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...     

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。     

既有普速铁路控制网的布设及测量

普速铁路通常开通时间较早,线路沉降、移动、变形等问题随着运营不断累积,威胁着列车的运行安全。为控制并解决普速铁路实际线形和位置与最初设计线形和位置相偏离的问题,本文参考高速铁路CPⅢ控制网模式,结合既有普速铁路实际运营环境和状况,提出建立普速铁路控制网的方案。普速铁路控制网的建立主要依托大地坐标系中选取的平面和高程控制点,利用大地测量的基本原理进行线路沿线控制点空间坐标的确定。普速铁路控制网既有助于保持既有普速铁路的技术状态,又能显著提高养护维修技术水平和工作效率,从而为我国铁路的全面发展提供重要保障。     

基于点云信息的既有线整正方法研究

为适应列车提速后高平顺性与高舒适性的需要,利用激光扫描技术获取的连续数据点云信息,通过曲率梳分析对轨道几何形位进行了描述,从曲率变化率入手,找出传统测量模式与提速行驶后现场新标准养护作业的盲区所在,并提出既有铁路曲线曲率变化率整正方法,从原有的面向过程的纯线形管理模式下的几何形位拟合思路转换为面向对象的车轨一体化线形养护新思路,使养护的线路几何形位与列车运动特性相吻合。     

基于点线一致的既有铁路线路纵断面自动重构方法

既有铁路经过长期运营,纵断面线形不可避免偏离原设计线位,必须定期重构出调整量最小且满足约束的线位,以保证列车安全运行。纵断面线形由一系列直线和竖曲线线元顺次光滑连接而成,重构关键在于准确识别每个测点归属的线元,并顾及约束进行拟合。本文提出测点归属应与重构线元完全相符的"点线一致"思想,据此构建纵断面自动重构方法。根据二阶差商初步完成测点归属识别,分别拟合对应线元,根据线元范围反向调整测点归属,迭代上述过程直至点线一致,并在迭代中处理各类约束。基于该方法研发的软件已在两千多公里既有线纵断面重构中应用,实例表明该方法可准确识别测点归属,自动生成满足约束、抬落道量显著优于既有方法的重构线形。     

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。     

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。     

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。     

基于分层距离变换的铁路沿线立交通道线路优化

铁路建设过程中,不可避免地会与既有路网出现大量交叉。为确保既有道路运输能力的同时避免对铁路建设带来影响,交叉点处应布设立交通道实现两者之间的跨越。但在实际工程中,立交通道的设计除了要考虑最基本的几何线形约束,还应考虑额外的交叉约束、连接约束和既有结构约束,复杂且耗时。同时既有方法多依赖于人工决策,设计效率较低,实现在2个可变端点之间寻找工程造价最低的最优路径问题对于立交通道的线形优化具有显著作用。针对铁路沿线立交通道的线路优化,将立交通道施工成本作为目标函数,提出一种考虑与既有道路连接点和铁路交叉点均可变的铁路沿线立交通道线路优化模型。其次,提出一种基于距离变换的分层优化策略,将问题分解为非交叉段子优化和交叉端重组2个过程,削弱连接点与交叉点的耦合相互作用。最后,将计算机生成的解决方案应用到真实的立交通道项目中,与经验丰富的工程师人工设计方案进行比较,通过对结果数据的详细分析,其结果表明：与人工立交通道方案相比,利用分层优化策略生成的计算机方案可以将工程造价减少6.1%,有效减少了施工成本。可采用在2个可变端点之间寻找最优路径的方法来提高新建铁路沿线的立交通道设计效率。     

陇海线半径≤600 m曲线轨道加强措施技术方案

陇海线半径≤600 m曲线轨距、线形难以保持,上股钢轨侧磨严重,养护维修工作量大,其原因为列车通过曲线时对轨道产生额外横压。横压由导向力、未被平衡的离心力、轮径差道岔摩擦力组成。小半径曲线既有轨道结构强度不足,对不同半径曲线安装轨撑、调整轨距杆配置,分析评估不同配置情况下,轨道结构破坏情况及维修工作量变化,从而对陇海线既有轨道强化措施配置是否符合现场需要并对其改进措施提出可行性建议。研究结果表明:在小半径曲线优化轨道加强设备配置后,轨道强化效果显著,起到了保持轨道结构线形的作用,减少了养护维修工作量。     

