专利名称：：设计用来对用户定义的土地开发问题产生至少一个概念性的合适解决方案的计算机实施...的制作方法
技术领域：
：本发明涉及设计用于对用户定义的土地开发问题产生至少一个概念性的合适解决方案的计算机实施的土地规划系统和方法。本发明可同样应用于对单片和多片商用、混用和住宅用地场所的规划和开发。
背景技术：
：今天被专业房地产开发商、公司、政府实体等用来评估土地的工程设计可行性、开发成本和投资目的等的过程是耗时的、不准确的和昂贵的。不幸的是，由于土地使用规划所附加的政治因素、环境保护需要、延长的审批过程以及所需区域中的土地的可用性和增加的成本都使得当前过程变得更复杂和昂贵。该问题影响了范围广阔的土地使用者，包括例如房地产开发商(办公/工业、商业、零售、住宅)、拥有和使用房地产的公司(国有/私营)和政府实体(联邦、州、郡、市)。对于上述每个使用者，评估土地场所进行开发的可行性通常涉及一个土地开发团队，该团队包括一个或多个建筑师、工程师和土地规划师。这些团队成员中的很多人都专注于在被考虑的场所上所要进行的使用的设计和规划。这个最初的规划过程可能花费2天至四周，并且结果经常是一个单一的具有有限信息的示意图(例如，该场所是否支持建筑占用面积或建筑用地以及必要的街道和/或停车场？)。在这一点，很大程度上基于对该项目的直觉和"心灵感应"，开发商会选择签约进行额外的规划和工程设计，以更加准确地评估规划和预算的可行性。该过程将花费2周至16周，并且结果经常是仅有一个选择，其基于设计师的经验而不是在任何方面的最优化。然后该信息被用来估计更准确的预算。经常需要时间价值工程学将设计带回到原始预算内。该过程花费2周至6周。一般直到规划过程结束才会确定最终预算——这是在对土地场所的最初考虑的大概3-4个月之后。上述规划过程通常必须在地产被购买之前就开始，并且需要对法律费用和定金的大量投资，以将地产持有更长的时间段。在这个4周至28周的过程(平均16周)和可观的花费并冒着失去机会的风险之后，开发商必须基于一个未被最优化的设计选项来评估购买和开发该地产的风险。不幸的是，上述过程由于所涉及的许多团队之间的错误传达和不沟通会变得更复杂，这经常导致糟糕的设计、错误的预算、不一致和失败的项目。本申请认识到土地开发行业需要主要范例的转变，现在通过数学建模和计算机硬件的发展使其成为可能。本发明的主要目标是通过虚拟工程设计系统解决上述问题，该系统能够为土地开发产生许多优化的可选方案——包括每个潜在解决方案的规划、工程设计和预算。该计算过程通常最多在24小时期间内完成。启发式策略通过使用启发式数学方法，比如遗传算法，提高了本发明的速度和效率。简单说来，遗传算法(或"GA")就是模仿生物进化作为解决问题的策略的一种程序设计技术。给定要解决的特定问题，GA的输入是以某种方式编码的一组对该问题的潜在解决方案和允许定量评估每个候选解决方案的被称为"合适度函数，，的度量。这些候选解决方案可能是业界已知的解决方案，GA的目标是改善它们，但通常它们是随机产生的。从这些最初的候选解决方案出发，通过已知为突变(mutadon)和交叉(crossover)的过程引入随机改变。然后所得的数字产物传到下一代，形成候选解决方案的新集合，并经过第二轮合适度评估。那些对其代码的改变使其恶化的或没有变得更好的候选解决方案被再次删除；但是同样，仅仅是偶然的，引入总体的随机变化会改善一些个体，使它们对于所述问题变成更好的、更完整的或更有效的解决方案。再一次，这些胜出的个体带着随机改变被选择和复制到下一代中，并且该过程被重复。所期望的是总体的平均合适度每一轮都会被提高，因此通过重复该过程上百或上千轮，可以发现对于该问题的非常好的解决方案。
发明内容因此，本发明的一个目的是提供一种计算机实施的土地规划系统和方法，它被设计用于对用户定义的土地开发问题产生至少一个概念性的合适解决方案。本发明的另一个目的是提供一种计算机实施的土地规划系统，其利用启发式问题解决策略，比如遗传算法。根据该遗传算法，进化从一群完全随机的个体开始并在每一代中发生。在每一代中，评估整个总体的合适度，多个个体被从当前总体中随机选择(基于它们的合适度)，被修改(突变或重组)以形成新的总体，其在算法的下一次迭代中成为当前总体。本发明的另一个目的是提供计算机实施的土地规划系统，其同时执行土地规划和工程设计。本发明从土地规划师和工程师的角度预先考虑所有的土地开发参数(例如，场地规格、用户约束、成本信息)，收益所确定的最好选项。本发明的另一个目的是提供一种计算机实施的土地规划系统，它将启发式问题解决策略应用到当前土木工程设计过程，为住宅和商业土地规划和开发带来一场革命。