一种机场道面加厚层优化设计系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种机场道面加厚层优化设计系统及方法，机场道面加厚层优化设计系统，包括：自动优选单元、自动计算单元、交互式单元、自动绘制单元；该机场道面加厚层优化设计方法包括以下步骤：采用空间曲面作为加厚层道面的表面设计几何模型；建立以设计坡度和控制点标高为设计变量的道面加厚层优化设计的数学模型；建立符合现行军航和民航的相关规范的约束条件；提出道面加厚层优化设计的最优化方法；本发明通过在呼和浩特白塔机场等十余个改扩建机场的设计中使用，节省了5%左右的混凝土加厚层工程量，可以完成全部设计图纸，同时获得的设计方案完全符合技术标准，设计周期可以缩短到10天左右。
【专利说明】一种机场道面加厚层优化设计系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机场建设领域，尤其涉及一种机场道面加厚层优化设计系统及方法。【背景技术】
[0002]机场道面经过长期的使用，在荷载和自然条件的作用下，其使用品质就会降低。为了恢复道面良好的使用品质，一般通过修建加铺层的形式来进行机场道面的翻修，同时由于旧机场是按原设计飞机进行设计的，当使用飞机变化时，就可能对机场提出新的要求，这就需要对现有机场进行改造，无论是哪种加铺形式都涉及加铺层的地势设计问题，加铺层设计方案一般考虑旧道面的状况、荷载、服务期等因素综合确定，然而由于荷载和自然因素的长期作用，旧道面往往出现不同程度的沉陷和错台，起伏不平，甚至存在较大的凹陷，因此应在满足有关标准的条件下，对道面加铺层的纵向坡度、纵向坡段、横向坡度等进行优化，使道面加铺层的厚度与设计厚度的偏差减至最小，做到技术可靠和经济合理的统一。
[0003]现有技术主要缺点是不能对加厚层设计方案进行优化分析，无法得到合理经济的设计方案，同时不能进行计算机辅助设计和图纸绘制。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于利用一种机场道面加厚层优化设计系统及方法，旨在解决现有技术存在的不能对加厚层设计方案进行优化分析，无法得到合理经济的优化设计方案的问题。
[0005]本发明的目的在于提供一种机场道面加厚层优化设计系统，该机场道面加厚层优化设计系统包括:自动优选单元、自动计算单元、交互式单元、自动绘制单元；
[0006]用于优选出满足给定技术标准要求的旧机场道面加厚层的最优设计方案的自动优选单元；
[0007]用于计算出旧机场新道面表面各分仓点的设计高程、混凝土加厚层厚度以及道面加厚层的混凝土总量的自动计算单元；
[0008]用于进行旧机场老道面表面测量高程校对及修改设计、旧机场新道面表面设计高程修改设计的交互式单元；
[0009]用于绘制出旧机场新道面表面的设计等高线图、旧机场新道面表面的高程坡度控制图、旧机场道面任意分仓线位置的纵断面图、旧机场道面加厚层分仓高程施工图的自动绘制单元。
[0010]本发明的目的在于提供一种机场道面加厚层优化设计方法，所述机场道面加厚层优化设计方法包括以下步骤:
[0011 ] 建立机场道面表面设计几何模型；
[0012]建立道面加厚层优化设计的数学模型；
[0013]确定道面加厚层优化设计方案的最优化求解方法。
[0014]进一步，建立机场道面表面设计几何模型的具体步骤为:[0015]X轴为机场道面的横向坐标；
[0016]y轴为机场道面的纵向坐标；
[0017]l、m分别表示道面表面的横坡及纵坡个数；
[0018]e0表示坐标原点处新道面表面各纵向设计坡度；
[0019]e」(j = I, 2,..., m)表示新道面表面各纵向设计坡度；
[0020]em+i (i = 1,2,...,I)表示新道面表面各横向设计坡度。
[0021]根据上述机场道面设计表面几何模型，对于道面上任一给定的分仓点k，设其平面坐标为(Xk，yk)，旧道面表面高程为zk，新道面表面设计高程为hk，则
[0022]当Xk < O 时，有./-1
【权利要求】
