一种铁路线路纵断面优化装置及捣固车制造方法及图纸

本申请公开了一种铁路线路纵断面优化装置及捣固车，装置包括：数据获取模块，间隔一定距离获取铁路线路纵断面上测量点的里程，及该里程处对应的标高值；变坡点搜索模块，根据测量点的里程，及该里程处对应的标高值，通过二分法迭代寻找最大矢距以确定变坡点；判断模块，判断最大矢距是否小于最大起道量，或变坡点邻近的坡段长度是否小于最小坡段长度，如果否则继续寻找并确定变坡点，如果是则输出变坡点处的测量标高值及相邻坡段的几何参数；高程计算模块，根据变坡点处的测量标高值、相邻坡段的几何参数及最小起道量计算变坡点处的高程值。本申请能解决现有纵断面优化方法精度低，且需大量的人工干预，无法满足高效测量需求的技术问题。求的技术问题。求的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种铁路线路纵断面优化装置及捣固车


[0001]本申请涉及铁路工程
，尤其涉及一种基于二分迭代法的铁路线路纵断面优化装置及包括该装置的捣固车。

技术介绍

[0002]随着铁路客运高速化、货运重载化，铁路运输跨入了崭新时代，但同时也使铁路线路更容易变形，给铁路的运营和维护带来更大的压力。铁路线路变形分为平面曲线和纵断面曲线变形两种。当前，针对平面曲线变形优化和整正的技术已经比较成熟，其优化结果联合捣固车使用效果非常好，因此也在各个路局都得到了大量的使用。但是，对铁路大修纵断面优化的研究我国却起步较晚，尤其在既有线路的大修与维护过程中联合捣固车的应用还处在起步阶段。随着我国铁路里程的快速增长，既有线大修的任务日益繁重，进一步在这方面展开深入研究具有很强的现实意义。
[0003]线路工程纵断面的走向是根据变坡点而决定的，而变坡点的里程和高程又是确定变坡点的空间位置的依据。在线路工程的纵断面优化中实质上是寻找空间中的一组变坡点位置最优的点的集合。需要将算法进行改进加入满足线路工程的约束条件建立数学模型。国内外在线路纵断面优化设计的研究主要采用解析法、枚举法、降纬法、三次样条、最小二乘法、增广函数法和遗传算法。其中，增广函数法是现有技术中较为常用，且优化效果相对较好的一种算法。
[0004]如附图1所示，铁路纵断面是由一系列坡段组成的，具体包括一系列的变坡点P、直线段L1及竖曲线段L2，变坡点P为相邻两条直线段L1延长线的交点。经过长时间使用的铁路纵断面变形可分为：1)变坡点的里程和标高发生变化；2)直线段的不平顺；3)竖曲线半径及起终点的变化等等。纵断面优化的主要目的是解决变坡点的位置和变坡点的标高这两个问题，这两项设计工作在满足《铁路线路设计规范》的各项要求的同时，还应该使工程费用和其他费用达到最小。
[0005]在现有技术中，主要有以下技术方案与本申请相关：
[0006]现有技术1为铁道第三勘察设计院集团有限公司于2012年04月12日申请，并于2012年09月12日公开，公开号为CN102663192A的中国专利技术申请。该申请公开了一种铁路纵断面自动设计与优化方法，该方法包括以下步骤：对原始地面线进行平顺地面线处理，对平顺后的地面线拟合初始坡度，对初始坡度进行纵断面设计约束条件处理，形成纵断面自动设计坡度方案，基于差异演化算法进行纵断面优化，设置优化控制参数，根据纵断面自动设计坡度方案初始化种群，利用目标函数作为纵断面个体方案优劣的评价，计算个体目标函数值，利用变异操作、交叉操作、修复操作、设置桥隧、选择操作在种群之中进行演化，直到达到进化终止条件，输出纵断面图和规范检查表。该方法具有自动化程度高、实用性强、运算速度快的特点，在铁路纵断面设计与优化中，具有很高的推广应用价值。
[0007]现有技术2为北方工业大学于2015年09月14日申请，并于2015年12月30日公开，公开号为CN105205240A的中国专利技术申请。该申请公开了一种地铁纵断面自动拟合、自动优化
与交互设计的方法，使用相关高程限制条件的约束处理，对地铁纵断面进行自动拟合与优化设计，采用最小二乘法对坡度自动拟合，可以快速便捷地生成较为合理的坡度初始设计方案，为纵断面设计和优化提供快速参考和指导。该申请在自动拟合坡度设计生成的成果上，进行纵断面自动优化，以形成满足纵断面坡度设计要求的设计方案。该申请相关高程限制约束条件、自动拟合、自动设计优化以及自动进行规范要求检查，可以提高纵断面设计的质量和效率以及规范符合性。
[0008]以上两项申请都提出了一种纵断面优化方法，但这两项申请所提出的技术方案中采用最小二乘和目标函数的方法，这两种方法不但精度低，而且需大量的人工干预，无法满足高效测量的需求。

