مسیریابی بهینه جاده با استفاده از الگوریتم ژنتیک (مطالعه موردی: استان سمنان، مسیر دامغان به دیباج)

وجود شبکه جاده‌ای مناسب یکی از عوامل رشد اقتصادی و توسعه پایدار یک کشور است. روش‌های معمول طراحی مسیر، زمان‌بر و پرهزینه هستند بعلاوه مولفه‌های افقی و عمودی مسیر را جداگانه لحاظ می کنند . از دهه هفتاد میلادی تلاش هایی برای خودکارسازی بهینه سازی مسیر صورت گرفته است. الگوریتم ژنتیک، روشی فراابتکاریست که برای حل مسائل بهینه سازی مختلف کاربرد دارد. این پژوهش از الگوریتم ژنتیک تک هدفه برای مسیریابی جاده استفاده می کند. الگوریتم پیشنهادی ابعاد افقی و عمودی را به طور هم‌زمان لحاظ می کند. کروموزوم ها به‌صورت آرایه‌ ای از نقاط شکست و با خروجی وکتور تعریف می شوند. جهت بهبود عملکرد مدل، پارامترهای الگوریتم روی محیط شبیه‌سازی تنظیم می شوند. توابع هدف شامل: طول مسیر، اصول فنی و مهندسی، اقتصادی، زمین شناسی و زیست محیطی است. در اجرای نهایی، الگوریتم در سطح راه‌سازی تفصیلی، کریدوری برای مسیر مشخص می کند سپس در سطح نیمه تفصیلی نسبت به یافتن بهترین مسیرها در این کریدور اقدام می شود و در پایان در سطح اجرایی مسیر بهینه تعیین می شود. نهایتاً قوس‌های مسیر براساس آئین نامه هندسی راه به صورت خودکار پیاده سازی گردیده و مسیر نهایی ترسیم می شود. این پژوهش نیز روشی مبتکرانه با رویکرد مدل سازی معکوس برای کشف توابع هدف محور موجود منطقه ارائه می کند. نتایج نشان داد در زمان طراحی محور موجود به طول مسیر که فاکتور مهمی در بین توابع هدف است، به میزان  10 درصد ارزش داده اند و این سهم اندک تابع طول مسیر، عامل اصلی ناپایداری مسیر موجود است. مدل مسیریاب برای طراحی جاده دامغان به دیباج پیاده سازی گردید. مسیر پیشنهادی نسبت به محور موجود به میزان 9.1 کیلومتری (18درصد) کوتاه تر و 20درصد کمتر از کاربری های پرهزینه عبور داشته است. تحقیق حاضر بیانگر قابلیت بالای الگوریتم ژنتیک در طراحی مسیر است.

path optimization with genetic algoritm (case study: road of damghan to dibaj in semnan county)

the existence of a proper road network is one of the factors of economical growth and sustainable development. traditional routing methods are time-consuming and costly. in addition, the horizontal and vertical components of the route are taken into consideration separately. since 1970, efforts have been made to automate routing optimization. the genetic algorithm is a heuristic method that is used for solving different optimization problems. this research uses the genetic algorithm for path optimization. this algorithm takes both horizontal and vertical dimensions into consideration simultaneously. chromosomes are defined as a vector array of station points. the suggested method was implemented for the route of damghan to dibaj. at first this research explores the importance of the objective functions of the existing route by using an innovative method with an inverse modeling approach.   the results show that the share of the length factor is only 10%, so the low degree of the importance of the path length function imposes a lot of cost on the path users, and as a result, it is the main factor of the instability of the existing path. in order to improve the performance, the algorithm parameters were tuned on a simulation region before the final implementation. the objective functions are: route length, technical and engineering, economical, geological and environmental principles. in the final implementation, the algorithm specifies a corridor for the path at the level of the detailed routing. then in semi-detailed level, the best paths in this corridor will be found. at the end, the optimal alignment is determined at the executive level. finally the circular arches were implemented automatically based on the policy and geometric design of highways. by comparing the proposed alignment with the existing road, it shows a reduction in the length of the road by 9.1 km (%18), and 20% less passing than high-cost landuses. the present study shows the high ability of the genetic algorithm in path optimization.