铺轨前线路平面优化设计方法
【专利摘要】本发明公开了一种铺轨前线路平面优化设计方法，该方法包括以下步骤：构建铺轨前线路原始数据自定义实体(S1)，设置平面优化控制参数(S2)，自动调整线路平面直线交点(S3)，自动调整线路平面曲线缓长(S4)，构建线路平面智能优化数学模型(S5)，线路平面智能优化设计(S6)，更新线路平面设计图(S7)，输出线路平面优化对比效果(S8)。该方法综合采用自动调整和智能优化算法，数学模型先进，革新了现有工作手段，能显著提高平面优化速度和设计质量，自动化和智能化程度高，实用性强，能大幅提高设计效率，具有明显的推广应用价值。
【专利说明】
铺轨前线路平面优化设计方法
技术领域
[0001]本发明涉及线路平面优化设计方法，尤其涉及铺轨前线路平面智能优化设计方法。
【背景技术】
[0002]铁路和城市轨道交通线路的桥梁、隧道土建结构完成后，由于测量误差、施工错误或误差、结构变形变位等因素，不可避免地出现土建竣工后的线路中心线与设计空间线形产生偏差，影响到设计限界及线路平顺性等。上述施工后产生的平面线形误差必须在轨道施工前进行必要的调整，以保证设计限界及线路平顺性满足有关要求。线路平面线形可以分解为直线、圆曲线和缓和曲线三部分，由各交点的坐标、曲线半径和缓长曲线长度确定。由于参数众多，平面优化设计变得十分复杂，仅凭人的思维和想像很难找到满意的设计结果。长期以来，设计人员一直以手工计算方式来进行平面优化设计，需要组织大量数据反复进行计算对比，过程耗时费力，严重影响工作效率。特别是对于双线线路，必须结合二线设计及线间距计算，考虑设计结构中心线与设计线路中心线以及测量结构中心线之间的模型转化，才能正确调整满足桥隧及轨道结构技术要求的平面线位。以往由于受到技术方法的制约，只能先根据基线进行单线调整，然后由线路专业人员根据调整后的基线配出二线，计算出线路中心线后再检测平面超限情况，如果不合适，重新再调整，如此循环直到满意为止，其过程十分烦琐，目前，国内外还没有相应的成熟技术方法，现有技术方法主要适用于单线的处理，且方法不够灵活，自动化和智能化水平较低，制约了线路平面优化设计。
【发明内容】
[0003]针对目前线路平面优化设计所存在的问题及现状，本发明提出一种铺轨前线路平面优化设计方法，通过构建铺轨前线路原始数据自定义实体，设置平面优化控制参数，自动调整线路平面直线交点和曲线缓长，在此基础上，构建线路平面智能优化数学模型，进行线路平面智能优化设计，最后更新线路平面设计图，输出线路平面优化对比效果。
[0004]本发明所涉及的铺轨前线路平面优化设计方法，其特征在于该方法包括以下步骤:
[0005]S1、构建铺轨前线路原始数据自定义实体
[0006]采用原始施工图线路设计资料和桥隧实测资料构建，线路设计资料包括线路设计规范、线路模型名称、断链里程数据、平面直线交点数据、平面曲线缓长数据、曲线超高数据、纵断面变坡点数据、桥梁缺口数据、隧道缺口数据、站场缺口数据，双线线路包括原始一线和二线平面设计资料，桥隧实测资料指桥隧实测结构中心线数据，由实测结构中心线结点组成，每个节点对应一个实测断面，每个节点包括标注里程、坐标和高程，实测结构中心线节点采用多义线连接，在实测起终点处绘制实测起终点标注里程。
[0007]S2、设置平面优化控制参数
[0008]平面优化控制参数包括限界参数和平面误差标准，平面误差标准包括高架桥和隧道横向允许最大误差;优化控制参数在线路原始数据自定义实体上按原始线路里程进行设置，与桥隧结构变化对应，包括添加、编辑和删除操作;根据原始线路里程计算平面坐标位置，标注控制参数和里程。
