基于点线一致的既有铁路线路平面整体迭代自动重构方法

既有铁路平面线形重构是铁路养护维修与增改建设计的基础,优化的重构线形可以显著减少工程数量和对行车的干扰。现有研究主要采用逐交点优化重构形成整体线形的方法,由于共用夹直线边,后交点重构时势必会破坏已优化重构的前交点或者受限于前交点导致本交点并非最优。对此,提出一种全线整体迭代重构平面线形方法。首先基于既有线测点方位角变化率图,采用阈值动态调整法自动识别交点数量和各测点的初始线元归属(直线、圆曲线和缓和曲线);然后依据测点线元归属分组拟合成对应类型的线元,再依据拟合出的线元范围重新调整测点线元归属;反复迭代上述线元分组拟合-测点归属调整过程,直到所有测点均无需调整,即达到点线一致。在每次拟合过程中应用增广拉格朗日乘子法与Mesh Adaptive Direct Search算法优化交点坐标、曲线半径和缓长,同时处理多种约束。该方法将现有的逐交点重构平面线形拓展到全线整体迭代重构,在前后曲线均达到优化条件下确定公共夹直线边,准确识别全线测点线元归属,最终自动重构出满足各类约束的全线整体优化平面线形。基于该方法开发的既有线增改建选线设计系统已在6 000余公里的既有线重构中应用,仿真案例和实际...     

铁路既有线纵断面线形分段的优化算法

纵断面线形分段是既有线复测计算中的关键环节之一。目前的分段方法大多是依据测点正矢或曲率图像人工识别分段点,易出错,精度低。针对人工方法的不足,本文提出了一种将正矢和最小二乘原理相结合的分段算法:先计算测点正矢,通过测点正矢确定属于同一线形的部分测点,利用已确定所属线形的测点,采用最小二乘算法拟合出相应的线形参数,再通过迭代计算得到分段点的里程。计算实例表明:这种方法易于编程实现,能提高纵断面线形分段点精度,对铁路既有线整正计算软件的研制具有一定的参考价值。     

基于近似曲率的铁路既有线纵断面分段算法

纵断面线形的精确分段是后续铁路线路优化调整的基础。针对现有方法自动分段效果差且精度低的缺点,研究一种能够实现线形精确自动分段的算法。首先,在对比各种方法的基础上,提出一种基于测点近似曲率的线形自动分段算法,针对铁路竖曲线弧径比过小易导致的拟合病态问题,采用基于半径确定的最小二乘算法进行圆心精确定位,以提高分段点的精度。经实测数据验证该算法能自动化识别特征点位置,且具有更高的精度。     

基于GA-MADS混合算法的既有铁路平面线形自动重构

研究目的:既有铁路平面线形重构是铁路养护维修与增改建设计的重要基础,重构结果对列车运行安全、养护改建工程量将产生重要影响.既有方法通常先识别确定交点坐标,再逐交点优化半径缓长,属局部重构,难以实现全局优化;同时对约束的处理还不全面,重构的线形需要经过大量人工调整方可应用.对此,本文提出一种遗传算法混合网格自适应直接搜索...     

铁路既有线平面和竖面线形精确分段方法研究

研究目的:铁路既有线复测实测线形的分段是复测计算的首要步骤,其线形分段的结果将影响后续的线形拟合以及优化。针对传统铁路既有线的线形分段过程中存在的分段精度不高等问题,提出一种线形分段新方法,即首先进行线形的概略分段,找到分段点的概略位置,然后通过拟合迭代的方法进行精确分段。研究结论:(1)基于相邻弦方位角变化的平面实测线形概略分段原理,能够对多种不同圆曲线半径的实测数据进行概略分段,分段结果满足拟合迭代的要求;(2)基于平面线形精确分段方法,对比实测数据与设计信息的分段结果,验证这种精确分段方法具有较高的分段精度;(3)基于概略分段、拟合、迭代的纵断面实测线形精确分段原理,对比实测数据与设计信息的分段结果,验证了这种纵断面线形分段的可行性及其高精度。(4)研究结果可应用于既有铁路复测计算,对铁路既有线的整正具有实际的参考意义。     

