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机场飞行区地势设计优化的任务是设计出一个合理的飞行场地地势表面，在满足技术标准要求的前提下，使飞行场区内平整作业时土石方工程量最小。飞行区地势设计优化问题约束条件众多，工程量计算复杂，需要一系列成本函数和高效的搜索方法来实现最优设计。当前的优化方法都不能很好地满足飞行区地势设计优化中具有的约束复杂，目标函数非可微、非线性和非凸函数的特征，难以产生排水通畅、符合技术标准要求、全场土方量优化的飞行区地势设计方案。本文充分借鉴国内外相关研究成果，分析飞行区地势设计优化问题的特点，建立了一种基于双层规划的优化模型，将遗传算法和有效集法相结合来寻找飞行区地势设计的(近似)最优解，快速产生出合理、低价的优化方案。主要研究内容和成果如下：
(1)通过分析机场飞行区地势设计特点，总结各阶段设计任务和要点，确立了优化思路。利用横断面设计和纵断面设计中目标和约束的区别，提出骨架-扭曲面模型用于描述飞行区地势设计表面，既符合约束，又贴近实际情况。
(2)建立了基于双层规划的优化模型，上层规划侧重飞行区的整体纵断面控制，根据约束的特性对非线性、动态的纵断面约束进行针对性的处理，以包含净空处理、边坡处理和土方调配成本在内的全场总体土石方工程成本为目标进行优化。下层规划侧重于局部的横断面优化，以局部表面跟天然地面的拟合程度为目标，下层规划只包含线性约束。在一定程度上化解了搜索效率跟复杂约束的矛盾。针对上下层规划的特点，结合遗传算法和有效集法，采取特殊的解码算法以产生可行的设计方案，并通过参数分析，确立了自适应的参数调整方法，为模型建立了收敛快、全局寻优能力强的求解算法。
(3)最后，通过两个案例分析验证了本方法的可行性。在实际机场工程案例中，本方法的优化结果与实际工程中地势设计方案进行比较，优化方案的土方工程量显著降低，总体土方成本较实际方案降低了10.7%，且各项设计指标均符合技术标准，表面排水通畅。在虚拟案例中，以一种常见构型的飞行区为对象，运用本方法对其在不同起伏程度的天然地形下进行优化，均得到了土方成本较低、表面设计合理的优化方案，进一步验证了模型的有效性和算法的适用性。
(1)通过分析机场飞行区地势设计特点，总结各阶段设计任务和要点，确立了优化思路。利用横断面设计和纵断面设计中目标和约束的区别，提出骨架-扭曲面模型用于描述飞行区地势设计表面，既符合约束，又贴近实际情况。
(2)建立了基于双层规划的优化模型，上层规划侧重飞行区的整体纵断面控制，根据约束的特性对非线性、动态的纵断面约束进行针对性的处理，以包含净空处理、边坡处理和土方调配成本在内的全场总体土石方工程成本为目标进行优化。下层规划侧重于局部的横断面优化，以局部表面跟天然地面的拟合程度为目标，下层规划只包含线性约束。在一定程度上化解了搜索效率跟复杂约束的矛盾。针对上下层规划的特点，结合遗传算法和有效集法，采取特殊的解码算法以产生可行的设计方案，并通过参数分析，确立了自适应的参数调整方法，为模型建立了收敛快、全局寻优能力强的求解算法。
(3)最后，通过两个案例分析验证了本方法的可行性。在实际机场工程案例中，本方法的优化结果与实际工程中地势设计方案进行比较，优化方案的土方工程量显著降低，总体土方成本较实际方案降低了10.7%，且各项设计指标均符合技术标准，表面排水通畅。在虚拟案例中，以一种常见构型的飞行区为对象，运用本方法对其在不同起伏程度的天然地形下进行优化，均得到了土方成本较低、表面设计合理的优化方案，进一步验证了模型的有效性和算法的适用性。