鋪軌前線路平面優(yōu)化設(shè)計方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋪軌前線路平面優(yōu)化設(shè)計方法，該方法包括以下步驟：構(gòu)建鋪軌前線路原始數(shù)據(jù)自定義實體(S1)，設(shè)置平面優(yōu)化控制參數(shù)(S2)，自動調(diào)整線路平面直線交點(S3)，自動調(diào)整線路平面曲線緩長(S4)，構(gòu)建線路平面智能優(yōu)化數(shù)學(xué)模型(S5)，線路平面智能優(yōu)化設(shè)計(S6)，更新線路平面設(shè)計圖(S7)，輸出線路平面優(yōu)化對比效果(S8)。該方法綜合采用自動調(diào)整和智能優(yōu)化算法，數(shù)學(xué)模型先進，革新了現(xiàn)有工作手段，能顯著提高平面優(yōu)化速度和設(shè)計質(zhì)量，自動化和智能化程度高，實用性強，能大幅提高設(shè)計效率，具有明顯的推廣應(yīng)用價值。
【專利說明】
鋪軌前線路平面優(yōu)化設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及線路平面優(yōu)化設(shè)計方法，尤其涉及鋪軌前線路平面智能優(yōu)化設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鐵路和城市軌道交通線路的橋梁、隧道土建結(jié)構(gòu)完成后，由于測量誤差、施工錯誤或誤差、結(jié)構(gòu)變形變位等因素，不可避免地出現(xiàn)土建竣工后的線路中心線與設(shè)計空間線形產(chǎn)生偏差，影響到設(shè)計限界及線路平順性等。上述施工后產(chǎn)生的平面線形誤差必須在軌道施工前進行必要的調(diào)整，以保證設(shè)計限界及線路平順性滿足有關(guān)要求。線路平面線形可以分解為直線、圓曲線和緩和曲線三部分，由各交點的坐標(biāo)、曲線半徑和緩長曲線長度確定。由于參數(shù)眾多，平面優(yōu)化設(shè)計變得十分復(fù)雜，僅憑人的思維和想像很難找到滿意的設(shè)計結(jié)果。長期以來，設(shè)計人員一直以手工計算方式來進行平面優(yōu)化設(shè)計，需要組織大量數(shù)據(jù)反復(fù)進行計算對比，過程耗時費力，嚴(yán)重影響工作效率。特別是對于雙線線路，必須結(jié)合二線設(shè)計及線間距計算，考慮設(shè)計結(jié)構(gòu)中心線與設(shè)計線路中心線以及測量結(jié)構(gòu)中心線之間的模型轉(zhuǎn)化，才能正確調(diào)整滿足橋隧及軌道結(jié)構(gòu)技術(shù)要求的平面線位。以往由于受到技術(shù)方法的制約，只能先根據(jù)基線進行單線調(diào)整，然后由線路專業(yè)人員根據(jù)調(diào)整后的基線配出二線，計算出線路中心線后再檢測平面超限情況，如果不合適，重新再調(diào)整，如此循環(huán)直到滿意為止，其過程十分煩瑣，目前，國內(nèi)外還沒有相應(yīng)的成熟技術(shù)方法，現(xiàn)有技術(shù)方法主要適用于單線的處理，且方法不夠靈活，自動化和智能化水平較低，制約了線路平面優(yōu)化設(shè)計。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對目前線路平面優(yōu)化設(shè)計所存在的問題及現(xiàn)狀，本發(fā)明提出一種鋪軌前線路平面優(yōu)化設(shè)計方法，通過構(gòu)建鋪軌前線路原始數(shù)據(jù)自定義實體，設(shè)置平面優(yōu)化控制參數(shù)，自動調(diào)整線路平面直線交點和曲線緩長，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建線路平面智能優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，進行線路平面智能優(yōu)化設(shè)計，最后更新線路平面設(shè)計圖，輸出線路平面優(yōu)化對比效果。
[0004]本發(fā)明所涉及的鋪軌前線路平面優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于該方法包括以下步驟:
[0005]S1、構(gòu)建鋪軌前線路原始數(shù)據(jù)自定義實體
[0006]采用原始施工圖線路設(shè)計資料和橋隧實測資料構(gòu)建，線路設(shè)計資料包括線路設(shè)計規(guī)范、線路模型名稱、斷鏈里程數(shù)據(jù)、平面直線交點數(shù)據(jù)、平面曲線緩長數(shù)據(jù)、曲線超高數(shù)據(jù)、縱斷面變坡點數(shù)據(jù)、橋梁缺口數(shù)據(jù)、隧道缺口數(shù)據(jù)、站場缺口數(shù)據(jù)，雙線線路包括原始一線和二線平面設(shè)計資料，橋隧實測資料指橋隧實測結(jié)構(gòu)中心線數(shù)據(jù)，由實測結(jié)構(gòu)中心線結(jié)點組成，每個節(jié)點對應(yīng)一個實測斷面，每個節(jié)點包括標(biāo)注里程、坐標(biāo)和高程，實測結(jié)構(gòu)中心線節(jié)點采用多義線連接，在實測起終點處繪制實測起終點標(biāo)注里程。
