秦 菡，张 峻，李华彦，郑建宜

（1.海南省海洋地质资源与环境重点实验室，海南 海口 570206；2.海南省海洋地质调查研究院，海南 海口 570206；3.海南省飞行者科技有限公司，海南 海口 570203）

疫情期间交通系统成为救援物资运输的重要通 道[1]，但由于道路设计特征，很多车辆在救援物资运输过程中将花费更多成本。随着越来越多的电力建设、冶金、石油化工等大型工程项目在海内外立项开展，涉及的大型设备采购与运输也越来越多。与传统运输方式相比，大件运输是指运送超长、超大、超重的大型设备和物资的运输[2]。其运输线路一般较长，需运送的物资设备价格也相对昂贵，因此设计合理的运输方案能大大提高运输作业的效率[3]。公路运输作为大件运输的主要方式，不仅机动灵活，可直接将设备运至现场，避免了其他运输方式的倒运环节，有效节省了工程成本；而且即使某些重大件利用水路或铁路运输，在距离码头或火车站的临近路程也需通过公路运输来完成。因此，为公路大件运输设计一条最优路径不仅是许多运输承运单位的迫切需要，也为大型工程项目设备运输的安全性和可靠性提供了重要保证。

在道路网中进行路径规划一般通过GIS最短路径分析方法来实现[4]。然而，对于大件运输方案的路径选择，由于其运输车辆具有超高、超重等特点，使得车辆在通行过程中受到诸多道路障碍的限制[5]。传统的最短路径算法仅考虑了道路的长度、宽度和路况等基本因素，没有针对大件运输车辆的特点，对道路不满足车辆高度和重量需求时所产生的耗时进行综合考虑。本文基于道路网模型和传统Dijkstra算法[6]，着重考虑运输车辆受道路限高限重的影响，提出了一种顾及道路限高限重的最短路径分析方法，为电力等行业的大件运输设计和规划了运营线路，大大降低了公路大件运输的成本。

1 系统设计

道路、高速公路等线要素可在拓扑结构上生成网络模型，具备使用GIS网络分析功能的条件[7]。实现大件运输方案的核心在于如何通过给定的起止点确定车辆最终行驶路线，且通常情况下以路线长度为基准，即GIS最经典的最短路径分析。然而，经典最短路径分析方法通常只考虑边线（Edge）、交汇点（Junction）、转向（Turn）和连通性（Connectivity）[8]等网络数据集的重要元素，未考虑实际问题中的限高限重。

系统基于ArcGIS Engine开发，实施过程分为两个阶段：①建立基于道路等线要素数据限高限重的辅助网络；②设计大件运输方案模块，包括道路限高限重字段的编辑、实际运输起止点的设置等，以实现最短路径的智能选择。

1.1 方法流程

大件运输方案系统属于一个以设计为主的系统，包括数据库层、数据处理层和功能设计层。系统的技术架构如图1所示。

图1 大件运输方案系统架构图

基于系统架构图，本文设计最短路径方法的流程为：①对已有的城市道路图层数据进行编辑处理（预处理），使其与实际道路相符合，并进行拓扑检查，其中预处理包括检查道路的准确性、完整性和一致性；②利用道路限高限重辅助数据生成网络数据集；③利用人工交互的方式，在道路网上选取路线的起点、途经点和终点；④根据生成的网络数据集和起止点数据等信息进行网络分析，得到真实的最优路径。

1.2 网络数据集的创建

对于大件运输方案而言，许多规划者为了避开交通流量的高峰，选择夜间运输，道路的车流量大小对其影响相对较低，且许多城市路口红绿灯进入午夜后会自动转换为黄闪，因此在十字路口等待信号灯的延时影响也可忽略。然而，由于运输车辆基本都是使用大型平板挂车或拖车，在城市道路网中，大型平板运输车辆对道路有更严格的要求。本文将道路的限高限重和长度作为大件运输选线的依据，设计了限高限重辅助网络数据的存储结构，如表1所示。

表1 限高限重辅助网络数据的存储结构

网络数据集由一系列参与网络的要素组成，通过其数据源生成网络元素[9]。本文首先判断所需的地图线图层要素是否有限高、限重两个字段，若没有则完善字段；然后将新道路数据存储于本地地理数据库，并根据该线要素生成基础网络数据集[10]，同时生成线路经过点和障碍线路要素图层。网络数据集的创建流程如图2所示。

图2 网络数据集的创建流程图

1.3 障碍设置模块

根据实际情况，从原道路数据中提取低于车辆高度或小于车辆重量的线路，将其作为不可通行道路保存于障碍线路中；同时可根据实时掌握数据，将在修葺路段的限高限重设为低于车辆高度或小于车辆载重的数值，即设置其为不可通行道路，以便用于后续分析。其核心代码为：

上述代码中，weight和height分别表示大件运输车辆实际的重量与高度。

1.4 路径分析模块

路径分析至少需要两个停靠点作为起止点，可在地图上依次点击参与网络分析线要素附近的任意位置来添加线路起止点和中间停靠点[9]，并保存于线路经过点点要素类中。

在最短路径实际分析过程中，会避开障碍线路及其端点，将线路经过点位置纳入路径规划，最终得到满足道路限高限重的最短路径。

2 实验结果与分析

为了验证基于道路限高限重辅助网络的最短路径分析方法在大件运输方案运输路径选择中的有效性，本文利用青岛某城区的线状道路图层，构建了基于道路限高限重的辅助网络，并在此基础上构建了网络数据集进行路径规划，结果如图3所示。路径规划完成后，对路径进行了详细说明，如图4所示。

图3 基于限高限重的最短路径

图4 路径说明

实验结果能简单论证在考虑道路限高限重的情况下，最短路径分析方法在实际问题中的应用效果。若后续考虑诸如道路转弯角对车辆转弯时间的影响等其他制约因素，可在该系统的基础上继续添加道路转弯角的权重等，以便在实际应用中发挥更大的 作用。

3 结 语

为解决大件运输方案路径选择的问题，本文设计并实现了大件运输方案系统。实验结果表明，根据装载车辆的高度、重量以及给定的起止点和中间停靠点，能较快规划出一条合理的运输路径，为大件运输行业提供决策支持；疫情期间亦可节省物资运输车辆碰到限高限重道路进行折返而浪费的运输时间，具有现实指导意义。