一种山区铁路施工便道线路网智能布设方法技术

本发明专利技术公开了一种山区铁路施工便道线路网智能布设方法，包括以下步骤：S1获取目标研究区域，采集工程信息；S2将步骤S1所述研究区域划分为若干个网格，并添加网格属性；S3基于步骤S1采集的信息，构建山区铁路施工便道线路网优化模型；S4求解施工干线，所述施工干线用于连接主要施工节点与既有道路网；S5基于步骤S4得到的施工干线路径，更新网格属性；S6基于步骤S5更新后的既有道路网，求解施工支线，所述施工支线用于连接次要施工节点与既有道路网；S7基于步骤S4得到的施工干线以及步骤S6得到的施工支线，最终得到最优施工通道线路网。本发明专利技术提高了设计效率及准确性，并具有智能化、自动化程度高的优点，具有较好的推广价值。具有较好的推广价值。具有较好的推广价值。

【技术实现步骤摘要】
一种山区铁路施工便道线路网智能布设方法


[0001]本专利技术属于路径设计领域，具体涉及一种山区铁路施工便道线路网智能布设方法。

技术介绍

[0002]施工便道是铁路工程施工的关键性临时设施，可将施工节点与既有道路网合理结合起来，形成施工便道路网，满足施工期间人员、大型机械以及材料进出场地的要求，从而确保铁路施工建设的高效性。
[0003]规划施工便道线路存在一定难度，它需综合考虑地形、地质、地物等多种因素，以求更好地推动铁路施工作业，为设备、材料等提供较为可靠的调配环境。尤其是对于复杂艰险的山区铁路，施工环境较为恶劣、多高桥长隧、线路分布范围较为广泛，可利用的既有道路较为有限，项目驻地、混凝土拌合站、渣土运输场等常难以通过既有道路网来完成相应运输任务。因此，山区铁路施工便道线路网的设计更为复杂。
[0004]目前，国内外对山区铁路施工便道线路网的布设研究较少。国外相关研究主要集中在优化布设独立平整场地，其主要实现方法为利用PSO等算法优化不同功能办公区位置布设并在平整场地中划分道路标志线，此类研究与山区铁路施工便道线路网布设有较大区别。在国内实际工程中，主要依靠导线法或人工经验进行设计，理论上应设计大量的方案，然后从中选出最优方案，但由于时间及精力有限，通常只能设计有限的方案，难以实现方案的最优化。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种山区铁路施工便道线路网智能布设方法，所述布设方法用于实现山区铁路施工便道线路网智能布设。本专利技术通过不断伸展路线来形成施工便道线路网，并实时协调多种约束，从而获取最优线路网方案。
[0006]本专利技术解决上述技术问题的技术方案是：
[0007]一种山区铁路施工便道线路网智能布设方法，包括以下步骤：
[0008]S1：获取目标研究区域，采集工程信息，所述工程信息包括工程结构信息、基础地理信息以及施工节点信息；
[0009]S2：将步骤S1所述研究区域划分为若干个网格，并添加网格属性；
[0010]S3：基于步骤S1采集的信息，构建山区铁路施工便道线路网优化模型；具体步骤如下：
[0011]所述山区铁路施工便道线路网优化模型包括设计变量、约束条件以及目标函数；所述设计变量包括道路平面线形信息以及道路纵断面线形信息；所述平面线形信息包括平面交点坐标、平面圆曲线半径长度、平面缓和曲线长度；所述纵断面线形信息包括变坡点里程、高程以及竖曲线半径长度；所述约束条件至少包括禁区约束、高程约束、结构物约束以及道路几何约束；
[0012]所述约束条件的具体检测步骤为：
[0013](1)禁区约束检测
[0014]检测路径中的网格是否属于禁区，即判断网格的Is_ForbidZone属性值是否为1；
[0015](2)高程约束检测
[0016]检测路径中每相邻路径网格的纵坡坡度是否小于最大纵坡坡度：
[0017][0018]其中ρ为所述局部路径的纵坡坡度；ρ
max
为最大纵坡坡度；x
w1
,y
w1
,z
w1
为网格W
w1
的中心空间坐标；x
w2
,y
w2
,z
w2
为网格W
w2
的中心空间坐标；所述ΔH为网格W
w1
和网格W
w2
之间的高度差；所述ΔS为网格W
w1
和网格W
w2
之间的距离；所述网格W
w1
和网格W
w2
为路径中相邻局部路径网格；
[0019](3)结构物约束检测
[0020]检测路径的路基、桥梁、隧道结构是否满足约束：
[0021]桥梁设置分界高度H
Bridge
和隧道设置分界高度H
Tunnel
以及路径与地面线间的高度差ΔH
D
，判断出路径需构建的路基、桥梁或隧道结构，接着对所述结构物进行约束检测：
