一种既有轨道线路智能改建的布设方法、系统、终端及可读存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种既有轨道线路智能改建的布设方法、系统、终端及可读存储介质，所述方法包括：获取既有轨道线路的线路信息，并构建既有轨道线路的改建模型；即模型包括设计变量、约束条件以及优化函数，所述设计变量为设计基线的平面线形信息和纵断面线形信息；生成既有轨道线路改建的设计基线的初始线路；基于所述既有轨道线路的改建模型以及设计基线的初始线路采用优化算法寻优得到最佳设计变量；基于所述最佳设计变量的设计线路为既有轨道线路改建的布设结果。本发明专利技术所述布设方法用于实现既有轨道线路的智能改建，布设中考虑到了几何约束和桥隧约束，有效地协调了多时态耦合、空间复杂关联约束来获得最优方案，解决了人工经验调整的弊端。

【技术实现步骤摘要】
一种既有轨道线路智能改建的布设方法、系统、终端及可读存储介质
本专利技术属于轨道线路改建
，具体涉及一种既有轨道线路智能改建的布设方法、系统、终端及可读存储介质。
技术介绍
铁路是具有国家战略意义的基础设施，同时也是我国的国民经济命脉，随着国民经济的迅速发展和对外贸易的不断扩大，铁路客、货运量也逐年大幅度地增长。因此，既有铁路的技术装备和运输能力，往往不能适应铁路现代化和运量增长的要求，需要进行技术改造和能力加强。为了缓解铁路运输压力以及提高铁路运输质量，需要加强铁路基础设施建设。而新线路往往投资巨大、建设工期长、见效慢，所以今后除修建必要新线外，改建既有线以提高铁路能力，是投资少、见效快的一项重大措施，也是我国铁路建设的一个长期任务。既有线改建在我国铁路建设中占有极其重要的地位。在相当长的一段时期内，我国各铁路设计单位面临着繁重的既有线改建设计任务，迫切需要高效的设计模式和方法来提高设计效率与质量。既有铁路改建设计的基本任务是在尽量利用既有线桥隧、减少对运营干扰的情况下，确定改建之后的线路空间位置。如何协调多时态耦合、空间复杂关联约束来获得最优方案是线路改建设计面临的关键问题。目前，对既有线增、改建设计的数字选线方法缺乏系统深入的研究。相关研究主要集中在既有线重构环节，建立了各类计算模型，获取了良好的效果。对重构后的平面改建设计研究相对较少，主要是平面线间距计算和零散的平面计算工具开发。在目前实际工程中，主要依靠人工经验进行反复调整，存在设计效率低、工作量大、受时间精力限制只能进行有限方案详细比选，难以保证方案最优等缺点。国内外学者进行了大量关于线路优化的研究，为这一问题提供了可行的解决思路。但是目前的研究大多集中在新建铁路线路，既有铁路线路的改建存在多时态耦合、空间复杂关联约束的难题，无法直接适用现有优化方法。目前仅有少数研究提出了平面或纵断面的单独改建优化方法，但这些方法忽略了平纵面之间的耦合性，对于既有铁路线路智能改建，目前在国内外尚属研究空白。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种既有轨道线路智能改建布设方法、系统、终端及可读存储介质，所述布设方法用于实现既有轨道线路改建，布设过程中将平面线形信息和纵断面线形信息作为设计变量，考虑到了几何约束和桥隧约束，有效地协调了多时态耦合、空间复杂关联约束来获得最优方案，解决了人工经验调整的弊端。一方面，本专利技术提供的一种既有轨道线路智能改建布设方法，包括如下步骤：S1：获取既有轨道线路的线路信息，并构建既有轨道线路的改建模型；其中，所述既有轨道线路的改建模型包括设计变量、约束条件以及优化函数，所述设计变量为设计基线的平面线形信息和纵断面线形信息；所述约束条件至少包含几何约束和桥隧约束；S2：生成既有轨道线路改建的设计基线的初始线路；S3：基于步骤S1所述既有轨道线路的改建模型以及步骤S2中的设计基线的初始线路采用优化算法寻优得到最佳设计变量；基于所述最佳设计变量的设计线路为既有轨道线路改建的布设结果。