[0007]S2、設(shè)置平面優(yōu)化控制參數(shù)
[0008]平面優(yōu)化控制參數(shù)包括限界參數(shù)和平面誤差標(biāo)準(zhǔn)，平面誤差標(biāo)準(zhǔn)包括高架橋和隧道橫向允許最大誤差;優(yōu)化控制參數(shù)在線路原始數(shù)據(jù)自定義實體上按原始線路里程進行設(shè)置，與橋隧結(jié)構(gòu)變化對應(yīng)，包括添加、編輯和刪除操作;根據(jù)原始線路里程計算平面坐標(biāo)位置，標(biāo)注控制參數(shù)和里程。
[0009]S3、自動調(diào)整線路平面直線交點
[0010]通過直線擬合，調(diào)整平面直線邊交點坐標(biāo);首先，計算直線段平面差值，平面差值根據(jù)實測結(jié)構(gòu)中心線節(jié)點對應(yīng)計算，即由實測點坐標(biāo)投影到當(dāng)前平面設(shè)計線上，按垂足計算連續(xù)里程、斷鏈序號、標(biāo)注里程和中線坐標(biāo)，然后根據(jù)實測數(shù)據(jù)，計算得到每一個測量點的平面差值;其次，確定待調(diào)整的直線段落，根據(jù)平面差值計算得到每一個測量點的超限值，根據(jù)平面誤差標(biāo)準(zhǔn)對每個直線段的侵限情況進行分析，給出段落屬性，段落屬性包括未超限段落和超限段落，確定待調(diào)整的直線段落;再次，計算分析交點調(diào)整方式，交點調(diào)整就是調(diào)整交點坐標(biāo)，包括沿前切線方向移動、沿后切線方向移動、自由調(diào)整和不調(diào)整，如果交點前直線段不超限，交點后直線段超限，則沿前切線方向移動交點，如果交點前直線段超限，交點后直線段不超限，則沿后切線方向移動交點，如果交點前后直線段都超限，則自由移動交點，如果交點前后直線段都不超限，則不調(diào)整;然后，擬合直線段，計算交點位置，針對每一個直線段，根據(jù)直線段的起終點里程，獲取直線段內(nèi)的實測結(jié)構(gòu)中心線數(shù)據(jù)、平面差值和超限值，對實測結(jié)構(gòu)中心線結(jié)點采用最大似然估計的最小二乘法進行直線擬合，求出擬合的直線參數(shù)，得到新的直線邊，對新的直線邊進行兩兩求交，計算出新的交點位置，并根據(jù)交點調(diào)整方式進行修正;最后，調(diào)整交點位置，根據(jù)段落屬性和交點的調(diào)整方式，修改線路平面直線交點坐標(biāo)。
[0011 ] s4、自動調(diào)整線路平面曲線緩長
[0012]根據(jù)線路設(shè)計規(guī)范，確定緩和曲線長度范圍，按超限值最小的原則，調(diào)整緩和曲線長度;首先，計算平縱差值，按曲線分段設(shè)置曲線超高數(shù)組后，計算平縱差值;其次，確定待調(diào)整的曲線段落，根據(jù)平面差值計算得到每一個測量點的超限值，然后對每個直線段和曲線段的侵限情況進行分析，給出段落屬性，段落屬性包括未超限段落和超限段落，確定待調(diào)整的曲線段落;再次，計算分析曲線緩長調(diào)整方式，曲線緩長調(diào)整方式分為調(diào)整緩和曲線長度和不調(diào)整，當(dāng)曲線地段有超限時，調(diào)整緩和曲線長度，當(dāng)曲線地段沒有超限，但前后直線段有超限情況，同樣也調(diào)整緩和曲線長度，其它情況則不調(diào)整;然后，獲取標(biāo)準(zhǔn)緩長范圍，計算曲線緩長，曲線緩長的調(diào)整必須滿足線路設(shè)計規(guī)范，緩和曲線長度根據(jù)曲線半徑、路段旅客列車設(shè)計行車速度和工程條件確定，根據(jù)曲線半徑，獲取標(biāo)準(zhǔn)推薦的緩和曲線長度、最小緩和曲線長度一般值和困難值，以最小緩和曲線長度困難值做為下限，根據(jù)推薦的緩和曲線長度和最小緩和曲線長度一般值計算上限，確定緩和曲線調(diào)整范圍，針對每一個曲線段落，根據(jù)緩和曲線調(diào)整范圍，按步長循環(huán)修改前后緩和曲線長度，重新計算超限值，按超限值最小的原則，確定最優(yōu)化的曲線緩長;最后，調(diào)整曲線緩長，根據(jù)段落屬性和曲線緩長調(diào)整方式，修改線路平面緩和曲線長度。
[0013]&、構(gòu)建線路平面智能優(yōu)化數(shù)學(xué)模型
[0014]基于平面設(shè)計變量、約束條件和優(yōu)化目標(biāo)，構(gòu)建線路平面智能優(yōu)化數(shù)學(xué)模型；線路平面線形分為直線、圓曲線和緩和曲線三個部分，緩和曲線又分為前緩和曲線和后緩和曲線，平面設(shè)計變量包括直線交點坐標(biāo)、圓曲線半徑和前后緩和曲線長度，這些變量唯一確定線路平面中線位置;約束條件指線路平面設(shè)計要滿足的規(guī)范及控制要求，包括最小曲線半徑約束、圓曲線最小長度約束、夾直線最小長度約束、最小緩和曲線長度約束、起終點接線約束和二線設(shè)計線間距加寬約束;優(yōu)化目標(biāo)指線路平面總超限值，由每個實測點處的水平超限值絕對值之和計算，是判斷線路平面智能優(yōu)化設(shè)計效果的目標(biāo)函數(shù)值，水平超限值包括平面左側(cè)超限值和平面右側(cè)超限值，目標(biāo)函數(shù)值最小代表優(yōu)化效果最好。
