一种基于深度学习模型的城区公路智能选线方法与流程

本发明涉及道路工程计算机辅助设计，尤其涉及一种基于深度学习模型的城区公路智能选线方法。

背景技术：

1、现有城区公路选线通常依赖道路计算机辅助设计软件、地理信息数据和人工方案比选，根据地形、既有建筑、地下管线及道路设计指标生成候选线位，再通过多轮调整完成平面线形和纵断面线形设计。部分方法引入深度学习模型或智能优化算法，以提高候选路线生成和方案筛选效率。

2、然而，现有方法多将约束对象简化为平面点线或局部距离条件，难以结合道路横断面及设计高程准确反映道路工程的空间占用范围，也难以将空间冲突稳定对应至具体桩号区间。当局部线位发生冲突时，通常采用整段重新选线或人工确定修改范围，容易扩大调整范围，并破坏原路线两端的线形接续关系。

3、此外，现有深度学习选线方法在路线节点之间进行全局交互时，边界信息容易受到区段中部节点反向更新的影响，难以保持既有路线与替代线位的连续接合；模型输出后也缺少针对空间冲突和接续状态的局部复核、参数反馈及区段递扩机制，导致生成线位仍可能存在约束相交或接续不连续的问题。

4、因此，如何提供一种基于深度学习模型的城区公路智能选线方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提出一种基于深度学习模型的城区公路智能选线方法，本发明采用道路工程空间占用包络、改进hivt模型与雪消融优化算法相结合的方法，通过将包络冲突投影至桩号确定直接冲突区间，并向两端递扩形成重开区段，在冻结区段外路线的基础上，由接续边界向中部逐级生成替代线位；同时利用局部包络复核结果优化中部融合控制参数，并通过几何拟合、相交复核和接续复核完成局部重选线，能够缩小线位调整范围，保持新旧线位连续接合，降低空间冲突，提高城区公路选线效率、准确性和可实施性。

2、根据本发明实施例的一种基于深度学习模型的城区公路智能选线方法，包括如下步骤：

3、s1、配准城区公路设计数据并关联初始线位桩号，形成包含约束空间的初始路线版本；

4、s2、由初始路线版本生成道路工程空间占用包络，将包络与约束空间相交并投影至桩号，形成直接冲突区间；

5、s3、从直接冲突区间向两端递扩边界，依据连接线形的空间相交和两端接续确定重开区段，冻结区段外路线并形成接续边界；

6、s4、将重开区段编码为节点序列并接入改进hivt模型，由接续边界向中部逐级更新节点表示，固定已更新节点表示并阻断未更新节点反向改写，在推进前沿相遇处融合双侧表示，解码形成初始替代线位；

7、s5、由初始替代线位重建局部包络形成复核残差，采用雪消融优化算法搜索中部融合控制参数，反馈改进hivt模型调整双侧表示融合，形成优化替代线位；

8、s6、对优化替代线位执行道路几何拟合，替换重开区段原线位并接续冻结路线，形成更新路线版本；

9、s7、由更新路线版本重建包络并复核相交与接续，未通过则递扩重开区段并重新生成替代线位，形成复核路线版本；

10、s8、更新复核路线版本的桩号并合成连续线位，形成并输出城区公路智能选线结果。

11、可选的，所述s1具体包括：

12、s11、依据城区公路设计数据携带的坐标参考信息，将初始线位和约束空间转换至统一工程坐标系，形成配准设计数据；

13、s12、从配准设计数据提取初始线位，以线位起点为桩号起算位置，沿中心线累计线形段弧长，形成桩号化初始线位；

14、s13、将配准设计数据按桩号关联至桩号化初始线位，并将约束空间按投影起止桩号建立对应，形成包含约束空间的初始路线版本。

15、可选的，所述s2具体包括：

16、s21、沿初始路线版本的桩号提取横断面边界，按中心线切线方向和设计高程连续放样并记录桩号对应，形成道路工程空间占用包络；

17、s22、对道路工程空间占用包络与约束空间执行三维布尔相交，按空间连通性分离相交实体，形成包络冲突区域；

18、s23、依据放样截面与桩号的对应，将包络冲突区域映射至初始线位，合并桩号连续的冲突范围，形成直接冲突区间。

19、可选的，所述s3具体包括：

20、s31、以直接冲突区间两端桩号为初始边界，沿初始线位向区间外侧移动边界，形成候选重开区段；

21、s32、依据候选重开区段两端线形状态构造连接线形，检测连接线形与约束空间的相交和两端接续，形成接续检验结果；

22、s33、接续检验未通过时向外移动对应边界并重新检验，直至连接线形避开约束空间且两端连续接合，形成可接续重开区段；

23、s34、合并相互重叠的可接续重开区段，保留区段外初始线位并提取两端线形状态，形成重开区段、冻结路线和接续边界。

24、可选的，所述改进hivt模型包括依次连接的局部节点交互编码层、序列编码层、节点与道路要素交互编码层、全局交互层和多层感知机解码层；

25、所述局部节点交互编码层依据重开区段内路线节点之间的相对几何位置聚合相邻节点表示，形成局部节点表示；

26、所述序列编码层按桩号顺序排列局部节点表示，叠加位置编码并执行多头自注意力，形成序列节点表示；

27、所述节点与道路要素交互编码层依据路线节点与重开区段内初始线位及约束空间边界的相对几何位置执行交叉注意力，形成节点编码表示；

28、所述全局交互层固定接续边界对应的节点编码表示，将节点序列两端桩号的中间位置确定为中部融合位置，以紧邻固定节点的未更新节点作为查询节点，以固定节点作为键节点和值节点执行注意力更新，将完成更新的查询节点转为固定表示状态并从下一轮查询节点中移出，按照桩号顺序由两端向中部重复更新，直至两侧更新前沿到达中部融合位置，将双侧注意力消息聚合至中部融合位置对应的路线节点，形成完整节点表示；

