【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及铁路轨道精密工程测量，特别涉及一种顾及铁路平面线形相邻线元关系的整体优化方法。
技术介绍
1、铁路线路的平顺性是列车高速行驶和安全运营的关键。在既有线轨道状态维护过程中，铁路的线形参数是铁路工务部门进行轨道检测与维护的基础，且通常以线路的原始设计参数为准。在铁路开通运营后，钢轨受轮轨作用力等影响，其几何形位会发生较大改变。若仍然根据原始设计参数对轨道几何形位进行调整，将会显著增加运维的工作量和成本。因此，有必要根据实测轨道状态，对线路线形的平顺状态进行优化控制，既确保优化后的线形参数能够符合线路设计规范的要求，又能最大程度降低线路调整的工作量。目前，线路的线形优化方式主要是基于单一线形拟合再组合的优化思想，缺乏不同线形函数之间的强关联性，而仅依靠缓和曲线、半径等简单参数联系不同线形函数之间的弱相关性影响，将导致优化后的不同线形之间产生错位，严重影响优化后线形的平顺性。
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术旨在提供一种顾及铁路平面线形相邻线元关系的整体优化方法，以不同线形函数之间的强关联性为约束，通过不同线形函数模型的整体优化，解决常规线路优化方法优化后存在的不同线形之间的错位问题。在顾及工作量的情况下，进一步提高线路优化后的平顺性，为铁路线路运营维护提供优选方案。
2、本专利技术的技术方案如下：
3、一种顾及铁路平面线形相邻线元关系的整体优化方法，包括以下步骤：
4、s1：对待调整的铁路线路进行分段；
5、s2：测
6、s3：将测量坐标函数线性化，列出对应线段实测坐标的误差方程；
7、s4：建立铁路平面线形相邻线元关系的长度约束和/或斜率与方位角约束，所述长度约束为缓和曲线段起点直缓点和终点缓圆点/起点缓直点和终点圆缓点的测量坐标差的理论值转换为缓圆点/圆缓点切线坐标的等价约束关系，所述斜率与方位角约束为直线段斜率转换为相邻缓和曲线段切线坐标系横轴方位角的等价约束关系；
8、s5：对长度约束和/或斜率与方位角约束中的待估参数求全微分，得到误差方程；
9、s6：联立待调整线段上实测坐标的误差方程、长度约束误差方程和/或斜率与方位角约束误差方程，求解待估参数，得到优化后的铁路线路及拨距量。
10、作为优选，步骤s1中，所述铁路线路包括铁路线路前夹直线段、第一缓和曲线段、圆曲线段、第二缓和曲线段、后夹直线段中相邻线段的两种或多种。
11、作为优选，步骤s2中，所述直线函数包括测量坐标、斜率和截距，所述切线坐标系为以铁路线路直缓点/缓直点为原点，以指向对应交点方向的切线为x轴，以垂直切线且指向圆心方向为y轴的直角坐标系，所述切线坐标系中独立坐标由缓和曲线方程/圆曲线方程表达。
12、作为优选，所述缓和曲线方程/圆曲线方程为切线支距法测设曲线的缓和曲线/圆曲线方程。
13、作为优选，所述缓和曲线方程包括缓和曲线长、圆曲线半径、缓和曲线上测点到直缓点/缓直点的曲线长，圆曲线方程包括缓和曲线长、圆曲线半径、圆曲线上测点到直缓点/缓直点的曲线长、缓和曲线的切线角、切垂距、圆曲线内移量。
14、作为优化，所述切线坐标系中独立坐标为切线坐标。
15、作为优选，步骤s3中，所述对应线段中若包含前夹直线段，则列出前夹直线段实测坐标的误差方程；若包含后夹直线段，则列出后夹直线段实测坐标的误差方程；若包含第一缓和曲线段，则列出第一缓和曲线段实测坐标的误差方程；若包含圆曲线段，则列出圆曲线段实测坐标的误差方程；若包含第二缓和曲线段，则列出第二缓和曲线段实测坐标的误差方程。
16、作为优选，所述前夹直线段实测坐标的误差方程的待估参数包括前夹直线斜率、前夹直线截距、坐标中的一种或多种，所述后夹直线段实测坐标的误差方程的待估参数包括后夹直线斜率、后夹直线截距、坐标中的一种或多种，所述坐标为测点北坐标、东坐标中的一种或多种，所述第一缓和曲线段实测坐标的误差方程的待估参数包括直缓点切线方位角、直缓点测量坐标、圆曲线半径、第一缓和曲线长、第一缓和曲线段上测点到直缓点的曲线长中的一种或多种，所述第二缓和曲线段实测坐标的误差方程的待估参数包括缓直点切线方位角、缓直点测量坐标、圆曲线半径、第二缓和曲线长、第二缓和曲线段上测点到缓直点的曲线长中的一种或多种，所述圆曲线段实测坐标的误差方程的待估参数包括直缓点切线方位角/缓直点切线方位角、圆曲线半径、缓和曲线长、直缓点测量坐标/缓直点测量坐标、圆曲线段上测点到直缓点/缓直点的曲线长中的一种或多种。