1.一种机场道面加厚层优化设计系统，其特征在于，该机场道面加厚层优化设计系统包括: 用于优选出满足给定技术标准要求的旧机场道面加厚层的最优设计方案的自动优选单元； 用于计算出旧机场新道面表面各分仓点的设计高程、混凝土加厚层厚度以及道面加厚层的混凝土总量的自动计算单元； 用于进行旧机场老道面表面测量高程校对及修改设计、旧机场新道面表面设计高程修改设计的交互式单元； 用于绘制出旧机场新道面表面的设计等高线图、旧机场新道面表面的高程坡度控制图、旧机场道面任意分仓线位置的纵断面图、旧机场道面加厚层分仓高程施工图的自动绘制单元。
2.一种机场道面加厚层优化设计方法，其特征在于，所述机场道面加厚层优化设计方法包括以下步骤: 建立机场道面表面设计几何模型； 建立道面加厚层优化设计的数学模型； 确定道面加厚层优化设计方案的最优化求解方法。
3.如权利要求2所述的机场道面加厚层优化设计方法，其特征在于，建立机场道面表面设计几何模型的具体步骤为: X轴为机场道面的横向坐标； y轴为机场道面的纵向坐标； l、m分别表示道面表面的横坡及纵坡个数； e0表示坐标原点处新道面表面各纵向设计坡度； ej (j = I, 2,..., m)表示新道面表面各纵向设计坡度； em+i (i = I, 2,..., I)表示新道面表面各横向设计坡度， 根据上述机场道面设计表面几何模型，对于道面上任一给定的分仓点k，设其平面坐标为(xk，yk)，旧道面表面高程为Zk，新道面表面设计高程为hk，则当Xk < O时，有
4.如权利要求2所述的机场道面加厚层优化设计方法，其特征在于，建立道面加厚层优化设计的数学模型的步骤为: 确定目标函数:以加厚层最贴近旧道面加上设计厚度为设计目标； 再确定约束函数:坡度最大值与最小值要求、纵坡最大变坡值要求、跑道通视距离要求、混凝土加厚层厚度偏差要求、跑道相邻纵坡相等要求； 建立数学模型，以设计坡度和控制点高程作为设计变量。
5.如权利要求4所述的机场道面加厚层优化设计方法，其特征在于，目标函数的算法为:设Z = (Z1, Z2, , zN)T表示旧道面表面各分仓角点的高程向量； t = (t1; t2,..., tN)T表示道面各分仓角点的加铺层设计厚度向量已知； V= (V1, V2, , VN) Τ表示道面各分仓角点的混凝土加铺层实际厚度与设计厚度之偏差向量；则
6.如权利要求4所述的机场道面加厚层优化设计方法，其特征在于，确定约束函数的具体算法为: 约束条件主要包括以下几个方面: ①坡度最大值与最小值要求
Xjmin ( Xj ( Xjmax.J ^ |2，...，Π；}
即-Xj+Xjmin ≤0，j e {2，...，η}
Xj Xjmax € 0，j ^ {2，...，η} ②纵坡最大变坡值要求
Xj-Xj+11 ( Δ ip, j e {2，...，m} 即当Xj-Xjn≥O时
Xj-Xj+1- Δ ip ≤0，j e {2，...，m}
当 Xj-Xjn < O 时
-Xj+Xj+1- Δ ip ≤ 0，j e {2，...，m} ③跑道通视距离要求 视距要求均可表示为:
Δ H-H ^ O 其中ΛΗ可以表示为Xj(j = l，2，...，n)的线性函数， ④混凝土加厚层厚度偏差要求
tmin hk zk tmax, k ε {1，2，...N}即-BklX1-Bk2X2-...-aknxn+zk+tmin ( O
aklXl+ak2X2+...+aknXn_Zk_tmax ≤ 0
k e {1，2，...N} ⑤跑道相邻纵坡相等要求 要求相邻两段纵向坡度的值相等，即
Xj — Xj.” j ^ {2，...，rn}
或 xj-xj+1 = O, j e {2，...，m}。
7.如权利要求4所述的机场道面加厚层优化设计方法，其特征在于，建立数学模型:旧机场道面加厚层优化设计的约束函数均可表示为:
8.如权利要求2所述的机场道面加厚层优化设计方法，其特征在于，确定道面加厚层优化设计的最优化解法为: 由公式(11)和公式(12)可得，旧机场道面优化设计的数学模型可以表示为:
【文档编号】G06F17/50GK103761373SQ201410010728
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月9日 优先权日:2014年1月9日
【发明者】李光元, 楼设荣, 许巍 申请人:中国人民解放军空军工程大学