本发明的另一个目的是提供一种计算机实施的土地规划系统，它缩短为了获得最终工程设计图所花费的时间(全部的85%或更多)，包括成本信息，在许多情况下从3-4个月缩短到少于24小时。本发明的另一个目的是提供一种计算机实施的土地规划系统，其提供可以经过网络访问的技术，这可以使得用户能够确定开发一个土地场所的最划算的方式。本发明的另一个目的是提供一种计算机实施的土地规划系统，其使得土地开发问题和最终解决方案成为可视化的。本发明的另一个目的是提供一种计算机实施的土地规划系统，其大概在24小时内(或更少)就能使土地开发商直接获得合乎条件的信息，而不必等许多月。本发明的另一个目的是提供一种计算机实施的土地规划系统，其最小化开发一个土地场所所需的初始投资资本。本发明的另一个目的是提供一种计算机实施的土地规划系统，其降低了工程成本。本发明的另一个目的是提供一种计算机实施的土地规划系统，其最小化与开发土地场所相关的风险。本发明的另一个目的是提供一种计算机实施的土地规划系统，其优化了工程时间。本发明的另一个目的是提供一种计算机实施的土地规划系统，其有效地集成了土地规划与开发的创造性(美学)和工程方面以达到全局最优的解决方案。本发明的另一个目的是提供一种计算机实施的土地规划系统，其优化了整体财务度量，比如成本和投资回报率(ROI)。本发明的另一个目的是提供一种计算机实施的土地规划系统，其为土地开发问题产生多个"最优不同，，的解决方案，并且将这些解决方案以".dwg"的格式呈现，使得其能够被直接输入和操控到工程师已有的CAD/CAM系统。本发明的另一个目的是提供一种计算机实施的土地规划系统，其可供在单独的PC或网络上使用。本发明的另一个目的是提供一种计算机实施的土地规划系统，其利用数字卫星地形图。本发明的另一个目的是提供一种计算机实施的土地规划系统，其利用能够同时操纵许多参数的启发式问题解决策略。本发明的另一个目的是提供一种计算机实施的土地规划系统，其利用跨越局部最优进行搜索的启发式问题解决策略。本发明的另一个目的是提供一种计算机实施的土地规划系统，其利用启发式问题解决策略，该策略被设计为利用许多局部最优来寻找一个空间中的全局最优。本发明的另一个目的是提供一种计算机实施的土地规划系统，其利用启发式问题解决策略，该策略可应用于交通工程设计，包括信号最优化和公路设计。本发明的另一个目的是提供一种计算机实施的土地规划系统，其利用启发式问题解决策略，该策略可应用于最优化建筑物和桥梁的结构设计。在下面描述的优选实施例中，本发明的这些和其他目的是通过提供计算机实施的土地规划系统而实现的，该系统被设计用来对用户定义的土地开发问题产生至少一个概念性的合适解决方案。该系统使用计算机可读介质和编码在该介质上的计算机程序。当在计算机上被执行时，该计算机程序可用于为土地开发问题电子创建至少一个候选解决方案。该候选解决方案包含了多个可应用于对未开发土地场所的开发中的工程度量。合适度函数基于其合适度定量地评估候选解决方案。启发式问题解决策略操纵候选解决方案的工程度量以获得对土地开发问题的更加定量合适的解决方案。比如显示监视器、打印机、电子通信等的输出装置将图示对土地开发问题的合适解决方案的文件传递给用户。术语"规划"在这里被广泛地定义为涉及任何概念上的土地场所开发。术语"未开发的土地场所"是指可能具有或不具有已有结构和/或工程基础设施的场所，并且它还没有根据在本系统中产生的概念性的合适解决方案之一来开发。术语"启发式，，广泛地涉及任何利用自学技术(如反馈的评估)来提高性能的问题解决策略。以下是启发式问题解决策略的例子进化算法，比如遗传算法、仿真退火、神经网络、登山、蚂蚁群体(AntColony)优化、粒子群(ParticleSwarm)优化和禁忌(tabu)搜索。根据另一个优选实施例，诸如数字地形模型的装置以三位空间的形式数字地呈现未开发的土地场所。根据另一个优选实施例，计算机程序包括用于在三维空间内概念性地定位工程度量的指令。根据另一个优选实施例，从一个组中选择工程度量，该组包括但不局限于雨水系统、生活污水收集系统和饮用水系统。根据另一个优选实施例，输出文件包括至少一个计算机产生的图。根据另一个优选实施例，输出文件还包括逐条记录的工程度量的成本列表。根据另一个优选实施例，该文件经由全球通信网络被递送给用户。在另一个实施例中，本发明是一个计算机实施的土地规划系统，其被设计用于对用户定义的土地开发问题产生至少一个概念性的合适解决方案。处理器访问用于未开发土地场所的土地开发约束。该系统还使用计算机可读介质和编码在该介质上的计算机程序。