[0015]S6、線路平面智能優(yōu)化設(shè)計
[0016]在自動調(diào)整線路平面直線交點和自動調(diào)整線路平面曲線緩長的基礎(chǔ)上，利用線路平面智能優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，通過設(shè)置平面智能優(yōu)化控制參數(shù)、初始化平面種群方案、計算平面種群方案總超限值和平面種群智能優(yōu)化4個步驟，實現(xiàn)線路平面智能優(yōu)化設(shè)計；
[0017]平面智能優(yōu)化控制參數(shù)包括設(shè)計變量個數(shù)、種群規(guī)模、優(yōu)化模式、變異縮放因子、交叉概率和進化終止條件;設(shè)計變量的個數(shù)與交點的個數(shù)有關(guān)，只考慮優(yōu)化交點坐標(biāo)時，設(shè)計變量的個數(shù)為交點個數(shù)的2倍，同時考慮優(yōu)化交點坐標(biāo)、半徑和前后緩長時，設(shè)計變量的個數(shù)為交點個數(shù)的5倍;種群規(guī)模指進行優(yōu)化設(shè)計采用的平面種群方案個數(shù)，與優(yōu)化耗時長度成正比；優(yōu)化模式指平面種群方案優(yōu)化時采用的變異操作方法，基于當(dāng)前最佳優(yōu)化方案和隨機選擇的父代方案進行;變異縮放因子控制設(shè)計變量變異縮放的大小，根據(jù)優(yōu)化模型的演化過程從大到小自適應(yīng)調(diào)整;交叉概率指方案變異前后設(shè)計變量選擇的機率;進化終止條件包括平面最大進化代數(shù)、平面總超限值優(yōu)化閥值和強制終止，當(dāng)進化代數(shù)達到最大時，終止進化，當(dāng)連續(xù)一定代數(shù)最優(yōu)方案的平面總超限值的差值小于閥值時，進化終止；
[0018]初始化平面種群方案是根據(jù)原始和自動調(diào)整后的線路平面，通過擾動各設(shè)計變量的值，按種群規(guī)模生成初始平面種群方案;直線交點坐標(biāo)根據(jù)直線段前后擾動范圍內(nèi)的實測點擬合計算，圓曲線半徑根據(jù)半徑左右擾動范圍計算，前后緩和曲線長度根據(jù)緩和曲線調(diào)整范圍擾動并取整；
[0019]計算平面種群方案總超限值是對所有初始平面種群方案計算目標(biāo)函數(shù)值，并對目標(biāo)函數(shù)值進行排序，選出當(dāng)前最佳平面方案；
[0020]平面種群智能優(yōu)化指通過對平面種群方案按優(yōu)化模式循環(huán)進行變異、交叉和選擇操作，直到滿足進化終止條件，獲得平面最優(yōu)解;變異操作根據(jù)平面總超限值找出當(dāng)前進化代種群中的最佳平面方案，作為當(dāng)前種群中的最佳個體，然后在種群中隨機選擇兩個方案，計算這兩個方案之間的差異，利用差異值乘以變異縮放因子來調(diào)整當(dāng)前平面方案;交叉操作根據(jù)交叉概率決定每個平面設(shè)計變量的取值方式，當(dāng)隨機產(chǎn)生的實數(shù)小于交叉概率時取變異后的平面設(shè)計變量，當(dāng)隨機產(chǎn)生的實數(shù)大于交叉概率時取變異前的平面設(shè)計變量;選擇操作根據(jù)目標(biāo)函數(shù)值和約束條件確定，如果變異、交叉操作后形成的候選平面方案的目標(biāo)函數(shù)值優(yōu)于當(dāng)前平面方案，同時，候選平面方案的約束條件滿足要求，則將當(dāng)前平面方案用候選平面方案代替，否則保留當(dāng)前平面方案；
[0021 ]對于雙線線路，每次變異、交叉操作后，都自動進行二線設(shè)計，其流程包括獲取原始二線平面設(shè)計資料、計算緩長標(biāo)準(zhǔn)、計算曲線前后線間距、配二線緩長和曲線半徑、修改二線平面;原始二線平面設(shè)計資料從線路原始數(shù)據(jù)自定義實體中獲取;緩長標(biāo)準(zhǔn)包括推薦緩和曲線長度、最小緩和曲線長度一般值和困難值，并結(jié)合一二線原始緩長設(shè)置，確定二線緩和曲線長度合理取值范圍；曲線前后線間距根據(jù)曲線前后直線段中點的線間距進行確定；
[0022]二線緩長和曲線半徑的配置考慮曲線前后緩長是否相同和曲線前后是否變距兩個因素，分4種情況進行處理:曲線前后緩長相同，不變距，按同心圓法配二線緩長和曲線半徑；曲線前后緩長相同，曲線變距，采用非同心圓法配半徑，二線前后緩長按相同長度配置；曲線前后緩長不同，不變距，分別用前后緩長，采用同心圓法確定二線的前后緩長，計算兩次，然后再根據(jù)一二線緩長，用非同心圓法試算二線半徑；曲線前后緩長不同，曲線變距，同樣先分別用前后緩長，采用同心圓法確定二線的前后緩長，計算兩次，然后根據(jù)前后線間距，確定曲線加寬值，再根據(jù)一二線緩長，用非同心圓法試算二線半徑。