可选地，步骤S3中采用的优化算法为粒子群算法，执行过程如下：S3-1：将设计变量作为粒子的位置以及将优化函数作为粒子的适应度，并基于步骤S2中的设计基线的初始路径生成初始化粒子群；其中，将所述设计基线的初始路径中平面线形信息和纵断面线形信息作为粒子的初始位置，并基于所述初始位置进行变换生成初始化粒子群；S3-2：基于当前粒子种群中每个粒子位置对应的设计线路计算出每个粒子的适应度；S3-3：基于每个粒子的适应度确定当前的粒子种群中个体最优粒子位置(pbest)和全局最优粒子位置(gbest)；S3-4：判断是否满足迭代终止条件，若不满足，进入步骤S3-5；否则，将全局最优粒子位置作为最佳设计变量；S3-5：利用所述个体最优粒子位置(pbest)和全局最优粒子位置(gbest)及其位置向量和速度向量更新公式更新每个粒子的位置，再返回步骤S3-2进行下一次迭代。本专利技术将平、纵线位抽象为多维空间中的粒子，基于设计基线的初始线路构建初始粒子群，并将其融入粒子群迭代进化机制中，实现了既有轨道线路智能优化。可选地，步骤S2中生成既有轨道线路改建的设计基线的初始线路的过程如下：步骤A：依据结构物类型将既有线分为桥隧段和路基段；步骤B：依据所述桥隧段和路基段与几何约束、桥隧约束的关系识别出平纵利用段、平纵改建段及仅纵断面改建段；步骤C：对平纵改建段及仅纵断面改建段进行改建分别生成平纵改建段初始线路方案、仅纵面改建段的初始线位方案；步骤D：按照所有平纵改建段及仅纵断面改建段的起终点里程顺序，将改建段内平面交点坐标和纵面变坡点位置与平纵利用段整合，形成设计基线的线路方案。可选地，步骤B的实现过程如下：判断所述桥隧段是否满足所述几何约束以及所述桥隧约束，若均满足，所述桥隧段为平纵利用段；否则，所述桥隧段为平纵改建段；判断所述路基段中曲线段中平面交点的半径、缓长是否满足所述几何约束，若满足，所述曲线段为平面利用段；判断所述路基段中直线段是否满足所述几何约束，若满足，所述直线段为平面利用段；然后再将里程连续的平面利用段合并；若曲线段和直线段不满足所述几何约束，对应所述路基段为平纵改建段；在所述平面利用段内以坡段为识别单元，若变坡点前坡度、坡长满足所述几何约束，所述坡段为平纵利用段；否则，所述平面利用段为仅纵断面改建段。可选地，步骤C中对平纵改建段进行改建时，考虑平纵改建段平面接边约束，并使用距离变换(DistanceTransform)算法生成平纵改建段初始线路方案，如下：步骤C-1：根据平纵改建段建立研究区域，并将研究区域划分为单元网格；步骤C-2：考虑平纵改建段平面接边约束确定DT搜索路径可行起终点集合；其中，改建段起点所在既有线夹直线上的前后平面交点(JDsf、JDsb)连线作为起始接边约束，选取改建段终点所在既有线夹直线上的前后平面交点(JDef、JDeb)连线作为终止接边约束，DT搜索路径的起点里程Ks的可行范围为Ks∈[Ksf,Ksb]，终点里程Ke的可行范围为Ke∈[Kef,Keb]，公式如下：Ksf＝K_JDsf+LTmin+TminsfKsb＝K_JDsb式中，K_JDsf、Tminsf、Rsf、lsf、αsf分别为JDsf的里程、切线长、半径、缓和曲线长和转角；K_JDsb为JDsb的里程；LTmin为改建规范中规定的最小夹直线长；Kef＝K_JDefKeb＝K_JDeb-LTmin-Tmineb式中，K_JDef为JDef的里程；K_JDeb、Tmineb、Reb、leb、αeb分别为JDeb的里程、切线长、半径、缓和曲线长和转角；步骤C-3：利用起点里程Ks的可行范围以及终点里程Ke的可行范围所经过的研究区域的单元网格集合确定起点单元集合DT_S以及终点单元集合DT本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种既有轨道线路智能改建的布设方法，其特征在于：包括如下步骤：/nS1：获取既有轨道线路的线路信息，并构建既有轨道线路的改建模型；/n其中，所述既有轨道线路的改建模型包括设计变量、约束条件以及优化函数，所述设计变量为设计基线的平面线形信息和纵断面线形信息；所述约束条件至少包含几何约束和桥隧约束；/nS2：生成既有轨道线路改建的设计基线的初始线路；/nS3：基于步骤S1所述既有轨道线路的改建模型以及步骤S2中的设计基线的初始线路采用优化算法寻优得到最佳设计变量；/n基于所述最佳设计变量的设计线路为既有轨道线路改建的布设结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种既有轨道线路智能改建的布设方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：获取既有轨道线路的线路信息，并构建既有轨道线路的改建模型；
