Nghiên cứu lựa chọn tối ưu cắt dọc đường sắt đô thị ở Việt Nam

bộ giáo dục v đo tạo
trờng đại học giao thông vận tải





Nguyễn Hữu Thiện




nghiên cứu lựa chọn tối u cắt dọc
đờng sắt đô thị ở việt nam




Chuyên ngành: Xây dựng đờng sắt
Mã số: 62.58.35.01


tóm tắt luận án tiến sĩ kỹ thuật

Hà nội Năm 2009





Công trình đợc hoàn thành tại: Bộ môn Đờng sắt,
Trờng Đại học Giao thông Vận tải








Ngời hớng dẫn khoa học: PGS.TS Phạm Văn Ký
TS Lê Hải Hà




Phản biện 1: GS.TSKH Nguyễn Xuân Trục, Trờng ĐHXD
Phản biện 2: GS.TS Nguyễn Xuân Đào, Viện KHCN GTVT
Phản biện 3: TS Đào Trọng Chơng, Văn phòng Chính phủ

Luận án đợc bảo vệ trớc Hội đồng chấm luận án cấp nhà nớc
tại Trờng Đại học Giao thông Vận tải
vào hồi 8 giờ 30 phút ngày 7 tháng 8 năm 2009




Có thể tìm hiểu luận án tại th viện: Trờng Đại học GTVT


30

DAnh mục công trình của tác giả

Tên TG, Năm XB, Tên sách, Nhà XB, Nơi XB
1.
Hệ thống thông số kỹ thuật của ĐSĐT Thế giới và lựa chọn, một số
thông số cơ bản cho ĐSĐT ở Việt Nam, số 5, (2003), Tạp chí
KHGTVT, Trờng Đại học GTVT tr.251-258.
2.
Bàn về các yếu tố ảnh hởng tới tối u mặt cắt dọc đờng sắt đô thị
ở Việt Nam, Số 12, (2005), Tạp chí KHGTVT, Trờng ĐHGTVT
tr.115-119.
3.
Lựa chọn MCD tối u ĐSĐT bằng phơng pháp thuật giải di
truyền, Tạp chí Cầu đờng Việt Nam, số 3, (2008), tr.30-33.

4.
So sánh phơng pháp NPV và IRR dùng trong phân tích dự án đầu
t , Tạp chí Cầu đờng Việt Nam, số 4, (2008), tr.31-33.
5.
Phơng pháp kinh phí dẫn xuất điều chỉnh và hàm mục tiêu của bài
toán thiết kế mặt cắt dọc tối u ĐSĐT, Tạp chí Giao thông Vận tải,
số 5, (2008), tr. 47-48.
6.
Xem xét mặt cắt dọc tiết kiệm năng lợng trong thiết kế ĐSĐT, Tạp
chí Cầu đờng Việt Nam, số 8+9, (2008), tr. 44-46.
7.
Phơng pháp Thuật giải di truyền và tìm mặt cắt dọc tối u ĐSĐT,
Số 24, (2008), Tạp chí KHGTVT, Trờng ĐHGTVT tr.47-50.



Mục lục

Nghiên cứu lựa chọn tối u cắt dọc
đờng sắt đô thị ở Việt Nam

Trang
Mở đầu
1
Chơng 1 : Tổng quan về ĐSĐT và nghiên cứu MCD tối u
ĐSĐT ở Việt Nam

1.1 Đờng sắt đô thị trên thế giới 3
1.2 Các nghiên cứu về tối u MCDĐS ở Việt Nam 3
1.3 Nhiệm vụ của Luận án 4

Chơng 2: Xây dựng mô hình bài toán
2.1 Các điều kiện ràng buộc 5
2.1.1 Độ dốc tối đa 5
2.1.2 Độ dốc nhỏ nhất 5
2.1.3 Chiều dài dốc 5
2.1.4 Đờng cong đứng 5
2.1.5 Độ dốc trong ga 6
2.1.6 Các ràng buộc khác 6
2.1.6.1 Các ràng buộc mang tính quy định của quy trình 6
2.1.6.2 Các ràng buộc khác 6
2.1.7 So sánh các ràng buộc của ĐSĐT với ĐSQG 8
2.2 Hàm mục tiêu 9
2.2.1 Chi phí xây dựng 9
2.2.2 Chi phí khai thác 9
2.2.3 So sánh phơng pháp NPV với Kinh phí dẫn xuất và lựa
chọn hàm mục tiêu của bài toán thiết kế MCDTU
9
2.2.4 u điểm của phơng pháp Kdc khi biểu thị hàm mục tiêu
11
2.3 Mô hình bài toán 11
Chơng 3 : Các phơng pháp lựa chọn mặt cắt dọc tối u
3.1 Phơng pháp quy hoạch động 13
3.1.1 Giới thiệu phơng pháp 13
3.1.2 Xem xét quá trình quyết định nhiều bớc 13
3.1.3 Nguyên lý tối u Bellman 14
3.1.4 áp dụng ph
ơng pháp QHĐ vào việc tìm MCDTUĐSĐT
14
3.1.5 Nhận xét về phơng pháp QHĐ 15
3.2 Phơng pháp thuật giải di truyền (GA) 15

3.2.1 Khái niệm về GA 15
3.2.2 Các phơng thức biến hóa của GA 15
3.2.3 Ví dụ giải bài toán tối u theo GA 15
3.2.4 Nhận xét về phơng pháp GA 22
Chơng 4 : Kết quả tính toán lựa chọn MCDTU

4.1 Xác định quan hệ F=f(v) và R
h
=g(v) 22
4.2 Ví dụ kết quả tính toán 23
Kết luận

1. Những kết quả chính đã đạt đợc của Luận án 28
2. Những hạn chế của Luận án và hớng nghiên cứu tiếp 29
Danh mục công trình của tác giả
30



29

Thông qua ví dụ cụ thể luận án đã góp phần khẳng định tồn tại một
dạng mặt cắt dọc tiết kiệm năng lợng trong ĐSĐT, đó là hình lồi ở ga và
hình lõm ở khu gian. Vận dụng khéo léo dạng thức mặt cắt dọc này sẽ tiết
kiệm đợc hàng chục phần trăm năng lợng điện. Trong tình hình khan
hiếm năng lợng nh hiện nay thì khẳng định này có ý nghĩa kinh tế lớn,
khuyến cáo các nhà thiết kế ĐSĐT hết sức chú ý vấn đề này khi thiết kế.
Ngoài ra luận án đã vận dụng các phơng pháp số hóa biểu đồ, các
ngôn ngữ lập trình VBA, Matlab để cài đặt thành công các tính toán tối u
và mô phỏng chuyển động của đoàn tàu theo mô thức chạy tàu tơng ứng.

2. Những hạn chế của Luận án và hớng nghiên cứu tiếp
Trong khuôn khổ Luận án này do trình độ và thời gian hạn chế, NCS
mới đề cập và giải quyết đợc phơng pháp luận cơ bản ở mức độ sâu sắc
nhất định.
Luận án cha nghiên cứu đến các PP hiện đại khác nh Lô gic mờ để
giải các bài toán kinh tế kỹ thuật khác trong ngành đờng sắt.
28

Kết luận
1. Những kết quả chính đã đạt đợc của Luận án
Luận án đã trình bày một cách có hệ thống cách tiếp cận và giải quyết
bài toán tối u MCDĐSĐT:
Về các ràng buộc
Luận án đã nghiên cứu và tập hợp các tiêu chuẩn thiết kế cắt dọc
ĐSĐT của các nớc, các tiêu chuẩn liên quan khác của Việt Nam nh tĩnh
không giao vợt, làm cơ sở dự kiến áp dụng cho ĐSĐT ở Việt Nam.
Luận án đã vận dụng những khái niệm về trờng nhìn, tỷ lệ vàng
trong kiến trúc, điều kiện chiếu nắng và tơng quan chiều cao giữa kiến trúc
cũ và mới thuộc kiến trúc cảnh quan đô thị, để lợng hóa thành các biểu
thức trong hệ ràng buộc mà tiêu chuẩn về ĐS thông thờng của VN và
ĐSĐT các nớc cha đề cập cụ thể.
Về Hàm mục tiêu
Luận án đã đề xuất một công thức kinh phí dẫn xuất điều chỉnh Kdc
làm hàm mục tiêu cho bài toán TUMCD trên cơ sở chứng minh đợc giá trị
của nó tơng đơng với phơng pháp NPV, là một phơng pháp u việt
trong số các phơng pháp đánh giá hiệu quả đầu t hiện đang đợc áp dụng.
Về Phơng pháp GA
Đây là một phơng pháp tơng đối mới. Luận án đã nghiên cứu áp
dụng để giải bài toán tìm tối u cắt dọc đờng sắt đô thị.
Với bài toán tối u cắt dọc ĐSĐT, luận án đã thiết lập đợc Mô hình

tính gồm hàm mục tiêu và các ràng buộc, cũng nh các quan hệ cần thiết kể
cả việc xác định các gen, nhiễm sắc thể để tìm ra tối u theo nguyên lý của
GA. Bổ sung thêm vào các phơng pháp nghiên cứu tối u đã đợc áp dụng
trong thiết kế đờng sắt.

