[发明专利]铺轨前线路平面优化设计方法

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。

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(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)；所述构建铺轨前线路原始数据自定义实体(S1)，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。