计算机程序在计算机上执行时可为土地开发问题产生由多个候选解决方案组成的总体。每个候选解决方案包括多个可应用在对未开发土地场所的开发中的工程度量。该处理器访问包括用于每个工程度量的相应成本数据的成本模型。计算机程序包括用于丢弃违反土地开发约束的不适合方案的指令。对于每个留下的解决方案，合适度函数被用来针对工程度量计算基于成本数据的合适度分数。启发式问题解决策略操纵各个选择候选解决方案的工程度量以获得提高的合适度分数，使得那些取得提高的合适度分数的候选解决方案包括相应的合适解决方案。计算机程序包括用于从多个合适的解决方案中选择一组最优不同的可选解决方案的指令。诸如显示监视器、打印机、电子通信等的输出装置被用来将图示对土地开发问题的最优不同的可选解决方案的文件传递给用户。根据另一个优选实施例，处理器访问用户对于未开发土地场所的偏好。根据另一个优选实施例，计算机程序包括用于基于对用户偏好的违反来处罚候选解决方案的合适度分数的指令。在另外一个实施例中，本发明是计算机实施的土地规划方法，其被设计来用户定义的土地开发问题产生至少一个概念性的合适解决方案。该方法包括电子创建至少一个对该土地开发问题的候选解决方案的步骤。候选解决方案包括多个可应用于对未开发土地场所的开发的工程度量。候选解决方案基于其整体合适度被定量地评估。然后启发式问题解决策略被用来操纵候选解决方案的工程度量以获得对土地开发问题的更加定量上合适的解决方案。在获得更合适的解决方案后，图示对土地开发问题的合适解决方案的文件被输出给用户。上面已经列出了本发明的一些目的。本发明的其他目的和优点将在结合以下附图的描述过程中显现，其中图1是根据本发明一个优选实施例的当前土地规划系统的示意图；图2是在不同角度显示未加工的勘查数据的土地场所的平面图；图3是显示不规则三角网(TIN)的土地场所的透视图；图4-10是显示用于构建成本模型的各种输入字段的计算机屏幕截图；图11是演示在本系统中使用的遗传算法的基本操作的流程图；以及图12是根据一个优化的合适解决方案的已开发土地场所的计算机生成图。具体实施方式现在具体参考附图，根据本发明的计算机实施的土地规划系统被笼统地呈现在图1的示意图中。该系统使用启发式数学策略产生对复杂土地开发问题的一组全局优化的解决方案。在下面描述的一个实施例中，以基于成本和预算约束来优化土地开发的形式来表达该问题。可选地，该系统可集中于其他经济考虑，比如投资回报率(ROI)。这里讨论的例子涉及单片商业用地的规划和开发。然而，本原理同样可应用于对多片商用、混用和住宅用地的规划和开发。I.系统概述在一个实施例中，本系统lO运行在利用客户端设备ll通过比如因特网的计算机网络14与主机服务器12进行通信的环境中。在其他实施例中，可以使用其他计算机网络，例如广域网(WAN)、局域网(LAN)或内部网。主机服务器12包括处理器15和计算机可读介质16，例如随机访问存储器(RAM)。处理器15可用于执行存储在存储器中的某些启发式问题解决程序17。这样的处理器可包括微处理器或任何其他处理器。这样的处理器还可与其他存储计算机程序指令的计算机可读介质进行通信，因此当所存储的指令被处理器执行时，该处理器执行在此所描述的步骤。下面将进一步讨论的问题解决程序17利用来自数据存储装置18的数据作为输入。在一个实施例中，数据存储装置18包括电子数据库。在其他实施例中，数据存储装置18可包括电子文件、磁盘、或其他数据存储装置。数据存储装置18可存储工程和成本模块、建筑规范和规则、用户数据和仓库。数据存储装置18还可包括其他对执行本系统的功能有用的项目。在一个例子中，问题解决程序17包括一个或多个遗传算法用以"求解"用户定义的高级问题命题19-例如，基于成本优化某地的土地开发。系统IO使用数字地形建模来创建土地场所的三维表示(DTM)。然后下面讨论的某些成本度量被概念性地放入DTM中。遗传算法17被用来基于这些成本度量优化该场所的设计。遗传算法17发展出该土地开发问题19的多个合适解决方案。然后这些合适解决方案被询问和电子过滤以获得少量的非常不同的可选解决方案21、22和23。得到的可选方案21、22和23经过计算机网络14被传送到客户端设备11。然后用户就能够决定合适解决方案21、22和23中的哪一个最能满足他或她的设计目标。II.成本度量在本例子中，每个候选解决方案都由五个成本度量来定义，这些成本度量基于预定的定量尺度被单独地针对合适度进行打分。然后每个度量的分数或"合适度指标"被加在一起以评估给定方案的整体合适度。成本度量包括建筑物片(pad)、停车场和进出路、雨水收集系统、生活污水收集系统和饮用水系统。