[0009]S3、自动调整线路平面直线交点
[0010]通过直线拟合，调整平面直线边交点坐标;首先，计算直线段平面差值，平面差值根据实测结构中心线节点对应计算，即由实测点坐标投影到当前平面设计线上，按垂足计算连续里程、断链序号、标注里程和中线坐标，然后根据实测数据，计算得到每一个测量点的平面差值;其次，确定待调整的直线段落，根据平面差值计算得到每一个测量点的超限值，根据平面误差标准对每个直线段的侵限情况进行分析，给出段落属性，段落属性包括未超限段落和超限段落，确定待调整的直线段落;再次，计算分析交点调整方式，交点调整就是调整交点坐标，包括沿前切线方向移动、沿后切线方向移动、自由调整和不调整，如果交点前直线段不超限，交点后直线段超限，则沿前切线方向移动交点，如果交点前直线段超限，交点后直线段不超限，则沿后切线方向移动交点，如果交点前后直线段都超限，则自由移动交点，如果交点前后直线段都不超限，则不调整;然后，拟合直线段，计算交点位置，针对每一个直线段，根据直线段的起终点里程，获取直线段内的实测结构中心线数据、平面差值和超限值，对实测结构中心线结点采用最大似然估计的最小二乘法进行直线拟合，求出拟合的直线参数，得到新的直线边，对新的直线边进行两两求交，计算出新的交点位置，并根据交点调整方式进行修正;最后，调整交点位置，根据段落属性和交点的调整方式，修改线路平面直线交点坐标。
[0011 ] s4、自动调整线路平面曲线缓长
[0012]根据线路设计规范，确定缓和曲线长度范围，按超限值最小的原则，调整缓和曲线长度;首先，计算平纵差值，按曲线分段设置曲线超高数组后，计算平纵差值;其次，确定待调整的曲线段落，根据平面差值计算得到每一个测量点的超限值，然后对每个直线段和曲线段的侵限情况进行分析，给出段落属性，段落属性包括未超限段落和超限段落，确定待调整的曲线段落;再次，计算分析曲线缓长调整方式，曲线缓长调整方式分为调整缓和曲线长度和不调整，当曲线地段有超限时，调整缓和曲线长度，当曲线地段没有超限，但前后直线段有超限情况，同样也调整缓和曲线长度，其它情况则不调整;然后，获取标准缓长范围，计算曲线缓长，曲线缓长的调整必须满足线路设计规范，缓和曲线长度根据曲线半径、路段旅客列车设计行车速度和工程条件确定，根据曲线半径，获取标准推荐的缓和曲线长度、最小缓和曲线长度一般值和困难值，以最小缓和曲线长度困难值做为下限，根据推荐的缓和曲线长度和最小缓和曲线长度一般值计算上限，确定缓和曲线调整范围，针对每一个曲线段落，根据缓和曲线调整范围，按步长循环修改前后缓和曲线长度，重新计算超限值，按超限值最小的原则，确定最优化的曲线缓长;最后，调整曲线缓长，根据段落属性和曲线缓长调整方式，修改线路平面缓和曲线长度。
[0013]&、构建线路平面智能优化数学模型
[0014]基于平面设计变量、约束条件和优化目标，构建线路平面智能优化数学模型；线路平面线形分为直线、圆曲线和缓和曲线三个部分，缓和曲线又分为前缓和曲线和后缓和曲线，平面设计变量包括直线交点坐标、圆曲线半径和前后缓和曲线长度，这些变量唯一确定线路平面中线位置;约束条件指线路平面设计要满足的规范及控制要求，包括最小曲线半径约束、圆曲线最小长度约束、夹直线最小长度约束、最小缓和曲线长度约束、起终点接线约束和二线设计线间距加宽约束;优化目标指线路平面总超限值，由每个实测点处的水平超限值绝对值之和计算，是判断线路平面智能优化设计效果的目标函数值，水平超限值包括平面左侧超限值和平面右侧超限值，目标函数值最小代表优化效果最好。
[0015]S6、线路平面智能优化设计