Mặt cắt dọc tiết kiệm năng lợng
1
Mở đầu
1. Tính cấp thiết của đề tài luận án
Hiện nay nhu cầu phát triển đờng sắt đô thị (ĐSĐT) là một đòi hỏi
cấp thiết ở Việt Nam. Nhiều dự án ĐSĐT ở Hà Nội và TP.Hồ Chí Minh
đang đợc hình thành nhằm mục đích tạo ra một hệ thống GTĐT có hiệu
quả nh: có khối lợng chuyên chở hành khách lớn, góp phần giảm ùn tắc
giao thông và ô nhiễm môi trờng. Đồng thời đảm bảo vận chuyển an toàn
thuận tiện, nhanh chóng, đúng giờ, tiết kiệm, ít duy tu sửa chữa.
Ngoài nhiệm vụ quan trọng hàng đầu là vận tải thì ĐSĐT còn là một
công trình quy mô, có ảnh hởng lớn đến cảnh quan kiến trúc đô thị.
ĐSĐT có chi phí xây dựng và khai thác, mà chủ yếu là tiêu hao điện
năng rất lớn. Yêu cầu tiết kiệm năng lợng là hết sức cần thiết trong giai
đoạn hiện nay.
Trong các vấn đề kỹ thuật của ĐSĐT, vấn đề tối u cắt dọc có tính
thời sự. Giải quyết đợc vấn đề này sẽ đóng góp vào việc lựa chọn phơng
án xây dựng ĐSĐT hợp lý không những do hạ giá thành xây dựng và vận
doanh mà còn tạo nên một không gian kiến trúc đô thị hài hòa đẹp mắt. Vì
vậy việc nghiên cứu cắt dọc ĐSĐT hợp lý là một yêu cầu cấp thiết trong xây
dựng ĐSĐT hiện nay.
2. ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Đề tài đã xây dựng đợc mô hình bài toán tìm kiếm tối u mặt cắt
dọc ĐSĐT:
Thỏa mãn các ràng buộc của đờng sắt nói chung và ĐSĐT nói riêng,

trong đó có những ràng buộc về cảnh quan còn cha đợc đề cập cụ thể
trong các quy trình hiện nay.
Xây dựng hàm mục tiêu đánh giá đợc hiệu quả đầu t có cơ sở lý
luận khá vững chắc, đủ tin cậy, thuận tiện trong tính toán.
Bằng việc áp dụng phơng pháp thuật giải di truyền GA, luận án đã
góp phần bổ sung thêm một phơng pháp tìm kiếm tối u cắt dọc đờng sắt
nói chung và ĐSĐT nói riêng.
Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu, giúp các kỹ s thiết kế có thể
tham khảo và vận dụng khi thiết kế cắt dọc ĐSĐT nhằm xây dựng tuyến
ĐSĐT có mặt cắt dọc hợp lý, tiết kiệm đợc năng lợng và hài hòa với cảnh
quan kiến trúc đô thị.
3. Mục tiêu và nhiệm vụ
Mục tiêu và nhiệm vụ của luận án là thiết lập và giải đợc mô hình
toán đó là hàm mục tiêu kinh phí dẫn xuất điều chỉnh thỏa mãn các điều
kiện ràng buộc bằng các phơng pháp t
ơng đối mới là thuật giải di truyền
(GA) trên cơ sở so sánh với quy hoạch động để tìm ra mặt cắt dọc hợp lý.
Cài đặt các phơng pháp này trong máy tính.
2
4. Phơng pháp nghiên cứu
áp dụng một số lý thuyết tìm kiếm tối u, ứng dụng tin học nh ngôn ngữ
VBA, Matlab để thử nghiệm trên tuyến ĐSĐT cụ thể.
5. Phạm vi nghiên cứu
ĐSĐT bao gồm: MRT, LRT,Monorail và đờng sắt mới (đệm từ, không lu,
bánh lốp)
Đề tài tập trung nghiên cứu xác định cao độ đỉnh ray trên chính tuyến của
LRT và MRT. Trên cơ sở đã xác định: Bình diện tuyến, ga, kết cấu công
trình, khẩu độ nhịp.
6. Cấu trúc Luận án
Ngoài phần Mở đầu, Kết luận, Phụ lục, Luận án có 4 chơng:

Chơng 1: Tổng quan về ĐSĐT và nghiên cứu mặt cắt dọc tối u ĐSĐT ở
Việt Nam
Chơng 2: Xây dựng mô hình bài toán
Chơng 3: Các phơng pháp lựa chọn MCD tối u
Chơng 4: Kết quả tính toán chọn MCD tối u
27


26

phí đó vào công thức tính kinh phí dẫn xuất điều chỉnh.
Ta có nhận xét sau:

ảnh hởng của sự thay đổi khối lợng của phần trụ cầu giữa các phơng án
so với ảnh hởng của tiêu tốn năng lợng kéo hàng năm là không lớn. Trong
ví dụ này để đơn giản tính toán nhng vẫn không mất đi tính tổng quát, ta
chỉ đa vào xem xét tiêu hao năng lợng điện. Khi đó (2.2.41) trở nên đơn
giản hơn:
min
2
EK
dx
=

áp dụng phơng pháp QHĐ và GA tìm tối u nh đã trình bày ở chơng 3.
Kết quả tính toán theo hai phuơng pháp nh sau:

4.2.2 Nhận xét kết quả và các đề xuất

- Kết quả tính toán tiêu hao điện năng cực tiểu của các phơng án

MCD xem xét cho thấy, phơng án có trị số min theo GA là 35.94 kw/h,
theo phơng pháp QHĐ là 35.93 kw/h, chênh lệch tính toán bằng 0.03%.
Với bài toán thiết kế MCD thì độ chính xác này là một kết quả tính toán mỹ
mãn xét theo khía cạnh so sánh kinh tế. Một lần nữa có thể nói phơng pháp
GA là một phơng pháp tính toán đáng tin cậy.
- Về tiêu hao điện năng theo phơng án 1 của TEWESTlà 55.30 kw/h.
Phơng án điều chỉnh đợc đa vào xem xét là 35.93 kw/h. Sở dĩ nh vậy là
do, đoàn tàu sau khi khởi động ở ga, xuống dốc nhờ thế năng, tăng gia tốc
đoàn tàu, rút ngắn thời gian kéo tàu. Khi tàu vào ga, nhờ lực cản lên dốc
giảm tốc độ đoàn tàu, rút ngắn thời gian hãm, giảm thiểu phát nhiệt do hãm,
giảm tiêu hao năng lợng hãm.
Qua tính toán ở trên, năng lợng điện tiêu hao tiết kiệm đợc so với
phơng án của TEWEST là 35%. Một tỷ lệ tiết kiệm điện năng thật đáng
nói, nhất là hiện nay đã bớc vào kỷ nguyên khan hiếm năng lợng.
- Phơng án của TEWEST không xét đến cảnh quan, dốc đi bằng từ
đầu đến cuối. Có thể nói TEWEST đã không dùng một mô hình tối u nào
về mặt cắt dọc trong thiết kế.
Để góp phần tích cực vào Chiến lợc tiết kiệm năng lợng quốc gia
thậm chí là toàn cầu thì việc áp dụng Mặt cắt dọc tiết kiệm năng lợng: Cao
lên ở ga và thấp xuống ở giữa khu gian là điều hết sức cần thiết.
3

Chơng 1: Tổng quan về đờng sắt đô thị và nghiên cứu MCD
tối u ĐSĐT ở Việt Nam
1.1 Đờng sắt đô thị trên thế giới
1.1.1 Mạng lới đờng sắt đô thị trên thế giới
Khoảng 30 năm gần đây, ĐSĐT phát triển rất nhanh trên thế giới.
Trớc năm 1970 chỉ có ít thành phố có hệ thống ĐSĐT thì đến năm 1991 đã
có khoảng 160 thành phố có hệ thống này và khoảng 30 thành phố khác
đang xây dựng nằm rải rác ở 60 nớc trên thế giới.

