基于强化学习的铁路桥梁布孔方法及系统与流程

本发明涉及铁路桥梁设计，具体涉及一种基于强化学习的铁路桥梁布孔方法及系统。

背景技术：

1、桥梁布孔是铁路桥梁设计的重要内容，选择合适的桥梁结构形式后，需进行桥梁孔跨布设，除满足设计流量，水位要求外，一般要不压缩河道，对有防洪、抢险和通行要求的河堤，要留有人、车通道。对于游荡性的河道，桥孔布设留有余地，并结合河道情况设置必要的导游工程，以保证桥梁的安全和洪水安全渲泄。

2、目前，铁路桥梁的布孔设计一般依赖设计人员的工程经验，遵循设计标准手动进行计算、验证和布设，存在工作量大、自动化水平不高的问题，严重影响了桥梁方案设计的优化和桥梁布跨设计效率的提高，且容易出现设计误差，影响运营安全。

3、因此，有必要提出新的方法，克服上述缺陷。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于强化学习的铁路桥梁布孔方法及系统，以解决人工手动进行桥梁布孔设计存在的工作量大、自动化水平不高的问题。

2、为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

3、基于强化学习的铁路桥梁布孔方法，所述方法包括：

4、获取平面地形图和三维地模；

5、提取平面地形图和三维地模的控制因素；

6、输入线路设计数据；

7、根据线路设计数据，计算线路与控制因素的关系；

8、根据线路设计数据，计算线路到地面的投影距离，确定桥梁布置范围；

9、对孔跨布置的影响因素进行离散化；

10、将离散化的影响因素作为输入条件，开始q-learning算法，计算桥梁孔跨。

11、进一步地，控制因素包括地面标高、地形地物坐标、控制边界坐标、控制边界方向。

12、进一步地，线路设计数据包括线路里程、平面坐标、纵断面高程。

13、进一步地，根据线路设计数据，计算线路与控制因素的关系，包括：

14、提取线路设计数据中线路的平面坐标；

15、获取控制因素中的地形地物坐标和控制边界坐标；

16、根据线路的平面坐标、地形地物坐标和控制边界坐标，计算线路与地形地物的交点坐标和斜角角度，作为线路与控制因素的关系。

17、进一步地，根据线路设计数据，计算线路到地面的投影距离，确定桥梁布置范围，包括：

18、提取线路设计数据中线路的纵断面高程；

19、根据线路的纵断面高程计算线路到地面的投影距离；

20、根据线路到地面的投影距离，确定桥梁布置范围。

21、进一步地，孔跨布置的影响因素包括线路数据、平面坐标、纵断面高程、桥梁需要跨越的构筑物、桥梁标准孔跨。

22、进一步地，计算桥梁孔跨，包括：

23、选定标准梁型以及常规连续梁孔跨作为动作空间可选择动作的集合；

24、设定奖励函数，对于适应的方案给与正向奖励，反之给与负向奖励，形成奖励矩阵r；

25、设定q表的初始值、学习效率；

26、将当前状态设定为初始状态，在当前状态下所有可能的动作中选择一个动作，利用q函数计算新的状态值：

27、

28、其中：

29、s为状态空间；

30、a为学习效率；

31、γ为折扣因子；

32、更新q表中对应状态的值；

33、假设当前状态为动作对应的下一个状态，重复更新；

34、判断当前状态是否为最终状态，如果为真则返回起始状态，否则进行重复训练；

35、输出桥梁孔跨布置。

36、另一方面，提供基于强化学习的铁路桥梁布孔系统，所述系统用于实施所述的方法，包括：

37、获取模块，用于获取平面地形图和三维地模；

38、提取模块，用于提取平面地形图和三维地模的控制因素；

39、输入模块，用于输入线路设计数据；

40、计算模块，用于根据线路设计数据，计算线路与控制因素的关系；

41、范围确定模块，用于根据线路设计数据，计算线路到地面的投影距离，确定桥梁布置范围；

42、离散化模块，用于对孔跨布置的影响因素进行离散化；

43、布孔模块，用于将离散化的影响因素作为输入条件，开始q-learning算法，计算桥梁孔跨。

44、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

45、本发明提供了一种基于强化学习的铁路桥梁布孔方法及系统，采用q-learning强化学习算法，基于平面地形图、三维地模，结合线路数据、桥梁构件模板，自动计算墩台位置，实现桥梁孔跨自动布置，大幅度提高桥梁布置的效率。

技术特征：

1.基于强化学习的铁路桥梁布孔方法，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的基于强化学习的铁路桥梁布孔方法，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的基于强化学习的铁路桥梁布孔方法，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的基于强化学习的铁路桥梁布孔方法，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的基于强化学习的铁路桥梁布孔方法，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的基于强化学习的铁路桥梁布孔方法，其特征在于：

7.根据权利要求6所述的基于强化学习的铁路桥梁布孔方法，其特征在于：

8.基于强化学习的铁路桥梁布孔系统，其特征在于：

技术总结
本发明涉及一种基于强化学习的铁路桥梁布孔方法及系统。人工手动进行桥梁布孔设计存在工作量大、自动化水平不高的问题。本方法获取平面地形图和三维地模；提取平面地形图和三维地模的控制因素；输入线路设计数据；根据线路设计数据，计算线路与控制因素的关系；根据线路设计数据，计算线路到地面的投影距离，确定桥梁布置范围；对孔跨布置的影响因素进行离散化；将离散化的影响因素作为输入条件，开始Q‑Learning算法，计算桥梁孔跨。本发明采用Q‑Learning强化学习算法，基于平面地形图、三维地模，结合线路数据、桥梁构件模板，自动计算墩台位置，实现桥梁孔跨自动布置，大幅度提高桥梁布置的效率。

技术研发人员：刘彦明,崔鸣,贾兴斌,何守旺,缪文辉,张坤,沈亮峰,朱肖,马腾,王瑞
受保护的技术使用者：中铁第一勘察设计院集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4