[0016]在自动调整线路平面直线交点和自动调整线路平面曲线缓长的基础上，利用线路平面智能优化数学模型，通过设置平面智能优化控制参数、初始化平面种群方案、计算平面种群方案总超限值和平面种群智能优化4个步骤，实现线路平面智能优化设计；
[0017]平面智能优化控制参数包括设计变量个数、种群规模、优化模式、变异缩放因子、交叉概率和进化终止条件;设计变量的个数与交点的个数有关，只考虑优化交点坐标时，设计变量的个数为交点个数的2倍，同时考虑优化交点坐标、半径和前后缓长时，设计变量的个数为交点个数的5倍;种群规模指进行优化设计采用的平面种群方案个数，与优化耗时长度成正比；优化模式指平面种群方案优化时采用的变异操作方法，基于当前最佳优化方案和随机选择的父代方案进行;变异缩放因子控制设计变量变异缩放的大小，根据优化模型的演化过程从大到小自适应调整;交叉概率指方案变异前后设计变量选择的机率;进化终止条件包括平面最大进化代数、平面总超限值优化阀值和强制终止，当进化代数达到最大时，终止进化，当连续一定代数最优方案的平面总超限值的差值小于阀值时，进化终止；
[0018]初始化平面种群方案是根据原始和自动调整后的线路平面，通过扰动各设计变量的值，按种群规模生成初始平面种群方案;直线交点坐标根据直线段前后扰动范围内的实测点拟合计算，圆曲线半径根据半径左右扰动范围计算，前后缓和曲线长度根据缓和曲线调整范围扰动并取整；
[0019]计算平面种群方案总超限值是对所有初始平面种群方案计算目标函数值，并对目标函数值进行排序，选出当前最佳平面方案；
[0020]平面种群智能优化指通过对平面种群方案按优化模式循环进行变异、交叉和选择操作，直到满足进化终止条件，获得平面最优解;变异操作根据平面总超限值找出当前进化代种群中的最佳平面方案，作为当前种群中的最佳个体，然后在种群中随机选择两个方案，计算这两个方案之间的差异，利用差异值乘以变异缩放因子来调整当前平面方案;交叉操作根据交叉概率决定每个平面设计变量的取值方式，当随机产生的实数小于交叉概率时取变异后的平面设计变量，当随机产生的实数大于交叉概率时取变异前的平面设计变量;选择操作根据目标函数值和约束条件确定，如果变异、交叉操作后形成的候选平面方案的目标函数值优于当前平面方案，同时，候选平面方案的约束条件满足要求，则将当前平面方案用候选平面方案代替，否则保留当前平面方案；
[0021 ]对于双线线路，每次变异、交叉操作后，都自动进行二线设计，其流程包括获取原始二线平面设计资料、计算缓长标准、计算曲线前后线间距、配二线缓长和曲线半径、修改二线平面;原始二线平面设计资料从线路原始数据自定义实体中获取;缓长标准包括推荐缓和曲线长度、最小缓和曲线长度一般值和困难值，并结合一二线原始缓长设置，确定二线缓和曲线长度合理取值范围；曲线前后线间距根据曲线前后直线段中点的线间距进行确定；
[0022]二线缓长和曲线半径的配置考虑曲线前后缓长是否相同和曲线前后是否变距两个因素，分4种情况进行处理:曲线前后缓长相同，不变距，按同心圆法配二线缓长和曲线半径；曲线前后缓长相同，曲线变距，采用非同心圆法配半径，二线前后缓长按相同长度配置；曲线前后缓长不同，不变距，分别用前后缓长，采用同心圆法确定二线的前后缓长，计算两次，然后再根据一二线缓长，用非同心圆法试算二线半径；曲线前后缓长不同，曲线变距，同样先分别用前后缓长，采用同心圆法确定二线的前后缓长，计算两次，然后根据前后线间距，确定曲线加宽值，再根据一二线缓长，用非同心圆法试算二线半径。
[0023]S7、更新线路平面设计图
[0024]采用平面最优解的设计变量替代原始线路平面设计变量，更新线路平面设计图。