1.1.2 Phân loại đờng sắt đô thị trên Thế giới
Loại ĐSĐT có sức chở trung bình-LRT có thể chở đợc đến 30.000
hành khách/một hớng trong giờ cao điểm.
ĐSĐT có sức chở lớn - Heavy rail system
Metro. thòng kéo 4-10 toa, sức chở trên 400 HK/đoàn tàu, do đó
năng lực rất lớn (60.000 - 80.000 HK/h).
1.2 Các nghiên cứu về tối u MCDĐS ở Việt Nam
Ngời đầu tiên ở Việt Nam nghiên cứu vấn đề thiết kế tối u MCDĐS
B
ả
ng
1.1.1
4
là Tiến sĩ Nguyễn Văn Lơng. Năm 1977 trong luận án của mình Tiến sĩ
Nguyễn Văn Lơng đã trình bày các phơng pháp quy hoạch động,
gradient, gradient hình chiếu, biến đổi cục bộ và đề nghị áp dụng phơng
pháp biến đổi cục bộ vào bài toán thiết kế tối u MCDĐS. Tiến sĩ Nguyễn
Văn Lơng là ngời có công đầu mở ra trờng phái nghiên cứu thiết kế tối
u MCDĐS ở Việt Nam.
Tiến sĩ Lê Xuân Quang, đã bảo vệ luận án Nghiên cứu ứng dụng
phơng pháp quy hoạch toán học để thiết kế tối u cắt dọc đờng sắt năm
1985, trong đó tác giả áp dụng phơng pháp hàm phạt giải bài toán quy
hoạch toàn phơng.
PGS. Lê Đức Trân đã tập hợp trong công trình của mình Thiết kế tối
u mặt cắt dọc đờng sắt bằng phơng pháp sơ đồ mạng năm 1989.
PGS.TS Phạm Văn Ký đã bảo vệ luận án: Thiết kế tối u trắc dọc đại
tu đờng sắt năm 1995. Đây là công trình nghiên cứu đầu tiên ở Việt Nam

về thiết kế tối u đại tu đờng sắt. Tác giả đã áp dụng phơng pháp quy
hoạch động làm phơng pháp chính để giải quyết vấn đề.
Đồng thời với việc nghiên cứu tối u MCDĐS thì các nghiên cứu
khác về tối u đờng sắt cũng đã đợc các nhà khoa học tiến hành:
TS. Lê Hải Hà đã bảo vệ luận án: Cải tạo và nâng cấp tuyến đờng
sắt Việt Nam năm 1993. Tác giả đã xây dựng trình tự tối u, thực hiện các
biện pháp cải tạo khu gian để chuyển đờng sang khổ tiêu chuẩn trên cơ sở
giải bài toán đa mục tiêu bằng phơng pháp tìm định hớng.
1.3 Nhiệm vụ của Luận án
Nhiệm vụ đợc đặt ra đối với luận án là: Nghiên cứu các yếu tố ảnh
hởng đến việc lựa chọn tối u MCDĐSĐT. So sánh các phơng án MCD
với nhau, thông qua việc thiết lập hàm mục tiêu, xác định hiệu quả đầu t
.
Nghiên cứu một phơng pháp lựa chọn tối u lần đầu tiên áp dụng vào
chuyên ngành đờng sắt để đánh giá lựa chọn phơng án MCDĐSĐT. Các
vấn đề này sẽ đợc lần lợt trình bày trong các chơng tiếp theo.
25

B
ảng các phơng án độ dốc dọc

Độ
dốc
()
Cao
độ
đầu
dốc
(m)
Độ

dốc
()
Cao
độ
đầu
dốc
(m)
Độ
dốc
()
Cao
độ
đầu
dốc
(m)
Độ
dốc
()
Cao
độ
đầu
dốc
(m)
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14)
Chợ Lớn 120 -0.40 14.28 Chợ Lớn 120 0.00 14.28 0.00 14.28 0.00 13.48 0.00 13.48
610 -0.40 14.23 300 -6.67 14.28 -10.00 14.28 -4.00 13.48 -7.33 13.48
120 -0.40 13.99 310 5.35 12.28 8.58 11.28 2.77 12.28 6.00 11.28
Hồng Bàng 120 -0.40 13.94 120 0.00 13.94 0.00 13.94 0.00 13.14 0.00 13.14
680 0.14 13.89 Hồng Bàng 120 0.00 13.94 0.00 13.94 0.00 13.14 0.00 13.14
230 -0.25 13.99 450 -4.44 13.94 -6.67 13.94 -2.67 13.14 -4.89 13.14

120 -0.25 13.93 460 4.26 11.94 6.43 10.94 2.52 11.94 4.70 10.94
Phú Lâm 120 -0.25 13.90 120 0.00 13.90 0.00 13.90 0.00 13.10 0.00 13.1
330 -0.25 13.87 Phú Lâm 120 0.00 13.90 0.00 13.90 0.00 13.10 0.00 13.1
380 -0.20 13.79 350 -5.71 13.90 -8.57 13.90 -3.43 13.10 -6.29 13.1
120 -0.20 13.71 360 4.97 11.90 7.75 10.90 2.75 11.90 5.53 10.9
CV Phú Lâm 120 -0.20 13.69 120 0.00 13.69 0.00 13.69 0.00 12.89 0.00 12.89
380 -0.20 13.66 CV Phú Lâm 120 0.00 13.69 0.00 13.69 0.00 12.89 0.00 12.89
580 0.00 13.59 480 -4.17 13.69 -6.25 13.69 -2.50 12.89 -4.58 12.89
An Lạc 120 0.00 13.59 480 3.96 11.69 6.04 10.69 2.29 11.69 4.38 10.69
An Lạc 120 0.00 13.59 0.00 13.59 0.00 12.79 0.00 12.79
Chiều
dài
dốc
(m)
Các phơng án điều chỉnh
PA5PA3PA2
Phơng án 1 (TEWEST)
PA4
Ga Chiều dài
dốc
(m)
Độ dốc
()
Cao độ
đầu dốc
(m)
Ga

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
-5

0
5
10
15
20
25
30
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9)
(1)
(2)
PA.1
PA1
-0.4/970 0.14/680 -0.25/800 -0.2/1000 0/700
PA.2
PA2
120-6.67/3005.35/310 0/240 -4.44/450 4.26/460 0/240 -5.71/350 4.97/360 0/240 -4.17/480 3.96/480 120
PA.3
PA3
0/ -10/ 8.58/ 0/ -6.67/ 6.43/ 0/ -8.57/ 7.75/ 0/ -6.25/ 6.04/ 0/
PA.4
PA4
0/ -4/ 2.77/ 0/ -2.67/ 2.52/ 0/ -3.43/ 2.75/ 0/ -2.50/ 2.29/ 0/
PA.5
PA5
0/ -7.33/ 6.00/ 0/ -4.89/ 4.70/ 0/ -6.29/ 5.53/ 0/ -4.58/ 4.38/ 0/
CHO LON HONG BANG PHU LAM CV.PHU LAM AN BINH
MAT CAT DOC DOAN CHO LON - AN BINH DSDT: BEN THANH - BEN XE MIEN TAY
Quang duong tau chay (m)
Cao do mat cat doc (m)
- Tính chi phí xây dựng