[0023]S7、更新線路平面設(shè)計圖
[0024]采用平面最優(yōu)解的設(shè)計變量替代原始線路平面設(shè)計變量，更新線路平面設(shè)計圖。
[0025]S8、輸出線路平面優(yōu)化對比效果
[0026]根據(jù)更新后的線路平面，重新計算平面對比差值和超限值，然后計算并輸出線路平面優(yōu)化對比效果；平面優(yōu)化對比效果包括平面超限節(jié)點變化個數(shù)及優(yōu)化百分比、平面左側(cè)最大超限值及變化值、平面右側(cè)最大超限值及變化值和平面總超限值及變化值。
[0027]該發(fā)明的有益效果是:通過構(gòu)建鋪軌前線路原始數(shù)據(jù)自定義實體，整合了原始施工圖線路設(shè)計資料和橋隧實測資料，數(shù)據(jù)管理更加有效，綜合采用自動調(diào)整和智能優(yōu)化算法，數(shù)學(xué)模型先進，革新了現(xiàn)有工作手段，有效減少手工計算及反復(fù)操作，能顯著提高平面優(yōu)化速度和設(shè)計質(zhì)量，模型自動考慮二線設(shè)計線間距加寬，單雙線通用，自動化和智能化程度高，實用性強，能大幅提高設(shè)計效率，縮短設(shè)計周期，具有明顯的推廣應(yīng)用價值。
【附圖說明】
[0028]圖1為鋪軌前線路平面優(yōu)化設(shè)計方法的流程圖。
[0029]圖中標(biāo)記說明:
[0030]S1、構(gòu)建鋪軌前線路原始數(shù)據(jù)自定義實體[0031 ]&、設(shè)置平面優(yōu)化控制參數(shù)
[0032]S3、自動調(diào)整線路平面直線交點
[0033]S4,自動調(diào)整線路平面曲線緩長
[0034]&、構(gòu)建線路平面智能優(yōu)化數(shù)學(xué)模型
[0035]S6、線路平面智能優(yōu)化設(shè)計
[0036]S7、更新線路平面設(shè)計圖
[0037]S8、輸出線路平面優(yōu)化對比效果
【具體實施方式】
[0038]參照【附圖說明】本發(fā)明的具體技術(shù)方案。由圖1的流程圖所示，本發(fā)明涉及的鋪軌前線路平面優(yōu)化設(shè)計方法的步驟包括:構(gòu)建鋪軌前線路原始數(shù)據(jù)自定義實體，設(shè)置平面優(yōu)化控制參數(shù)，自動調(diào)整線路平面直線交點，自動調(diào)整線路平面曲線緩長，構(gòu)建線路平面智能優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，線路平面智能優(yōu)化設(shè)計，更新線路平面設(shè)計圖，輸出線路平面優(yōu)化對比效果。
[0039]S1、構(gòu)建鋪軌前線路原始數(shù)據(jù)自定義實體
[0040]鋪軌前線路原始數(shù)據(jù)自定義實體采用原始施工圖線路設(shè)計資料和橋隧實測資料構(gòu)建，線路設(shè)計資料包括線路設(shè)計規(guī)范、線路模型名稱、斷鏈里程數(shù)據(jù)、平面直線交點數(shù)據(jù)、平面曲線緩長數(shù)據(jù)、曲線超高數(shù)據(jù)、縱斷面變坡點數(shù)據(jù)、橋梁缺口數(shù)據(jù)、隧道缺口數(shù)據(jù)、站場缺口數(shù)據(jù)，雙線線路包括原始一線和二線平面設(shè)計資料，二線平面設(shè)計資料包括二線線路模型名稱、二線斷鏈里程數(shù)據(jù)、二線平面直線交點數(shù)據(jù)、二線平面曲線緩長數(shù)據(jù)和二線曲線超高數(shù)據(jù)，橋隧實測資料指橋隧實測結(jié)構(gòu)中心線數(shù)據(jù)，由實測結(jié)構(gòu)中心線結(jié)點組成，每個節(jié)點對應(yīng)一個實測斷面，每個節(jié)點包括標(biāo)注里程、坐標(biāo)和高程，實測結(jié)構(gòu)中心線節(jié)點采用多義線連接，在實測起終點處繪制實測起終點標(biāo)注里程。
[0041 ] &、設(shè)置平面優(yōu)化控制參數(shù)
[0042]平面優(yōu)化控制參數(shù)包括限界參數(shù)和平面誤差標(biāo)準(zhǔn)，平面誤差標(biāo)準(zhǔn)包括高架橋和隧道橫向允許最大誤差;優(yōu)化控制參數(shù)在線路原始數(shù)據(jù)自定義實體上按原始線路里程進行設(shè)置，與橋隧結(jié)構(gòu)變化對應(yīng)，包括添加、編輯和刪除操作;根據(jù)原始線路里程計算平面坐標(biāo)位置，標(biāo)注控制參數(shù)和里程。
[0043]S3、自動調(diào)整線路平面直線交點