[0022][0023]其中l
T
为所述现有最优路径隧道长；l
Tmax
为最大隧道长；h
S
为所述现有最优路径路基边坡高；h
Smax
为最大路基边坡高；l
S
为所述现有最优路径便桥单孔跨径；l
smax
为最大便桥单孔跨径；h
P
为所述现有最优路径便桥墩台高；h
Pmax
为最大便桥墩台高；
[0024](4)道路几何约束检测
[0025]检测路径的曲线半径、圆曲线长度、缓和曲线长度、坡段长度、纵坡、平均纵坡、竖曲线是否满足设计规范要求；
[0026]所述目标函数为建设施工便道工程费；所述目标函数对应的优化目标为：所需工程费用最小；其中，所述工程费用包括：土石方工程费用、修建便桥工程费用、修建隧道工程费用、土地占用费用以及道路铺面费用；
[0027]S4：求解施工干线，所述施工干线用于连接主要施工节点与既有道路网；
[0028]S5：基于步骤S4得到的施工干线路径，更新网格属性；
[0029]S6：基于步骤S5更新后的既有道路网，求解施工支线，所述施工支线用于连接次要施工节点与既有道路网；
[0030]S7：基于步骤S4得到的施工干线以及步骤S6得到的施工支线，求解施工便道线路网，将所述施工通道线路网路径曲线化，最终得到最优施工通道线路网。
[0031]本专利技术的有益效果：
[0032]1、本专利技术的布设方法采用二次建网法，首先生成施工干线，接着将施工干线并入进既有道路网，生成施工支线，最后形成施工便道线路网。与人工经验相比，提高了设计效率及准确性。
[0033]2、本专利技术将弗洛伊德算法应用到施工便道路径探索中去，通过动态规划不断更新
路径矩阵，全面考虑多种路径的可能性，并实时充分检测各种约束，使生成的施工便道线路网更加准确可靠。
[0034]3、本专利技术将新生成的施工干线接入进既有路网，能够更加充分的利用资源，同时使设计经济合理。
[0035]4、本专利技术具有智能化、自动化程度高的优点，具有较好的推广价值。
附图说明
[0036]图1为本专利技术的流程图。
[0037]图2为本专利技术实例所述的步骤S2示例图。
[0038]图3为本专利技术实例所述的步骤S4主要实现步骤流程图。
[0039]图4为本专利技术实例所述的步骤S4根据矩阵寻找最优路径的示例图。
[0040]图5为本专利技术实例所述的步骤S4‑7施工干线示例图。
[0041]图6为本专利技术实例所述的步骤S5示例图。
[0042]图7为本专利技术实例所述的步骤S6施工支线示例图。
[0043]图8为本专利技术实例所述的步骤S7施工便道线路网示例图。
具体实施方式
[0044]下面将结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种山区铁路施工便道线路网智能布设方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取目标研究区域，采集工程信息，所述工程信息包括工程结构信息、基础地理信息以及施工节点信息；S2：将步骤S1所述研究区域划分为若干个网格，并添加网格属性；S3：基于步骤S1采集的信息，构建山区铁路施工便道线路网优化模型；具体步骤如下：所述山区铁路施工便道线路网优化模型包括设计变量、约束条件以及目标函数；所述设计变量包括道路平面线形信息以及道路纵断面线形信息；所述平面线形信息包括平面交点坐标、平面圆曲线半径长度、平面缓和曲线长度；所述纵断面线形信息包括变坡点里程、高程以及竖曲线半径长度；所述约束条件至少包括禁区约束、高程约束、结构物约束以及道路几何约束；所述约束条件的具体检测步骤为：(1)禁区约束检测检测路径中的网格是否属于禁区，即判断网格的Is_ForbidZone属性值是否为1；(2)高程约束检测检测路径中每相邻路径网格的纵坡坡度是否小于最大纵坡坡度：其中ρ为所述局部路径的纵坡坡度；ρ
max
为最大纵坡坡度；x
w1
,y
w1
,z
w1
为网格W
w1
的中心空间坐标；x
w2
,y
w2
,z
w2
为网格W
w2
的中心空间坐标；所述ΔH为网格W
w1
和网格W
w2
之间的高度差；所述ΔS为网格W
w1
和网格W
w2
之间的距离；所述网格W
w1
和网格W
w2
为路径中相邻局部路径网格；(3)结构物约束检测检测路径的路基、桥梁、隧道结构是否满足约束：桥梁设置分界高度H
Bridge
和隧道设置分界高度H
Tunnel
以及路径与地面线间的高度差ΔH
D
，判断出路径需构建的路基、桥梁或隧道结构，接着对所述结构物进行约束检测：其中l
T
为所述现有最优路径隧道长；l