Chỉ xét các chi phí biến đổi theo chiều cao đó là trụ cầu. Dễ dàng tính toán
khối lợng thể tích bê tông cốt thép theo m
3
cho từng đoạn dốc. Để đơn
giản và cũng phù hợp với thực tế tính đơn giá, đơn giá xây dựng đợc xem
nh không biến đổi theo chiều cao.
- Tính toán chi phí khai thác:
ở bài toán so sánh các phơng án MCD các
chi phí khai thác khác đợc xem là giống nhau, chỉ có chi phí năng lợng
điện là khác nhau nên đợc đa vào tính toán.
-Hàm mục tiêu

Sau khi tính toán xong chi phí xây dựng và chi phí khai thác, đa các chi
24
4.2.1 Các số liệu đầu vào

- Đoàn tàu: Lấy đoàn tàu đô thị gồm 2 đầu kéo ( 2 toa động cơ) + 1 toa
moóc. Toa động cơ ký hiệu A và toa moóc ký hiệu B sắp xếp theo sơ đồ
sau : A + B +A. Trọng lợng đoàn tàu 3 toa là 151T.
- Các đờng đặc trng lực kéo, lực hãm: Đã trình bày ở mục 4.1
- Các yếu tố về đờng nh dốc, đờng cong: Lấy theo tài liệu TEWEST
- Mô thức chạy tàu: Kéo - Quán tính - Hãm
- Kiểm tra các điều kiện ràng buộc
Tiến hành kiểm tra các điều kiện ràng buộc cho từng đoạn cắt dọc ở từng
phơng án theo mẫu (chơng trình) bảng sau :

1Imax 40
2Imin
2
3Ldoc m

50
4.1

i

2
4.2 Rd m
1000
5.1 Tk_DB m
4.50
Tk_CT m
4.80
Tk_DS m
6
.50
6 CCNG m
12.00
Ch.cao ga
7TTYC m
12.00
Nếu không thì để trống
8.1
T
ỷ lệ Kiến trúc:(c/r)
K
hảo sát từng điểm
1) Cao (c):
2) Rộng (r):
3) c/
r

4
)
Dun
g
sai

%
25%
Tỷ Lệ KTTốt
5.1) TL1 m
6
.30
Dãy Phibonaci tỷ lệ 1/1
5.2) TL2 m
10.80
Dãy Phibonaci tỷ lệ 3/2
5.3) TL3 m
12.00
Dãy Phibonaci tỷ lệ 8/5-Tỷ lệ vàng
8.2
T
rờng nhìn:
K
hảo sát từng điểm
1.h
2.w
3.h/w
3.1 h/w <0.25 Có thể đi cao
3.2 h/w
0.25

h/w
<0.5
Có thể đi cao
3.3 h/w
0.50

h/w
<1.0
Không nên đi quá cao
3.4 h/w
1
Không nên đi cao
8.3 Chiếu sáng:c/
r
Ch.cao/rộng dầm.Khảo sát từng điểm
1.h/wyc
2.0
0
2
.c/
r

h/w
8.4
P
hối hợp KT cũ:
K
hảo sát từng điểm
1.DC m

6
.50
Đình chùa(Thấp)
2.NMCX m
8.50
Nhà máy công xởng (Trung bình)
3.TTTM m
12.00
Trung tâm thơng mại (Cao)
9MCDTKNL Co M
ặ
t CD Tiết ki
ệ
m NL: Ghi Co ho
ặ
c Ko
Ràng buộcSTT
Loại hình giao:
Vợt DB, CT, DS
Ghi chúGiá trị điều kiệnĐơn vị tính

5
chơng 2: Xây dựng mô hình bài toán
2.1 Các điều kiện ràng buộc
2.1.1 Độ dốc tối đa i
max
. i
max
là một tiêu chuẩn kỹ thuật chủ yếu có ảnh
hởng rất lớn đến độ sâu hầm và độ cao cầu, đến giá thành công trình và

vận doanh. Imax hợp lý có ý nghĩa vô cùng quan trọng. Imax đợc xác định
theo nguyên tắc: vì một lý do nào đó, đoàn tàu đang chuyển động trên
đờng phải dừng lại ở đoạn dốc bất lợi nhất: có độ dốc lớn nhất thì sau đó
đon tu lại khởi động để tiếp tục chuyển động.
QP Trung Quốc quy định:
- Trên đờng chính tuyến ở khu gian i
cp
= 30, trờng hợp khó khăn
35
- QT các nớc khác quy định: i
cp
= 30-60 . Kiến nghị VN chọn
30 cho MRT, 60 cho LRT.
2.1.2 Độ dốc nhỏ nhất xét tới điều kiện thoát nớc đờng đào và hầm:
Quy định 2, khi Metro đi dới mực nớc ngầm 3.
2.1.3 Chiều dài dốc phải lớn hơn hoặc bằng chiều dài dốc cho phép lcp
Đoàn tàu đi qua điểm đổi dốc sinh ra lực ly tâm phụ, do đó chiều dài đoạn
dốc phải tránh sự ảnh hởng của lực ly tâm phụ nhất là khi tàu qua ga. Cần
đoạn chêm giữa 2 đờng cong đứng để triệt tiêu dao động phụ theo phơng
đứng. Ngoài ra còn để tiện duy tu, vận hành an toàn hành khách, có lợi cho
thi công, tiết kiệm năng lợng và hạ giá thành xây dựng. Vì vậy chiều dài
dốc ngắn nhất không ngắn hơn chiều dài đoàn tàu trong tơng lai (năm thứ
25), đồng thời đoạn thẳng chêm ngắn nhất không < 50m (MRT) và 25m
(LRT).
2.1.4 Đờng cong đứng
Theo Quy trình Nhật Bản bán kính đờng cong đứng đợc tính từ
điều kiện gia tốc đứng từ 0.1 m/s2 đến 0.17 m/s2 (MRT) và từ 0.3 m/s2 đến
0.6 m/s 2 (LRT).
Theo QPTQ khi hiệu số độ dốc của 2 dốc liền kề 2 phải đặt
đờng cong đứng.

6
2.1.5 Độ dốc trong ga
- Ga trên mặt đất và trên cao nên đi bằng, khó khăn không quá 3
- Ga ngầm nên xét điều kiện thoát nớc 2-3.
2.1.6 Các ràng buộc khác
2.1.6.1. Các ràng buộc mang tính quy định của quy trình
Khi ĐSĐT vợt đờng sắt phổ thông:Tĩnh không của đờng sắt thông
thờng: điện khí hoá: 6.55m, không điện khí hoá 5.30m
Khi ĐS phổ thông vợt ĐSĐT: Phải đảm bảo khổ giới hạn của đờng
sắt đô thị. Khổ giới hạn phải căn cứ vào thông số của đờng bao toa
xe, điều kiện tơng quan đờng ray với lới điện tiếp xúc, các thiết bị
lắp ráp và phải đợc tính toán cụ thể.
Khi ĐSĐT vợt đờng ô tô: Tĩnh không đờng cao tốc: 5.00m,
đờng bộ: 4.75m,
Cao độ nhà ga: Nhà ga đờng sắt trên cao (ĐSTC) thờng đợc làm
từ 2 đến 3 tầng tuỳ theo chiều cao hệ cầu cao khu vực đờng sắt 2 bên
nhà ga và bản thân chiều cao kiến trúc của ga nh chiều cao tối thiểu,
tối đa của một tầng nhà ga. Các chiều cao giới hạn này cũng còn tuỳ
thuộc vào loại hình và quy mô nhà ga. Đối với nhà ga ngầm nên bố trí
đặt nông, số tầng nhà ga ít.
Tĩnh không thông thuyền: Khi vợt sông xả lũ, phải tiến hành thiết kế
theo tiêu chuẩn tần suất lũ1/100. Những cầu lớn có kỹ thuật phức tạp,
duy tu sửa chữa khó khăn, cầu đặc biệt lớn phải tiến hành kiểm toán
theo tiêu chuẩn tần suất lũ 1/300; Khi vợt sông có yêu cầu thông
thuyền thì tĩnh không dới cầu phải căn cứ cấp bậc thông thuyền,
thoả mãn yêu cầu của tiêu chuẩn thông thuyền đờng sông, đảm bảo
loại tàu, trọng tải và chiều cao tàu bằng bao nhiêu có thể đi qua đợc.
2.1.6.2. Các ràng buộc khác
a. Đối với ĐSĐT đi trên cao cần xem xét đến t
ơng quan chiều cao