基于拟合法与Douglas算法的铁路纵断面自动设计

应用多项式拟合法与Douglas压缩算法进行铁路纵断面自动设计。首先,利用最小二乘法进行地面线拟合,按纵断面设计约束条件,对线路初始纵断面进行调整,得出符合《规范》条件与地形走势的纵断面设计线;然后,利用Douglas压缩算法根据规范限定条件,以限制坡度、最小坡长、最大坡度差等条件作为压缩算法的阈值,将Douglas算法稍加改进后,对地面线进行压缩,同样得出符合条件的纵断面设计线。最后,对同一铁路工程项目,用以上2种方法分别进行纵断面自动设计,根据估算指标和工程数量,对比2种自动拉坡算法中的工程造价,通过探索方法的理论依据,得出2种方法各自的适应性条件,为线路纵断面自动设计提供理论借鉴。     

铁路既有线平面自动重构方法研究

既有线平面线形重构是既有线改建设计的必要基础,其结果直接影响最终设计质量,工程造价和运营安全。为实现既有线平面自动重构,文章提出了先识别既有线上平面特征点再进行选配曲线拟合最优线路的方法。首先,基于考虑约束拨量的整体最小二乘法建立了线路特征点自动识别模型,然后建立了以圆曲线半径,前后缓和曲线长为自变量,既有线上所有测点至重构线路拨距的平方和为因变量的平面重构目标函数,并引入外点惩罚函数法将线路优化的约束问题转换为无约束问题。考虑该函数为多元隐函数的特点,提出基于方向加速法的线路平面重构优化方法。实例分析表明:该算法不仅能够快速实现既有线平面自动重构,而且优化效果明显优于传统方法,可显著提高既有线改建设计效率。     

既有双线铁路线位重构技术研究

为解决铁路既有线线位重构中仅涉及单线铁路,没有顾及建筑限界,不能有效评价重构线位的合理性,不能保证双线铁路的线间关系问题,从直线边重构、曲线整正重构、建筑限界嵌入、里程系统更新与左右线相对关系计算等方面,进行既有双线铁路线位重构技术研究。直线段重构采用最小二乘拟合优化、左右线实时联动技术;投影法确定拟合理论直线起、终点位置;右线基于线间关系约束条件确定法;建筑限界点嵌入测点文件处理法;曲线段整正重构时,左线采用单线法整正重构、右线基于约束条件的渐进优化法;提出更新右线里程系统,取消内业断链,采用外业断链方式进行右线投影关系计算。经过工程验证,既有双线线位重构技术方法完善,数学模型合理可靠,能够在既有铁路、地铁项目的勘测设计、施工、工务养护中应用。     

基于成桥施工偏差的大跨度铁路桥梁线路纵断面设计适应性分析

大跨度铁路桥梁成桥线形与设计线形易产生偏差，通常需根据成桥线形变更线路纵断面；同时，大跨度铁路桥梁受荷载作用呈现明显的动态大变形特征，导致桥梁服役期间线路纵断面仍难以与设计纵断面匹配，影响其后续的线路养护维修。结合某大跨度公铁两用桥梁，介绍现有考虑成桥施工偏差的线路纵断面设计方法，并考虑温度、列车载重等常规荷载激励，开展基于中点弦测法的轨道几何形位评估和基于动力仿真的列车舒适性评价，以分析服役期间不同线路设计纵断面对桥梁线形变化的适应性。结果表明：降温导致跨中等效竖曲线半径减小，拟合调整大跨度桥梁线路纵断面时，应重点关注降温荷载对车辆运行平稳性的影响；桥梁结构整体受力变形所引起的车体垂向振动加速度变化不超过0.05 m/s²,线形平顺性主要由线路设计纵断面本身控制；相比多坡段纵断面，多项式拟合设计的线路纵断面消除了变坡点和竖曲线，从而减小线路纵断面引起的列车车体振动响应。     