[0044]通過直線擬合，調(diào)整平面直線邊交點坐標(biāo);首先，計算直線段平面差值，平面差值根據(jù)實測結(jié)構(gòu)中心線節(jié)點對應(yīng)計算，即由實測點坐標(biāo)投影到當(dāng)前平面設(shè)計線上，按垂足計算連續(xù)里程、斷鏈序號、標(biāo)注里程和中線坐標(biāo)，然后根據(jù)實測數(shù)據(jù)，計算得到每一個測量點的平面差值;其次，確定待調(diào)整的直線段落，根據(jù)平面差值計算得到每一個測量點的超限值，根據(jù)平面誤差標(biāo)準(zhǔn)對每個直線段的侵限情況進行分析，給出段落屬性，段落屬性包括未超限段落和超限段落，確定待調(diào)整的直線段落;再次，計算分析交點調(diào)整方式，交點調(diào)整就是調(diào)整交點坐標(biāo)，包括沿前切線方向移動、沿后切線方向移動、自由調(diào)整和不調(diào)整，如果交點前直線段不超限，交點后直線段超限，則沿前切線方向移動交點，如果交點前直線段超限，交點后直線段不超限，則沿后切線方向移動交點，如果交點前后直線段都超限，則自由移動交點，如果交點前后直線段都不超限，則不調(diào)整;然后，擬合直線段，計算交點位置，針對每一個直線段，根據(jù)直線段的起終點里程，獲取直線段內(nèi)的實測結(jié)構(gòu)中心線數(shù)據(jù)、平面差值和超限值，對實測結(jié)構(gòu)中心線結(jié)點采用最大似然估計的最小二乘法進行直線擬合，求出擬合的直線參數(shù)，得到新的直線邊，對新的直線邊進行兩兩求交，計算出新的交點位置，并根據(jù)交點調(diào)整方式進行修正;最后，調(diào)整交點位置，根據(jù)段落屬性和交點的調(diào)整方式，修改線路平面直線交點坐標(biāo)。
[0045]S4,自動調(diào)整線路平面曲線緩長
[0046]根據(jù)線路設(shè)計規(guī)范，確定緩和曲線長度范圍，按超限值最小的原則，調(diào)整緩和曲線長度;首先，計算平縱差值，按曲線分段設(shè)置曲線超高數(shù)組后，計算平縱差值;其次，確定待調(diào)整的曲線段落，根據(jù)平面差值計算得到每一個測量點的超限值，然后對每個直線段和曲線段的侵限情況進行分析，給出段落屬性，段落屬性包括未超限段落和超限段落，確定待調(diào)整的曲線段落;再次，計算分析曲線緩長調(diào)整方式，曲線緩長調(diào)整方式分為調(diào)整緩和曲線長度和不調(diào)整，當(dāng)曲線地段有超限時，調(diào)整緩和曲線長度，當(dāng)曲線地段沒有超限，但前后直線段有超限情況，同樣也調(diào)整緩和曲線長度，其它情況則不調(diào)整;然后，獲取標(biāo)準(zhǔn)緩長范圍，計算曲線緩長，曲線緩長的調(diào)整必須滿足線路設(shè)計規(guī)范，緩和曲線長度根據(jù)曲線半徑、路段旅客列車設(shè)計行車速度和工程條件確定，根據(jù)曲線半徑，獲取標(biāo)準(zhǔn)推薦的緩和曲線長度、最小緩和曲線長度一般值和困難值，以最小緩和曲線長度困難值做為下限，根據(jù)推薦的緩和曲線長度和最小緩和曲線長度一般值計算上限，確定緩和曲線調(diào)整范圍，針對每一個曲線段落，根據(jù)緩和曲線調(diào)整范圍，按步長循環(huán)修改前后緩和曲線長度，重新計算超限值，按超限值最小的原則，確定最優(yōu)化的曲線緩長;最后，調(diào)整曲線緩長，根據(jù)段落屬性和曲線緩長調(diào)整方式，修改線路平面緩和曲線長度；自動調(diào)整線路平面直線交點和平面曲線緩長后，形成自動調(diào)整后的線路平面。
[0047]&、構(gòu)建線路平面智能優(yōu)化數(shù)學(xué)模型
[0048]基于平面設(shè)計變量、約束條件和優(yōu)化目標(biāo)，構(gòu)建線路平面智能優(yōu)化數(shù)學(xué)模型；線路平面線形分為直線、圓曲線和緩和曲線三個部分，緩和曲線又分為前緩和曲線和后緩和曲線，平面設(shè)計變量包括直線交點坐標(biāo)、圓曲線半徑和前后緩和曲線長度，這些變量唯一確定線路平面中線位置;約束條件指線路平面設(shè)計要滿足的規(guī)范及控制要求，包括最小曲線半徑約束、圓曲線最小長度約束、夾直線最小長度約束、最小緩和曲線長度約束、起終點接線約束和二線設(shè)計線間距加寬約束;優(yōu)化目標(biāo)指線路平面總超限值，由每個實測點處的水平超限值絕對值之和計算，是判斷線路平面智能優(yōu)化設(shè)計效果的目標(biāo)函數(shù)值，水平超限值包括平面左側(cè)超限值和平面右側(cè)超限值，目標(biāo)函數(shù)值最小代表優(yōu)化效果最好。
[0049]S6、線路平面智能優(yōu)化設(shè)計
[0050]在自動調(diào)整線路平面直線交點和自動調(diào)整線路平面曲線緩長的基礎(chǔ)上，利用線路平面智能優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，通過設(shè)置平面智能優(yōu)化控制參數(shù)、初始化平面種群方案、計算平面種群方案總超限值和平面種群智能優(yōu)化4個步驟，實現(xiàn)線路平面智能優(yōu)化設(shè)計；