kiến trúc đô thị:
1. Trờng nhìn
23
Đoạn 2:
4265,00267,0
)2(

=
v
V
F
k
với (
hKmV /4435


)
(4.1.12.b)
Đoạn 3:
V
VV
F
k
62,5394612,844396,0
2
)3(
+
=

với (

hKmV /8044 <
(4.1.12.c)
Đờng đặc trng lực hãm nh dới đây
BRAKING EFFORT DIAGRAM

Đoạn 1: Từ v=0 đến v =5km/h > R
h
=0 (kN)
Đoạn 2: Từ v=5 đến v =8km/h > R
h
=22.767v-113.833
Đoạn 3: Từ v=8 đến v =73km/h > R
h
=68.3

Đoạn 4: Từ v=73 đến v =80km/h > R
h
=-0.757v+123.571
4.2 Ví dụ kết quả tính toán
Xét đoạn cắt dọc đi trên cao Chợ Lớn An Lạc dài 4,15km, đi qua 5
ga là Chợ Lớn (km 6+150) , Hồng Bàng, Phú Lâm, Công viên Phú Lâm, An
Lạc (km 10+300). Đoạn tuyến này đã đợc T vấn Đức và Trung tâm
nghiên cứu phát triển giao thông vận tải phía nam (TEWEST) lập nghiên
cứu khả thi. Cắt dọc của TEWEST đi gần nh bằng, độ dốc lớn nhất là
0.4.
22

3.2.4 Nhận xét về phơng pháp GA
So với phơng pháp quy hoạch động, GA cho kết quả khá sát (868
so với 865), sai số khoảng 0.35%.

Việc tìm ra mô hình GA cho bài toán thực tiễn là khá phức tạp, nhất
là việc mã hoá (tìm ý nghĩa từng gen) trong nhiễm sắc thể. Sở dĩ nh vậy là
do GA và cách tiếp cận vấn đề của nó còn mới mẻ ở Việt nam. Đồng thời
bản thân phơng pháp GA lại là một phơng pháp mở. Cùng một bài toán
nhng có thể xây dựng rất nhiều mô hình giải quyết, tùy theo khả năng tiếp
cận và phát triển vấn đề.
Đây là phơng pháp mạnh nh đã trình bày ở trên và giải đợc nhiều dạng
bài toán phức tạp. Vì vậy NCS dự kiến sẽ áp dụng GA nh là một trong
những phơng pháp chính để giải bài toán tối u TKCDĐSĐT.
CHơng 4
Kết quả tính toán lựa chọn MCD tối u
4.1 Xác định quan hệ F=f(v) và R
h
=g(v)
- Đờng đặc trng lực kéo theo tốc độ của đầu kéo nh dới
đây.

TRACTIVE EFFORT DIAGRAM

Bằng phơng pháp san phẳng, trung bình, bình phơng bé nhất ta tìm
đợc:
Đoạn 1:
kNF
k
3,68
)1(
=
với (
hKmV /350
) ( 4.1.12.a)

7




















2. Tỷ lệ kiến trúc
Tỷ lệ vàng
ba
b
b
a
+
=

a = 0.618 b hay b = 1.618 a.
Dãy Phibonaci: 1,1,2,3,5,8,13
3. Chiếu nắng
Quy định tỷ lệ mặt tờng đờng phố trên chiều rộng đờng phố là từ
1.25 đến 2 để đảm bảo đờng phố đợc chiếu nắng.









W=3H
Không có cảm giác đóng
Đóng ít nhấ
t
Đóng một phần
Đóng hoàn toàn
W=1H
W=4H
W=2H
H

Chiều rộng đờng phố
Mặt tờng

đờng ph
ố

Mặt chiếu
nắng

8
4. Phối hợp kiến trúc cũ mang các đặc trng của đô thị Việt
Nam từng thời kỳ: Trớc Pháp thuộc, Pháp thuộc và sau Pháp thuộc (Đình
chùa, Khu trung c, Trung tâm thơng mại). Chú ý hiện tợng ngập úng
các tuyến phố. Khi ĐS đi trên cao chú ý an toàn khi gió bão.
b. Đối với đờng tàu điện ngầm (ĐTĐN) cần xem xét đến
Khi xây dựng ĐTĐN cần xét đầy đủ tổ hợp các yếu tố địa chất công
trình, địa chất thủy văn, phơng pháp thi công và tình hình vật kiến trúc trên
và dới mặt đất.
Trong các yếu tố đó cần chú ý:
Tính chất của đất và điều kiện tạo thành,
Chế độ hoạt động và tính chất hoá lý của nớc ngầm,
Đặc điểm xuất hiện quá trình địa vật lý.
Chú ý các đặc điểm địa chất công trình các đô thị Việt Nam (Hà
Nội, Tp.HCM có đất yếu, nớc ngầm phức tạp).
2.1.7 So sánh các ràng buộc của ĐSĐT và đờng sắt quốc gia
- Dốc của ĐSĐT lớn hơn ĐSQG nhiều vì trọng lợng kéo tính trên
một động cơ nhỏ hơn (tới 60). ĐSĐT dùng đầu máy điện có lực kéo
lớn.
- Chiều dài dốc ngắn vì chiều dài đoàn tàu ngắn hơn;
- Bán kính đờng cong đứng thờng đợc chọn nhỏ hơn
vì khoảng
cách trục toa xe ngắn hơn nên khi đi qua điểm đổi dốc bánh trục trớc
và sau chỉ cần tựa trên đờng cong bán kính nhỏ cũng đảm bảo an toàn.
Ngoài ra do chiều dài đoàn tàu ngắn hơn, nên các ảnh hởng cộng dồn
của các lực phụ theo chiều đứng đỡ phức tạp hơn ở ĐSQG;

- Điều kiện đặt ĐCĐ cho ĐSĐT là i=2, ĐSQG là i=4 là do
với ĐSĐT khoảng cách đụng sàn toa xe khi đi qua điểm đổi dốc nhỏ
hơn.
- Không cần xét điều kiện đứt móc toa xe vì ĐSĐT chở khách, toa
21
Giá tr
ị
min của NST tơng ứng
Chọn ngẫu nhiên một số NST
ban đầu thỏa mãn ràng buộc
Lai ghép gen NST bố với gen NST mẹ đợc NST con
Xác định hàm mục tiêu: Tổng giá trị các gen của một NST con
Điều kiện dừng
Xác đ
ị
nh Kdc từn
g
đo
ạ
n
Định nghĩa:
-Gen: Giá trị Kdc từng đoạn dốc
- Nhiễm sắc thể
(
NST
)
: Tổ h
ợp
Kdc từn
g

đo
ạ
n dốc của m
ộ
t
p
hơn
g
án
Xác đ
ị
nh điểm đổi dốc
Xác đ
ị
nh miền tối u
Chia khoản
g
GH
,
nối dốc
K
t
r
a
ĐKRB
uộc
Sơ đồ khối các bớc tìm MCD Tối u theo GA
20