[0025]S8、输出线路平面优化对比效果
[0026]根据更新后的线路平面，重新计算平面对比差值和超限值，然后计算并输出线路平面优化对比效果；平面优化对比效果包括平面超限节点变化个数及优化百分比、平面左侧最大超限值及变化值、平面右侧最大超限值及变化值和平面总超限值及变化值。
[0027]该发明的有益效果是:通过构建铺轨前线路原始数据自定义实体，整合了原始施工图线路设计资料和桥隧实测资料，数据管理更加有效，综合采用自动调整和智能优化算法，数学模型先进，革新了现有工作手段，有效减少手工计算及反复操作，能显著提高平面优化速度和设计质量，模型自动考虑二线设计线间距加宽，单双线通用，自动化和智能化程度高，实用性强，能大幅提高设计效率，缩短设计周期，具有明显的推广应用价值。
【附图说明】
[0028]图1为铺轨前线路平面优化设计方法的流程图。
[0029]图中标记说明:
[0030]S1、构建铺轨前线路原始数据自定义实体[0031 ]&、设置平面优化控制参数
[0032]S3、自动调整线路平面直线交点
[0033]S4,自动调整线路平面曲线缓长
[0034]&、构建线路平面智能优化数学模型
[0035]S6、线路平面智能优化设计
[0036]S7、更新线路平面设计图
[0037]S8、输出线路平面优化对比效果
【具体实施方式】
[0038]参照【附图说明】本发明的具体技术方案。由图1的流程图所示，本发明涉及的铺轨前线路平面优化设计方法的步骤包括:构建铺轨前线路原始数据自定义实体，设置平面优化控制参数，自动调整线路平面直线交点，自动调整线路平面曲线缓长，构建线路平面智能优化数学模型，线路平面智能优化设计，更新线路平面设计图，输出线路平面优化对比效果。
[0039]S1、构建铺轨前线路原始数据自定义实体
[0040]铺轨前线路原始数据自定义实体采用原始施工图线路设计资料和桥隧实测资料构建，线路设计资料包括线路设计规范、线路模型名称、断链里程数据、平面直线交点数据、平面曲线缓长数据、曲线超高数据、纵断面变坡点数据、桥梁缺口数据、隧道缺口数据、站场缺口数据，双线线路包括原始一线和二线平面设计资料，二线平面设计资料包括二线线路模型名称、二线断链里程数据、二线平面直线交点数据、二线平面曲线缓长数据和二线曲线超高数据，桥隧实测资料指桥隧实测结构中心线数据，由实测结构中心线结点组成，每个节点对应一个实测断面，每个节点包括标注里程、坐标和高程，实测结构中心线节点采用多义线连接，在实测起终点处绘制实测起终点标注里程。
[0041 ] &、设置平面优化控制参数
[0042]平面优化控制参数包括限界参数和平面误差标准，平面误差标准包括高架桥和隧道横向允许最大误差;优化控制参数在线路原始数据自定义实体上按原始线路里程进行设置，与桥隧结构变化对应，包括添加、编辑和删除操作;根据原始线路里程计算平面坐标位置，标注控制参数和里程。
[0043]S3、自动调整线路平面直线交点
[0044]通过直线拟合，调整平面直线边交点坐标;首先，计算直线段平面差值，平面差值根据实测结构中心线节点对应计算，即由实测点坐标投影到当前平面设计线上，按垂足计算连续里程、断链序号、标注里程和中线坐标，然后根据实测数据，计算得到每一个测量点的平面差值;其次，确定待调整的直线段落，根据平面差值计算得到每一个测量点的超限值，根据平面误差标准对每个直线段的侵限情况进行分析，给出段落属性，段落属性包括未超限段落和超限段落，确定待调整的直线段落;再次，计算分析交点调整方式，交点调整就是调整交点坐标，包括沿前切线方向移动、沿后切线方向移动、自由调整和不调整，如果交