[0051]平面智能優(yōu)化控制參數(shù)包括設(shè)計變量個數(shù)、種群規(guī)模、優(yōu)化模式、變異縮放因子、交叉概率和進化終止條件;設(shè)計變量的個數(shù)與交點的個數(shù)有關(guān)，只考慮優(yōu)化交點坐標(biāo)時，設(shè)計變量的個數(shù)為交點個數(shù)的2倍，同時考慮優(yōu)化交點坐標(biāo)、半徑和前后緩長時，設(shè)計變量的個數(shù)為交點個數(shù)的5倍;種群規(guī)模指進行優(yōu)化設(shè)計采用的平面種群方案個數(shù)，與優(yōu)化耗時長度成正比；優(yōu)化模式指平面種群方案優(yōu)化時采用的變異操作方法，基于當(dāng)前最佳優(yōu)化方案和隨機選擇的父代方案進行;變異縮放因子控制設(shè)計變量變異縮放的大小，根據(jù)優(yōu)化模型的演化過程從大到小自適應(yīng)調(diào)整;交叉概率指方案變異前后設(shè)計變量選擇的機率;進化終止條件包括平面最大進化代數(shù)、平面總超限值優(yōu)化閥值和強制終止，當(dāng)進化代數(shù)達到最大時，終止進化，當(dāng)連續(xù)一定代數(shù)最優(yōu)方案的平面總超限值的差值小于閥值時，進化終止；
[0052]初始化平面種群方案是根據(jù)原始和自動調(diào)整后的線路平面，通過擾動各設(shè)計變量的值，按種群規(guī)模生成初始平面種群方案;直線交點坐標(biāo)根據(jù)直線段前后擾動范圍內(nèi)的實測點擬合計算，圓曲線半徑根據(jù)半徑左右擾動范圍計算，前后緩和曲線長度根據(jù)緩和曲線調(diào)整范圍擾動并取整；
[0053]計算平面種群方案總超限值是對所有初始平面種群方案計算目標(biāo)函數(shù)值，并對目標(biāo)函數(shù)值進行排序，選出當(dāng)前最佳平面方案；
[0054]平面種群智能優(yōu)化指通過對平面種群方案按優(yōu)化模式循環(huán)進行變異、交叉和選擇操作，直到滿足進化終止條件，獲得平面最優(yōu)解;變異操作根據(jù)平面總超限值找出當(dāng)前進化代種群中的最佳平面方案，作為當(dāng)前種群中的最佳個體，然后在種群中隨機選擇兩個方案，計算這兩個方案之間的差異，利用差異值乘以變異縮放因子來調(diào)整當(dāng)前平面方案;交叉操作根據(jù)交叉概率決定每個平面設(shè)計變量的取值方式，當(dāng)隨機產(chǎn)生的實數(shù)小于交叉概率時取變異后的平面設(shè)計變量，當(dāng)隨機產(chǎn)生的實數(shù)大于交叉概率時取變異前的平面設(shè)計變量;選擇操作根據(jù)目標(biāo)函數(shù)值和約束條件確定，如果變異、交叉操作后形成的候選平面方案的目標(biāo)函數(shù)值優(yōu)于當(dāng)前平面方案，同時，候選平面方案的約束條件滿足要求，則將當(dāng)前平面方案用候選平面方案代替，否則保留當(dāng)前平面方案；
[0055]對于雙線線路，每次變異、交叉操作后，都自動進行二線設(shè)計，其流程包括獲取原始二線平面設(shè)計資料、計算緩長標(biāo)準(zhǔn)、計算曲線前后線間距、配二線緩長和曲線半徑、修改二線平面;原始二線平面設(shè)計數(shù)據(jù)反應(yīng)了二線設(shè)計的相關(guān)原則，是進行新的二線設(shè)計的重要參考，從線路原始數(shù)據(jù)自定義實體中獲取;緩長標(biāo)準(zhǔn)包括推薦緩和曲線長度、最小緩和曲線長度一般值和困難值，并結(jié)合一二線原始緩長設(shè)置，確定二線緩和曲線長度合理取值范圍，保證優(yōu)化時不遺漏有價值的方案；曲線前后線間距根據(jù)曲線前后直線段中點的線間距進行確定；
[0056]二線緩長和曲線半徑的配置考慮曲線前后緩長是否相同和曲線前后是否變距兩個因素，分4種情況進行處理:曲線前后緩長相同，不變距，按同心圓法配二線緩長和曲線半徑；曲線前后緩長相同，曲線變距，采用非同心圓法配半徑，二線前后緩長按相同長度配置；曲線前后緩長不同，不變距，分別用前后緩長，采用同心圓法確定二線的前后緩長，計算兩次，然后再根據(jù)一二線緩長，用非同心圓法試算二線半徑；曲線前后緩長不同，曲線變距，同樣先分別用前后緩長，采用同心圓法確定二線的前后緩長，計算兩次，然后根據(jù)前后線間距，確定曲線加寬值，再根據(jù)一二線緩長，用非同心圓法試算二線半徑。
[0057]S?、更新線路平面設(shè)計圖
[0058]采用平面最優(yōu)解的設(shè)計變量替代原始線路平面設(shè)計變量，更新線路平面設(shè)計圖。
[0059 ] S8、輸出線路平面優(yōu)化對比效果
[0060]根據(jù)更新后的線路平面，重新計算平面對比差值和超限值，然后計算并輸出線路平面優(yōu)化對比效果；平面優(yōu)化對比效果包括平面超限節(jié)點變化個數(shù)及優(yōu)化百分比、平面左側(cè)最大超限值及變化值、平面右側(cè)最大超限值及變化值和平面總超限值及變化值。
【主權(quán)項】