数字轨道地图平面线形特征提取方法研究

数字轨道地图是卫星定位技术应用到铁路运输行业的基础,根据铁路线路设计时三种平面线形——直线、缓和曲线和圆曲线的不同特征,采用基于方位角的曲率方法进行平面线形的初步识别,再以横向误差为约束条件迭代确定满足要求的线形分段,进而采用整体最小二乘的方法对三种线形进行拟合,实现数字轨道地图的平面线形特征提取。青藏线实测数据结果表明,该算法是可行且有效的,不仅能识别拟合线路的平面线形,用少数关键点和相关参数就能表达出整体的几何特征;而且拟合后线路的横向误差和纵向累积误差都较小,满足高精度应用的要求。     

不同约束条件下普速铁路平面线形重构效果对比分析

针对普速铁路平面线形重构设计问题,结合相关规范要求系统梳理了平面线形参数限制因素。在此基础上,以整体平面调整量平方和最小为平面线形重构设计目标函数,提出了无约束、原始台账约束和多参数约束条件下的平面线形重构原则,并结合实测数据对比分析了不同约束条件下平面调整量、曲线参数和行车安全性的差异。结果表明：采用多参数约束条件所得平面线形既可达到现场工程量较小,又可满足曲线半径、缓和曲线长度和行车安全性要求,其重构设计结果最优。建议在普速铁路数字化捣固方案设计时,采用多参数约束条件对平面线形进行重构设计,结合现场实际和相关规范要求对曲线半径和缓和曲线长度进行适当调整。     

基于实测数据的轨道整正方法研究

铁路长期运营期间,由于列车对轨道产生的持续性冲击作用以及地面沉降等因素的存在,铁路轨道会出现部分偏移甚至整体偏移现象。如果在整体偏移的情况下对偏差轨枕按照初始设计数据调整,就会大大增加调整难度与调整成本。针对这种现象,研究在没有线路设计数据的情况下,基于实测数据迭代拟合整体线形,设定阈值控制拟合偏差,反算出偏差相对最小模拟设计数据,并采用多项式拟合的方法自动计算得到轨道基准轨与非基准轨调整量方案。通过实验分析验证,结果表明该方法能够基于实测数据得到满足规范要求的轨道整正方案。     

地铁调线调坡中双边线形约束方法的研究

分析地铁线路平纵断面设计与地铁调线调坡设计间的关系,将地铁线路设计CAD技术应用到地铁调线调坡设计中,提出"双边线形约束"优化算法理论,系统介绍双边线形约束的基本特性和目标函数及约束条件;并提出地铁调线调坡设计中基于距离法和面积法的优化算法。将该理论和算法应用于地铁调线调坡优化设计软件中,并给出地铁调线调坡优化设计系统的构成模块:数据编辑模块、平面设计模块、纵断面设计模块和图表输出模块等。结合设计实例,说明地铁调线调坡优化设计的具体操纵过程。     

基于车体加速度的超大跨度桥上线路纵断面优化方法

合理的线路纵断面是高速列车安全平稳通行的必要条件。超大跨度铁路桥梁成桥线形较设计线形易出现较大偏差,由于线路调整能力有限,桥上线路纵断面难以达到设计高程,故需在成桥线形基础上变更线路纵断面设计。在满足道床厚度要求的前提下,变更后的纵断面线形难以满足线路设计规范要求,严重影响了工程验收及列车达速运营。为此,以实测桥梁线形为基准,充分考虑道床厚度及线路衔接,依据傅里叶级数原理建立线路线形频域特征与车体加速度的关联关系,进而构建纵断面目标优化模型,提出一种适用于超大跨度铁路桥上线路纵断面的优化方法。以某超大跨度悬索桥为例,研究结果表明：该方法可使线路纵断面的最小波长远离车体加速度敏感波长,降低车体振动加速度;优化后的线路纵断面车体加速度响应最大值为0.15 m/s²,优于工程实际中所采用的多坡段纵断面;优化后的线路纵断面具有良好的平顺性及适应性。本方法可直观反映优化后线路纵断面的频域特性,并从波长的角度实现了纵断面优化与高速列车行车性能的关联,可用于指导桥上线路纵断面设计及优化。     

基于曲率变化特征的既有线路整正算法设计

铁路曲线运营过程不可避免会产生几何形位变化,运行速度的提升需要现代化的检测手段,相应的曲线整正算法设计是列车安全、舒适运营的重要保障。采用某线路轨检小车实测5 m间隔数据,以现场实测数据为基础,从曲率和曲率变化率的角度分析不同间隔条件下的轨道几何形位特征,采用基于正交最小二乘和三次样条的平面拟合方法,利用线路的曲率特征进行线路初始参数获取,设计相应的平面曲线线形优化重构算法。编程实现算法在具体线路的应用,以拨道量改正数最小为目标函数,采用5、10 m不同测点间隔的计算结果分析并结合现场实际,取得了较好的计算结果。通过现场实例表明,该方法具有理论简单、计算准确,与现代高速行车检测方法适应好等特点。     

轨道交通特大桥铺轨线形设计及其工程实践

针对先期施工预留轨道交通特大跨度公铁两用钢桁梁斜拉桥在荷载作用下变形较大,且与轨道交通设计线路纵断面线形不匹配的现状,根据梁面实测标高和桥梁设计变形,在既有线路设计纵断面基础上重新设计轨道施工时的纵断面即轨面控制标高.在满足限界、最小轨道设计高度等基本要求的同时,使新纵断面下的轨面线形及标高能够适应施工过程中、施工完成后和列车活载作用下的桥梁变形.目前工程已通车运营,现场轨道状态良好.     

基于三次样条曲线的铁路既有曲线整正方法

依据逆向工程中曲线重构理论的分析,三次样条曲线拟合铁路既有曲线平面线形时的拟合误差主要来自数学模型产生的拟合误差和既有曲线变形产生的拟合误差。既有曲线参数对拟合误差影响的分析结果表明:数学模型产生的既有曲线曲率、一阶导数和点位拟合误差随既有曲线半径的增大而减小,三者的最大值随着既有曲线缓和曲线长度的增大有先降后增的趋势,既有曲线的总转角对三者的影响较小,可忽略不计。既有曲线变形产生的既有曲线点位拟合误差近似等于既有曲线的变形量。在此基础上,提出1种能够得到既有曲线上任意一点拨距量的整正方法,并利用VC++6.0软件编制相关计算程序,且用实例验证了此方法的实用性。     

基于轨道相对测量数据识别曲线关键参数的研究

既有线曲线整正过程中需要根据线路实测数据拟合出一条与其最贴合的理想曲线,该曲线关键参数的识别即为本文研究对象。经过对轨道相对测量和绝对测量数据精度以及使用便利性的比较,本文选择使用相对测量数据进行曲线参数识别。识别原则设定为最大化拟合线上的测点数目。为此,本文采用以霍夫变换加稳健估计为基础的算法分别对正矢图和角图数据进行识别与拟合。在一系列仿真试验及结果分析后,提出一种新的识别算法。该算法将基于正矢图和角图的识别结果综合,比现行基于正矢图的稳健加迭代识别算法效果更好。     

铁路实际线形测量与计算方法的研究

提出了一种铁路轨道实际线形控制测量及其离散点坐标测量的思路和方法,该方法具有较强的操作性,测量精度能够满足轨道线形测量和分析的要求;之后利用轨道离散点坐标,分别提出了轨道直线、圆曲线以及缓和曲线线形拟合计算的数学模型。理论分析和实验计算结果表明,这些数学模型能够拟合出铁路常见曲线的线形,可用于既有铁路实际线形测量和新建铁路竣工线形测量的线形拟合计算,能够在铁路轨道实际线形测量中推广应用。     

城市轨道交通线路设计中的调线调坡技术研究

调线调坡是对已竣工的桥梁、隧道等结构物的空间三维坐标进行量测后,根据现场的实际结构施工情况,对线路平、纵断面进行优化,以满足设备限界、建筑限界要求,是城市轨道交通线路设计中的重要环节。调线调坡的主要设计原则:以现场实测资料为基础,在原有设计标准基础上,对线路进行调整,以满足限界要求;必要时,在征得各个专业同意的前提下,也可对原有设计标准进行适当调整。调线调坡的主要方法:应以线路平面及纵断面调整为主,必要时,也可对设备进行特殊设计或对已施工结构进行处理。主要介绍调线调坡的设计原则和基本方法,并通过具体的工程实例对调线调坡的步骤及应注意的问题进行分析说明。