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。     

基于三维激光扫描技术的既有铁路道岔岔心自动提取方法

针对目前常规岔心测量方法作业效率低下、测量人员上线作业存在较大安全隐患等问题,提出一种基于三维激光扫描技术的既有铁路道岔岔心自动提取方法:①对原始点云数据进行预处理,通过轨面高程滤波剔除枕木等无用数据(只保留铁轨轨面数据);②利用Hough变换算法检测直线,并采用最小二乘法对检测出的直线进行拟合,以提高直线检测精度;③为每条直线设置1个邻域,搜索邻域内的点作为该条直线新的直线点集,采用最小二乘法对新筛选出的直线点集进行第二次拟合;④将直线参数相近的直线合并为一条直线,得到最终的轨道直线,根据提取出的直线参数计算岔心坐标。选取某车站既有道岔的点云数据进行实例验证,提取出的岔心坐标与传统人工测量方式得到的岔心坐标差值均在3 cm以内,证明了该方法的可行性。     

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。     

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。     

基于正交距离最短的平面线形拟合方法及应用

线形拟合在轨道的调整中具有非常重要的作用,考虑到铁路轨道测量实测点的平面坐标x和y中均包含误差,提出基于正交距离最短的直线和圆曲线线形拟合方法,并对利用该方法进行拟合的原理进行阐述。目前常用的线形拟合方法是普通最小二乘法,主要考虑x或y某一个方向上的误差。按照正交距离最短和最小二乘2个准则,论证了同时考虑x和y2个方向误差的正交距离最小二乘法要优于普通最小二乘法。通过实例计算分析,2种方法对于同一组线形测量数据的拟合结果表明,正交距离最小二乘法的验后精度高于或接近普通最小二乘法,而且残差即为轨道点至拟合线形的拨道量,同时前者具有更小的圆度,说明调整量区间更小。以上内容证明了在铁路既有线线形整正优化中正交距离最小二乘法优于普通最小二乘法。     

混凝土弹性模量时变效应对刚构桥线形控制的影响

以昌赣(南昌—赣州)高速铁路泰和赣江特大桥为依托,采用现场测试数据拟合混凝土弹性模量时变曲线,对比研究了多种时变模型下混凝土弹性模量对节段施工连续刚构桥挠度的影响。通过多模型验算与箱梁各阶段实测标高数据的对比分析表明:连续刚构桥施工线形控制应考虑混凝土弹性模量时变效应的影响,但直接套用各规范的时变模型会引起较大的计算挠度误差,采用实测数据拟合后的时变效应模型可满足施工线形的精细化控制要求。     

铁路桥梁设计高程的复核

设计高程起着施工控制作用,需要反复复核。通过复核计算算单,再校核计算算单和图纸数据一致性的方法,与设计过程顺序相同,这种正向复核容易出现隐蔽性错误。通过编制程序自动从CAD图纸中提取各高程到Excel表格中,然后归纳总结轨面高程的二阶导数图像特征,用图像来检查轨面高程的正确性。再根据轨面高程反推其他高程,从而实现了利用图纸数据反推计算算单数据的反向复核过程。石郑客运专线铁路桥梁数据验证表明,该方法复核速度快、精度高、结果直观,从反面验证了高程数据的正确性。     

基于EGM2008模型的GNSS高程拟合在铁路勘察中的应用分析

分析了EGM2008模型计算出的高程异常在中国区域的起伏情况及绝对精度,然后选择少量GNSS水准点的实测高程异常,对EGM2008模型高程异常进行拟合,从而进一步提高GNSS高程转换的精度。结论表明:EGM模型在湖南省浙江省精度为12cm以内,加入实测数据的模型拟合基本符合三等水准测量精度。     

超宽桥面部分斜拉桥主梁线形控制分析

研究目的:为较好地控制超宽桥面的线形,研究超宽桥面部分斜拉桥主梁线形控制系统,分析影响主梁挠度变化的因素及全桥合龙后高程理论值与实测值存在偏差的原因,取得现场实测数据以修正计算模型参数。研究方法:以基于最小二乘法的误差控制理论为基础,结合柳州三门江大桥施工特点,运用有限元分析软件建立线形控制模型,通过实测数据与理论计算结果确保桥梁线形施工质量。研究结论:超宽桥面部分斜拉桥主梁结构变位及高程变化特点与预应力混凝土连续箱梁相接近;采用现场实测数据修正计算模型参数,达到理论计算模型与实桥相吻合,保证了主梁的安全施工;施工中要实时监测挂篮变形,并根据梁段重量对预抬量进行适当调整。     

GPS拟合高程应用于铁路定测的研究

简要介绍了当前采用的高程系统,结合客运专线精密工程测量网施测的二、三等水准成果和GPS测量数据,通过高程拟合得出水准点高程,并将GPS拟合高差与水准实测高差进行比较分析,认为在铁路勘测的定测阶段,采用精度较高的拟合算法所得到的拟合高程可靠,同时提出了进一步提高GPS拟合高程精度的方法。     

K30试验数据的曲线拟合分析方法

采用K30平板荷载试验数据确定地基系数时,常用的方法是通过手工绘制一条光滑曲线,拟合荷载与下沉量关系曲线,用以计算地基系数,该方法掺加数据分析人员一定的主观因素.通过假设荷载和下沉量关系式为二次曲线方程,并应用最小二乘法,建立实测数据系列的曲线拟合形式,避免了手工绘图产生的误差,使地基系数K30值的计算结果更科学、更准确.本文介绍了该方法的推导及应用,并通过实测数据对直线拟合法与曲线拟合法进行了对比.     