1.一種鋪軌前線路平面優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，包括以下步驟:構(gòu)建鋪軌前線路原始數(shù)據(jù)自定義實體(SI)，設(shè)置平面優(yōu)化控制參數(shù)(S2)，自動調(diào)整線路平面直線交點(S3)，自動調(diào)整線路平面曲線緩長(S4)，構(gòu)建線路平面智能優(yōu)化數(shù)學(xué)模型(S5)，線路平面智能優(yōu)化設(shè)計(S6)，更新線路平面設(shè)計圖(S7)，輸出線路平面優(yōu)化對比效果(S8); 所述構(gòu)建鋪軌前線路原始數(shù)據(jù)自定義實體(SI)，采用原始施工圖線路設(shè)計資料和橋隧實測資料構(gòu)建，線路設(shè)計資料包括線路設(shè)計規(guī)范、線路模型名稱、斷鏈里程數(shù)據(jù)、平面直線交點數(shù)據(jù)、平面曲線緩長數(shù)據(jù)、曲線超高數(shù)據(jù)、縱斷面變坡點數(shù)據(jù)、橋梁缺口數(shù)據(jù)、隧道缺口數(shù)據(jù)、站場缺口數(shù)據(jù)，雙線線路包括原始一線和二線平面設(shè)計資料，橋隧實測資料指橋隧實測結(jié)構(gòu)中心線數(shù)據(jù)，由實測結(jié)構(gòu)中心線結(jié)點組成，每個節(jié)點對應(yīng)一個實測斷面，每個節(jié)點包括標(biāo)注里程、坐標(biāo)和高程，實測結(jié)構(gòu)中心線節(jié)點采用多義線連接，在實測起終點處繪制實測起終點標(biāo)注里程； 所述設(shè)置平面優(yōu)化控制參數(shù)(S2)，平面優(yōu)化控制參數(shù)包括限界參數(shù)和平面誤差標(biāo)準(zhǔn)，平面誤差標(biāo)準(zhǔn)包括高架橋和隧道橫向允許最大誤差;優(yōu)化控制參數(shù)在線路原始數(shù)據(jù)自定義實體上按原始線路里程進行設(shè)置，與橋隧結(jié)構(gòu)變化對應(yīng)，包括添加、編輯和刪除操作;根據(jù)原始線路里程計算平面坐標(biāo)位置，標(biāo)注控制參數(shù)和里程； 所述自動調(diào)整線路平面直線交點(S3)，指通過直線擬合，調(diào)整平面直線邊交點坐標(biāo);首先，計算直線段平面差值，平面差值根據(jù)實測結(jié)構(gòu)中心線節(jié)點對應(yīng)計算，即由實測點坐標(biāo)投影到當(dāng)前平面設(shè)計線上，按垂足計算連續(xù)里程、斷鏈序號、標(biāo)注里程和中線坐標(biāo)，然后根據(jù)實測數(shù)據(jù)，計算得到每一個測量點的平面差值;其次，確定待調(diào)整的直線段落，根據(jù)平面差值計算得到每一個測量點的超限值，根據(jù)平面誤差標(biāo)準(zhǔn)對每個直線段的侵限情況進行分析，給出段落屬性，段落屬性包括未超限段落和超限段落，確定待調(diào)整的直線段落;再次，計算分析交點調(diào)整方式，交點調(diào)整就是調(diào)整交點坐標(biāo)，包括沿前切線方向移動、沿后切線方向移動、自由調(diào)整和不調(diào)整;然后，擬合直線段，計算交點位置，針對每一個直線段，根據(jù)直線段的起終點里程，獲取直線段內(nèi)的實測結(jié)構(gòu)中心線數(shù)據(jù)、平面差值和超限值，對實測結(jié)構(gòu)中心線結(jié)點采用最大似然估計的最小二乘法進行直線擬合，求出擬合的直線參數(shù)，得到新的直線邊，對新的直線邊進行兩兩求交，計算出新的交點位置，并根據(jù)交點調(diào)整方式進行修正;最后，調(diào)整交點位置，根據(jù)段落屬性和交點的調(diào)整方式，修改線路平面直線交點坐標(biāo)；所述自動調(diào)整線路平面曲線緩長(S4)，指根據(jù)線路設(shè)計規(guī)范，確定緩和曲線長度范圍，按超限值最小的原則，調(diào)整緩和曲線長度;首先，計算平縱差值，按曲線分段設(shè)置曲線超高數(shù)組后，計算平縱差值;其次，確定待調(diào)整的曲線段落，根據(jù)平面差值計算得到每一個測量點的超限值，然后對每個直線段和曲線段的侵限情況進行分析，給出段落屬性，段落屬性包括未超限段落和超限段落，確定待調(diào)整的曲線段落;再次，計算分析曲線緩長調(diào)整方式，曲線緩長調(diào)整方式分為調(diào)整緩和曲線長度和不調(diào)整；然后，獲取標(biāo)準(zhǔn)緩長范圍，計算曲線緩長，根據(jù)曲線半徑，獲取標(biāo)準(zhǔn)推薦的緩和曲線長度、最小緩和曲線長度一般值和困難值，以最小緩和曲線長度困難值做為下限，根據(jù)推薦的緩和曲線長度和最小緩和曲線長度一般值計算上限，確定緩和曲線調(diào)整范圍，針對每一個曲線段落，根據(jù)緩和曲線調(diào)整范圍，按步長循環(huán)修改前后緩和曲線長度，重新計算超限值，按超限值最小的原則，確定最優(yōu)化的曲線緩長;最后，調(diào)整曲線緩長，根據(jù)段落屬性和曲線緩長調(diào)整方式，修改線路平面緩和曲線長度；所述構(gòu)建線路平面智能優(yōu)化數(shù)學(xué)模型(S5)，指基于平面設(shè)計變量、約束條件和優(yōu)化目標(biāo)，構(gòu)建線路平面智能優(yōu)化數(shù)學(xué)模型；線路平面線形分為