17、作为优选，步骤s4中，所述长度约束包括第一缓和曲线长的长度约束、第二缓和曲线长的长度约束中的一种或多种，所述切线坐标为切线坐标系中坐标，所述斜率与方位角约束包括前夹直线斜率和第一缓和曲线段直缓点切线方位角的关系、后夹直线斜率与第二缓和曲线段缓直点切线方位角的关系中的一种或多种。
18、作为优选，步骤s5中，所述长度约束的待估参数包括第一缓和曲线段长度约束的待估参数、第二缓和曲线段长度约束的待估参数中的一种或多种，所述第一缓和曲线段长度约束的待估参数包括直缓点测量坐标、缓圆点测量坐标、直缓点切线方位角、第一缓和曲线长、圆曲线长中的一种或多种，所述第二缓和曲线段长度约束的待估参数包括缓直点测量坐标、圆缓点测量坐标、缓直点切线方位角、第二缓和曲线长、圆曲线长中的一种或多种，所述斜率与方位角约束的待估参数包括前夹直线斜率和第一缓和曲线段直缓点切线方位角关系的待估参数、后夹直线斜率与第二缓和曲线段缓直点切线方位角关系的待估参数中的一种或多种，所述前夹直线斜率和第一缓和曲线段直缓点切线方位角关系的待估参数包括前夹直线斜率、直缓点切线方位角中的一种或多种，所述后夹直线斜率与第二缓和曲线段缓直点切线方位角关系的待估参数包括后夹直线斜率、缓直点切线方位角中的一种或多种。
19、作为优选，步骤s6中，所述求解方法包括常规最小二乘法、正交最小二乘法、整体/总体最小二乘法、加权整体/总体最小二乘法、约束整体/总体最小二乘法中的一种。
20、与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：
21、本专利技术以不同线形函数之间的强关联性为约束，通过对不同线形函数模型及函数之间的强约束进行整体优化求解，能够解决常规线路优化方法仅处理不同线形函数模型而使得优化后不同线形之间存在错位的问题，并在顾及工作量的情况下，进一步提高线路优化后的平顺性，为铁路线路运营维护提供科学、准确的优化控制方案。
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1.一种顾及铁路平面线形相邻线元关系的整体优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种顾及铁路平面线形相邻线元关系的整体优化方法，其特征在于，步骤S1中，所述铁路线路包括铁路线路前夹直线段、第一缓和曲线段、圆曲线段、第二缓和曲线段、后夹直线段中相邻线段的两种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种顾及铁路平面线形相邻线元关系的整体优化方法，其特征在于，步骤S2中，所述直线函数包括测量坐标、斜率和截距，所述切线坐标系为以铁路线路直缓点/缓直点为原点，以指向对应交点方向的切线为x轴，以垂直切线且指向圆心方向为y轴的直角坐标系，所述切线坐标系中独立坐标由缓和曲线方程/圆曲线方程表达。
4.根据权利要求3所述的一种顾及铁路平面线形相邻线元关系的整体优化方法，其特征在于，所述缓和曲线方程/圆曲线方程为切线支距法测设曲线的缓和曲线/圆曲线方程。
5.根据权利要求4所述的一种顾及铁路平面线形相邻线元关系的整体优化方法，其特征在于，所述缓和曲线方程包括缓和曲线长、圆曲线半径、缓和曲线上测点到直缓点/缓直点的曲线长，圆曲线方程包括
6.根据权利要求1所述的一种顾及铁路平面线形相邻线元关系的整体优化方法，其特征在于，步骤S3中，所述对应线段中若包含前夹直线段，则列出前夹直线段实测坐标的误差方程；若包含后夹直线段，则列出后夹直线段实测坐标的误差方程；若包含第一缓和曲线段，则列出第一缓和曲线段实测坐标的误差方程；若包含圆曲线段，则列出圆曲线段实测坐标的误差方程；若包含第二缓和曲线段，则列出第二缓和曲线段实测坐标的误差方程。
7.根据权利要求6所述的一种顾及铁路平面线形相邻线元关系的整体优化方法，其特征在于，所述前夹直线段实测坐标的误差方程的待估参数包括前夹直线斜率、前夹直线截距、坐标中的一种或多种，所述后夹直线段实测坐标的误差方程的待估参数包括后夹直线斜率、后夹直线截距、坐标中的一种或多种，所述坐标为测点北坐标、东坐标中的一种或多种，所述第一缓和曲线段实测坐标的误差方程的待估参数包括直缓点切线方位角、圆曲线半径、第一缓和曲线长、直缓点测量坐标、第一缓和曲线上测点到直缓点的曲线长中的一种或多种，所述第二缓和曲线段实测坐标的误差方程的待估参数包括缓直点切线方位角、圆曲线半径、第二缓和曲线长、缓直点测量坐标、第二缓和曲线上测点到缓直点的曲线长中的一种或多种，所述圆曲线段误差方程的待估参数包括直缓点切线方位角/缓直点切线方位角、圆曲线半径、缓和曲线长、直缓点测量坐标/