一种基于“交点法”的高速铁路相邻线路平面设计方法与流程

本发明涉及高速铁路设计方法，特别涉及一种基于“交点法”的高速铁路相邻线路平面设计方法。

背景技术：

“交点法”是指通过交点资料进而得到铁路线路平面各主点设计值，所以要得到铁路线路平面的主点设计值，关键在于获得线路的交点资料。基于“交点法”设计多条相邻铁路线路以及检测既有铁路线路平面参数中，传统的方法是对高速铁路相邻线路的每个曲线平面坐标进行单独的设计和计算，需要逐个输入每条线路的交点资料和曲线资料，最终才能生成相邻线路的平面资料。传统的设计和计算方法的缺陷在于：对于多条长的相邻线路，曲线众多，曲线线路的设计与计算过程操作频繁，数据库的整合过程复杂，严重影响设计效率；二是相邻线路之间存在紧密联系，重复进行相邻线路平面设计时，之后需要根据图例要求进行大量重新调整。所以，传统的设计方法操作步骤繁琐、数据交换少、数据无法共享甚至出错，诸多影响了高速铁路相邻线路的平面设计效率和质量。

技术实现要素：

针对传统高速铁路相邻线路平面设计方法存在的问题，本发明提供了一种基于“交点法”的高速铁路相邻线路平面设计方法，其目的在于通过高度整合高速铁路相邻线路平面设计的各项功能需求，采用批量导入以及批量设置一条线路的原始交点资料，实现了原始线路交点资料充分共享、设计步骤显著简化、设计成果精确高效等要求，适用于双线或多线以及改建既有铁路的平面设计。

为解决上述技术问题，本发明所提供的基于“交点法”的高速铁路相邻线路平面设计方法，包括如下步骤：

步骤1：步骤1：确认一条已知铁路线路a，包括线路设计的交点资料，交点资料涉及各交点的坐标及对应的曲线长、曲线切线长、圆曲线半径、缓和曲线长、相邻直缓点和缓直点的方位角；

步骤2：确认线路a的相邻线路b，已知线路a和线路b的距离为常数；

步骤3：求解相邻线路中某一交点jd2与已知线路中对应交点jd1的距离d及连线的方位角

步骤4：计算相邻线路中交点jd2的坐标(x2,y2)；

步骤5：根据线路a的交点资料与线路b中交点jd2的坐标以及线路的构成特点，求得相邻线路中交点jd2对应的主点信息；

步骤6：重复步骤3-步骤5直至求出相邻线路b中所有交点对应的主点信息为止。

与现有技术相比，本发明的有益效果是:较之我国现行的传统相邻铁路线路的设计方法，本发明不受铁路线路长短和曲线个数影响，可快速实现相邻铁路线路的平面设计，适用于双线与多线铁路的平面设计；具有自动化程度高、通用性好、高效等特点，因而具有良好的经济和社会效益。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明的设计图；

图3为本发明基于相邻线路交点求解另一交点平面坐标示意图；

图4为本发明线路在全局坐标系与切线坐标系下的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

如图1-图4所示，一种基于“交点法”的高速铁路相邻线路平面设计方法，包括如下步骤：

步骤1：确认一条已知铁路线路a，包括线路设计的交点资料，交点资料涉及各交点的坐标及对应的曲线长、曲线切线长、圆曲线半径、缓和曲线长、相邻直缓点和缓直点的方位角和；

步骤2：确认线路a的相邻线路b，已知线路a和线路b的距离为常数s，根据线路a的交点资料及线路构成特点，可以得到线路b中各交点对应的曲线长、曲线切线长、圆曲线半径和缓和曲线长；