点前直线段不超限，交点后直线段超限，则沿前切线方向移动交点，如果交点前直线段超限，交点后直线段不超限，则沿后切线方向移动交点，如果交点前后直线段都超限，则自由移动交点，如果交点前后直线段都不超限，则不调整;然后，拟合直线段，计算交点位置，针对每一个直线段，根据直线段的起终点里程，获取直线段内的实测结构中心线数据、平面差值和超限值，对实测结构中心线结点采用最大似然估计的最小二乘法进行直线拟合，求出拟合的直线参数，得到新的直线边，对新的直线边进行两两求交，计算出新的交点位置，并根据交点调整方式进行修正;最后，调整交点位置，根据段落属性和交点的调整方式，修改线路平面直线交点坐标。
[0045]S4,自动调整线路平面曲线缓长
[0046]根据线路设计规范，确定缓和曲线长度范围，按超限值最小的原则，调整缓和曲线长度;首先，计算平纵差值，按曲线分段设置曲线超高数组后，计算平纵差值;其次，确定待调整的曲线段落，根据平面差值计算得到每一个测量点的超限值，然后对每个直线段和曲线段的侵限情况进行分析，给出段落属性，段落属性包括未超限段落和超限段落，确定待调整的曲线段落;再次，计算分析曲线缓长调整方式，曲线缓长调整方式分为调整缓和曲线长度和不调整，当曲线地段有超限时，调整缓和曲线长度，当曲线地段没有超限，但前后直线段有超限情况，同样也调整缓和曲线长度，其它情况则不调整;然后，获取标准缓长范围，计算曲线缓长，曲线缓长的调整必须满足线路设计规范，缓和曲线长度根据曲线半径、路段旅客列车设计行车速度和工程条件确定，根据曲线半径，获取标准推荐的缓和曲线长度、最小缓和曲线长度一般值和困难值，以最小缓和曲线长度困难值做为下限，根据推荐的缓和曲线长度和最小缓和曲线长度一般值计算上限，确定缓和曲线调整范围，针对每一个曲线段落，根据缓和曲线调整范围，按步长循环修改前后缓和曲线长度，重新计算超限值，按超限值最小的原则，确定最优化的曲线缓长;最后，调整曲线缓长，根据段落属性和曲线缓长调整方式，修改线路平面缓和曲线长度；自动调整线路平面直线交点和平面曲线缓长后，形成自动调整后的线路平面。
[0047]&、构建线路平面智能优化数学模型
[0048]基于平面设计变量、约束条件和优化目标，构建线路平面智能优化数学模型；线路平面线形分为直线、圆曲线和缓和曲线三个部分，缓和曲线又分为前缓和曲线和后缓和曲线，平面设计变量包括直线交点坐标、圆曲线半径和前后缓和曲线长度，这些变量唯一确定线路平面中线位置;约束条件指线路平面设计要满足的规范及控制要求，包括最小曲线半径约束、圆曲线最小长度约束、夹直线最小长度约束、最小缓和曲线长度约束、起终点接线约束和二线设计线间距加宽约束;优化目标指线路平面总超限值，由每个实测点处的水平超限值绝对值之和计算，是判断线路平面智能优化设计效果的目标函数值，水平超限值包括平面左侧超限值和平面右侧超限值，目标函数值最小代表优化效果最好。
[0049]S6、线路平面智能优化设计
[0050]在自动调整线路平面直线交点和自动调整线路平面曲线缓长的基础上，利用线路平面智能优化数学模型，通过设置平面智能优化控制参数、初始化平面种群方案、计算平面种群方案总超限值和平面种群智能优化4个步骤，实现线路平面智能优化设计；