技术实现思路

[0009]有鉴于此，本申请的目的在于提供一种铁路线路纵断面优化装置及捣固车，以解决现有纵断面优化方式精度低，且需大量的人工干预，无法满足高效测量需求的技术问题。
[0010]为了实现上述专利技术目的，本申请具体提供了一种铁路线路纵断面优化装置的技术实现方案，铁路线路纵断面优化装置，包括：
[0011]数据获取模块，间隔一定距离获取铁路线路纵断面上测量点的里程，及该里程处对应的标高值数据；
[0012]变坡点搜索模块，根据所述数据获取模块输出的测量点的里程，及该里程处对应的标高值数据，通过二分法迭代寻找最大矢距以确定变坡点；
[0013]判断模块，判断所述变坡点搜索模块获取的最大矢距是否小于最大起道量，或变坡点邻近的坡段长度是否小于最小坡段长度，如果否则由变坡点搜索模块继续寻找并确定变坡点，如果是则输出变坡点处的测量标高值及相邻坡段的几何参数；
[0014]高程计算模块，根据变坡点处的测量标高值、相邻坡段的几何参数及最小起道量计算变坡点处的高程值。
[0015]进一步的，铁路线路纵断面上的起始点为第一标记点A，终止点为第二标记点B，所述第一标记点A与第二标记点B之间的高程为实曲线。所述变坡点搜索模块在所述第一标记点A与第二标记点B之间作弦，寻找曲线AB上的点到弦AB之间距离最大的点为变坡点C，记为第三标记点。变坡点到相应的弦的距离为最大矢距。在所述第一标记点A与第三标记点C之间作弦，寻找曲线AC上的点到弦AC之间距离最大的点为变坡点D，记为第四标记点。在所述第二标记点B与第二标记点C之间作弦，寻找曲线BC上的点到弦BC之间距离最大的点为变坡点E，记为第五标记点。反复迭代寻找所有相邻标记点之间的变坡点，直到点到弦的距离小于起道量最大约束值或是坡段长度小于最小约束值时停止迭代，找到所有的变坡点。
[0016]进一步的，所述判断模块根据以下公式计算最小坡段长度L
min
：
[0017]L
min
≤x
k+1
‑
x
k
[0018]其中，x
k+1
为第k+1个变坡点的里程，x
k
为第k个变坡点的里程。
[0019]进一步的，铁路线路纵断面上有N个坡段，N+1个变坡点，每间隔距离l有一个高程测量点，共有M个高程测量点。所述判断模块根据以下公式计算最大起道量H
max
：
[0020][0021]其中，第k个变坡点的里程为x
k
，理论标高值为H
k
，第k+1个变坡点的里程为x
k+1
，理论标高值为H
k+1
，当前测量点j处的测量标高值为h
j
，i为第k个变坡点到第k+1个变坡点之间的测量点个数。
[0022]进一步的，当所有的变坡点找到后，在计算变坡点处的高程值时，如果所述高程计算模块判断相邻坡段之间的坡度差大于设定值，则设置竖曲线，并计算设置竖曲线后变坡点处的高程值。
[0023]进一步的，所述高程计算模块根据以下公式计算设置竖曲线后变坡点处的高程值H：
[0024][0025]其中，H
测...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁路线路纵断面优化装置，其特征在于，包括：数据获取模块(1)，间隔一定距离获取铁路线路纵断面上测量点的里程，及该里程处对应的标高值数据；变坡点搜索模块(2)，根据所述数据获取模块(1)输出的测量点的里程，及该里程处对应的标高值数据，通过二分法迭代寻找最大矢距以确定变坡点；判断模块(3)，判断所述变坡点搜索模块(2)获取的最大矢距是否小于最大起道量，或变坡点邻近的坡段长度是否小于最小坡段长度，如果否则由变坡点搜索模块(2)继续寻找并确定变坡点，如果是则输出变坡点处的测量标高值及相邻坡段的几何参数；高程计算模块(4)，根据变坡点处的测量标高值、相邻坡段的几何参数及最小起道量计算变坡点处的高程值。2.根据权利要求1所述的铁路线路纵断面优化装置，其特征在于：铁路线路纵断面上的起始点为第一标记点A，终止点为第二标记点B，所述第一标记点A与第二标记点B之间的高程为实曲线；所述变坡点搜索模块(2)在所述第一标记点A与第二标记点B之间作弦，寻找曲线AB上的点到弦AB之间距离最大的点为变坡点C，记为第三标记点；变坡点到相应的弦的距离为最大矢距；在所述第一标记点A与第三标记点C之间作弦，寻找曲线AC上的点到弦AC之间距离最大的点为变坡点D，记为第四标记点；在所述第二标记点B与第二标记点C之间作弦，寻找曲线BC上的点到弦BC之间距离最大的点为变坡点E，记为第五标记点；反复迭代寻找所有相邻标记点之间的变坡点，直到点到弦的距离小于起道量最大约束值或是坡段长度小于最小约束值时停止迭代，找到所有的变坡点。3.根据权利要求1或2所述的铁路线路纵断面优化装置，其特征在于，所述判断模块(3)根据以下公式计算最小坡段长度L
min
：L
min
≤x
k+1
‑
x
k
其中，x
k+1
为第k+1个变坡点的里程，x
k
为第k个变坡点的里程。4.根据权利要求3所述的铁路线路纵断面优化装置，其特征在于，铁路线路纵断面上有N个坡段，N+1个变...

【专利技术属性】
技术研发人员：李佳，唐韬，王文昆，季育文，
申请(专利权)人：株洲时代电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：