基于遗传算法的铁路纵断面优化研究

针对铁路纵断面优化问题,基于遗传算法建立铁路纵断面优化模型。研究结论:在初始铁路纵断面方案基础上,基于遗传算法进行纵断面自动优化,可以提高优化速度和优化结果;以变坡点里程及设计高程为优化设计变量,依据对纵断面设计内涵的分析,构建了遗传算法的多目标适应度函数;在种群多样性评价的基础上,确定选择、交叉和变异算子操作概率的自适应调整方法;在纵断面优化理论的研究基础上,利用VC.NET和ObjectARX2006编制了基于遗传算法的纵断面优化程序。     

基于动态规划的铁路三维空间智能选线方法

分析国内外线路平纵优化设计的理论与方法,总结目前国内外相关研究的优点和存在的问题.将线路设计的最优化问题视为三维空间中的路线最优决策问题,提出一种基于动态规划的三维空间智能选线方法.这种方法通过建立三维空间网格模型,利用动态规划法在静态已知的环境下搜索出满足约束条件的全局最优线路方案,利用双向动态规划策略,最终得到按代...     

对既有线提速改造的思考

研究目的：本次研究的目的是使既有线提速设计更加完善，决策更加正确，减少设计与施工中不必要的失误。 研究方法：综合多条既有线提速改造勘测设计，配合施工中的经验、教训、体会，参考国外高速铁路的资料及国内试验成果，提出既有线提速改造中值得借鉴的成功经验和需要吸取的教训。 研究结论：（1）正线数目的选择及最小曲线半径的确定，直接牵涉到项目的投资大小和经济效益；（2）提速改造时，封闭客货运量较小的车站可节省运营成本；（3）对既有桥梁可通过动载试验确定是否予以加固利用；（4）根据国外高速铁路的线间距及胶济线列车交会试验表明：我国规范规定的线间距相对较为保守；（5）线路拨距时，对桥墩台采用绑宽技术，可避免既有桥拆除改建及过渡工程。     

车底需要数最少的旅客列车始发范围优化模型

研究目的:在归纳旅客列车始发时间范围影响因素和介绍客车车底需要组数确定方法的基础上,深入分析旅客列车始发时间域与车底需要数之间的相互关系,进而建立车底需要数最少的旅客列车始发时间域优化模型,并提出传统方法与启发式方法相结合的求解算法,为确定车底需要数最少的客车开行方案提供决策依据。研究结论:(1)客车车底需要数是衡量铁路旅客列车开行方案优劣的重要指标,且会在很大程度上影响到铁路客运的运营成本和运营效益,而旅客列车始发时间域则是决定车底需要数的重要因素;(2)以车底在配属站和折返站停留总时间最少为目标建立优化模型,可得到车底需要数最少的旅客列车始发时间范围,对优化旅客列车开行方案具有一定的实际意义。     

阳安铁路增建第二线山区地质选线

近年来随着我国山区铁路的大量修建,山区铁路地质选线的重要性日益凸显。阳安铁路是典型的山区铁路增建第二线项目,该项目进行地质选线对于降低后期勘察设计难度、减少投资、降低后期维护费用等方面起决定性作用。针对既有河谷线地段,增建第二线线路穿越区域性大断裂等工程地质问题,采取何种地质选线的技术原则进行研究。研究结论:(1)本次地质选线过程中,综合采用遥感解译、地质调绘、钻探、试验等勘探方法,查清沿线的工程地质条件;(2)对线位比选起决定性作用的工程地质条件主要是断层、滑坡等不良地质,线路通过断层应以大角度、简单工程通过,其余不良地质应以绕避为主;(3)在充分总结汲取山区铁路综合选线技术经验的基础上,提出地质选线、定线原则;(4)通过对阳平关至响水、西乡至石泉、石泉至池河三段线路方案的比选,得出推荐方案。     