直線、圓曲線和緩和曲線三個部分，緩和曲線又分為前緩和曲線和后緩和曲線，平面設(shè)計變量包括直線交點坐標(biāo)、圓曲線半徑和前后緩和曲線長度，這些變量唯一確定線路平面中線位置;約束條件指線路平面設(shè)計要滿足的規(guī)范及控制要求，包括最小曲線半徑約束、圓曲線最小長度約束、夾直線最小長度約束、最小緩和曲線長度約束、起終點接線約束和二線設(shè)計線間距加寬約束;優(yōu)化目標(biāo)指線路平面總超限值，由每個實測點處的水平超限值絕對值之和計算，是判斷線路平面智能優(yōu)化設(shè)計效果的目標(biāo)函數(shù)值，水平超限值包括平面左側(cè)超限值和平面右側(cè)超限值，目標(biāo)函數(shù)值最小代表優(yōu)化效果最好； 所述線路平面智能優(yōu)化設(shè)計(S6)，指在自動調(diào)整線路平面直線交點和自動調(diào)整線路平面曲線緩長的基礎(chǔ)上，利用線路平面智能優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，通過設(shè)置平面智能優(yōu)化控制參數(shù)、初始化平面種群方案、計算平面種群方案總超限值和平面種群智能優(yōu)化4個步驟，實現(xiàn)線路平面智能優(yōu)化設(shè)計;平面智能優(yōu)化控制參數(shù)包括設(shè)計變量個數(shù)、種群規(guī)模、優(yōu)化模式、變異縮放因子、交叉概率和進化終止條件;初始化平面種群方案是根據(jù)原始和自動調(diào)整后的線路平面，通過擾動各設(shè)計變量的值，按種群規(guī)模生成初始平面種群方案;計算平面種群方案總超限值是對所有初始平面種群方案計算目標(biāo)函數(shù)值，并對目標(biāo)函數(shù)值進行排序，選出當(dāng)前最佳平面方案;平面種群智能優(yōu)化指通過對平面種群方案按優(yōu)化模式循環(huán)進行變異、交叉和選擇操作，直到滿足進化終止條件，獲得平面最優(yōu)解； 所述更新線路平面設(shè)計圖(S7)，采用平面最優(yōu)解的設(shè)計變量替代原始線路平面設(shè)計變量，更新線路平面設(shè)計圖； 所述輸出線路平面優(yōu)化對比效果(S8)，根據(jù)更新后的線路平面，重新計算平面對比差值和超限值，然后計算并輸出線路平面優(yōu)化對比效果;平面優(yōu)化對比效果包括平面超限節(jié)點變化個數(shù)及優(yōu)化百分比、平面左側(cè)最大超限值及變化值、平面右側(cè)最大超限值及變化值和平面總超限值及變化值。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動調(diào)整線路平面直線交點(S3)，其特征在于，如果交點前直線段不超限，交點后直線段超限，則沿前切線方向移動交點，如果交點前直線段超限，交點后直線段不超限，則沿后切線方向移動交點，如果交點前后直線段都超限，則自由移動交點，如果交點前后直線段都不超限，則不調(diào)整。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動調(diào)整線路平面曲線緩長(S4)，其特征在于，當(dāng)曲線地段有超限時，調(diào)整緩和曲線長度，當(dāng)曲線地段沒有超限，但前后直線段有超限情況，同樣也調(diào)整緩和曲線長度，其它情況則不調(diào)整；曲線緩長的調(diào)整必須滿足線路設(shè)計規(guī)范，緩和曲線長度根據(jù)曲線半徑、路段旅客列車設(shè)計行車速度和工程條件確定。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述線路平面智能優(yōu)化設(shè)計(S6)，初始化平面種群方案是根據(jù)原始和自動調(diào)整后的線路平面，通過擾動各設(shè)計變量的值，按種群規(guī)模生成初始平面種群方案;直線交點坐標(biāo)根據(jù)直線段前后擾動范圍內(nèi)的實測點擬合計算，圓曲線半徑根據(jù)半徑左右擾動范圍計算，前后緩和曲線長度根據(jù)緩和曲線調(diào)整范圍擾動并取整;選擇操作根據(jù)目標(biāo)函數(shù)值和約束條件確定，如果變異、交叉操作后形成的候選平面方案的目標(biāo)函數(shù)值優(yōu)于當(dāng)前平面方案，同時，候選平面方案的約束條件滿足要求，則將當(dāng)前平面方案用候選平面方案代替，否則保留當(dāng)前平面方案;對于雙線線路，每次變異、交叉操作后，都自動進行二線設(shè)計，其流程包括獲取原始二線平面設(shè)計資料、計算緩長標(biāo)準(zhǔn)、計算曲線前后線間距、配二線緩長和曲線半徑、修改二線平面。
【文檔編號】G06F17/50GK106021832SQ201610614302
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月26日
【發(fā)明人】李頂峰, 孔國梁, 常成, 李靜波
【申請人】鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司