一种轨道交通既有线线路纵断面拟合优化方法技术

本发明专利技术公开了一种轨道交通线路纵断面拟合优化方法，包括：S1，获得线路纵断面对应的里程和高程数据；S2，基于曲率特征的线路纵断面变坡点识别；S3，设置线路纵断面约束条件；S4，纵断面参数计算；S5，基于内点法的约束条件，进行纵断面拟合优化。该方法能在能够在无台账信息情况下根据现场线路纵断面的测量数据识别线路纵断面的变坡点参数，对线路纵断面进行初步的划分坡段；在台账纵断面参数缺失或者台账信息无法有效反应真实的纵断面状况时，给出纵断面的变坡点数据；该方法将整体调整量作为优化目标，获得满足约束条件的最优线路纵断面，能节约工程作业量30％；该方法收敛速度快，适于实际工程。于实际工程。于实际工程。

【技术实现步骤摘要】
一种轨道交通既有线线路纵断面拟合优化方法


[0001]本专利技术涉及轨道交通工务及数字化领域，具体涉及一种轨道交通既有线线路纵断面拟合优化方法。

技术介绍

[0002]铁路既有线在运营过程中受到列车动荷载冲击、地基沉降、道砟松散等因素影响，线路实际线形已经偏离原来的台账线形，线路长期偏离台账线形会形成轨道不平顺，会影响铁路运营安全。因此，需要采用大型养路机械对既有线实施精捣作业，以消除轨道的不平顺；在进行大机捣固前，需要根据实际精测数据对线路几何线形进行重新拟合，其中纵断面几何线形的拟合最为重要，且受大机捣固作业和接触网等限界的要求，拟合的纵断面线形不能产生落到量，且抬道量要满足一定限制范围。
[0003]现有的线路纵断面拟合方法需要提供线路台账的变坡点资料，在此基础上进行拟合优化，对于现场实际线路纵断面与台账纵断面差异较大的线路拟合效果欠佳；另一方面，线路纵断面拟合采用的方法主要是基于最小二乘法对测量的里程高程数据进行拟合，拟合的线路纵断面存在落到量，大部分抬道量数据也超过了限制范围，不符合现场大机捣固的需求。因此，本专利提出了一种结合曲率识别变坡点和基于内点法的多约束条件下的纵断面拟合方法，能够在没有台账信息的情况下根据现场测量的实际线路情况识别线路纵断面的变坡点，并且能够拟合优化出满足无落道量且抬道量控制在一定限制范围内的纵断面参数；算法收敛速度较快，能够应用于实际工程。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术存在的问题，本专利技术提供一种考虑多约束条件的轨道交通既有线线路纵断面拟合优化方法。
[0005]为此，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种轨道交通既有线线路纵断面拟合优化方法，包括以下步骤：
[0007]S1，获得线路纵断面对应的里程和高程数据：根据现场测量的线路左右轨面对应的里程、高程值，并按照轨枕的间距提取基准轨的里程和轨面高程信息，形成测量点在线路纵断面上的二维坐标数据P
i
(x
i
,y
i
)；
[0008]S2，基于曲率特征的线路纵断面变坡点识别：整条线路纵断面由一组变坡点组成，由此形成纵断面的变坡点参数组；根据所述测量点在线路纵断面上的二维坐标数据P
i
(x
i
,y
i
)，通过固定里程间距的三个测量点的坐标计算三点所在圆的半径，从而计算出中间点对应的曲率值；通过三点法计算每个测量点的曲率，根据曲率波峰初步识别变坡点的里程高程；再根据变坡点的里程将测量点按照坡段进行划分，采用最小二乘法对相邻坡段的测量点进行直线拟合，计算出相邻坡段所在直线的相交点，所述相交点的坐标为变坡点的里程、高程；测量点拟合形成的变坡点参数组为初始解
[0009]S3，设置线路纵断面约束条件：根据现有规范和维修规程设置线路纵断面变坡点参数的约束条件，确定坡段的坡长、坡率及竖曲线半径的约束范围；根据实际现场大机捣固的作业要求，确定抬道量约束范围；
[0010]S4，纵断面参数计算：根据步骤S2获得的初始解进行纵断面的参数计算；
[0011]S5，基于内点法的约束条件，进行纵断面拟合优化：以S2形成的纵断面的变坡点参数组作为决策变量，以测量点抬道量的平方和为目标函数，在S3确定的约束条件下，采用内点法构造变坡点优化模型，并通过牛顿法迭代求解最优解，从而实现线路纵断面的拟合优化。
[0012]其中，步骤S2包括以下分步骤：
[0013]S21，计算每点的曲率值：
[0014]取里程差为L的三个测量点P
i
‑
δ
、P
i
和P
i+δ
，且满足根据三个测量点的坐标(x
i
‑
δ
,y
i
‑
δ
),(x
i
,y
i
),(x
i+δ
,y
i+δ
)计算出所在圆的半径ω
i
，计算出P
i
点的曲率ρ
i
，计算所有测点的曲率值ρ，将测点的里程和曲率绘制成平面图；根据测点曲率与几何线形分布的特点，曲率值为波峰的点为变坡点；根据该曲线获得每个变坡点的里程值lc
j
(0<j≤M)，M为变坡点数量，j为坡段编号；
[0015]S22，每个变坡点由一组参数确定：V
j