考虑动车组周转和到发线运用的高速铁路列车运行图优化方法

以列车在车站的作业时间、动车组在终点站的接续时间和车站到发线数量为约束条件,以列车旅行时间和动车组接续时间最小化为目标函数,建立高速铁路列车运行图综合优化模型.模型求解算法主要采用了4种关键技术:以定序列车运行图优化方法化解列车作业时间冲突,以交换列车到发顺序化解到发线冲突,通过保持到发线运用紧张时段的列车到发顺序防止产生新的到发线冲突,运用匈牙利算法求解以动车组最小接续时间为目标的动车组周转方案.算例分析表明,运用给出的模型和算法能够达到整体优化高速铁路列车运行图的目的.     

CTCS-2在城际铁路中的适应性研究

研究目的:在城际铁路技术标准尚未形成的前提下,提出将CTCS-2应用于城际铁路信号系统的设计思路,为城际铁路列控系统体系构建提供参考。研究结论:(1)对CTCS-2体系进行优化和少量改造,可满足城际铁路的运输需求,将CTCS-2应用于城际铁路方案可行。(2)对CTCS-2的优化方案:将CTCS-2应用于城际铁路,由于站间距较小,工程投资较大,采用多站合用一套联锁设备和列控中心设备的方式,可有效降低工程投资。(3)改造方案:通过增加车载ATO单元和少量地面应答器,对CTCS-2的地面和车载设备进行适当改造,能够实现ATO相关功能。     

基于遗传算法的区间自动闭塞信号机布局优化方法

信号机布局是区间自动闭塞设计的重要任务,它直接影响铁路行车安全和运行效率。为高效地提出高质量的布局方案,在详细分析信号机布局工作的目标和各种影响因素的基础上,提出了两种不同目标下的优化模型。根据目前铁路设计的实践,探讨了利用计算机进行信号机布局工作的基本步骤和应用遗传算法求解该模型的方法,并在列车运行模拟系统的基础上开发了一套信号机布局辅助系统。通过对一条线路的信号机布局进行研究,结果表明采用遗传算法求解信号机布局优化问题是有效的,该辅助系统可在无人工干预的条件下获得良好的布局方案,从而提高信号机布局工作的效率和质量。     

模糊性综合评价在铁路选线中的应用

研究目的:本文作者在长期从事山区铁路地质选线的基础上,将模糊性综合评价引用到工作中,用于指导铁路选线工作.研究结论:本文通过对影响因子的识别、度量,采用模糊性综合评价法对方案进行决策,并将这一方法应用于工程实际中,对铁路选线具有较好的指导意义;从工程实例可以看出,相同评价因子随着阶段的深入,对影响因子的认识的逐步清晰与细化,其结果会有不同;本文仅对两方案比选做了初步尝试,该方法也适用于多方案比选.     

高速铁路桥梁雷达非接触测试技术研究

研究目的:我国高速铁路已超过3万公里,桥梁里程占比较大,桥梁数量众多、桥型多样、结构复杂,未来将面临大规模的检测和养护任务。因高速铁路的封闭式运营,桥梁检测的安全性及时效性要求较高,亟待研究发展线外远程非接触的测试技术,为高速铁路安全运营提供技术保障。研究结论:(1)差分干涉微波雷达具有连续、动态、远距离非接触和全天候、全天时等优点,能对高速铁路桥梁的结构参数进行在线监测;(2)在保证铁路正常运营的条件下,在线路外对武汉天兴洲长江大桥拉索频率以及铁路层桥面动态挠度进行了监测,取得了较好的效果,具有推广借鉴意义;(3)雷达对多根拉索的中部动态形变同步进行有效测试,振动信号显著及频率分辨率高,不仅能够提取拉索本身各阶频谱,而且能够准确提取桥梁结构整体的模态频率;(4)雷达测试技术可广泛应用于高速铁路桥梁结构力学参数的在线诊断,对结构的健康状态进行评估。