Tmax
为最大隧道长；h
s
为所述现有最优路径路基边坡高；h
smax
为最大路基边坡高；l
s
为所述现有最优路径便桥单孔跨径；l
smax
为最大便桥单孔跨径；h
P
为所述现有最优路径便桥墩台高；h
Pmax
为最大便桥墩台高；(4)道路几何约束检测检测路径的曲线半径、圆曲线长度、缓和曲线长度、坡段长度、纵坡、平均纵坡、竖曲线是否满足设计规范要求；所述目标函数为建设施工便道工程费；所述目标函数对应的优化目标为：所需工程费用最小；其中，所述工程费用包括：土石方工程费用、修建便桥工程费用、修建隧道工程费用、土地占用费用以及道路铺面费用；S4：求解施工干线，所述施工干线用于连接主要施工节点与既有道路网；
S5：基于步骤S4得到的施工干线路径，更新网格属性；S6：基于步骤S5更新后的既有道路网，求解施工支线，所述施工支线用于连接次要施工节点与既有道路网；S7：基于步骤S4得到的施工干线以及步骤S6得到的施工支线，求解施工便道线路网，将所述施工通道线路网路径曲线化，最终得到最优施工通道线路网。2.根据权利要求1所述的山区铁路施工便道线路网智能布设方法，其特征在于，步骤S1所述工程结构信息包括：(a)施工便桥桥面宽；(b)桥梁设置分界高度H
Bridge
；(c)隧道跨径长度；(d)隧道设置分界高度H
Tunnel
；(e)路基宽度；(f)路基边坡坡度；所述基础地理信息包括：(a)用地类型；(b)地价信息；(c)地物信息；(d)禁区类型；所述施工节点信息包括主要施工节点以及次要施工节点；其中，所述主要施工节点包括隧道进口端洞门位置处、隧道出口端洞门位置处以及竖井、斜井施工节点；所述次要施工节点包括项目部、弃渣场以及拌合站。3.根据权利要求1所述的山区铁路施工便道线路网智能布设方法，其特征在于，所述步骤S2中正方形网格预定边长为d，步骤S1获取的整个研究区域可划分为I*J个正方形规则网格，共计N个网格，即N＝I*J，自所述研究区域左上角起，各个网格依次记为W
i
,i＝1,2,3,...,N，将步骤S1获取的基础地理信息以及施工节点信息添加进网格属性中，相应各网格中心空间坐标为x
i
,y
i
,z
i
；可选的，基于步骤S1获取的用地类型信息，定义为网格的ZoneType属性值，ZoneType属性值的对应含义如下：ZoneType＝0：网格处为农田区；ZoneType＝1：网格处为建设用地区；可选的，基于步骤S1获取的禁区类型信息，定义为网格的Is_ForbidZone属性值，Is_ForbidZone属性值的对应含义如下：Is_ForbidZone＝0：网格处为非禁区；Is_ForbidZone＝1：网格处为禁区；可选的，基于步骤S1获取的既有道路信息，定义为网格的Is_RoadZone属性值，Is_RoadZone属性值的对应含义如下：Is_RoadZone＝0：网格处为非既有道路通过点；Is_RoadZone＝1：网格处为既有道路通过点；可选的，基于步骤S1获取的主要施工节点信息，定义为网格的Is_FPoint属性值，Is_FPoint属性值的对应含义如下：Is_FPoint＝0：网格处为非主要施工节点；Is_FPoint＝1：网格处为主要施工节点；可选的，基于步骤S1获取的次要施工节点信息，定义为网格的Is_SPoint属性值，Is_SPoint属性值的对应含义如下：Is_SPoint＝0：网格处为非次要施工节点；Is_SPoint＝1：网格处为次要施工节点；综上所述，所述研究区域内N个网格W
i
,i＝1,2,3,...,N的属性可表示为矩阵，其对应的行向量为：D
i
x
i
,y
i
,z
i
,ZoneType
i
,Is_ForbidZone
i
,Is_RoadZone
i
,Is_FPoint
i
,Is_SPoint
i
。4.根据权利要求1所述的山区铁路施工便道线路网智能布设方法，其特征在于，所述步
骤S4使用弗洛伊德算法求解施工干线布设，生成施工干线方案，具体步骤如下：S4‑1：初始化最小路径代价值矩阵Val和最短路径矩阵Path；初始化N阶方阵Val的主对角线元素为0，非主对角元素为∞；初始化N阶方阵Path的主对角线元素为
‑
1，非主对角元素为相应元素第二个下角标值...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒲浩，吕春妍，李伟，宋陶然，梁柱，严伟，彭利辉，钟晶，蒲柏文，谢春玲，
申请(专利权)人：湖南中大设计院有限公司高速铁路建造技术国家工程实验室，
类型：发明
国别省市：