(lc
j
,h
j
,R
j
),(0≤j≤M)，其中lc
j
为里程，h
j
为高程，R
j
为竖曲线半径；整条线路纵断面由一组变坡点组成，由此形成纵断面的变坡点参数组：
[0016][0017]S23，以变坡点里程lc
j
作为分隔，将测量点按照里程所属范围进行初步分段，分段的测点满足：
[0018][0019]对分段的测点通过最小二乘法拟合为直线，获得每个坡段的斜率k
j
和截距b
j
，得到坡段的直线方程：
[0020]y＝k
j
x+b
j
,lc
j+1
≥x≥lc
j
，
[0021]将相邻坡段的直线方程进行联立，求解交点的里程及高程值，将该值作为初始变坡点参数数组和
[0022]步骤S3具体如下：
[0023]设置线路纵断面的坡长、坡率、竖曲线的约束要求：
[0024][0025]其中l
j
为坡段j的坡长，l
min
为规范规定的坡段最小长度；θ
j
为坡段j的坡度，θ
max
和θ
min
为规范规定的坡度最大、最小值；R
j
为变坡点j的竖曲线半径，R
max
和R
min
为规范规定的竖曲线最大最小半径；为测量点的大机捣固作业抬道量，根据规则要求不允许为负值，Δ
max
为最大抬道作业量；l
j
与θ
j
变坡点参数V
j
(lc
j
,h
j
,R
j
)的关系如下：
[0026][0027]步骤S4中所述纵断面的参数包括坡长、坡率和竖曲线范围。步骤S4包括以下分步骤：
[0028]S41，基于S2获得的修正后的变坡点数据，计算每一个坡段的坡长l
j
与坡率θ
j
，判断变坡点所形成的曲线的凹凸性，sign
j
为变坡点的凹凸函数，有：
[0029][0030]S42，为凸曲线配置竖曲线半径R
min
，为凹曲线配置竖曲线半径R
max
，有：
[0031][0032本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轨道交通既有线线路纵断面拟合优化方法，包括以下步骤：S1，获得线路纵断面对应的里程和高程数据：根据现场测量的线路左右轨面对应的里程、高程值，并按照轨枕的间距提取基准轨的里程和轨面高程信息，形成测量点在线路纵断面上的二维坐标数据P
i
(x
i
,y
i
)；S2，基于曲率特征的线路纵断面变坡点识别：整条线路纵断面由一组变坡点组成，由此形成纵断面的变坡点参数组；根据所述测量点在线路纵断面上的二维坐标数据P
i
(x
i
,y
i
)，通过固定里程间距的三个测量点的坐标计算三点所在圆的半径，从而计算出中间点对应的曲率值；通过三点法计算每个测量点的曲率，根据曲率波峰初步识别变坡点的里程高程；再根据变坡点的里程将测量点按照坡段进行划分，采用最小二乘法对相邻坡段的测量点进行直线拟合，计算出相邻坡段所在直线的相交点，所述相交点的坐标为变坡点的里程、高程；测量点拟合形成的变坡点参数组为初始解S3，设置线路纵断面约束条件：根据现有规范和维修规程设置线路纵断面变坡点参数的约束条件，确定坡段的坡长、坡率及竖曲线半径的约束范围；根据实际现场大机捣固的作业要求，确定抬道量约束范围；S4，纵断面参数计算：根据步骤S2获得的初始解进行纵断面的参数计算；S5，基于内点法的约束条件，进行纵断面拟合优化：以S2形成的纵断面的变坡点参数组作为决策变量，以测量点抬道量的平方和为目标函数，在S3确定的约束条件下，采用内点法构造变坡点优化模型，并通过牛顿法迭代求解最优解，从而实现线路纵断面的拟合优化。2.根据权利要求1所述的轨道交通既有线线路纵断面拟合优化方法，特征在于，步骤S2包括以下分步骤：S21，计算每点的曲率值：取里程差为L的三个测量点P
i
‑
δ
、P
i
和P
i+δ
，且满足根据三个测量点的坐标(x
i
‑
δ
,y
i
‑
δ
),(x
i
,y
i
),(x
i+δ
,y
i+δ
)计算出所在圆的半径ω
i
，计算出P
i
点的曲率ρ
i
，计算所有测点的曲率值ρ，将测点的里程和曲率绘制成平面图；根据测点曲率与几何线形分布的特点，曲率值为波峰的点为变坡点；根据该曲线获得每个变坡点的里程值lc
j
(0<j≤M)，M为变坡点数量，j为坡段编号；S22，每个变坡点由一组参数确定：V
j
(lc
j
,h
j
,R
j
),(0≤j≤M)，其中lc
j
为里程，h
j
为高程，R
j
为竖曲线半径；整条线路纵断面由一组变坡点组成，由此形成纵断面的变坡点参数组：S23，以变坡点里程lc
j
作为分隔，将测量点按照里程所属范围进行初步分段，分段的测点满足：
对分段的测点通过最小二乘法拟合为直线，获得每个坡段的斜率k
j
和截距b
j
，得到坡段的直线方程：y＝k
j
x+b
j
,lc
j+1

【专利技术属性】
技术研发人员：齐春雨，安然，黄大中，王少林，杨双旗，房博乐，谭兆，杨云洋，王娇，梁永，石德斌，张云龙，胡锦民，何义磊，陈昱行，张宇，
申请(专利权)人：中国铁路设计集团有限公司，
类型：发明
国别省市：