每个度量都被概念性地放在该场所上并基于系统参数和用户定义的硬约束和软约束来设计，如下面i寸论的。为了定位建筑物片，影响土地开发成本的因素的例子包括初始现场平整(sitegrading)、拆迁、清理&挖掘、大块挖掘、填埋布置(回填)、挡土墙、腐蚀控制和最终平整。现场平整通常是在建筑之前就要进行的第一任务，在其之后设施的安装、铺路和建筑物构筑才可以开始。除非该场所在构筑之前处于未开发状态，否则将带来拆除已有结构的成本。清理包括在构筑之前从受干扰区中欲伐树木并且移除和清除树丛。挖掘是对树桩和树根的移除和清除。在一些情况下，还会包括用于表层土剥离和现场堆放以供以后使用的成本。大块挖掘包括移除用于场所部件构筑的土壤，并且具有降低土地表面海拔的效果。因现场挖掘移除的合适材料可以用来形成提坝、填方、路基、路肩、回填物和现场平整(即提高坡度)。消减和填埋在给定场地上优选地达到平衡。从挖掘区运送填埋材料到填埋区会产生成本o挡土墙被构筑来防止非常陡峭的堤坝的侵蚀和/或结构的不稳定性。虽然存在各种挡土墙，包括分路拉杆(timertie)、石墙、具有灌注水泥地基的增强坊工挡土墙和分段挡土墻系统等，但是所使用的墙的类型很大程度上是其所需的高度和工程师偏好的函数。给定挡土墙的最大设计高度是挡土墙类型和本地土壤和地下水条件的函数。本系统将确定该场地上任何挡土墙的位置、所需高度和长度。构筑过程中典型的侵蚀控制实践包括泥沙护栏、稳定的建筑入口、临时播种和覆盖、进水道保护、拦沙坝和临时泥沙池。将设计适当的侵蚀控制，并基于受干扰区的坐标(x，y，z)引入成本。该系统被设计来将场地上的所有受干扰区形成为一块均匀平滑的表面，没有陡峭或不规则的表面变化。这个任务中包括在规划区中视需要对所堆放的表层土的重新分配。完成的区域在后面可以被美化和铺路。对于候选解决方案的第二次测量，定位和设计停车场和进出路是在单片商用场地的整体设计中的主要成本组成部分和驱动力。停车场设计指南已被很好地建立，并可从已有数据库中输入。停车场通常被铺以包括小石头(即6，，厚)的基层沥青和表层沥青(4"厚)。各层的厚度是交通负载和期望的设计使用年限的函数。路缘和排水沟被提供在整个停车场和任何中间土地的周边。此外，将引入美化成本(例如，播种和种草)用于构筑过程中没有铺路的任何受干扰区。用于雨水收集系统的成本度量包括提供雨水结构(例如跌水进口)和管道网和最佳管理实践(BMP),如果需要的话。与排水基础设施相关联的主要成本是与安装管道和结构相关联的成本。雨水工程设计"模型，，可被利用来确定各种雨水设施的尺寸和位置以及基于本地条件(例如，完成地形和降雨)的相关数量和标准工程实践。用于生活污水收集系统的度量包括对该场地提供生活污水服务所带来的成本。在很多情况下，已有的生活污水系统会被连接到并将位于临近下水道设施的地方。下水道设施通常位于道路的用地(ROW)中。在最简单的情况下，对于较小的单片商业用地，必要的只是从建筑物到街道中的已有污水干管安装一个生活污水服务支沟(6"直径的PVC材料)，包括铸铁清除口(cleanout)。在其他情况下，如果从设施流出来的废水流量被认为相对较多或者如果建筑物离道路用地比较远的话，那么就有必要敷设一些新的包括检修孔的污水干管。对于饮用水系统，该度量包括为该土地场所提供饮用水、消防用水和场所清洗带来的成本。这是通过连接到市政或专用水厂而完成的。类似生活污水，已有的给水干管通常位于临近的水附属设施，其有可能位于道路ROW中。该建筑物经由一条供水连接与至少一个阀门、水表和水干线上的一个维修水龙头相连，从而完成安装。III.数字地形模型(DTM)实施本系统的第一步就是在三维"空间"内定义该场所。这是通过数字地形建模来完成的，该数字地形建模使用任何合适的商业可用软件，比如EaglePointSoftware的SurfaceModelingTM、IntergraphCorporation的MGETerrainAnalystTM、或Scienti打cSoftwareGroup的GWN-DTMTM。数字地形建模是以三维的形式表示地形的电子过程。该过程利用在被选择来准确地反映场所条件的某些点采集的原始勘查数据，并通过不规则三角网(TIN)将该原始勘查数据转换为用来有效地表示场所地形的数据。图2和图3图示了原始勘查数据(图2)到场所的三维表示(图3)的转换。在TIN中，任意三个原始(x，y，z)坐标定义了一个有限的三角形表面，三角形的每个顶点代表一个实际测量的数据点。大量的这种共享共同水平边界的有限表面在网络中被链接在一起并用来内插任一点的(x，y，z)坐标，尽管在那一点没有获得实际测量。