9

xe nhẹ hơn tàu hàng ở ĐSQG, khi tàu qua điểm đổi dốc lớn lực kéo
căng hay lực nén chỗ móc nối nhỏ hơn. Ngoài ra do toa có nhiều động
cơ kéo, phân lực kéo đều hơn nên lực kéo, nén chỗ móc nối ít đi;
- Khi ĐSĐT đi trên cao cần xét đến các yếu tố kiến trúc cảnh quan
chặt chẽ hơn;
2.2 Hàm mục tiêu
2.2.1 Chi phí xây dựng
Đối với bài toán tối u MCD, chỉ xét các chi phí biến đổi theo chiều cao nh
trụ cầu cao.
2.2.2 Chi phí khai thác
Đối với bài toán tối u MCD, chỉ xét các chi phí biến đổi theo chiều cao đó
là tiêu hao năng lợng kéo.
2.2.3 So sánh phơng pháp NPV với Kinh phí dẫn xuất và lựa chọn hàm
mục tiêu của bài toán thiết kế MCDTU.
Nếu một dự án đầu t có dòng thu nhập gồm n kỳ hạn và i là tỷ lệ
sinh lời cần thiết của dự án thì NPV của dự án đợc tính nh sau:

=
=
+

+
=
n
t
n
t
t
t
t

i
C
i
Bt
NPV
0
0
)1()1(
(2.2.37)
Trong đó B
t
là thu nhập (lợi ích) ở năm t, C
t
là chi phí ở năm t.
Xét phơng án I và phơng án II đều cùng thoả mãn nhiệm vụ vận
chuyển cùng lợng hành khách, cùng thời gian nh nhau. Có nghĩa là phần
lợi ích đợc biểu thị bằng dấu đầu tiên trong công thức trên đợc coi là
giống nhau. Nh vậy khi so sánh phơng án, phơng án nào có NPV của
phần chi phí có giá trị nhỏ hơn, phơng án đó tốt hơn:
Thay C
t
= a
t
+E
t

Trong đó: a
t
là chi phí xây dựng tại năm t, E
t

là chi phí khai thác tại
năm t, khi đó (2.2.37) viết thành :
10

=
=
+
+

+
=
n
t
n
t
t
tt
t
i
Ea
i
Bt
NPV
0
0
)1()1(


=
=

+
+

+
=
n
t
n
t
t
tt
t
i
Ea
i
Bt
NPV
0
0
max
)1()1(

min
)1(
0

=
+
+
=

n
t
t
tt
i
Ea
PV
(2.2.38)
Nếu nhân cả hai vế của (2.2.38) với i ta có:
iPV=

==
+
+
+
n
t
t
t
n
t
t
t
i
E
i
i
a
i
00

)1()1(
(2.2.39)
Biểu thức có dạng quen thuộc nh kinh phí dẫn xuất tính đổi năm:
EttiAK
dc
+=
(2.2.40)
Với A là giá trị hiện tại của toàn bộ vốn đầu t, Ett là chi phí khai
thác của một năm nào đó và có giá trị bằng giá trị hiện tại của toàn bộ chi
phí khai thác trong thời kỳ tính toán nhân với tỷ lệ chiết khấu i.
Nh vậy phơng pháp tính theo kinh phí dẫn xuất với cách tính A và E
tt
nh
trên gọi là Phơng pháp kinh phí dẫn xuất điều chỉnh là hoàn toàn tơng
đơng với cách tính toán theo NPV của chi phí vốn đầu t và chi phí khai
thác.
Khi E
t
là hằng số, nghĩa là chi phí khai thác các năm sau năm 0 là
bằng nhau (hoặc đợc xem là bằng nhau trong thực tế), ta có:
minEttiAK
dc
+=

min
)1(
1
2

=

+
+=
n
t
t
dc
i
i
EiAK
. Biểu
thức trong dấu là một cấp số nhân, biến đổi ta có:
min
)1(
1
1
2








+
+=
n
dc
i
EiAK

(2.2.41)
19
từ 0 đến 1. Khi tỷ lệ bằng 1 thì lai ghép không xảy ra và tiến hóa hoàn toàn
do đột biến.
Nếu tất cả dữ liệu của bài toán tối u nằm hết trong quần thể thì
chỉ riêng toán tử lai ghép cũng đủ để giải quyết vấn đề.
Truờng hợp bài toán đang xét, tất cả các gen (giá trị chi phí của
các đoạn) nằm hết trong quần thể, ngoài ra trật tự các gen (trật tự các đoạn
tuyến) trong NST là không thể thay đổi. nh vậy ta chỉ dùng toán tử lai
ghép, không dùng toán tử đột biến cho bài toán này.
Kết quả tính thử bằng GA nh bảng dới đây:
18

Phơng án Nhiễm sắc thể
0-1.3-2.3-3.3-4.3-5.3-6.3-7
145 135 140 120 130 165 98
0-1.2-2.3-3.2-4.2-5.2-6.2-7
130 145 115 140 136 165 80
0-1.1-2.3-3.2-4.1-5.2-6.2-7
130 130 115 135 140 165 80
0-1.3-2.2-3.1-4.2-5.2-6.3-7
145 125 128 130 136 175 98
0-1.2-2.2-3.1-4.2-5.2-6.2-7
130 100 128 130 136 165 80
0-1.1-2.2-3.3-4.2-5.2-6.2-7
120 145 145 115 136 165 80
0-1.3-2.1-3.3-4.3-5.2-6.1-7
145 130 155 120 126 160 155
0-1.2-2.1-3.3-4.2-5.1-6.3-7
130 126 155 115 120 185 98

0-1.1-2.1-3.1-4.1-5.1-6.1-7
120 130 155 130 135 175 155
8.6. Bằng cách thay đổi trật tự của các ô này, ta sẽ tìm đợc giá trị nhỏ
nhất của các phơng án.
Lai ghép
Chọn ngẫu nhiên một số gen từ một cha mẹ thứ nhất, tìm vị trí của các gen
này trong một cha mẹ thứ hai, copy các gen còn lại từ cha mẹ thứ nhất sang
các vị trí tơng ứng ở cha mẹ thứ hai đợc một NST mới. Giả sử hai Nhiễm
sắc thể ban đầu nh sau:
130 130 115 135 140 165 80 (Cha)
145 125 128 130 136 175 98 (Mẹ)
Với tỷ lệ lai gép 67%, nghĩa là 67% thông tin của NST cha mẹ thứ nhất, và
33% thông tin của NST cha mẹ thứ 2 đợc truyền lại cho NST con; Sau khi
lai ghép đợc:
145
130
128 130
140
175
80 (Con)
Đột biến
Hoán đổi vị trí của một số gen trong một cá thể. Số lợng các hoán
đổi đợc thực hiện tăng hay giảm tơng ứng với việc tăng giảm của tỷ lệ đột
biến đợc xác định. Tỷ lệ đột biến phản ánh trong tơng lai, thế hệ con cháu
sẽ chứa một số giá trị (gen bị đột biến) ngẫu nhiên. Tỷ lệ đột biến có thể đặt
11
Và nếu việc đầu t là theo một giai đoạn và xem quá trình đầu t là ở
năm thứ 0 thì:
minEttiAK
dc

+
=

min
)1(
1
1
2








+
+=
n
dc
i
EiAK
với A là
tổng giá trị đầu t nh cách tính kinh phí dẫn xuất truyền thống.
Nh vậy có thể nói phơng pháp tính theo NPV (2.2.38), hoặc
Phơng pháp kinh phí dẫn xuất điều chỉnh (2.2.40) là dạng tổng quát.
Phơng pháp tính theo kinh phí dẫn xuất điều chỉnh với hệ số nh (2.2.41)
là trờng hợp riêng của phơng pháp NPV hay Phơng pháp kinh phí dẫn
xuất điều chỉnh. Thực tế khi tính NPV các dự án, để đơn giản cũng thờng
xem đầu t theo một giai đoạn và chi phí khai thác là không đổi trong suốt

thời kỳ tính toán, lấy ở cuối thời kỳ tính toán. Khi đó tính kinh phí dẫn xuất
theo (2.2.41) sẽ đợc áp dụng. Trong trờng hợp riêng cần thiết thì phơng
pháp NPV (tổng quát), tính nh công thức (2.2.38) hoặc Phơng pháp kinh
phí dẫn xuất điều chỉnh theo công thức (2.2.40) sẽ đợc áp dụng.
2.2.4 Ưu điểm của phơng pháp kinh phí dẫn xuất điều chỉnh khi biểu
thị hàm mục tiêu
- Bằng cách sử dụng tỷ lệ chiết khấu hàng năm, đã khắc phục đợc nhợc
điểm chính của công thức kinh phí dẫn xuất truyền thống là không quan tâm
tới giá trị thời gian của tiền;
- Công thức gọn nhẹ, hình thức biểu thị rất quen thuộc, nh kinh phí dẫn
xuất truyền thống nhng có giá trị tơng đơng với NPV, một phơng pháp
thờng dùng trong các dự án.
2.3 Mô hình bài toán
2.3.1 Các ràng buộc
2.3.1.1. Độ dốc tối đa: imax=30 - 40 (LRT tới 60) cho khu gian;
2.3.1.2. Độ dốc nhỏ nhất: imin=2,-3;
2.3.1.3. Chiều dài dốc:lmin

