dc.contributor |
Universitat Politècnica de Catalunya. Departament d'Enginyeria Civil i Ambiental |
dc.contributor |
Rodríguez Ferran, Antonio |
dc.contributor.author |
Goicoechea Montes, Joanes |
dc.date |
2016-06-23 |
dc.identifier.citation |
PRISMA-114799 |
dc.identifier.uri |
http://hdl.handle.net/2117/103140 |
dc.language.iso |
eng |
dc.publisher |
Universitat Politècnica de Catalunya |
dc.rights |
info:eu-repo/semantics/openAccess |
dc.subject |
Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria civil |
dc.subject |
Mathematical optimization |
dc.subject |
Three-dimensional display systems |
dc.subject |
Highway alignment |
dc.subject |
Optimization |
dc.subject |
Horizontal alignment |
dc.subject |
Vertical alignment |
dc.subject |
Optimització matemàtica |
dc.subject |
Visualització tridimensional (Informàtica) |
dc.title |
Numerical optimization of highway alignments |
dc.type |
info:eu-repo/semantics/masterThesis |
dc.description.abstract |
. |
dc.description.abstract |
The selection of highway alternatives is a very complex and challenging problem due to the
large number of conflicting factors that must be solved, the great amount and variety of
information that must be compiled and processed, and the numerous evaluations that must be
performed.
Therefore, the motivation of this Master’s Thesis research has been to automate the design
process and to achieve better results within a shorter timeframe and at a lower cost, to overcome
the limitations of the traditional highway alignment alternative evaluation processes and design.
For that aim, this thesis presents a highway three-dimensional alignment optimization model
that simultaneously develops the optimization of horizontal and vertical alignments along a
corridor. It integrates a two-stage heuristic neighbourhood optimization algorithm.
The research discusses which are the most important costs and constraints associated with
highway alignment optimization, it develops the key steps of the two-stage optimization
algorithm and it provides a first degree attempt to develop an optimization model software with
Matlab interface that might highly automate the design process in the future. Finally, the model
capabilities and applicability are studied applying the optimization model in a real highway
construction project case study.
Thanks to the application of the model to a real case study, it has been demonstrated that the
optimization model provides an effective highway alignment alternative, which satisfies the
design constraints and also provides practical information about the optimized alignment. It is
also found that the alignment optimized by the model is quite similar to the obtained through
conventional manual methods, but the model can greatly reduce the time required (13 hours) for
highway planning and design, as well as produce a lower cost solution.
Despite the terrain complexity of the study area, the optimized alignment is found without any
difficulties. In the studied highway stretch the project alignment total cost (6 226 610 €) is close
to the optimized final highway alignment total cost (6 136 872 €), but it definitely contributes to
reduce the cost in 89 738 € (-1.4%).
As summary of the research, the proposed optimization model can greatly contribute to the
productivity of highway engineers, as well as to the quality of the resulting infrastructure. It is
concluded that with the implemented heuristic algorithm the optimization model achieves a
locally optimal horizontal alignment (inside the corridor) and a vertical alignment that is
globally optimal for the very alignment it analysed, meeting the main geometric constraints. |
dc.description.abstract |
La selección de alternativas en el trazado de carreteras es un problema muy complejo debido al
gran número de factores conflictivos que deben ser resueltos, la gran cantidad y variedad de
información que debe ser recopilada y procesada, y las numerosas evaluaciones que se deben
realizar.
Por tanto, la motivación de la investigación de la Tesina de Máster ha sido la de automatizar el
proceso de diseño para lograr mejores resultados en un periodo de tiempo menor y con un coste
menor, para superar así las limitaciones actuales de los procesos tradicionales de evaluación y
diseño de alternativas de trazado de carreteras.
Con esta finalidad, la tesina presenta un modelo tridimensional de optimización de trazado de
carreteras que desarrolla de forma simultanea la optimización del trazado horizontal y vertical a
lo largo de un corredor. El modelo tiene integrado un algoritmo de optimización heurística de
búsqueda vecinal desarrollado en dos etapas.
A lo largo del documento se analiza cuales son los costes y restricciones más importantes
asociados a la optimización del trazado de carreteras, se presentan los pasos principales del
algoritmo de optimización de dos etapas y desarrolla una primera fase de un modelo de software
de optimización con interfaz de Matlab que podría automatizar notablemente el proceso de
diseño y elección de alternativas en el futuro. Por último, las capacidades y aplicabilidad del
modelo se estudian mediante la aplicación del modelo de optimización en un caso de estudio
real de un proyecto de construcción de una carretera.
Gracias a la aplicación del modelo a un estudio de caso real, se ha demostrado que el modelo de
optimización proporciona una alternativa efectiva de trazado de la carretera, que satisface las
restricciones de diseño y también proporciona información práctica sobre el trazado optimizado.
También se observa que el trazado optimizado por el modelo es muy similar al obtenido
mediante métodos manuales convencionales, pero el modelo puede reducir en gran medida el
tiempo requerido (13 horas) para la planificación y diseño de la carretera, así como producir una
alternativa de menor coste.
A pesar de la complejidad del terreno del área de estudio, el trazado óptimo se encuentra sin
ninguna dificultad. El coste total del tramo de carretera estudiado con el trazado de proyecto (6
226 610 €) es similar al coste total del trazado de la carretera optimizado (6 136 872 €), pero sin
duda contribuye a reducir el costo en 89 738 € (-1,4%).
Como resumen de la investigación, el modelo de optimización propuesto puede contribuir en
gran medida a la productividad de los ingenieros de trazado de carreteras, así como a la calidad
de la infraestructura resultante. Se concluye que con el algoritmo heurístico implementado el
modelo de optimización logra un trazado horizontal óptimo localmente (dentro del corredor) y
un trazado vertical que es globalmente óptimo para todos los trazados analizados, cumpliendo
además, las principales restricciones geométricas. |