TIN建模该场所的整个土地表面，包括边界和断线(breakline)。在将这些点划分成三角形的顶点时遵循Delaunay三角测量规则。简要地说，所有的原始勘查点被连接到它们两个最近的邻点以形成三角形。这种三角形的一个最大优点是它们是等角的。这还确保了表面上的任何点都最大可能地接近实际测量的勘查点。在本系统中，五个成本度量中的每一个都利用一组(x，y，z)坐标被表示在DTM中——该组坐标表示在场所中的所有测量点的北距、东距和海拔。测量在DTM中的精准位置确定了其基于下面讨论的成本模型的成本。IV.选择规则在应用成本模型前，所有候选解决方案都必须满足某些阈值要求，包括那些系统内部固有的和那些用户专门建立的。共同地，这些要求或约束定义了选择的规则，指示了哪些候选解决方案通过了最初详细审查进入进一步的考虑和可能的再生。系统约束例如可以包括工程参数，比如给水千管的覆盖厚度、污水干管的覆盖厚度、生活污水管的最小坡度、人行道设计要求、洪泛区和湿地区限制、最小沟渠设计、检修孔尺寸、最大/最小坡度和其他可应用工程模型所指示的。其他系统约束可包括那些电子存储在数据库中的内容，包含针对给定权限的可应用的市政法规。这些数据库可包括参数，例如街道种植草坪、边侧和后方种植草畔、建筑物收进、停车空间尺寸、车道宽度、路面宽度、水管材料、污水管材料和出入口路缘线的半径。用户输入的约束是"硬性"和"软性"的——硬性约束包括必需的或制定的参数，而软性约束仅代表偏好。硬性约束例如包括建筑物片设计/尺寸、已有水管的位置、已有生活污水收集系统的位置、洪泛区/湿地区的位置和已有公用设施。用户偏好或软性约束的例子包括人行道宽度、停车角度(例如60或90度)，自行车道路和审美考虑，比如前方可见度(用地朝向)、绿化空间和已有地貌的保留。V.成本模型使用一系列GUI屏幕将成本模型输入系统，比如图4-10中显示的。可替换地，可以从一个或多个数据库或其他数据存储介质中输入成本模型。所包括的成本是那些具有可以被建模的工程基础的部分。其他固定的成本和费用在成本模型中被忽略，因为它们可以在处理后的步骤期间被添加以给出对该场所的完整最终成本估计。优选地，成本模型包含以下在表格l、2、3、4中列出的数据。表格l平整单位成本清理和挖掘$/SY表层土剥离$/CY大批普通泥土挖掘$/CY岩石挖掘$/CY不合适材料的挖掘$/CY填埋材料$/CY填埋材料压缩$/CY借用材料$/CY废材的处置$/CY挡土墙"5ft高)$/SF挡土墙(5-10ft高)$/SF挡土墙(>10ft高)$/SF结束平整对停车场/进出道路铺设给定厚度$/SY混凝土人行道$/SY路缘和下水道$/LF播种和覆盖(或草地)$/SY对于急坡的永久侵蚀控制结构$/SY在构筑过程中的侵蚀控制$/3crc表2<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>VI.概念性解决方案对土地开发的概念性解决方案是利用上面描述的DTM、选择规则和成本模型来产生的。使用启发式问题解决策略来优化这些解决方案，比如遗传算法、仿真退火、神经网络、登山、蚂蚁群体优化、粒子群优化、禁忌检索和其他计算机处理的进化技术。在本例中，该系统采用遗传算法(GA),比如图11的流程图中表示的。如前面指出的，在本例中的高级问题命题是基于预定的成本度量和预算约束开发一个场所用于单片商业用途。GA用来演化出一组全局优化的解决方案——每个解决方案都概念性地以高成本效率的方式定位(在该场所中)上面讨论的五个成本度量，并将系统和用户约束以及用户偏好考虑在内。从第"0，，代开始，GA中的第一步是创建概念性解决方案的初始随机总体。每个解决方案包括DTM中的各组(x，y,z)坐标，其表示建筑物片、停车场&进出路、雨水系统、生活污水收集系统和饮用水系统的确切位置。该初始总体可包括成千的或更多的潜在解决方案。对于总体中的每个解决方案，分别由基于度量在DTM中的精确位置而计算出的某些预定数量来定义五个成本度量。例如，建筑物片和停车场&进出路影响平整变量，比如总受干扰区、挖掘材料的总量、挖掘岩石量、挖掘出的不合适材料的量、填埋材料量、挡土墙区、停车区、混凝土人行道区域、路缘和下水道长度以及斜坡表面区域。雨水系统变量包括例如地下滞水存储量、每尺寸的RPC雨水管长度、每尺寸的扩口部分的数量、填石量、每尺寸的雨水检修孔数量、路缘下水道数量、跌水口数量、雨水抽水站数量以及每尺寸的PVC雨水压力干管长度。生活污水收集系统变量包括例如每尺寸的PVC生活污水管长度、每尺寸的生活污水管检修孔的数量、生活污水管抽水站的数量、化粪池和废物处理厂的数量以及每尺寸的PVC生活污水压力干管的长度。