150m (chiều dài đoàn tàu 6 toa trong tơng
lai);
12
2.3.1.4. Đờng cong đứng: Rmind

1000m;
2.3.1.5. Tĩnh không giao vợt:
+ htk

4.5(vợt đờng bộ)
+ htk

4.8(vợt đờng cao tốc)
+ htk

6.5(vợt đờng sắt)
2.3.1.6. Chiều cao nhà ga:hga

12m;
2.3.1.7. Tỷ lệ kiến trúc: (chiều cao/ chiều rộng)
1. Theo tỷ lệ vàng: htk = 12m (14.6/9m=1.618),
2. Theo dãy Phibonaci:
+ Tỷ lệ 1/1: htk = 6.3 m
+ Tỷ lê 3/2: htk = 10.8m
+ Từ tỷ lệ 8/5 trở đi: htk=12m
2.3.1.8. Điều kiện chiếu nắng: h/w

2 và c/r

h/w
2.3.1.9. Cảnh quan KTĐT liên quan đến văn hóa kiến trúc:
Mức đi thấp: htk=4.5- 6.5m (Khu phố cổ, chùa chiền, lăng tẩm, khu
nhà ở, chung c thấp tầng)
Mức đi trung bình: htk = 6.5- 8.5m (Khu nhà máy công xởng, sân
bay, công sở, bệnh viện, trờng học, khu quảng trờng thành phố, nhà
thờ, công viên, trung tâm văn hoá)
Mức đi cao: htk

8.5-12 (Khu chung c cao tầng, khu trung tâm
thơng mại, tài chính, khách sạn nhiều tầng)
2.3.1.10. Cảnh quan KTĐT liên quan đến chiều cao kiến trúc đờng
phố

h/w= 1:4: ĐSĐT có thể đi cao.
h/w= 1:2: ĐSĐT không nên đi quá cao.
h/w=

1:1:ĐSĐT không nên đi cao. Cần chọn màu sắc hài hòa kiến
trúc đờng phố.
2.3.1.11. Đối với ĐSĐT đi ngầm
Chọn loại hình Mặt cắt dọc đờng xe điện ngầm: Đặt nông hay đặt
sâu
17
- Đặt tên cho các điểm đầu, các điểm cuối của mỗi đoạn, ví dụ
ddoan1, cdoan1, ddoan7, cdoan7;
- Đánh dấu thứ tự các dòng từ 1 đến 9 để theo dõi phơng án.
8.2. Thiết lập bảng tính MCD tối u theo GA
- Dùng hàm Index để thiết lập các tham chiếu đến đầu đoạn, cuối
đoạn ở bảng Dữ liệu gốc;
- Dùng hàm concatenate để thiết lập phơng án;
- Thiết lập điều kiện ràng buộc thỏa mãn tính khả thi của toàn
phơng án, điều kiện đó chính là điểm cuối của đoạn trớc phải
là điểm đầu
- của đoạn sau: Thỏa mãn liên tiếp các điều kiện AND từ đoạn
đầu đến đoạn cuối;
- Lấy tổng liên tiếp các hàm sumif để tham chiếu tới bảng dữ liệu
gốc sau đó tính tổng chi phí của các đoạn;
- Đánh dấu thứ tự các dòng từ 1 đến 9 để theo dõi phơng án.
- Thiết lập ô lấy min; Trong ví dụ này là ô L2: Lấy min của các
giá trị từ ô AE6:AE14;
- Thiết lập các ô điều chỉnh từ đoạn 1 đến đoạn 7. Trong mô hình
bài toán đang xét đó chính là các ô:
A6:A14;B6:B14;F6:F14;J6:J14;N6:N14;R6:R14;V6:V14.

8.3. Nhiễm sắc thể
Mỗi NST đại diện cho một phơng án. Một NST gồm một số gen.
Trong ví dụ này NST chính là một chuỗi gồm 7 gen. mà mỗi gen là chi phí
của mỗi đoạn từ đoạn 1 đến đoạn 7.
Ví dụ NST biểu thị phơng án: 0-13-23-33-43-53-63-7 là:
145
(gen)
135
(gen)
140
(gen)
120
(gen)
130
(gen)
165
(gen)
98
(gen)
Nhiễm sắc thể
Trong đó mỗi giá trị số 145,135,98 đợc gọi là một gen,
Cả chuỗi số 145,135,140,120,130,165,98 đợc gọi là một NST.
8.4. Hàm mục tiêu
Trong bài toán đang xét hàm mục tiêu chính là tổng chi phí các đoạn
từ đoạn 1 đến đoạn 7. Cũng có thể nói đó là giá trị của NST. Ta quy ớc
gọi tổng chi phí là y đợc biểu thị từ ô AE6:AE14. Nhiệm vụ là tìm cực tiểu
của các ô này.
8.5. Chọn quần thể ban đầu
Chọn 9 phơng án cắt dọc, có nghĩa là 9 cá thể ban đầu, cũng có
nghĩa là 9 NST.

16
3.2.3 Ví dụ giải bài toán tối u theo phơng pháp thuật giải di
truyền.
Xét ví dụ nh đã trình bày trong phơng án quy hoạch động. Mặt cắt
dọc cần nghiên cứu tối u gồm 7 đoạn nh hình 1. Ta sẽ ghi vào bảng 1,
theo từng đoạn các phơng án cắt dọc (ở đây đợc thể hiện bằng chi phí
từng phơng án). Nhiệm vụ là phải tìm đợc một phơng án MCD trên toàn
tuyến nghiên cứu có chi phí nhỏ nhất trong các phơng án khả thi.
Các bớc Lựa chọn phơng án tối u theo phơng pháp Thuật giải di
truyền:
1. Chia trục hoành là trục lý trình tuyến thành từng đoạn. Các điểm chia
thờng là các điểm ga và điểm khoảng giữa khu gian,
2. Xác định đờng giới hạn dới yid, dựa vào các ràng buộc:
2.1. Tĩnh không giao vợt,
2.2. Đặc thù kiến trúc cảnh quan, chiếu nắng, tỷ lệ kiến trúc
3. Xác định đờng giới hạn trên yit, dựa vào các ràng buộc: đặc thù kiến
trúc cảnh quan, chiếu nắng, tỷ lệ kiến trúc
4. Chia mỗi đờng thẳng đứng, trong phạm vi giữa đờng giới hạn dới và
đờng giới hạn trên (gọi là đoạn biến đổi cao độ) thành những bớc có
chiều dài bằng nhau.
5. Gọi {y
i
} là tập hợp các cao độ tại đầu nút mỗi bớc, biến đổi giữa yit và
yid đối với mỗi đờng thẳng đứng. Nghĩa là:
y
i d
y
i .j
y
i t