29、所述多层感知机解码层将完整节点表示映射为沿桩号排列的路线节点坐标，形成初始替代线位。

30、可选的，所述按照桩号顺序由两端向中部重复更新具体包括：

31、按照重开区段桩号顺序排列节点编码表示，保持两端接续边界节点的编码表示不变，仅保留由接续边界节点指向相邻未更新节点的有向交互边，并删除由未更新节点指向接续边界节点的反向交互边；

32、以有向交互边的目标节点编码表示生成查询向量，以源节点编码表示和节点间相对位置生成键向量和值向量，计算多头注意力消息并与目标节点编码表示残差相加，仅更新目标节点编码表示；

33、将完成更新的目标节点保持为固定表示，删除以固定节点为目标的交互边，建立由固定节点指向相邻未更新节点的有向交互边，沿桩号方向由两端向中部重复更新；

34、两侧更新前沿到达中部融合位置时，保留两侧末端固定节点指向中部融合位置对应路线节点的有向交互边，将双侧注意力消息聚合后写回中部融合位置对应路线节点，形成完整节点表示。

35、可选的，所述s5具体包括：

36、s51、沿初始替代线位重建局部包络，与约束空间执行三维布尔相交，按相交体积形成初始复核残差；

37、s52、将初始替代线位采用的中部融合位置和双侧表示权重编码为初始候选解，并与初始复核残差关联，生成候选种群；

38、s53、将候选解逐一反馈改进hivt模型，重建候选替代线位的局部包络并计算复核残差，按残差排序形成精英集合；

39、s54、从精英集合确定当前最优解，计算种群质心和随迭代次数变化的雪融速率，随机划分探索种群和开发种群；

40、s55、探索种群以精英解为基点，叠加当前最优解和种群质心相对当前候选解的布朗随机扰动；

41、s56、开发种群以雪融速率缩放当前最优解，叠加当前最优解和种群质心相对当前候选解的布朗随机扰动；

42、s57、将更新候选种群迭代反馈改进hivt模型并更新精英集合，以复核残差最小的候选解形成优化替代线位。

43、可选的，所述s6具体包括：

44、s61、按桩号顺序拟合优化替代线位的节点平面坐标，固定接续边界的平面坐标和切线方向，求解平曲线参数，形成连续平面线位；

45、s62、沿连续平面线位拟合节点高程，固定接续边界的高程和纵坡，求解纵断面线形，形成连续替代线位；

46、s63、以接续边界为分界，将连续替代线位替换重开区段原线位并在两端连接冻结路线，形成更新路线版本。

47、可选的，所述s7具体包括：

48、s71、沿更新路线版本的中心线和设计高程定位横断面边界，连续放样并连接相邻横断面，形成更新占用包络；

49、s72、将更新占用包络与约束空间执行三维布尔相交，将相交实体投影至桩号并合并连续投影范围，形成残余冲突区间；

50、s73、判断重开区段两端接续点两侧线位的平面坐标和高程是否重合、切线方向和纵坡是否一致，形成接续复核结果；

51、s74、存在残余冲突区间时将邻近端边界移至冲突区间外侧相邻桩号，接续复核未通过时将未通过端边界移至外侧相邻桩号，形成调整后边界；

52、s75、依据调整后边界重新限定重开区段并提取两端线形状态，形成递扩重开区段和更新接续边界；

53、s76、以递扩重开区段和更新接续边界重新生成替代线位并写入递扩重开区段，重复相交和接续复核直至通过，形成复核路线版本。

54、可选的，所述s8具体包括：

55、s81、以复核路线版本的路线起点桩号为起算值，沿中心线行进方向累计各线形段弧长，形成更新桩号；

56、s82、按更新桩号顺序连接复核路线版本内相邻线形段，在接续边界保留单一共用端点，形成连续线位；

57、s83、将连续线位与更新桩号写入复核路线版本，形成并输出城区公路智能选线结果。

58、本发明的有益效果是：

59、本发明通过将城区公路设计数据、初始线位桩号和约束空间进行统一配准，并依据道路横断面及设计高程构建道路工程空间占用包络，将包络冲突准确投影至桩号范围，能够由平面避让判断提升为空间占用冲突识别，减少因建筑物、地下设施及其他限制对象空间关系复杂而造成的冲突漏检，提高冲突区段定位的准确性。

60、本发明从直接冲突区间向两端递扩边界，通过连接线形的空间相交和两端接续检验确定重开区段，并保留区段外既有路线，避免对无冲突路线进行整体重选。改进hivt模型由两端接续边界向区段中部逐级更新节点表示，固定已更新节点并阻断中部节点反向改写边界信息，使生成的替代线位兼顾局部避让需求与既有路线接续状态，缩小线位调整范围并提高局部重选线的稳定性。

61、本发明还通过雪消融优化算法搜索中部融合控制参数，以局部包络复核残差评价替代线位，并结合道路几何拟合、空间相交复核、接续复核及重开区段递扩形成闭环处理，使最终线位避开约束空间并保持平面和纵断面连续，有利于提高城区公路智能选线的效率、准确性和工程可实施性。