[0051]平面智能优化控制参数包括设计变量个数、种群规模、优化模式、变异缩放因子、交叉概率和进化终止条件;设计变量的个数与交点的个数有关，只考虑优化交点坐标时，设计变量的个数为交点个数的2倍，同时考虑优化交点坐标、半径和前后缓长时，设计变量的个数为交点个数的5倍;种群规模指进行优化设计采用的平面种群方案个数，与优化耗时长度成正比；优化模式指平面种群方案优化时采用的变异操作方法，基于当前最佳优化方案和随机选择的父代方案进行;变异缩放因子控制设计变量变异缩放的大小，根据优化模型的演化过程从大到小自适应调整;交叉概率指方案变异前后设计变量选择的机率;进化终止条件包括平面最大进化代数、平面总超限值优化阀值和强制终止，当进化代数达到最大时，终止进化，当连续一定代数最优方案的平面总超限值的差值小于阀值时，进化终止；
[0052]初始化平面种群方案是根据原始和自动调整后的线路平面，通过扰动各设计变量的值，按种群规模生成初始平面种群方案;直线交点坐标根据直线段前后扰动范围内的实测点拟合计算，圆曲线半径根据半径左右扰动范围计算，前后缓和曲线长度根据缓和曲线调整范围扰动并取整；
[0053]计算平面种群方案总超限值是对所有初始平面种群方案计算目标函数值，并对目标函数值进行排序，选出当前最佳平面方案；
[0054]平面种群智能优化指通过对平面种群方案按优化模式循环进行变异、交叉和选择操作，直到满足进化终止条件，获得平面最优解;变异操作根据平面总超限值找出当前进化代种群中的最佳平面方案，作为当前种群中的最佳个体，然后在种群中随机选择两个方案，计算这两个方案之间的差异，利用差异值乘以变异缩放因子来调整当前平面方案;交叉操作根据交叉概率决定每个平面设计变量的取值方式，当随机产生的实数小于交叉概率时取变异后的平面设计变量，当随机产生的实数大于交叉概率时取变异前的平面设计变量;选择操作根据目标函数值和约束条件确定，如果变异、交叉操作后形成的候选平面方案的目标函数值优于当前平面方案，同时，候选平面方案的约束条件满足要求，则将当前平面方案用候选平面方案代替，否则保留当前平面方案；
[0055]对于双线线路，每次变异、交叉操作后，都自动进行二线设计，其流程包括获取原始二线平面设计资料、计算缓长标准、计算曲线前后线间距、配二线缓长和曲线半径、修改二线平面;原始二线平面设计数据反应了二线设计的相关原则，是进行新的二线设计的重要参考，从线路原始数据自定义实体中获取;缓长标准包括推荐缓和曲线长度、最小缓和曲线长度一般值和困难值，并结合一二线原始缓长设置，确定二线缓和曲线长度合理取值范围，保证优化时不遗漏有价值的方案；曲线前后线间距根据曲线前后直线段中点的线间距进行确定；
[0056]二线缓长和曲线半径的配置考虑曲线前后缓长是否相同和曲线前后是否变距两个因素，分4种情况进行处理:曲线前后缓长相同，不变距，按同心圆法配二线缓长和曲线半径；曲线前后缓长相同，曲线变距，采用非同心圆法配半径，二线前后缓长按相同长度配置；曲线前后缓长不同，不变距，分别用前后缓长，采用同心圆法确定二线的前后缓长，计算两次，然后再根据一二线缓长，用非同心圆法试算二线半径；曲线前后缓长不同，曲线变距，同样先分别用前后缓长，采用同心圆法确定二线的前后缓长，计算两次，然后根据前后线间距，确定曲线加宽值，再根据一二线缓长，用非同心圆法试算二线半径。
[0057]S?、更新线路平面设计图
[0058]采用平面最优解的设计变量替代原始线路平面设计变量，更新线路平面设计图。
[0059 ] S8、输出线路平面优化对比效果
[0060]根据更新后的线路平面，重新计算平面对比差值和超限值，然后计算并输出线路平面优化对比效果；平面优化对比效果包括平面超限节点变化个数及优化百分比、平面左侧最大超限值及变化值、平面右侧最大超限值及变化值和平面总超限值及变化值。
【主权项】