饮用水系统变量包括例如每尺寸的PVC配水管长度、水表的数量、每尺寸的(铸铁)阀门数量、消防栓和回流防止器。再次参考图11的表，在创建了初始随机总体之后，下一步是应用合适度函数，它定量地评估每个候选解决方案的合适度。该步骤包括首先确定该解决方案的工程可行性以及该方案是否满足上面讨论的选择规则。如果该解决方案满足这些阈值要求，那么利用成本模型和任何适用的处罚为该方案的合适度打分。如果不满足，那么马上丢弃该解决方案。对于因缺乏工程可行性而被丢弃的解决方案的例子是那种将建筑物片定位在停车场和/或进出路上的方案。这个被丟弃的解决方案还有可能违反关于停车场靠近建筑物片的选择规则。另一个因违反规则而被丢弃的解决方案的例子是那种建筑物片侵犯了缩进的方案。对于那些满足上述阈值要求的解决方案，合适度指标被分配给五个成本度量中的每一个。在本例中，假定该指标被划分为1-9:一(l)代表具有高成本/高处罚的度量，而九(9)代表具有低成本/低处罚的度量。如前所述，处罚被分配给违反了用户偏好或"软性约束"的测量。例如，如果用户希望建筑物片(商铺前面)朝向场所上的特定方向以最大化可见性，那么从预期地片取向超出预定范围的任何偏离都将产生一个处罚——或者减分。本系统中的完美合适度分数是对每个度量都产生9或者说产生"99999"分的解决方案。成本和处罚决定了总体中每个解决方案的合适度。每个度量的成本直接和它在DTM中的概念性(x，y，z)位置有关，并基于成本模型来计算。在计算合适度指标的过程中，基于该度量相对于总体中其他类似度量的排名对成本分量进行打分。因此，例如，对于建筑物片合适度在百分之90及以上的所有成本度量将得到"9，，分，那些在合适度百分之80-89的将得到"8"分，依此类推。对于任何处罚，从该成本分量分数中扣除。对每个候选解决方案中的所有五个成本度量遵循该过程。在对总体中的每个解决方案打分之后，GA确定是否满足了已知的终止标准。在本例子中，终止标准是预先选择的循环或"代，，的数量。假定该标准还没有被满足，那么系统选择将被复制到下一代中的某些候选解决方案。GA能够使用许多不同技术来完成该任务，即杰出者选择、按合适度比例选择、螺旋轮选择、比例缩放选择、竟赛选择、排名选择、世代选择、稳态选择以及层级选择。这些方法中的一些互斥，但是其他的能够组合使用并且经常被组合使用。根据杰出者选择，保证选择每一代的最适合解决方案，在按合适度比例选择中，更合适的个体更有可能但并不一定被选择。螺旋轮选择是按合适度比例选择的一种形式，其中被选择的解决方案的机会与其合适度大于或小于其竟争者的合适度的总量成比例。根据缩放比例选择，随着总体的平均合适度的增长，选择性压力的强度也增长并且合适度函数变得更有区别性。这种方法在以后当所有解决方案都具有相对高的合适度并且彼此之间合适度差别很小的时候能够帮助做出最佳选择。在竟赛选择中，从较大总体中选择一个解决方案的子组，并且每个子组的成员互相竟争。然后从每个子组中只有一个解决方案被选择复制。在排名选择中，总体中的每个解决方案被基于合适度分配一个数字排名，并且选择是基于该排名而不是合适度的绝对差。该方法的优势在于其能够阻止非常合适的个体在损害不太合适的个体的情况下取得统治，这种情况将降低总体的遗传多样性并有可能阻碍寻找可接受的解决方案的尝试。在世代选择中，从每代中选择的解决方案的后代变成整个下一代。在代之间没有保留解决方案。在稳态选择中，从每代中选择的解决方案的后代回到之前存在的总体，取代一些前一总体中不太合适的成员。在代之间保留一些解决方案。在层级选择中，解决方案经过了每一代的多轮选择。较低级的评估更快但区分力较小，而那些生存到更高级别的被更严格地评估。该方法的优势是其通过使用更快、更少的选择性评估来清除那些看起来几乎没有希望或没有任何希望的绝大部分解决方案，并且仅使得那些通过该初始测试的解决方案经受更严格并且计算上更昂贵的合适度评估，从而减少总计算时间。在本例子中，排名/杰出者选择方法选择那些具有积累分数超过所有五个度量至少一定最小数量、例如25的所有候选解决方案。在这种情况下，例如，具有合适度分数分别为"55555"和"11888"的解决方案将被选择，而分数为"33666"和"99111"的解决方案不会被选择。一旦选择操作已选中了合适的解决方案，那么它们被随机地改变以希望提高它们对于下一代的合适度。这种随机改变通过突变和交叉而发生。通过轻微改变一个解决方案的任何一个或多个成本度量的(x，y，z)坐标而使该解决方案突变。