Nh vậy bài toán tìm MCD tối u lúc này là tìm tập hợp.
{}
)(), ,(),(
1100 nn
yxyxyxM =
thoả mãn hệ thống điều kiện ràng buộc, đồng thời bảo đảm Hàm mục tiêu
đạt giá trị nhỏ nhất.
6. Tính chi phí xây dựng và chi phí khai thác cho mỗi yếu tố mặt cắt dọc,
7. Tính Kdx điều chỉnh cho các chi phí, đó chính là Hàm mục tiêu,
8. Thực hiện tổ hợp tìm phơng án tối u theo thuật toán GA:
Sau đây ta phân tích Mô hình bài toán tìm MCD tối u áp dụng thuật
giải di truyền:
8.1. Thiết lập bảng dữ liệu gốc
- Đánh dấu điểm đầu, điểm cuối mỗi phơng án của mỗi đoạn;
- Thực hiện nối ghép điểm đầu điểm cuối của mỗi phơng án
bằng hàm concatenate để có tên phơng án;
- Đa vào bảng chi phí của tất cả các đoạn MCD. Mỗi đoạn (khu
gian) trong ví dụ này có 9 phơng án. Riêng đoạn đầu và đoạn
cuối vì có 3 phơng án, nên để thiết lập đợc mô hình, ta lặp 3
lần 3 phơng án này. Nh vậy mỗi đoạn đều có 9 phơng án;
ở bảng Dữ liệu gốc, mỗi dòng không nhất thiết phải là một phơng
án khả thi.
13
Xác định chiều sâu hầm
Phơng pháp thi công: thờng đợc chọn dựa vào điều kiện địa chất
và chiều sâu đặt hầm.
2.3.1.12. Xét mặt cắt dọc tiết kiệm năng lợng:
Mặt cắt dọc có đặc điểm: Dốc 2 đầu ga lớn để tận dụng thế năng
đoàn tàu (nhanh chóng tăng tốc) khi rời ga và tự giảm tốc khi lên dốc vào
ga (giảm tiêu hao năng lợng hãm) khi vào ga: Theo biểu đồ vận hành:

Kéo - Quán tính -Hãm.
2.3.2 Hàm mục tiêu
Hàm mục tiêu tổng quát là K
dc
:

==
+
+
+
=
n
t
t
t
n
t
t
t
dc
i
E
i
i
a
iK
00
)1()1(
(2.2.39) Tuy nhiên, trong hầu hết các
trờng hợp hàm mục tiêu biểu diễn nh sau đây sẽ đợc áp dụng:

min
)1(
1
1
2








+
+=
n
dx
i
EiAK
(2.2.41)
Chơng 3: Các phơng pháp lựa chọn mặt cắt dọc
tối u

3.1 Phơng pháp quy hoạch động (QHĐ)
3.1.1 Giới thiệu phơng pháp.
T tởng chính của QHĐ là tách quá trình quyết định nhiều bớc
thành những quá trình quyết định đơn bớc. Bài toán tối u n biến đợc tách
thành n bài toán tối u theo một biến đợc giải liên tiếp nhau.
3.1.2 Xem xét quá trình quyết định nhiều bớc
Ta có thể mô tả mỗi quá trình quyết định nh sau:

Trong đó:
- Z là véc tơ tham số đầu vào
- x là véc tơ các biến quyết định
- y là véc tơ đầu ra, diễn tả kết quả của quyết định,
f(z,x) là hàm mục tiêu diễn tả tính hiệu quả của quyết định.
Có thể diễn tả đầu ra của quyết định y = g(z,x) (3.1.1)
Hiệu quả của quyết định đợc đánh giá là cực tiểu của hàm mục tiêu:
F(z,x) > min (3.1.2)
14
Quá trình quyết định nhiều bớc là một chuỗi các quyết định một
bớc liên tiếp trên đây, trong đó tham số đầu vào của bớc sau là kết quả
quyết định của bớc trớc đó (Hình 3.1.2), có nghĩa là: y
i
= g
i
(y
i-1
, x
i
)








Hình 3.1.2

Mục tiêu của quá trình quyết định nhiều bớc là cực tiểu hoá tổng các
hàm mục tiêu ở từng bớc. Quá trình này có thể mô tả nh sau:
Cực tiểu hoá hàm:

=

=
n
i
iii
xyfyxf
1
1
),(),(
(3.1.3)
Với điều kiện:
zynixygy
iiii
===
01
; 2,1);,(
(3.1.4)
Đây chính là mô hình bài toán QHĐ.
3.1.3 Nguyên lý tối u Bellman
Nguyên lý tối u Bellman đợc phát biểu nh sau:
Chiến lợc tối u có tính chất là: bất kể đầu vào là gì và quyết định
ban đầu đợc thực hiện thế nào, quyết định tiếp theo tuân thủ chiến lợc tối
u trên cơ sở kết quả đầu ra của quyết định ban đầu.
3.1.4 áp dụng phơng pháp QHĐ vào việc tìm MCD tối u ĐSĐT
Gọi {y

i
} là tập hợp các cao độ (với các giá trị không liên tục) biến đổi
giữa cao độ giới hạn trên và cao độ giới hạn dới đối với mỗi đờng thẳng
đứng. Nghĩa là:











1
2
3
2 3 4 5 6 71 0
y
n

y
n-1

y
1

x
1

y
z
(y
0
)


y
2

x
2
x
n


f
n
(y
n-1
,x
n
)
f
2
(y
1
,
x

2
f
1
(y
0
,
x
1
)

15


y
i d
y
i .j
y
i t
Nh vậy bài toán tìm MCD tối u lúc này là tìm tập hợp.
{}
)(), ,(),(
1100 nn
yxyxyxM =

thoả mãn các điều kiện ràng buộc đồng thời bảo đảm hàm mục tiêu đạt giá
trị nhỏ nhất.
Nh vậy giải pháp tối u cần tìm chính là phơng án 0 - 1.2 - 2.2 - 3.3 - 4.3
- 5.3 - 6.2-7 với giá trị cực tiểu chi phí bằng 865.
Các chi phí ứng với phơng án tối u là: 865

3.1.5 Nhận xét về phơng pháp QHĐ
Phơng pháp QHĐ có cơ sở toán học chắc chắn và có u điểm quan trọng là
hàm mục tiêu không cần phải tờng minh. Ngoài ra việc phát triển chơng
trình tính và cài đặt nó trong máy tính khá đơn giản, cho lời giải chính xác,
tốc độ tính toán nhanh. Dự kiến sẽ chọn phơng pháp này nh là một
phơng pháp chủ yếu cùng với một số phơng pháp khác để tìm
MCDTUĐSĐT.
3.2 Phơng pháp thuật giải di truyền (GA)
3.2.1 Khái niệm về thuật giải di truyền
Dựa theo sự tiến hoá, bắt chớc lối cải thiện thích nghi mà con ngời
hay sinh vật đã dùng để tồn tại và phát triển (tiếp cận và thử sai).
GA xét đến toàn bộ các giải pháp bằng cách xét trớc một số giải
pháp sau đó loại bỏ những thành phần không thích hợp.
GA sử dụng các thuật ngữ mợn của di truyền học. Ta có thể nói về
những cá thể trong một quần thể. Những cá thể này còn đợc gọi là các
nhiễm sắc thể (NST).
Khác biệt quan trọng giữa tìm kiếm của GA và các phơng pháp tìm
kiếm khác là GA duy trì và xử lý một tập các lời giải (ta gọi là một quần thể)
tất cả những phơng pháp khác chỉ xử lý từng điểm một trong không gian
tìm kiếm. Chính vì thế có thể nói GA mạnh hơn các phơng pháp tìm kiếm
khác rất nhiều.
3.2.2 Các phơng thức biến hoá của thuật giải di truyền.
3.2.2.1 Tạo sinh: Dùng những thành phần của thế hệ trớc để tạo thêm
những thành phần của thế hệ sau, bằng cách biến đổi cực tiểu gen của thế hệ
bố mẹ.
3.2.2.2 Lai ghép
: Dùng một (một số) đoạn của NST bố ghép với một (một
số) đoạn còn lại của NST mẹ để tạo ra NST con. Dùng lại những tin tức có
sẵn trong các thành phần của thế hệ trớc để truyền lại cho thế hệ sau.
3.2.2.3 Đột biến: Là việc thay đổi trị số của một gen trong một NST, tạo ra

những tin tức hoàn toàn mới ở thế hệ sau.