缓直点测量坐标、圆曲线上测点到直缓点/缓直点的曲线长中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的一种顾及铁路平面线形相邻线元关系的整体优化方法，其特征在于，步骤S4中，所述长度约束包括第一缓和曲线长的长度约束、第二缓和曲线长的长度约束中的一种或多种，所述切线坐标为切线坐标系中坐标，所述斜率与方位角约束包括前夹直线斜率和第一缓和曲线段直缓点切线方位角的关系、后夹直线斜率与第二缓和曲线段缓直点切线方位角的关系中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的一种顾及铁路平面线形相邻线元关系的整体优化方法，其特征在于，步骤S5中，所述长度约束的待估参数包括第一缓和曲线段长度约束的待估参数、第二缓和曲线段长度约束的待估参数中的一种或多种，所述第一缓和曲线段长度约束的待估参数包括直缓点测量坐标、缓圆点测量坐标、直缓点切线方位角、第一缓和曲线长、圆曲线长中的一种或多种，所述第二缓和曲线段长度约束的待估参数包括缓直点测量坐标、圆缓点测量坐标、缓直点切线方位角、第二缓和曲线长、圆曲线长中的一种或多种，所述斜率与方位角约束的待估参数包括前夹直线斜率和第一缓和曲线段直缓点切线方位角关系的待估参数、后夹直线斜率与第二缓和曲线段缓直点切线方位角关系的待估参数中的一种或多种，所述前夹直线斜率和第一缓和曲线段直缓点切线方位角关系的待估参数包括前夹直线斜率、直缓点切线方位角中的一种或多种，所述后夹直线斜率与第二缓和曲线段缓直点切线方位角关系的待估参数包括后夹直线斜率、缓直点切线方位角中的一种或多种。
10.根据权利要求1所述的一种顾及铁路平面线形相邻线元关系的整体优化方法，其特征在于，步骤S6中，所述求解方法包括常规最小二乘法、正交最小二乘法、整体/总体最小二乘法、加权整体/总体最小二乘法、约束整体/总体最小二乘法中的一种。
...【技术特征摘要】
1.一种顾及铁路平面线形相邻线元关系的整体优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种顾及铁路平面线形相邻线元关系的整体优化方法，其特征在于，步骤s1中，所述铁路线路包括铁路线路前夹直线段、第一缓和曲线段、圆曲线段、第二缓和曲线段、后夹直线段中相邻线段的两种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种顾及铁路平面线形相邻线元关系的整体优化方法，其特征在于，步骤s2中，所述直线函数包括测量坐标、斜率和截距，所述切线坐标系为以铁路线路直缓点/缓直点为原点，以指向对应交点方向的切线为x轴，以垂直切线且指向圆心方向为y轴的直角坐标系，所述切线坐标系中独立坐标由缓和曲线方程/圆曲线方程表达。
4.根据权利要求3所述的一种顾及铁路平面线形相邻线元关系的整体优化方法，其特征在于，所述缓和曲线方程/圆曲线方程为切线支距法测设曲线的缓和曲线/圆曲线方程。
5.根据权利要求4所述的一种顾及铁路平面线形相邻线元关系的整体优化方法，其特征在于，所述缓和曲线方程包括缓和曲线长、圆曲线半径、缓和曲线上测点到直缓点/缓直点的曲线长，圆曲线方程包括缓和曲线长、圆曲线半径、圆曲线上测点到直缓点/缓直点的曲线长、缓和曲线的切线角、切垂距、圆曲线内移量。
6.根据权利要求1所述的一种顾及铁路平面线形相邻线元关系的整体优化方法，其特征在于，步骤s3中，所述对应线段中若包含前夹直线段，则列出前夹直线段实测坐标的误差方程；若包含后夹直线段，则列出后夹直线段实测坐标的误差方程；若包含第一缓和曲线段，则列出第一缓和曲线段实测坐标的误差方程；若包含圆曲线段，则列出圆曲线段实测坐标的误差方程；若包含第二缓和曲线段，则列出第二缓和曲线段实测坐标的误差方程。
7.根据权利要求6所述的一种顾及铁路平面线形相邻线元关系的整体优化方法，其特征在于，所述前夹直线段实测坐标的误差方程的待估参数包括前夹直线斜率、前夹直线截距、坐标中的一种或多种，所述后夹直线段实测坐标的误差方程的待估参数包括后夹直线斜率、后夹直线截距、坐标中的一种或多种，所述坐标为测点北坐标、东坐标中的一种或多种，所述第一缓和曲线段实测坐标的误差方程的待估参数包括直缓点切线方位角、圆曲线...
【专利技术属性】
技术研发人员：李阳腾龙，王平，付聪，岑敏仪，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：
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