步骤3：求解相邻线路b中某一交点jd2与已知线路中对应交点jd1的距离d及连线的方位角计算公式如下所示：

式中：s为已知线路a和线路b的距离，为常数；α和β为已知线路a中与交点jd1对应的直缓点(zh点)和缓直点(hz点)的方位角；

其中，jd1与jd2连线的方位角求解步骤如下：

首先确定线路的旋向，线路分为左旋与右旋两种情况；

其次确定已知线路为左线还是右线，若已知线路a为左线，则线路b为右线，称为左线推右线，反之线路a为右线，则线路b为左线，称为右线推左线；

最后确定线路a上与交点jd1对应的直缓点(zh点)和缓直点(hz点)的方位角为α和β的大小关系；

综合上述几种情况，求解公式如下所示：

线路左旋时，线路a为左线，则线路b为右线，即左线推右线：

当β＜α时，

当β＞α时，

线路左旋时，线路a为右线，则线路b为左线，即右线推左线：

当β＜α时，

当β＞α时，

线路右旋时，线路a为左线，则线路b为右线，即左线推右线：

当β＞α时，

当β＜α时，

线路右旋时，线路a为右线，则线路b为左线，即右线推左线：

当β＞α时，

当β＜α时，

上述公式中：α和β分别为线路a上与交点jd1对应的直缓点(zh点)和缓直点(hz点)的方位角；

步骤4：计算相邻线路中交点jd2的坐标(x2,y2)；计算公式如下：

式中：x1、y1为线路a中与交点jd2对应的交点jd1的坐标，d为jd1与jd2之间的距离，为jd1与jd2连线的方位角；

步骤5：根据线路a的交点资料与线路b中交点jd2的坐标以及线路的构成特点，求得相邻线路中交点jd2对应的主点信息；即zh(直缓)点、hy(缓圆)点、yh(圆缓)点和hz(缓直)点在全局坐标系下的平面坐标，具体步骤如下：

步骤5.1、计算线路b中zh(直缓)点坐标：

式中:xzh、yzh为线路b中zh点在全局坐标系下的坐标，t为曲线切线长，α为线路a中zh点的方位角，x2、y2为线路b交点在全局坐标系下的坐标；

步骤5.2、计算线路b中zh(直缓)点坐标：

式中，xhz、yhz为线路b中hz点在全局坐标系下的坐标，θ为前后夹直线的偏角，t为线路b中与交点jd2对应的曲线切线长，α和β分别为线路a中与交点jd1对应的直缓点和缓直点的方位角，其与线路b中交点jd2对应的直缓点和缓直点的方位角相等。

其中：当线路右偏时，式中“±”取“+”，左偏时式中“±”取“-”。

步骤5.3、计算相邻线路b中hy点、yh点在全局坐标系下的平面坐标：

1)以线路b中zh点(或hz点)为坐标原点，zh点的切线为x轴，过原点垂直于x轴的直线为y轴建立切线坐标系，切线坐标系下前缓和曲线上任意里程点的坐标(x'，y')为：

式中：c为三次抛物线的参数(常数)，c＝r·l1，l1为交点jd2对应的缓和曲线长；lc为缓和曲线上任意一点的弧长(m)，β'为切线偏转角；

2)计算在切线坐标系中缓和曲线上任意一点的坐标(x'，y')在全局坐标系下的坐标，计算公式为：

式中：α'为(x'，y')在全局坐标系下的方位角，β'为(x'，y')切线偏转角，αzh为zh点的方位角，γ为zh点与(x'，y')连线相对于zh点切线的偏转角，(nzh,ezh)为zh点在全局坐标系下的坐标，当线路右偏时，式中“±”取“+”，线路左偏时，式中“±”取“-”；

3)求线路b中hy点在切线坐标系下的坐标(xhy,yhy)为：

式中：l1为交点jd2对应的缓和曲线长；

4)根据(xhy,yhy)，可得hy点在全局坐标系下的坐标为

式中,βhy为(xhy,yhy)在全局坐标系下的方位角，(nhy,ehy)是hy点在全局坐标系下的坐标，r为圆曲线半径，线路右偏时，nhy取“-”，ehy取“+”，反之线路左偏时nhy取“+”，ehy取“-”，其中xhy，yhy分别为hy点在切线坐标系下的坐标。

5)计算线路b中圆曲线段的圆心在全局坐标系下的坐标：

式中，(n0,e0)为圆心o在全局坐标系下的坐标，r为圆曲线半径，βhy为hy点在切线坐标系下的切线角，线路右偏时，式中“±”取“+”，线路左偏时，式中“±”取“-”。

6)计算线路b中yh点在全局坐标系下的坐标：

式中，线路右偏时，nyh取“+”，ehy取“-”，反之线路左偏时nhy取“-”，ehy取“+”；

步骤6：重复步骤3-步骤5直至求出相邻线路b中所有交点对应的主点信息为止。

上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。