1.一种铺轨前线路平面优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤:构建铺轨前线路原始数据自定义实体(SI)，设置平面优化控制参数(S2)，自动调整线路平面直线交点(S3)，自动调整线路平面曲线缓长(S4)，构建线路平面智能优化数学模型(S5)，线路平面智能优化设计(S6)，更新线路平面设计图(S7)，输出线路平面优化对比效果(S8); 所述构建铺轨前线路原始数据自定义实体(SI)，采用原始施工图线路设计资料和桥隧实测资料构建，线路设计资料包括线路设计规范、线路模型名称、断链里程数据、平面直线交点数据、平面曲线缓长数据、曲线超高数据、纵断面变坡点数据、桥梁缺口数据、隧道缺口数据、站场缺口数据，双线线路包括原始一线和二线平面设计资料，桥隧实测资料指桥隧实测结构中心线数据，由实测结构中心线结点组成，每个节点对应一个实测断面，每个节点包括标注里程、坐标和高程，实测结构中心线节点采用多义线连接，在实测起终点处绘制实测起终点标注里程； 所述设置平面优化控制参数(S2)，平面优化控制参数包括限界参数和平面误差标准，平面误差标准包括高架桥和隧道横向允许最大误差;优化控制参数在线路原始数据自定义实体上按原始线路里程进行设置，与桥隧结构变化对应，包括添加、编辑和删除操作;根据原始线路里程计算平面坐标位置，标注控制参数和里程； 所述自动调整线路平面直线交点(S3)，指通过直线拟合，调整平面直线边交点坐标;首先，计算直线段平面差值，平面差值根据实测结构中心线节点对应计算，即由实测点坐标投影到当前平面设计线上，按垂足计算连续里程、断链序号、标注里程和中线坐标，然后根据实测数据，计算得到每一个测量点的平面差值;其次，确定待调整的直线段落，根据平面差值计算得到每一个测量点的超限值，根据平面误差标准对每个直线段的侵限情况进行分析，给出段落属性，段落属性包括未超限段落和超限段落，确定待调整的直线段落;再次，计算分析交点调整方式，交点调整就是调整交点坐标，包括沿前切线方向移动、沿后切线方向移动、自由调整和不调整;然后，拟合直线段，计算交点位置，针对每一个直线段，根据直线段的起终点里程，获取直线段内的实测结构中心线数据、平面差值和超限值，对实测结构中心线结点采用最大似然估计的最小二乘法进行直线拟合，求出拟合的直线参数，得到新的直线边，对新的直线边进行两两求交，计算出新的交点位置，并根据交点调整方式进行修正;最后，调整交点位置，根据段落属性和交点的调整方式，修改线路平面直线交点坐标；所述自动调整线路平面曲线缓长(S4)，指根据线路设计规范，确定缓和曲线长度范围，按超限值最小的原则，调整缓和曲线长度;首先，计算平纵差值，按曲线分段设置曲线超高数组后，计算平纵差值;其次，确定待调整的曲线段落，根据平面差值计算得到每一个测量点的超限值，然后对每个直线段和曲线段的侵限情况进行分析，给出段落属性，段落属性包括未超限段落和超限段落，确定待调整的曲线段落;再次，计算分析曲线缓长调整方式，曲线缓长调整方式分为调整缓和曲线长度和不调整；然后，获取标准缓长范围，计算曲线缓长，根据曲线半径，获取标准推荐的缓和曲线长度、最小缓和曲线长度一般值和困难值，以最小缓和曲线长度困难值做为下限，根据推荐的缓和曲线长度和最小缓和曲线长度一般值计算上限，确定缓和曲线调整范围，针对每一个曲线段落，根据缓和曲线调整范围，按步长循环修改前后缓和曲线长度，重新计算超限值，按超限值最小的原则，确定最优化的曲线缓长;最后，调整曲线缓长，根据段落属性和曲线缓长调整方式，修改线路平面缓和曲线长度；所述构建线路平面智能优化数学模型(S5)，指基于平面设计变量、约束条件和优化目标，构建线路平面智能优化数学模型；线路平面线形分为直线、圆曲线和缓和曲线三个部分，缓和曲线又分为前缓