交叉需要选择两个解决方案来交换一个或多个度量，从而产生作为它们父母的组合的人工"后代"。通过交叉，能够在成功的"个体"之间转移信息，这些成功的"个体，，是能够从其他个体学到的东西获益的解决方案，并且方案能够被混合和组合，潜在地可能产生既具有其父母双方的长处又没有它们的弱点的后代。上述过程被重复直到演进了指定数目的代。此刻，从GA产生的最高分数解决方案，进一步的数学算法输出多个最优不同的可选方案供用户审查和考虑。输出优选地是计算机产生的(CAD)—个或多个场所规划图(其指示了每个合适的解决方案的不同度量)以及逐条列举并合计用于开发该单片商业场所的所有相关费用的书面成本^^告。下面讨论的过程确保了输出的解决方案是最优不同的。VII.最优不同解决方案在当前例子中，输出算法被用来询问选中的GA解决方案并仅将那些最优不同的方案输出给用户。该算法的首要目的是产生少量的(例如6-8个)非常不同的可选方案。伪码算法可以如下GJ逸净；个合适W席决才黄,《#估每个合适种岸法才黄#辨摩《度量的",y，zj^标逸净谬些炎类叙度;f^^标之河^距岸漠义^种庠决才黄_￡到终嫂斧在这种情况下，一旦达到了希望数量的非常不同的、合适的解决方案，那么就达到了终止条件。可替换地，输出算法可以使用其他终止标准。如上面指出的，输出文件优选地包括一个或多个计算机产生的图和书面成本报告。在图12中提供了一个优化的合适解决方案的输出图的例子。该场所的解决方案成本报告如下描述建筑物子系统解决方案成本才艮告单位数量单位成本总成本合-Vv^蔬參4本:$汰卯车道路缘和下水道LF198.35$12.20$2，419.89重型柏油铺路SY501.25$19.00$9,523.83平整清理和挖掘Acre2.04$8,000.00$16,336.43表层土剥离/堆放CY549.09$2.85$1,564.89泥土挖掘(消减)CY3,381.47$2.85$9,637.19填埋布置CY2,914.68$2.85$8,306.83借用材料CY0$2.85$0.00废材处置CY141.51$6.00$849.06挡土墙(21.8ft)SF4,104.30$17.00$69.773.16挡土墙(6.2ft)SF329.34$17.00$5,598.82结束平整2.04$14,520.00$29,650.62播种和草场A^cre0.67$1,600.00$1,070.32停牟场路缘和下水道951.55$12.20$11,608.97标准型柏油铺路SY5,826.50$13.94$81,221.46合^/"停羊场^^;5",S3汰"饮用水系统水管(1英寸)LF255.4连接到已有水线路(1")EA17JC供应表(1")EA1建筑物控制阀门(l")EA1$14.50$850.00$3,703.34$850.00$2,250.00$2,250.00$0.00$0.00合^妖^水^鍵成本；生活污水收集系统生活污水重力管(4")LF39.87$20.05生活污水重力管(4")LF100.57$21.35生活污水重力管(4")LF167.19$34.45到现有部分的连接生活污水收集系统EA1$850.00下水道清除口(4")EA5$500.00承/f#仅桌^鍵^本:雨水收集系统雨水重力管(18，，)LF66.95$24.00雨水重力管(15")LF482.34$21.10到现有部分的连接雨水收集系统雨水检〗务孔(60")雨水排水沟(48")雨水排水沟(48")雨7JC检修孔(48")雨水排水沟(48")$799.39$2,147.19$5,759.68$850.00$2,500.00$1606.89$10,177.28EA2$850.00$1，700.00EA1$3,930.00$3,930.00EA2$1,760.00$3,520.00EA3$1,335.00$4,005.00EA1$1，760.00$1,760.00EA1$3,930.00$3,930.00合伊兩;^炎桌^鍵^本；629.77总成本$297,049.24上面描述了计算机实施的土地规划系统和方法。本发明的各种细节可以在不脱离其范围的情况下被改变。此外，前述对本发明优选实施例和用于实践本发明的最佳模式的描述仅仅意在提供说明，而并不意在限制，本发明由权利要求定义。权利要求1.一种计算机实施的土地规划系统，设计用于对用户定义的土地开发问题产生至少一个概念性的合适解决方案，所述系统包括用于对所述土地开发问题电子创建至少一个候选解决方案的装置，所述候选解决方案包括多个可应用于对未开发的土地场所的开发中的工程度量；用于基于所述候选解决方案的合适度来定量评估所述候选解决方案的装置；用于采用启发式问题解决策略来操纵所述候选解决方案的工程度量，以获得对该土地开发问题的更加定量合适的解决方案的装置；和用于将说明对该土地开发问题的所述合适解决方案的文件输出给用户的装置。