其中，所述既有轨道线路的改建模型包括设计变量、约束条件以及优化函数，所述设计变量为设计基线的平面线形信息和纵断面线形信息；所述约束条件至少包含几何约束和桥隧约束；
S2：生成既有轨道线路改建的设计基线的初始线路；
S3：基于步骤S1所述既有轨道线路的改建模型以及步骤S2中的设计基线的初始线路采用优化算法寻优得到最佳设计变量；
基于所述最佳设计变量的设计线路为既有轨道线路改建的布设结果。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S3中采用的优化算法为粒子群算法，执行过程如下：
S3-1：将设计变量作为粒子的位置以及将优化函数作为粒子的适应度，并基于步骤S2中的设计基线的初始路径生成初始化粒子群；
其中，将所述设计基线的初始路径中平面线性信息和纵断面线性信息作为粒子的初始位置，并基于所述初始位置进行变换生成初始化粒子群；
S3-2：基于当前粒子种群中每个粒子位置对应的设计线路计算出每个粒子的适应度；
S3-3：基于每个粒子的适应度确定当前的粒子种群中个体最优粒子位置(pbest)和全局最优粒子位置(gbest)；
S3-4:判断是否满足迭代终止条件，若不满足，进入步骤S3-5；否则，将全局最优粒子位置作为最佳设计变量；
S3-5:利用所述个体最优粒子位置(pbest)和全局最优粒子位置(gbest)及其位置向量和速度向量更新公式更新每个粒子的位置，再返回步骤S3-2进行下一次迭代。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S2中生成既有轨道线路改建的设计基线的初始线路的过程如下：
步骤A：依据结构物类型将既有线分为桥隧段和路基段；
步骤B：依据所述桥隧段和路基段与几何约束、桥隧约束的关系识别出平纵利用段、平纵改建段及仅纵断面改建段；
步骤C：对平纵改建段及仅纵断面改建段进行改建分别生成平纵改建段初始线路方案、仅纵面改建段的初始线位方案；
步骤D：按照所有平纵改建段及仅纵断面改建段的起终点里程顺序，将改建段内平面交点坐标和纵面变坡点位置与平纵利用段整合，形成设计基线的线路方案。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤B的实现过程如下：
判断所述桥隧段是否满足所述几何约束以及所述桥隧约束，若均满足，所述桥隧段为平纵利用段；否则，所述桥隧段为平纵改建段；
判断所述路基段中曲线段中平面交点的半径、缓长是否满足所述几何约束，若满足，所述曲线段为平面利用段；判断所述路基段中直线段是否满足所述几何约束，若满足，所述直线段为平面利用段；然后再将里程连续的平面利用段合并；若曲线段和直线段不满足所述几何约束，对应所述路基段为平纵改建段；
在所述平面利用段内以坡段为识别单元，若变坡点前坡度、坡长满足所述几何约束，所述坡段为平纵利用段；否则，所述平面利用段为仅纵断面改建段。


5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤C中对平纵改建段进行改建时，考虑平纵改建段平面接边约束，并使用距离变换(DistanceTransform)算法生成平纵改建段初始线路方案，如下：
步骤C-1：根据平纵改建段建立研究区域，并将研究区域划分为单元网格；
步骤C-2：考虑平纵改建段平面接边约束确定DT搜索路径可行起终点集合；
其中，改建段起点所在既...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒲浩，符慧丹，李伟，赵璐，宋陶然，张振亚，梁柱，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43