和曲线和后缓和曲线，平面设计变量包括直线交点坐标、圆曲线半径和前后缓和曲线长度，这些变量唯一确定线路平面中线位置;约束条件指线路平面设计要满足的规范及控制要求，包括最小曲线半径约束、圆曲线最小长度约束、夹直线最小长度约束、最小缓和曲线长度约束、起终点接线约束和二线设计线间距加宽约束;优化目标指线路平面总超限值，由每个实测点处的水平超限值绝对值之和计算，是判断线路平面智能优化设计效果的目标函数值，水平超限值包括平面左侧超限值和平面右侧超限值，目标函数值最小代表优化效果最好； 所述线路平面智能优化设计(S6)，指在自动调整线路平面直线交点和自动调整线路平面曲线缓长的基础上，利用线路平面智能优化数学模型，通过设置平面智能优化控制参数、初始化平面种群方案、计算平面种群方案总超限值和平面种群智能优化4个步骤，实现线路平面智能优化设计;平面智能优化控制参数包括设计变量个数、种群规模、优化模式、变异缩放因子、交叉概率和进化终止条件;初始化平面种群方案是根据原始和自动调整后的线路平面，通过扰动各设计变量的值，按种群规模生成初始平面种群方案;计算平面种群方案总超限值是对所有初始平面种群方案计算目标函数值，并对目标函数值进行排序，选出当前最佳平面方案;平面种群智能优化指通过对平面种群方案按优化模式循环进行变异、交叉和选择操作，直到满足进化终止条件，获得平面最优解； 所述更新线路平面设计图(S7)，采用平面最优解的设计变量替代原始线路平面设计变量，更新线路平面设计图； 所述输出线路平面优化对比效果(S8)，根据更新后的线路平面，重新计算平面对比差值和超限值，然后计算并输出线路平面优化对比效果;平面优化对比效果包括平面超限节点变化个数及优化百分比、平面左侧最大超限值及变化值、平面右侧最大超限值及变化值和平面总超限值及变化值。2.根据权利要求1所述的自动调整线路平面直线交点(S3)，其特征在于，如果交点前直线段不超限，交点后直线段超限，则沿前切线方向移动交点，如果交点前直线段超限，交点后直线段不超限，则沿后切线方向移动交点，如果交点前后直线段都超限，则自由移动交点，如果交点前后直线段都不超限，则不调整。3.根据权利要求1所述的自动调整线路平面曲线缓长(S4)，其特征在于，当曲线地段有超限时，调整缓和曲线长度，当曲线地段没有超限，但前后直线段有超限情况，同样也调整缓和曲线长度，其它情况则不调整；曲线缓长的调整必须满足线路设计规范，缓和曲线长度根据曲线半径、路段旅客列车设计行车速度和工程条件确定。4.根据权利要求1所述线路平面智能优化设计(S6)，初始化平面种群方案是根据原始和自动调整后的线路平面，通过扰动各设计变量的值，按种群规模生成初始平面种群方案;直线交点坐标根据直线段前后扰动范围内的实测点拟合计算，圆曲线半径根据半径左右扰动范围计算，前后缓和曲线长度根据缓和曲线调整范围扰动并取整;选择操作根据目标函数值和约束条件确定，如果变异、交叉操作后形成的候选平面方案的目标函数值优于当前平面方案，同时，候选平面方案的约束条件满足要求，则将当前平面方案用候选平面方案代替，否则保留当前平面方案;对于双线线路，每次变异、交叉操作后，都自动进行二线设计，其流程包括获取原始二线平面设计资料、计算缓长标准、计算曲线前后线间距、配二线缓长和曲线半径、修改二线平面。
【文档编号】G06F17/50GK106021832SQ201610614302
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月26日
【发明人】李顶峰, 孔国梁, 常成, 李静波
【申请人】铁道第三勘察设计院集团有限公司