大曲率短线匹配连续刚构桥空间几何线形控制

针对大曲率短线匹配连续刚构桥几何线形控制,基于三维空间坐标系,充分考虑梁长和转角误差、横坡误差和平移误差,提出一种能够同时适用于直线和大曲率短线匹配施工桥梁的几何线形三维控制方法。该法可实现及时三维修正每个梁段的预制和拼装线形,避免误差累积,达到高精度几何线形控制的目的。与既有算法对比表明,该算法符合现浇梁段与对应匹配梁段的相对位置关系在预制阶段和拼装阶段保持不变的实际情况,控制精度有保证。工程实例表明,对于短线匹配施工的大曲率(曲线半径804.2 m)连续刚构桥,该方法实际几何线形控制良好:实测主梁线形与设计线形相比,轴线偏差最大不超过6 mm,高程偏差最大不超过11 mm,均远小于规范的规定限值,验证了该方法的正确性和精确性。     

基于工程技术条件要求的高速磁浮线路设计参数研究

对高速常导磁浮系统轨道梁结构型式及功能区各功能面的精度要求进行了分析,同时考虑到我国机加工能力和经济状况,对曲线地段定子面、导向面和滑行面分别采取了直线拟合和曲线拟合方法进行设计,研究工程技术条件对高速磁浮线路设计参数选取的影响,确定不同长度功能件和不同定子排列方式下平、竖圆曲线半径的合理取值范围,用不同曲率的导向面拟合平面圆曲线的允许半径范围和优势半径范围,以及满足扭转率要求的缓和曲线最小长度值。研究结果表明:分别采用6,3,2 m长的功能件和直线及半径为1550和790m的导向面,能够拟合的最小平面圆曲线半径分别为700,650和600 m,能够拟合的最小竖圆曲线半径分别为8250,4150和2750 m;缓和曲线最小长度可以达到40 m。     

高速铁路节段预制全胶拼连续梁施工线形分析

为保证节段预制全胶拼三跨预应力混凝土连续梁的设计成桥线形,通过长线和短线台座结合预制节段,再逐跨拼装节段成桥,采用初始切线位移法模拟计算逐跨拼装施工过程,新拼装单元沿着相邻的已经拼装完成单元的切向位移方向安装,计入刚体转动引起的竖向位移,保证制造线形、拼装线形计算与实际施工相符。参数敏感性分析表明,钢筋混凝土容重、混凝土弹性模量、钢束与管道壁摩擦系数分别增大10%时,梁体向上的竖向变形分别减小约30%、5%、1%;钢筋混凝土容重变化对线形影响很大,建议实测控制素混凝土容重波动在2%以内;采用实测的混凝土容重、弹性模量、有效预应力等参数计算和监控制造线形、拼装线形,预应力张拉前、后,计算与实测变形误差由6.6 mm降低到2.9 mm,最终梁面实测高程与设计高程最大误差6.4 mm,实现成桥线形高精度计算和施工。     

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...     

融合轨面短波不平顺的全波段高低不平顺谱表征及影响分析

轨道不平顺谱是表征轨道不平顺幅频特性的有效工具。目前,高速铁路轨道不平顺谱的研究主要聚焦在波长2 m及以上成分,甚少涉及轨面短波不平顺谱。基于大量无砟轨道高速铁路实测数据,研究轨面短波不平顺谱的表达函数及其与中长波轨道不平顺谱衔接的适应性。结果表明：两段幂函数能够很好地表征轨面短波不平顺谱。采用对数坐标系下的5阶多项式拟合全波段高低不平顺谱,实现中长波和短波成分在波长1～2 m范围内的平缓过渡。实测数据表明高速行车条件下,短波高低不平顺对轮轨垂向力及轴箱、构架和车体垂向加速度等指标均存在显著影响,全波段高低不平顺谱的建立对轮轨振动仿真分析、车辆和轨道结构设计以及轨道状态评估具有重要意义。     

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.     

既有线改建CAD系统纵断面开发与研究

首先阐述了既有轨面坡重构中利用差商法辨别直线点、直线拟合一求交、坡段整饰三步循环法自动识别变坡点以及利用最小二乘拟合竖曲线。在此基础上采用VS．NET和ARX2006编程工具，在AutoCAD2006平台上实现了纵断面设计的人机交互功能。然后介绍了既有线数据的管理，最后说明了纵断面模块的总体结构。     

高速铁路大跨度桥梁温度作用下轨道静态平顺性能分析

以南广铁路主跨450 m的西江特大桥为工程背景,结合工务部门的轨道实测高程数据,对西江桥的轨面静态不平顺进行分析。结果表明,较大的温度变形并不是造成轨道静态尺寸不达标的原因,只要在轨道精调阶段摸清桥面温度变形特点,控制好轨道调整精度,就可以满足轨道高低偏差管理值要求。