدل ابتکاری ارایه‌شده می‌تواند در مدت زمان کوتاه با اندک تغییر در پارامترها برای جاده‌هایی با استانداردهای متفاوت استفاده شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

A heuristic model for determining cut and fills areas for road designing in different offsets of ground cross section

نویسندگان [English]

  • Razie Babapour 1
  • Ramin Naghdi 2
  • Esmaeil Ghajar 3
  • Sahand Mozaffari 4
1 Ph.D. Student Forestry, Department of Forestry, Faculty of Natural Resources, University of Guilan
2 Associate Prof., Department of Forestry, Faculty of Natural Resources, University of Guilan
3 Assistant Prof., Department of Forestry, Faculty of Natural Resources, University of Guilan
4 B.Sc. Student, Faculty of Computer Science, University of Sharif
چکیده [English]

Earthwork operation is a complicated part in forest road construction that accounts for ca. 25% of the associated costs. Thus, accurate forest road profile planning is an important factor of determining earthwork volume. Planning a profile design with the aim of minimizing earthwork volumes entails a computer program that is capable to calculate earthwork area in different intervals of every cross section. The aim of this study was to incorporate ground shape at cross sections as a first step of determining an optimal vertical alignment of forest roads. First, AutoCAD was used to calculate the exact extensions of cut and fill areas in 1m intervals at every 275 cross sections as a witness sample. Then cross sections with different slopes were investigated by means of MATLAB heuristic programming. The accuracy of results was validated by AutoCAD. Paired sample T-Test was used for comparing the results of the suggested method against the commonly used method. The results revealed a good performance of the suggested method, which not only reduced computational burden but also keep the design's rectitude constantly by R2=0.99. The flexibility of the MATLAB heuristic programming makes it a powerful tool in rapid redesigning of new road standards.

کلیدواژه‌ها [English]

  • forest road
  • earthwork volume
  • cut and fill
  • red number
  • MATLAB heuristic programming

مراجع

- Aruga, K., Sessions, J. and Akay, A.E., 2005. Heuristic techniques applied to forest road profile. Japanese Forest Research, The Japanese Forest Society and Springer-Verlag Tokyo, 10: 83-92.
- Beasley, J., Dowsland, K., Glover, F., Manuel, L., Peterson, C., Reeves, C. and Soderberg, B., 1993. Modern Heuristic Techniques for Combinatorial Problems. John Wiley and Sons, New York, 320p.
- Easa, S.M. and Mehmood, A., 2007. Establishing highway horizontal alignment to maximize design consistency. Canadian Journal of Civil Engineering, 34(10): 1159-1168.
- Fwa, T.F., Chan, W.T. and Sim, Y.P., 2002. Optimal vertical alignment analysis for highway design. Journal of Transportation Engineering, 128(5): 395-402.
- Guo, S., Li, W., Lim, A. and Wang, F., 2005. The shortest route cut and fill problem in linear topological structure. Proceedings of the 2005 ACM Symposium on Applied Computing, New York, USA, 13-17 Mar. 2005: 409-410.
- Jha, M.K. and Schonfeld, P., 2004. A highway alignment optimization model using geographic information systems. Transportation Research, Part A, 38: 455-481.
- Jong, J.C., 1998. Optimizing highway alignments with genetic algorithms. Ph.D. thesis, Faculty of Civil and Environmental Engineering, University of Maryland, College Park, 250p.
- Kang, M.W., Schonfeld, P. and Jong, J.C., 2007. Highway alignment optimization through feasible gates. Journal of Advanced Transportation, 41(2): 115-144.
- Lee, Y. and Cheng, J.F., 2001. Optimizing highway grades to minimize cost and maintain traffic speed. Journal of Transportation Engineering, 127: 303-310.
- Lim, A., Rodrigues, B. and Zhang, J., 2005. Tabu search embedded simulated annealing for the shortest route cut and fill problem. Journal of the Operational Research Society, 56(9): 816-824.
- Peyrov, S., Najafi, A. and Alavi, S.J., 2014. Prediction of forest roadway using artificial neural network and multiple linear regressions. Journal of Forest Sustainable Development, 1(3): 285- 296 (In Persian).
- Prata, B.D.A., Nobre Jr, E.F. and Barroso, G.C., 2008. A stochastic colored petri net model to allocate equipments for earth moving operations. Electronic Journal of Information Technology in Construction, 13: 476-490.
- Shi, J.J., 1999. A neural network based system for predicting earthmoving production. Construction Management & Economics, 17(4): 463-471.
- Tam, C.M., Tong, T.K.L. and Tse, S.L., 2002. Artificial neural networks model for predicting excavator productivity. Journal of Engineering Construction and Architectural Management, 9(5-6): 446-452.
- Zhang, H., 2008. Multi-objective simulation-optimization for earthmoving operations. Automation in Construction, 18(1): 79-86.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار