一種山區(qū)新建鐵路車站自動選址方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種山區(qū)新建鐵路車站自動選址方法,包括步驟:S1、確定車站站址搜索參數(shù)并劃分線路區(qū)段;S2、將線路區(qū)段劃分為若干網(wǎng)格,采集地理信息數(shù)據(jù)作為網(wǎng)格屬性;S3、剔除設(shè)站不可行網(wǎng)格;S4、判斷區(qū)段是否需要設(shè)站,不需要則對下一區(qū)段進行判斷,需要則轉(zhuǎn)S5;S5、確定車站選址范圍;S6、選取影響設(shè)站的評價指標,利用層次分析法確定所有評價指標的權(quán)重,并計算網(wǎng)格相應于各評價指標的評價值,得到網(wǎng)格的設(shè)站適宜度值;S7、選出最優(yōu)站址并確定站坪方向;S8、進入下一區(qū)段計算是否需要設(shè)站,如需要轉(zhuǎn)步驟S5,直至搜索出全段線路的所有最優(yōu)站址。本發(fā)明能自動搜索出滿足車站選址的各種約束條件的站址,自動化程度高。
【專利說明】一種山區(qū)新建鐵路車站自動選址方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種山區(qū)新建鐵路車站自動選址方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鐵路車站是大量人流、車流的集散地,具有交通樞紐、帶動區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和整合區(qū)域環(huán)境等綜合功能,車站分布和位置的選擇,根據(jù)其性質(zhì)在不同程度上控制著線路走向和位置。
[0003]車站的選址要方便城市鄉(xiāng)鎮(zhèn),并應考慮地形、地質(zhì)等自然條件。特別在復雜山區(qū)中,車站選址需要考慮地形、地質(zhì)、河流、交通等環(huán)境約束的影響,適應地形的變化,繞避不良地質(zhì)地段,同時也應盡量減少對生態(tài)環(huán)境的不利影響。在這種條件下,空間線位和車站布設(shè)的協(xié)調(diào)控制的難題也變得尤為突出,如:站間的距離要滿足通過能力的需要、車站的選址應滿足線路規(guī)范的要求、車站的位置宜避免與橋、隧等其它結(jié)構(gòu)物重疊等。設(shè)計人員迫切需要借助智能優(yōu)化技術(shù)破解上述難題。
[0004]目前對于復雜山區(qū)鐵路車站分布及選址問題的研究很少,討論的比較多的是山區(qū)車站布局、提高鐵路運行速度、車站的擴能改造及線路區(qū)間通過能力加強等方面?,F(xiàn)有方法欠缺對自然環(huán)境的考慮,同時又忽視了線路、車站之間的耦合關(guān)系和動態(tài)特征,常常無法給出線路、車站、環(huán)境綜合協(xié)調(diào)的優(yōu)化解。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]針對傳統(tǒng)新建鐵路車站選址方法存在的問題,本發(fā)明提出了一種山區(qū)新建鐵路車站自動選址方法,綜合考慮了車站選址的各種約束條件,能自動搜索出滿足自然、經(jīng)濟環(huán)境約束并兼顧線站耦合約束的站址,提高鐵路設(shè)計的自動化程度。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0007]一種山區(qū)新建鐵路車站自動選址方法,包括以下步驟:
[0008]S1:確定車站站址搜索參數(shù),并劃分線路區(qū)段;
[0009]車站站址搜索參數(shù)包括:最大展線系數(shù)r、線路限制坡度imax、最大站間距Lmax、最小站間距Lniin、車站站坪長度和車站站坪寬度;確定全段線路的起點、線路的終點及η個必經(jīng)點位置,將其連成一條折線,以該折線的邊為基準,劃分線路區(qū)段;從全段線路的起點開始將線路區(qū)段依次編號為區(qū)段1,區(qū)段2,……,區(qū)段η+1 ;區(qū)段I的起點為全段線路的起點,區(qū)段I的終點為必經(jīng)點I ;……;區(qū)段i的起點為必經(jīng)點i_l,區(qū)段i的終點為必經(jīng)點i ;……;區(qū)段η+1的起點為必經(jīng)點η,區(qū)段η+1的終點為全段線路的終點;其中i = 2,……η ;
[0010]S2:將線路區(qū)段劃分為若干網(wǎng)格,添加網(wǎng)格屬性;
[0011]將線路區(qū)段按設(shè)定精度劃分為若干正方形的網(wǎng)格,網(wǎng)格邊長的取值范圍為30m-90m,采集地理信息數(shù)據(jù)作為網(wǎng)格屬性;地理信息數(shù)據(jù)包括:高程信息、禁區(qū)信息、河流信息、工程地質(zhì)信息、經(jīng)濟地理信息和生態(tài)環(huán)境信息;
[0012]S3:副除設(shè)站不可打網(wǎng)格;
[0013]遍歷所有網(wǎng)格,將同時滿足不在禁區(qū)、不在河流內(nèi)、滿足高程可達性和展線系數(shù)約束的網(wǎng)格定為設(shè)站可行網(wǎng)格,其余為設(shè)站不可行網(wǎng)格,將其剔除;
[0014]S4:判斷當前線路區(qū)段是否需要設(shè)站;
[0015]根據(jù)最大、最小站間距判斷區(qū)段i是否需要設(shè)站,其中i = 1,2,……η+1,如果不需要,判斷i是否等于η+1,如果是,則直接結(jié)束,否則令i = i+Ι,即對下一個區(qū)段進行判斷;起始時,i = l;
[0016]如果需要,繼續(xù)下一步驟S5 ;
[0017]S5:確定車站選址范圍,即確定在當前線路區(qū)段的哪個范圍內(nèi)設(shè)置車站,可以滿足最大、最小站間距的要求;
[0018]S6:選取影響設(shè)站的評價指標,利用層次分析法確定所有評價指標的權(quán)重,并計算網(wǎng)格相應于各評價指標的評價值,得到網(wǎng)格的設(shè)站適宜度值;
[0019]S7:選出最優(yōu)站址并確定站坪方向;
[0020]S8:當選出一個站址后,將選出的站址作為區(qū)段i的新起點,根據(jù)最大、最小站間距判斷區(qū)段i是否需要設(shè)站,其中i = 1,2,……n+1,如果不需要,判斷i是否等于n+1,如果是,則直接結(jié)束,否則令i = i+Ι,即對下一個區(qū)段進行判斷;
[0021]如果需要,轉(zhuǎn)步驟S5搜尋區(qū)段i內(nèi)的其他最優(yōu)站址或其他區(qū)段內(nèi)的最優(yōu)站址;循環(huán)直至搜索出全段線路的所有最優(yōu)站址。
[0022]進一步地,所述步驟S1中線路區(qū)段范圍的確定方法為:線路區(qū)段外邊界中點到線路區(qū)段的起點和終點的距離之和=線路區(qū)段的起點和終點之間的距離X最大展線系數(shù)。
[0023]進一步地,所述步驟S3中:
[0024](I)滿足高程可達性的條件為:Hmin〈HQ〈Hmax ;
[0025](2)滿足展線系數(shù)約束的條件為:(Ls+Le) <rXL ;
[0026]其中H。為網(wǎng)格高程,
[0027]Hmin為當前網(wǎng)格允許的最低高程,其值為Hs-LsXrX imax與He-LeXrX imax中最大值;
[0028]Hmax為當前網(wǎng)格允許的最高高程,其值為Hs+LsXrXimax與HjLeXrXimax中最小值;
[0029]Hs為線路區(qū)段的起點高程,He為線路區(qū)段的終點高程,Ls為網(wǎng)格距線路區(qū)段的起點的距離,Le為網(wǎng)格距線路區(qū)段的終點的距離,L為線路區(qū)段的起點和終點之間距離。
[0030]進一步地,所述步驟S4具體為:
[0031]若(L+Lmd) XrX Θ >Lmax,則當前線路區(qū)段需要設(shè)站,反之不用設(shè)站;
[0032]其中Θ為展線折減系數(shù),Θ值在本發(fā)明中取值為(r+1)/2,可盡量的減小站間距判別中出現(xiàn)的誤差,Lmd是上個線路區(qū)段最后一個最優(yōu)站址與當前線路區(qū)段的起點之間的距離,Lmd初值設(shè)為0,L為線路區(qū)段的起點和終點之間距離。當區(qū)段滿足站間距要求不需設(shè)站時,則區(qū)分終點處必經(jīng)點是否設(shè)站的情況,若該點為不設(shè)站點將會自動記錄當前線路區(qū)段殘留距離Lmd,累計進入下一個區(qū)段計算。
[0033]進一步地,所述步驟S5具體為:
[0034]若I Hs-He I /L>imax,則當前區(qū)段是緊坡地段,否則當前區(qū)段是緩坡地段,其中Hs為線路區(qū)段的起點高程,He為線路區(qū)段的終點高程,L為線路區(qū)段的起點和終點之間距離;
[0035](I)若當前區(qū)段是緊坡地段:
[0036]且L〈2XLmax/r,則此區(qū)段內(nèi)需設(shè)置唯一車站,此時分別以線路區(qū)段的起點和終點為中心,并分別以Lmin/r和Lmax/r為半徑做圓,相交區(qū)域即為車站選址范圍;反之,此區(qū)段內(nèi)需設(shè)置多個車站,此時以線路區(qū)段的起點為中心,分別以Lmin/r和Lmax/r為半徑做圓,兩圓在線路區(qū)段上的相交區(qū)域為車站選址范圍;
[0037](2)若當前區(qū)段是緩坡地段:
[0038]且L〈2XLmax,則此區(qū)段內(nèi)需設(shè)置唯一車站,此時分別以線路區(qū)段的起點和終點為中心,并分別以Lmin和Lmax為半徑做圓,相交區(qū)域即為車站選址范圍;反之,此區(qū)段內(nèi)需設(shè)置多個車站,此時以線路區(qū)段的起點為中心,分別以Lmin和Lmax為半徑做圓,兩圓在線路區(qū)段上的相交區(qū)域為車站選址范圍。
[0039]進一步地,所述步驟S6具體包括:
[0040]Sp1、選取影響設(shè)站的評價指標,并計算所有網(wǎng)格相應于各評價指標的評價值;
[0041]所述評價指標包括:地形指標、地質(zhì)指標、線站耦合指標、經(jīng)濟地理指標和生態(tài)環(huán)境指標;
[0042]S6_2、剔除明顯不符合要求的網(wǎng)格;
[0043]對土石方工程數(shù)量、網(wǎng)格平面上偏離短直方向的距離、網(wǎng)格縱面上偏離短直方向的高差超過設(shè)定限值的網(wǎng)格進行剔除;
[0044]S6_3、利用層次分析法確定Sp1中五個評價指標對設(shè)站影響的權(quán)重;
[0045]S6_4、數(shù)據(jù)標準化;
[0046]將Sp1中計算得到的網(wǎng)格相應于各評價指標的評價值用Min-max標準化方法轉(zhuǎn)換到0-1之間,數(shù)據(jù)越接近1,則表明網(wǎng)格越適宜設(shè)站;
[0047]S6_5、計算每個網(wǎng)格的設(shè)站適宜度值V ;
[0048]基于五個評價指標對設(shè)站影響的權(quán)重及網(wǎng)格相應于各評價指標的評價值的標準化數(shù)據(jù)得到網(wǎng)格設(shè)站適宜度值。
[0049]進一步地,所述步驟S6_5中網(wǎng)格的設(shè)站適宜度值V的計算公式為:
[0050]V = V1X Θ !+V2X θ 2+ν3χ θ 3+v4x θ 4+ν5χ θ 5
[0051]其中θ” θ2、θ3、04和05分別為通過層析分析法確定的五個評價指標對設(shè)站影響的權(quán)重;'、V2、V3、V4和V5為網(wǎng)格相應于五個評價指標的評價值的標準化數(shù)據(jù)。
[0052]進一步地,所述步驟Sp1中網(wǎng)格相應于地形指標的評價值的計算方法為:在車站選址范圍內(nèi),作矩形,矩形以網(wǎng)格為中心,矩形的長度方向為線路短直方向,矩形的長度為車站站坪長度,矩形的寬度為車站站坪寬度;以網(wǎng)格高程為基準高程,計算矩形范圍內(nèi)的土石方工程數(shù)量;然后以一定的角度旋轉(zhuǎn)矩形,遍歷適宜設(shè)站的若干方向,計算相應的土石方工程數(shù)量;然后,以矩形的長度方向偏離線路短直方向的角度與對應的土石方工程數(shù)量為評價指標,綜合評價得到網(wǎng)格處設(shè)站的最優(yōu)方向及其對應的土石方工程數(shù)量,并得到網(wǎng)格相應于地形指標的評價值。
[0053]進一步地,線站耦合指標包括:網(wǎng)格平面上偏離短直方向的距離、網(wǎng)格縱面上高程影響值及車站站坪方向偏離短直方向的角度;車站站坪方向為所述的網(wǎng)格處設(shè)站的最優(yōu)方向
[0054]其中縱面上高程影響值的計算方法為:
[0055]緩坡地段:以網(wǎng)格縱面上偏離短直方向的高差表示;
[0056]緊坡地段:以網(wǎng)格地面高程與其期望高程的差值表示;
[0057]其中,網(wǎng)格處期望高程Hh_的計算公式為:Hh_ = HQ±LsXisXimax,式中H。表示區(qū)段的起點高程,Ls為網(wǎng)格距線路區(qū)段的起點的距離,is為坡度折減系數(shù),由區(qū)段的起點到終點高程變大時為加法運算,反之為減法運算。
[0058]綜合評價線站耦合指標中包括的各個因素,得到網(wǎng)格相應于線站耦合指標的評價值。
[0059]進一步地,(a)所述網(wǎng)格相應于地質(zhì)指標的評價值的計算方法為:依據(jù)采集的地理信息數(shù)據(jù)中的工程地質(zhì)信息,將工程地質(zhì)情況按優(yōu)良程度劃分為1-10的10個等級,等級越低表明地質(zhì)情況越差,遍歷網(wǎng)格,確定網(wǎng)格所在區(qū)域的等級;
[0060](b)所述網(wǎng)格相應于經(jīng)濟地理指標的評價值的計算方法為:依據(jù)采集的地理信息數(shù)據(jù)中的經(jīng)濟地理信息,將經(jīng)濟地理情況按經(jīng)濟區(qū)發(fā)展程度劃分為1-10的10個等級,等級越低表明區(qū)域的經(jīng)濟發(fā)展程度落后,遍歷網(wǎng)格,確定網(wǎng)格所在區(qū)域的等級;
[0061](c)所述網(wǎng)格相應于生態(tài)環(huán)境指標的評價值的計算方法為:依據(jù)采集的地理信息數(shù)據(jù)中的生態(tài)環(huán)境信息,將生態(tài)環(huán)境情況按設(shè)站對當?shù)厣鷳B(tài)的破壞程度劃分為1-10的10個等級,等級越低表明生態(tài)環(huán)境受到設(shè)站的破壞程度越高,遍歷網(wǎng)格,確定網(wǎng)格所在區(qū)域的等級。
[0062]所述高程信息指的是某點沿鉛垂線方向到絕對基面的距離,稱絕對高程,簡稱高程。某點沿鉛垂線方向到某假定水準基面的距離,稱假定高程。高程信息數(shù)據(jù)用絕對高程數(shù)據(jù),DEM(格網(wǎng)高程模型)數(shù)據(jù)可以從網(wǎng)上下載得到。
[0063]所述經(jīng)濟地理信息包括城市、礦區(qū)等經(jīng)濟區(qū)分布程度。城鎮(zhèn)工礦等吸引著鐵路線路,將車站位置設(shè)置在這些區(qū)域?qū)⒂欣诮煌ㄟ\輸及經(jīng)濟發(fā)展。
[0064]所述生態(tài)環(huán)境信息包括自然生態(tài)環(huán)境、農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的分布狀況。
[0065]高程可達性是指在線路限制坡度約束下,分別從當前區(qū)段起終點出發(fā)通過展線應能到達網(wǎng)格點的地面高程。展線指的是在山嶺地帶,由于地面自然縱坡常大于道路設(shè)計容許最大縱坡,加上工程地質(zhì)條件限制,就需要順應地形,適當延伸線路長度沿山坡逐漸盤繞而上,以致達路線終點。這種減緩縱坡,延長起、終點間路線長度的設(shè)計定線,稱為展線。
[0066]滿足展線系數(shù)約束是指站址的選擇應滿足最大展線系數(shù)要求。
[0067]所述步驟S3中:還包括地質(zhì)要求,地質(zhì)要求指的是崩塌、滑坡、泥石流等惡劣的地質(zhì)區(qū)域不允許設(shè)站。需剔除此類區(qū)域的網(wǎng)格點。
[0068]所述步驟Sf^1中的評價指標具體為:
[0069]I)地形指標:即地形的起伏程度,用站址處建立車站的土石方工程數(shù)量衡量。
[0070]2)地質(zhì)指標:用地質(zhì)的優(yōu)良程度衡量。
[0071]3)線站耦合指標:包括平面上偏離短直方向的距離、縱面上高程影響值(分緩坡地段與禁坡地段分別討論)及車站站坪方向偏離短直方向的角度。
[0072]4)經(jīng)濟地理指標:以城市、礦區(qū)等經(jīng)濟區(qū)分布程度衡量。
[0073]5)生態(tài)環(huán)境指標:表現(xiàn)為車站的設(shè)立對自然生態(tài)環(huán)境、農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的破環(huán)程度。
[0074]所述步驟Sp1中,在車站選址范圍內(nèi),作矩形,矩形以網(wǎng)格為中心,矩形的長度方向為線路短直方向,矩形的長度為車站站坪長度,矩形的寬度為車站站坪寬度;以網(wǎng)格高程為基準高程,計算矩形范圍內(nèi)的土石方工程數(shù)量;然后以5°為間隔,旋轉(zhuǎn)矩形,選取偏離線路短直方向的20個方向。計算矩形在每個方向上相應的土石方工程數(shù)量;然后,以矩形的長度方向偏離線路短直方向的角度與對應的土石方工程數(shù)量為評價指標,綜合評價得到網(wǎng)格處設(shè)站的最優(yōu)方向及其對應的土石方工程數(shù)量,并得到網(wǎng)格相應于地形指標的評價值。
[0075]用Min-max標準化方法對方向偏離角度及對應的土石方數(shù)量做標準化處理,并對兩指標均賦0.5的權(quán)重,綜合分析得到網(wǎng)格處適宜設(shè)站的最優(yōu)方向及相對應的土石方工程數(shù)量。min-max標準化方法是對原始數(shù)據(jù)進行線性變換。設(shè)minA和maxA分別為屬性A的最小值和最大值,將A的一個原始值X通過min-max標準化映射成在區(qū)間[0,I]中的值X’,其公式為:新數(shù)據(jù)=(原數(shù)據(jù)-極小值)/(極大值-極小值)。
[0076]短直方向:鐵路線路規(guī)劃時設(shè)定有起點和終點,起點和終點的連線就是線路的短直方向,方法中認為某網(wǎng)格點的設(shè)站最優(yōu)方向為線路的短直方向(避免線路會繞彎,增大展線),偏離短直方向越大,越不宜設(shè)站。
[0077]常見的土石方工程有:場地平整、基坑(槽)與管溝開挖、路基開挖、人防工程開挖、地坪填土,路基填筑以及基坑回填。車站的設(shè)置需要地形平順,如果地形不平順則需要填挖土地,造成一定的土石方填挖費用。土石方工程數(shù)量單位是立方米,方向偏離度單位是度數(shù),兩指標單位是不統(tǒng)一的,用到綜合分析的方法對其數(shù)據(jù)標準化,分析權(quán)重,最后得到方向偏離少,土石方工程數(shù)量相對小的方向,設(shè)為網(wǎng)格的設(shè)站方向。
[0078]分級說明:設(shè)站五個指標中,地形指標,線站耦合指標是用計算出的數(shù)據(jù)表征的,具體計算方法實施方式中有寫,其他的如地質(zhì)、生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟地理指標只能評價等級,給定等級數(shù)據(jù),用等級數(shù)據(jù)參與后面的綜合評價。至于等級數(shù)據(jù)的劃分,例如地質(zhì):極差地質(zhì)(滑坡、泥石流地帶)——優(yōu)良地質(zhì)(巖層穩(wěn)定等),分為十個等級;經(jīng)濟地理,生態(tài)指標均類似,如果是重要自然保護區(qū)自然不易設(shè)站。
[0079]基于層次分析法分析計算地形指標、地質(zhì)指標、線站耦合指標、經(jīng)濟地理指標、生態(tài)環(huán)境指標對設(shè)站影響的權(quán)重。層次分析法是將決策問題按總目標、各層子目標、評價準則直至具體的備投方案的順序分解為不同的層次結(jié)構(gòu),然后得用求解判斷矩陣特征向量的辦法,求得每一層次的各元素對上一層次某元素的優(yōu)先權(quán)重,最后再加權(quán)和的方法遞階歸并各備擇方案對總目標的最終權(quán)重,此最終權(quán)重最大者即為最優(yōu)方案。
[0080]步驟S7具體為:選擇車站選址范圍內(nèi)設(shè)站適宜度值最大的網(wǎng)格作為最優(yōu)站址;步驟Sp1中記錄有每個網(wǎng)格處設(shè)站的最優(yōu)方向,當選出最優(yōu)站址后,最優(yōu)站址所在的網(wǎng)格處設(shè)站的最優(yōu)方向便是站坪方向。
[0081]有益效果:
[0082]1、能夠滿足復雜山區(qū)新建鐵路車站選址的各種約束條件,快速進行車站選址,搜索出滿足通過能力需要、滿足自然、經(jīng)濟環(huán)境約束并兼顧線站耦合約束的站址,提高鐵路設(shè)計的自動化程度。本發(fā)明亦可為人工選站提供快速參考。
[0083]2、本發(fā)明有優(yōu)良的自適應性能,能夠在任意地形上分析該區(qū)域的總體自然環(huán)境狀況,設(shè)置合理的剔除參數(shù),建立車站尋址綜合評價方法,使搜索出來的站址更科學更合理。
[0084]3、基于內(nèi)插地面線法及綜合評價法計算站址最適宜的站坪方向。能夠保證搜索得到的站坪方向不僅滿足地形平順的要求,亦能滿足與線路大致走向相符合的要求。
[0085]4、實現(xiàn)車站在線路規(guī)范要求下的布設(shè),本方法選擇的車站能在后期的線路搜索中起合理的導向作用。
[0086]5、該方法自動化程度高、實用性強、運行效率高,具有很高的推廣應用價值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0087]圖1是本發(fā)明方法總體步驟流程圖。
[0088]圖2是劃分線路區(qū)段的示意圖。
[0089]圖3是線路區(qū)段車站選址的流程圖。
[0090]圖中標記說明:
[0091]S1、確定車站站址搜索參數(shù)并劃分線路區(qū)段
[0092]S2、將線路區(qū)段劃分為若干網(wǎng)格,添加網(wǎng)格屬性;
[0093]S3、剔除設(shè)站不可行網(wǎng)格
[0094]S4、判斷區(qū)段i是否需要設(shè)站,如果不需要,對下一區(qū)段i+Ι進行判斷;如果需要,則進入S5
[0095]S5、確定車站選址范圍
[0096]S6、選取影響設(shè)站的評價指標,確定評價指標的權(quán)重,并計算網(wǎng)格相應于各評價指標的評價值,得到網(wǎng)格的設(shè)站適宜度值
[0097]S7、選出最優(yōu)站址并確定站坪方向
[0098]S8、將選出的站址作為區(qū)段i的新起點,判斷區(qū)段i是否需要設(shè)站,如果不需要,對下一區(qū)段i+Ι進行判斷;否則,轉(zhuǎn)S5 ;直至搜索出全段線路的所有最優(yōu)站址。
[0099]Sp1、計算影響設(shè)站評價指標
[0100]S6_2、剔除明顯不符合要求的網(wǎng)格
[0101]s6_3、層次分析法判斷權(quán)重
[0102]S6_4、數(shù)據(jù)標準化
[0103]S6_5、計算網(wǎng)格設(shè)站適宜度值
[0104]A、線路區(qū)段外邊界中點示意點
【具體實施方式】
[0105]下面將結(jié)合附圖,對本發(fā)明的技術(shù)方案進行進一步清楚、完整地描述,所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例,而不是全部的實施例,不能理解為對本發(fā)明的限制?;诒景l(fā)明中的實施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其它實施方式都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0106]具體的,圖1顯示的是本發(fā)明涉及的復雜山區(qū)新建鐵路車站自動尋址方法的總體步驟流程圖。如圖1所示,一種山區(qū)新建鐵路車站自動選址方法流程包括以下步驟:
[0107]S1:確定車站站址搜索參數(shù),并劃分線路區(qū)段;
[0108]車站站址搜索參數(shù)包括:最大展線系數(shù)r、線路限制坡度imax、最大站間距Lmax、最小站間距Lniin、車站站坪長度和車站站坪寬度;確定全段線路的起點、線路的終點及η個必經(jīng)點位置,將其連成一條折線,以該折線的邊為基準,劃分線路區(qū)段;從全段線路的起點開始將線路區(qū)段依次編號為區(qū)段1,區(qū)段2,……,區(qū)段n+1 ;區(qū)段I的起點為全段線路的起點,區(qū)段I的終點為必經(jīng)點I ;……;區(qū)段i的起點為必經(jīng)點i_l,區(qū)段i的終點為必經(jīng)點i ;……;區(qū)段n+1的起點為必經(jīng)點n,區(qū)段n+1的終點為全段線路的終點;其中i = 2,……η ;圖2是劃分線路區(qū)段的示意圖。
[0109]步驟S1中線路區(qū)段范圍的確定方法為:線路區(qū)段外邊界中點到線路區(qū)段的起點和終點的距離之和=線路區(qū)段的起點和終點之間的距離X最大展線系數(shù)。
[0110]S2:將線路區(qū)段劃分為若干網(wǎng)格,添加網(wǎng)格屬性;
[0111]將線路區(qū)段按設(shè)定精度劃分為若干正方形的網(wǎng)格,網(wǎng)格邊長的取值范圍為30m-90m,采集地理信息數(shù)據(jù)作為網(wǎng)格屬性;地理信息數(shù)據(jù)包括:高程信息、禁區(qū)信息、河流信息、工程地質(zhì)信息、經(jīng)濟地理信息和生態(tài)環(huán)境信息;
[0112]S3:副除設(shè)站不可打網(wǎng)格;
[0113]遍歷所有網(wǎng)格,將同時滿足不在禁區(qū)、不在河流內(nèi)、滿足高程可達性和展線系數(shù)約束的網(wǎng)格定為設(shè)站可行網(wǎng)格,其余為設(shè)站不可行網(wǎng)格,將其剔除;
[0114]其中:
[0115](I)滿足高程可達性的條件為:Hmin〈HQ〈Hmax ;
[0116](2)滿足展線系數(shù)約束的條件為:(Ls+Le)〈rXL ;
[0117]其中Hci為網(wǎng)格高程,
[0118]Hmin為當前網(wǎng)格允許的最低高程,其值SHs-LsXrXimax與He-LeXrXimax中最大值;
[0119]Hmax為當前網(wǎng)格允許的最高高程,其值為Hs+Ls X r X imax與He+Le X r X imax中最小值;
[0120]Hs為線路區(qū)段的起點高程,He為線路區(qū)段的終點高程,Ls為網(wǎng)格距線路區(qū)段的起點的距離,Le為網(wǎng)格距線路區(qū)段的終點的距離,L為線路區(qū)段的起點和終點之間距離。
[0121]滿足展線系數(shù)約束是指站址的選擇應滿足最大展線系數(shù)要求。
[0122]S4:判斷當前線路區(qū)段是否需要設(shè)站;
[0123]根據(jù)最大、最小站間距判斷區(qū)段i是否需要設(shè)站,其中i = 1,2,……n+1,如果不需要,判斷i是否等于n+1,如果是,則直接結(jié)束,否則令i = i+Ι,即對下一個區(qū)段進行判斷;起始時,i = l;
[0124]如果需要,繼續(xù)下一步驟S5 ;
[0125]具體地:
[0126]若(L+Lend) XrX Θ >Lmax,則當前線路區(qū)段需要設(shè)站,反之不用設(shè)站;
[0127]其中Θ為展線折減系數(shù),Θ值在本發(fā)明中取值為(r+1)/2,可盡量的減小站間距判別中出現(xiàn)的誤差,Lend是上個線路區(qū)段最后一個站址與當前線路區(qū)段的起點之間的距離,Lmd初值設(shè)為0,L為線路區(qū)段的起點和終點之間距離。當區(qū)段滿足站間距要求不需設(shè)站時,則區(qū)分終點處必經(jīng)點是否設(shè)站的情況,若該點為不設(shè)站點將會自動記錄當前線路區(qū)段殘留距離Lmd,累計進入下一個區(qū)段計算。
[0128]S5:確定車站選址范圍,即確定在當前線路區(qū)段的哪個范圍內(nèi)設(shè)置車站,可以滿足最大、最小站間距的要求;
[0129]具體地:
[0130]若I Hs-He I /L>imax,則當前區(qū)段是緊坡地段,否則當前區(qū)段是緩坡地段,其中Hs為線路區(qū)段的起點高程,He為線路區(qū)段的終點高程,L為線路區(qū)段的起點和終點之間距離;
[0131](I)若當前區(qū)段是緊坡地段:
[0132]且L〈2XLmax/r,則此區(qū)段內(nèi)需設(shè)置唯一車站,此時分別以線路區(qū)段的起點和終點為中心,并分別以Lmin/r和Lmax/r為半徑做圓,相交區(qū)域即為車站選址范圍;反之,此區(qū)段內(nèi)需設(shè)置多個車站,此時以線路區(qū)段的起點為中心,分別以Lmin/r和Lmax/r為半徑做圓,兩圓在線路區(qū)段上的相交區(qū)域為車站選址范圍;
[0133](2)若當前區(qū)段是緩坡地段:
[0134]且L〈2XLmax,則此區(qū)段內(nèi)需設(shè)置唯一車站,此時分別以線路區(qū)段的起點和終點為中心,并分別以Lmin和Lmax為半徑做圓,相交區(qū)域即為車站選址范圍;反之,此區(qū)段內(nèi)需設(shè)置多個車站,此時以線路區(qū)段的起點為中心,分別以Lmin和Lmax為半徑做圓,兩圓在線路區(qū)段上的相交區(qū)域為車站選址范圍。
[0135]S6:選取影響設(shè)站的評價指標,利用層次分析法確定所有評價指標的權(quán)重,并計算網(wǎng)格相應于各評價指標的評價值,得到網(wǎng)格的設(shè)站適宜度值。
[0136]圖3是線路區(qū)段車站選址的流程圖,如圖所示,S6具體包括:
[0137]Sp1、選取影響設(shè)站的評價指標,并計算所有網(wǎng)格相應于各評價指標的評價值;
[0138]所述評價指標包括:地形指標、地質(zhì)指標、線站耦合指標、經(jīng)濟地理指標和生態(tài)環(huán)境指標;
[0139]具體地,所述步驟Sp1中網(wǎng)格相應于地形指標的評價值的計算方法為:在車站選址范圍內(nèi),作矩形,矩形以網(wǎng)格為中心,矩形的長度方向為線路短直方向,矩形的長度為車站站坪長度,矩形的寬度為車站站坪寬度;以網(wǎng)格高程為基準高程,計算矩形范圍內(nèi)的土石方工程數(shù)量;然后以一定的角度旋轉(zhuǎn)矩形,遍歷適宜設(shè)站的若干方向,計算相應的土石方工程數(shù)量;然后,以矩形的長度方向偏離線路短直方向的角度與對應的土石方工程數(shù)量為評價指標,綜合評價得到網(wǎng)格處設(shè)站的最優(yōu)方向及其對應的土石方工程數(shù)量,并得到網(wǎng)格相應于地形指標的評價值。
[0140]線站耦合指標包括:網(wǎng)格平面上偏離短直方向的距離、網(wǎng)格縱面上高程影響值及車站站坪方向偏離短直方向的角度;車站站坪方向為所述的網(wǎng)格處設(shè)站的最優(yōu)方向;綜合評價線站耦合指標中包括的各個因素,得到網(wǎng)格相應于線站耦合指標的評價值。
[0141]其中縱面上高程影響值的計算方法為:
[0142]緩坡地段:以網(wǎng)格縱面上偏離短直方向的高差表示;
[0143]緊坡地段:以網(wǎng)格地面高程與其期望高程的差值表示;
[0144]其中,網(wǎng)格處期望高程Hhtjpe的計算公式為:Hh()pe = Hc^LsXisXimax,式中Htl表示區(qū)段的起點高程,Ls為網(wǎng)格距線路區(qū)段的起點的距離,is為坡度折減系數(shù),由區(qū)段的起點到終點高程變大時為加法運算,反之為減法運算。
[0145]網(wǎng)格相應于地質(zhì)指標的評價值的計算方法為:依據(jù)采集的地理信息數(shù)據(jù)中的工程地質(zhì)信息,將工程地質(zhì)情況按優(yōu)良程度劃分為1-10的10個等級,等級越低表明地質(zhì)情況越差,遍歷網(wǎng)格,確定網(wǎng)格所在區(qū)域的等級;
[0146]網(wǎng)格相應于經(jīng)濟地理指標的評價值的計算方法為:依據(jù)采集的地理信息數(shù)據(jù)中的經(jīng)濟地理信息,將經(jīng)濟地理情況按經(jīng)濟區(qū)發(fā)展程度劃分為1-10的10個等級,等級越低表明區(qū)域的經(jīng)濟發(fā)展程度落后,遍歷網(wǎng)格,確定網(wǎng)格所在區(qū)域的等級;
[0147]網(wǎng)格相應于生態(tài)環(huán)境指標的評價值的計算方法為:依據(jù)采集的地理信息數(shù)據(jù)中的生態(tài)環(huán)境信息,將生態(tài)環(huán)境情況按設(shè)站對當?shù)厣鷳B(tài)的破壞程度劃分為1-10的10個等級,等級越低表明生態(tài)環(huán)境受到設(shè)站的破壞程度越高,遍歷網(wǎng)格,確定網(wǎng)格所在區(qū)域的等級。
[0148]S6_2、剔除明顯不符合要求的網(wǎng)格;
[0149]對土石方工程數(shù)量、網(wǎng)格平面上偏離短直方向的距離、網(wǎng)格縱面上偏離短直方向的高差超過設(shè)定限值的網(wǎng)格進行剔除;
[0150]S6_3、利用層次分析法確定Sp1中五個評價指標對設(shè)站影響的權(quán)重;
[0151]S6_4、數(shù)據(jù)標準化;
[0152]將Sp1中計算得到的網(wǎng)格相應于各評價指標的評價值用Min-max標準化方法轉(zhuǎn)換到0-1之間,數(shù)據(jù)越接近1,則表明網(wǎng)格越適宜設(shè)站;
[0153]S6_5、計算每個網(wǎng)格的設(shè)站適宜度值V ;
[0154]基于五個評價指標對設(shè)站影響的權(quán)重及網(wǎng)格相應于各評價指標的評價值的標準化數(shù)據(jù)得到網(wǎng)格設(shè)站適宜度值。
[0155]具體地,網(wǎng)格的設(shè)站適宜度值V的計算公式為:
[0156]V = V1X Θ !+V2X Θ 2+V3X Θ 3+V4X Θ 4+V5X θ 5
[0157]其中θ” θ2、θ3、04和05分別為通過層析分析法確定的五個評價指標對設(shè)站影響的權(quán)重;'、V2、V3、V4和V5為網(wǎng)格相應于五個評價指標的評價值的標準化數(shù)據(jù)。
[0158]S7:選出最優(yōu)站址并確定站坪方向;
[0159]選擇當前線路區(qū)段的車站選址范圍內(nèi)設(shè)站適宜度值最大的網(wǎng)格作為最優(yōu)站址;步驟Sp1中記錄有每個網(wǎng)格處設(shè)站的最優(yōu)方向,當選出最優(yōu)站址后,最優(yōu)站址所在的網(wǎng)格處設(shè)站的最優(yōu)方向便是站坪方向。
[0160]S8:當選出一個站址后,將選出的站址作為區(qū)段i的新起點,根據(jù)最大、最小站間距判斷區(qū)段i是否需要設(shè)站,其中i = 1,2,……n+1,如果不需要,判斷i是否等于n+1,如果是,則直接結(jié)束,否則令i = i+Ι,即對下一個區(qū)段進行判斷;
[0161]如果需要,轉(zhuǎn)步驟S5搜尋區(qū)段i內(nèi)的其他最優(yōu)站址或其他區(qū)段內(nèi)的最優(yōu)站址;循環(huán)直至搜索出全段線路的所有最優(yōu)站址。
[0162]本發(fā)明能自動搜索出滿足地形、地質(zhì)、河流、交通等環(huán)境約束、適應地形變化并兼顧線站耦合約束的站址。
【權(quán)利要求】
1.一種山區(qū)新建鐵路車站自動選址方法,其特征在于:包括以下步驟: 51:確定車站站址搜索參數(shù),并劃分線路區(qū)段; 車站站址搜索參數(shù)包括:最大展線系數(shù)r、線路限制坡度imax、最大站間距Lmax、最小站間距Lmin、車站站坪長度和車站站坪寬度;確定全段線路的起點、線路的終點及η個必經(jīng)點位置,將其連成一條折線,以該折線的邊為基準,劃分線路區(qū)段;從全段線路的起點開始將線路區(qū)段依次編號為區(qū)段1,區(qū)段2,……,區(qū)段η+1 ;區(qū)段I的起點為全段線路的起點,區(qū)段I的終點為必經(jīng)點I ;......;區(qū)段i的起點為必經(jīng)點1-Ι,區(qū)段i的終點為必經(jīng)點i ;......;區(qū)段η+1的起點為必經(jīng)點η,區(qū)段η+1的終點為全段線路的終點;其中i = 2,……η ; 52:將線路區(qū)段劃分為若干網(wǎng)格,添加網(wǎng)格屬性; 將線路區(qū)段按設(shè)定精度劃分為若干正方形的網(wǎng)格,網(wǎng)格邊長的取值范圍為30m-90m,采集地理信息數(shù)據(jù)作為網(wǎng)格屬性;地理信息數(shù)據(jù)包括:高程信息、禁區(qū)信息、河流信息、工程地質(zhì)信息、經(jīng)濟地理信息和生態(tài)環(huán)境信息; 53:剔除設(shè)站不可行網(wǎng)格; 遍歷所有網(wǎng)格,將同時滿足不在禁區(qū)、不在河流內(nèi)、滿足高程可達性和展線系數(shù)約束的網(wǎng)格定為設(shè)站可行網(wǎng)格,其余為設(shè)站不可行網(wǎng)格,將其剔除; 54:判斷當前線路區(qū)段是否需要設(shè)站; 根據(jù)最大、最小站間距判斷區(qū)段i是否需要設(shè)站,其中i = 1,2,……n+1,如果不需要,判斷i是否等于n+1,如果是,則直接結(jié)束,否則令i = i+Ι,即對下一個區(qū)段進行判斷;起始時,i = I ; 如果需要,繼續(xù)下一步驟S5; 55:確定車站選址范圍; S6:選取影響設(shè)站的評價指標,利用層次分析法確定所有評價指標的權(quán)重,并計算網(wǎng)格相應于各評價指標的評價值,得到網(wǎng)格的設(shè)站適宜度值; 57:選出最優(yōu)站址并確定站坪方向; 58:當選出一個站址后,將選出的站址作為區(qū)段i的新起點,根據(jù)最大、最小站間距判斷區(qū)段i是否需要設(shè)站,其中i = l,2,......n+1,如果不需要,判斷i是否等于n+1,如果是,則直接結(jié)束,否則令i = i+Ι,即對下一個區(qū)段進行判斷; 如果需要,轉(zhuǎn)步驟S5搜尋區(qū)段i內(nèi)的其他最優(yōu)站址或其他區(qū)段內(nèi)的最優(yōu)站址;循環(huán)直至搜索出全段線路的所有最優(yōu)站址。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的山區(qū)新建鐵路車站自動選址方法,其特征在于:所述步驟31中線路區(qū)段范圍的確定方法為:線路區(qū)段外邊界中點到線路區(qū)段的起點和終點的距離之和=線路區(qū)段的起點和終點之間的距離X最大展線系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的山區(qū)新建鐵路車站自動選址方法,其特征在于:所述步驟33中: (1)滿足高程可達性的條件為:Hmin〈HQ〈Hmax; (2)滿足展線系數(shù)約束的條件為:(Ls+Le)〈rXL; 其中Htl為網(wǎng)格高程, Hmin為當前網(wǎng)格允許的最低高程,其值為Hs-LsXrXimax與He-LeXrXimax中最大值; Hmax為當前網(wǎng)格允許的最高高程,其值為Hs+LsXrXimax與HJLeXrXimax中最小值; Hs為線路區(qū)段的起點高程,為線路區(qū)段的終點高程,Ls為網(wǎng)格距線路區(qū)段的起點的距離,Le為網(wǎng)格距線路區(qū)段的終點的距離,L為線路區(qū)段的起點和終點之間距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的山區(qū)新建鐵路車站自動選址方法,其特征在于:所述步驟\具體為: 若(L+Lmd) XrX Θ >Lmax,則當前線路區(qū)段需要設(shè)站,反之不用設(shè)站; 其中Θ為展線折減系數(shù),Lmd是上個線路區(qū)段最后一個最優(yōu)站址與當前線路區(qū)段的起點之間的距離,Lmd初值設(shè)為O,L為線路區(qū)段的起點和終點之間距離。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的山區(qū)新建鐵路車站自動選址方法,其特征在于:所述步驟35具體為: 若I Hs-He I /L>imax,則當前區(qū)段是緊坡地段,否則當前區(qū)段是緩坡地段,其中Hs為線路區(qū)段的起點高程,He為線路區(qū)段的終點高程,L為線路區(qū)段的起點和終點之間距離; (1)若當前區(qū)段是緊坡地段: 且L〈2XLmax/r,則此區(qū)段內(nèi)需設(shè)置唯一車站,此時分別以線路區(qū)段的起點和終點為中心,并分別以Lmin/r和Lmax/r為半徑做圓,相交區(qū)域即為車站選址范圍;反之,此區(qū)段內(nèi)需設(shè)置多個車站,此時以線路區(qū)段的起點為中心,分別以Lmin/r和Lmax/r為半徑做圓,兩圓在線路區(qū)段上的相交區(qū)域為車站選址范圍; (2)若當前區(qū)段是緩坡地段: 且L〈2XLmax,則此區(qū)段內(nèi)需設(shè)置唯一車站,此時分別以線路區(qū)段的起點和終點為中心,并分別以Lmin和Lmax為半徑做圓,相交區(qū)域即為車站選址范圍;反之,此區(qū)段內(nèi)需設(shè)置多個車站,此時以線路區(qū)段的起點為中心,分別以Lmin和Lmax為半徑做圓,兩圓在線路區(qū)段上的相交區(qū)域為車站選址范圍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的山區(qū)新建鐵路車站自動選址方法,其特征在于:所述步驟S6具體包括: Sp1、選取影響設(shè)站的評價指標,并計算所有網(wǎng)格相應于各評價指標的評價值; 所述評價指標包括:地形指標、地質(zhì)指標、線站耦合指標、經(jīng)濟地理指標和生態(tài)環(huán)境指標; S6-2、剔除明顯不符合要求的網(wǎng)格; 對土石方工程數(shù)量、網(wǎng)格平面上偏離短直方向的距離、網(wǎng)格縱面上偏離短直方向的高差超過設(shè)定限值的網(wǎng)格進行剔除; s6_3、利用層次分析法確定Sp1中五個評價指標對設(shè)站影響的權(quán)重; s6_4、數(shù)據(jù)標準化; 將Sp1中計算得到的網(wǎng)格相應于各評價指標的評價值用Min-max標準化方法轉(zhuǎn)換到0-1之間,數(shù)據(jù)越接近1,則表明網(wǎng)格越適宜設(shè)站;s6_5、計算每個網(wǎng)格的設(shè)站適宜度值V ; 基于五個評價指標對設(shè)站影響的權(quán)重及網(wǎng)格相應于各評價指標的評價值的標準化數(shù)據(jù)得到網(wǎng)格設(shè)站適宜度值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的山區(qū)新建鐵路車站自動選址方法,其特征在于:所述步驟S6_5中網(wǎng)格的設(shè)站適宜度值V的計算公式為:
V = V1X Θ !+V2X θ 2+ν3χ θ 3+v4x θ 4+ν5χ θ 5 其中θρ θ2、θ3、04和θ5分別為通過層析分析法確定的五個評價指標對設(shè)站影響的權(quán)重;'、V2、V3、V4和V5為網(wǎng)格相應于五個評價指標的評價值的標準化數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的山區(qū)新建鐵路車站自動選址方法,其特征在于:所述步驟Sp1中網(wǎng)格相應于地形指標的評價值的計算方法為:在車站選址范圍內(nèi),作矩形,矩形以網(wǎng)格為中心,矩形的長度方向為線路短直方向,矩形的長度為車站站坪長度,矩形的寬度為車站站坪寬度;以網(wǎng)格高程為基準高程,計算矩形范圍內(nèi)的土石方工程數(shù)量;然后以一定的角度旋轉(zhuǎn)矩形,遍歷適宜設(shè)站的若干方向,計算相應的土石方工程數(shù)量;然后,以矩形的長度方向偏離線路短直方向的角度與對應的土石方工程數(shù)量為評價指標,綜合評價得到網(wǎng)格處設(shè)站的最優(yōu)方向及其對應的土石方工程數(shù)量,并得到網(wǎng)格相應于地形指標的評價值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的山區(qū)新建鐵路車站自動選址方法,其特征在于:所述線站耦合指標包括:網(wǎng)格平面上偏離短直方向的距離、網(wǎng)格縱面上高程影響值及車站站坪方向偏離短直方向的角度;車站站坪方向為所述的網(wǎng)格處設(shè)站的最優(yōu)方向; 其中網(wǎng)格縱面上高程影響值的計算方法為: 緩坡地段:以網(wǎng)格縱面上偏離短直方向的高差表示; 緊坡地段:以網(wǎng)格地面高程與其期望高程的差值表示; 其中,網(wǎng)格處期望高程Hh_的計算公式為:Hh_ = Hc^LsXisXimax,式中Htl表示區(qū)段的起點高程,Ls為網(wǎng)格距線路區(qū)段的起點的距離,is為坡度折減系數(shù),由區(qū)段的起點到終點高程變大時為加法運算,反之為減法運算。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的山區(qū)新建鐵路車站自動選址方法,其特征在于: (a)所述網(wǎng)格相應于地質(zhì)指標的評價值的計算方法為:依據(jù)采集的地理信息數(shù)據(jù)中的工程地質(zhì)信息,將工程地質(zhì)情況按優(yōu)良程度劃分為1-10的10個等級,遍歷網(wǎng)格,確定網(wǎng)格所在區(qū)域的等級; (b)所述網(wǎng)格相應于經(jīng)濟地理指標的評價值的計算方法為:依據(jù)采集的地理信息數(shù)據(jù)中的經(jīng)濟地理信息,將經(jīng)濟地理情況按經(jīng)濟區(qū)發(fā)展程度劃分為1-10的10個等級,等級越低表明區(qū)域的經(jīng)濟發(fā)展程度落后,遍歷網(wǎng)格,確定網(wǎng)格所在區(qū)域的等級; (c)所述網(wǎng)格相應于生態(tài)環(huán)境指標的評價值的計算方法為:依據(jù)采集的地理信息數(shù)據(jù)中的生態(tài)環(huán)境信息,將生態(tài)環(huán)境情況按設(shè)站對當?shù)厣鷳B(tài)的破壞程度劃分為1-10的10個等級,等級越低表明生態(tài)環(huán)境受到設(shè)站的破壞程度越高,遍歷網(wǎng)格,確定網(wǎng)格所在區(qū)域的等級。
【文檔編號】G06Q50/30GK104376519SQ201410596580
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月30日
【發(fā)明者】蒲浩, 李偉, 鄭曉強, 劉威 申請人:中南大學