2.如权利要求1所述的计算机实施的土地规划系统，还包括用于在三维空间中数字化表示所述未开发的土地场所的装置。3.如权利要求2所述的计算机实施的土地规划系统，还包括用于在所述三维空间中概念性地定位所述工程度量的装置。4.如权利要求1所述的计算机实施的土地规划系统，其中所述工程度量是从包括以下成分的组中选择的雨水系统、生活污水收集系统和饮用水系统。5.如权利要求1所述的计算机实施的土地规划系统，其中所述文件包括至少一个计算机产生的图。6.如权利要求5所述的计算机实施的土地规划系统，其中所述文件还包括所述工程度量的逐条列举的成本列表。7.如权利要求1所述的计算机实施的土地规划系统，其中所述文件经由全球通信网络被传递给用户。8.—种计算机实施的土地规划系统，设计用于对用户定义的土地开发问题产生至少一个概念性的合适解决方案，所述系统包括用于访问对未开发的土地场所的土地开发约束的装置；用于对所述土地开发问题电子创建由多个候选解决方案组成的一个总体，每个候选解决方案包括多个可应用于对所述未开发土地场所的开发中的工程度量；用于访问成本模型的装置，该成本模型包括用于所述工程度量中的每一个的相应成本数据；用于丢弃违反所述土地开发约束的不合适解决方案的装置；对于每个剩余的解决方案，基于用于所述工程度量的所述成本数据计算合适度分数的装置；釆用启发式问题解决策略来操纵各个所选的候选解决方案的所述工程度量以取得提高的合适度分数，使得达到提高的合适度分数的那些候选解决方案包括各自的合适解决方案的装置；用于从所述多个合适解决方案中选择一组最优不同的可选解决方案的装置；和用于将说明对土地开发问题的所述最优不同的可选解决方案的文件输出给用户的装置。9.如权利要求8所述的计算机实施的土地规划系统，包括用于访问对未开发的土地场所的用户偏好的装置。10.如权利要求9所述的计算机实施的土地规划系统，包括用于根据对用户偏好的违反来处罚候选解决方案的合适度分数的装置。11.如权利要求8所述的计算机实施的土地规划系统，包括用于在三维空间中数字化表示未开发的土地场所的装置。12.如权利要求11所述的计算机实施的土地规划系统，包括用于在所述三维空间内概念性地定位所述工程度量的装置。13.如权利要求8所述的计算机实施的土地规划系统，其中所述工程度量是从包括以下成分的组中选择的雨水系统、生活污水收集系统和饮用水系统。14.如权利要求8所述的计算机实施的土地规划系统，其中所述文件包括至少一个计算机产生的图。15.如权利要求14所述的计算机实施的土地规划系统，其中所述文件还包括所述工程度量的逐条列举的成本列表。16.如权利要求8所述的计算机实施的土地规划系统，其中所述文件经由全球通信网络被传递给用户。17.—种计算机实施的土地规划方法，设计用于对用户定义的土地开发问题产生至少一个概念性的合适解决方案，所述方法包括以下步骤对土地开发问题电子创建至少一个候选解决方案，该候选解决方案包括多个可应用于对未开发的土地场所的开发中的工程度量；基于候选解决方案的合适度来定量评估该候选解决方案；采用启发式问题解决策略来操纵候选解决方案的工程度量，以获得对所述土地开发问题的更加定量合适的解决方案；以及将说明对该土地开发问题的合适解决方案的文件输出给用户。18.如权利要求17所述的计算机实施的土地规划方法，包括在三维空间中数字化表示未开发的土地场所。19.如权利要求18所述的计算机实施的土地规划方法，包括在三维空间内概念性地定位工程度量。20.如权利要求17所述的计算机实施的土地规划方法，包括经由全球通信网络将所述文件传递给用户。全文摘要一种计算机实施的土地规划系统，设计用于对用户定义的土地开发问题产生至少一个概念性的合适解决方案。该系统对土地开发问题电子创建至少一个候选解决方案。该候选解决方案包含许多可应用于对未开发的土地场所的开发中的工程度量。合适度函数基于候选解决方案的合适度来定量评估该方案。启发式问题解决策略操纵候选解决方案的工程度量，以获得对该土地开发问题更加定量合适的解决方案。计算机输出设备将说明对该土地开发问题的合适解决方案的文件输出给用户。文档编号G06N99/00GK101213546SQ200580032591公开日2008年7月2日申请日期2005年7月28日优先权日2004年7月28日发明者安东尼·H·瓦特斯,小詹姆斯·W·雷诺滋,米歇尔·W.·德特威勒申请人:蓝山分析公司