طراحي الگوي بهينه تسطيح زمين براساس حداقل كردن حجم عمليات خاك برداري و خاك ريزي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي صنايع

كارشناسي ارشد

چكيده تسطيح زمين يكي از فرآيندهاي حياتي در پروژه‌هاي عمراني، كشاورزي، و جاده‌سازي است كه با بهبود زيرساخت‌ها، كاهش هزينه‌هاي اجرايي، و افزايش بهره‌وري همراه است. اين پژوهش باهدف توسعه الگويي بهينه براي تسطيح زمين، به‌منظور كمينه‌سازي حجم عمليات خاك‌برداري و خاك‌ريزي انجام مي‌شود. براي اين منظور، مدل رياضي مبتني بر برنامه‌ريزي غيرخطي آميخته با اعداد صحيح طراحي مي‌شود كه با بهره‌گيري از فرمول‌هاي غيرخطي، حجم عمليات خاكي را با دقت بالا محاسبه مي‌كند. اين مدل محدوديت‌هاي فني نظير شيب‌هاي مجاز، نسبت خاك‌برداري به خاك‌ريزي و ارتفاع نقاط كنترل را در نظر مي‌گيرد. زمين موردمطالعه به‌صورت شبكه مربعي (گريدبندي شده) مدل‌سازي مي‌شود و براي هر سلول شبكه، شش حالت تسطيح بر اساس تركيب خاك‌برداري و خاك‌ريزي در گوشه‌هاي سلول تعريف مي‌گردد. مدل رياضي با استفاده از متغيرهاي باينري براي انتخاب حالت بهينه هر سلول و متغيرهاي پيوسته براي تعيين شيب و ارتفاع صفحه تسطيح به كمينه‌سازي مجموع حجم عمليات خاكي مي‌پردازد. به دليل غيرخطي و غيرمحدب بودن مدل، حل دقيق با نرم‌افزار گمس انجام مي‌شود. همچنين، روش‌هاي فراابتكاري بهينه‌سازي ازدحام ذرات و جست‌وجوي محلي براي يافتن جواب‌هاي نزديك به بهينه در زمان كمتر پياده‌سازي مي‌شوند. الگوريتم بهينه‌سازي ازدحام ذرات با تنظيم وزن اينرسي و ضرايب يادگيري، سرعت و انعطاف‌پذيري بالايي ارائه مي‌دهد، درحالي‌كه جست‌وجوي محلي با تعادل بين دقت و كارايي محاسباتي، براي مسائل بزرگ‌تر مناسب است. براي اعتبارسنجي، داده‌هاي واقعي از يك پروژه تسطيح اراضي استفاده مي‌شود و نتايج با روش‌هاي سنتي مانند رگرسيون دومتغيره و حداقل مربعات مقايسه مي‌گردد. نتايج نشان مي‌دهد كه گمس دقيق‌ترين جواب‌ها را با حجم كل 905.146 توليد مي‌كند، درحالي‌كه روش‌هاي بهينه‌سازي ازدحام ذرات و جست‌وجوي محلي به ترتيب حجم‌هاي 957 و 1021 را ارائه مي‌دهند. نوآوري اين پژوهش در ادغام فرمول‌هاي شش حالت تسطيح در يك مدل غيرخطي آميخته با اعداد صحيح جامع و استفاده از متغيرهاي باينري براي مدل‌سازي حالت‌هاي تركيبي عمليات خاكي است كه نسبت به روش‌هاي خطي سنتي، انعطاف‌پذيري بيشتري در تطبيق با توپوگرافي‌هاي پيچيده فراهم مي‌كند. تركيب حل دقيق گمس با روش‌هاي بهينه‌سازي ازدحام ذرات و جست‌وجوي محلي، امكان دستيابي به جواب‌هاي بهينه يا نزديك به بهينه را در زمان معقول فراهم مي‌كند. نتايج پژوهش الگويي بهينه براي تسطيح زمين ارائه مي‌دهد كه ضمن رعايت محدوديت‌هاي فني، حجم عمليات خاكي را كاهش مي‌دهد و هزينه‌ها، مصرف انرژي، و اثرات زيست‌محيطي را كم مي‌كند. اين چارچوب براي مهندسان عمران، كشاورزي، و برنامه‌ريزان شهري راهنمايي عملي است و باقابليت تعميم به پروژه‌هاي مختلف، به بهينه‌سازي تسطيح اراضي كمك مي‌كند.

233426

بهينه سازي سيستم ها

فني مهندسي گلپايگان

دانشگاه صنعتي اصفهان