铁路既有线复测平面曲线优化方法

利用坐标法进行铁路既有线复测后,根据测量曲线的连续大地坐标点系,通过合理的方式对既有线线路进行优化计算是一项十分重要的工作。在讨论平面曲线特征分界点判别依据的基础上,分析基于圆曲线最小二乘拟合计算模型的原理及其不足;通过建立夹直线、缓和曲线和圆曲线的调整量计算模型,提出以夹直线的最小二乘拟合为切入点,以曲线调整量最小为优化目标,以圆曲线半径、缓和曲线长为优化参数,建立平面曲线调整量优化模型,利用夹直线的连续性对连续多段平面曲线实现一次性优化计算;采用定步长迭代方法进行优化模型求解,通过优化计算得到既有线各曲线要素特征值及各测点的调整量。计算实例表明:优化模型算法简单、有效,适用于各类平面曲线,并在大曲线半径上有效避免了圆曲线最小二乘拟合法存在的病态结果。     

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。     

坐标法曲线整正计算方法探讨

针对传统的既有线平面测量方法所存在的缺陷，探讨了采用坐标法进行铁路既有曲线整正计算的方法，重点介绍了坐标法测点的里程和拨量计算原理以及曲线参数优化计算方法。本方法比曲率判断法更为准确，比拟合圆心算法更简单、更容易掌握，因此测量效率可成倍提高。     

铁路既有线测量及设计一体化模式研究

从获取既有线的数学理论中线为出发点,对既有线外业测量方案、内业数据处理整套方案进行研究,采用最小二乘拟合法获取直线理论坐标;将理论坐标作为测点纳入曲线查定,获取曲线要素;采用逐渐趋近法,获取中桩对应的理论中线里程及拔道量;采用归化里程法,计算整数理论里程,内插其高程,获取理论中线水平单,实现里程、坐标的一一对应关系,满足利用CPⅢ进行轨道铺设及铁路既有线测量、设计一体化的要求。     

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。     

铁路既有线测量设计一体化技术的研发与实践

针对既有线常规测量方式不能重构既有线、提供中线理论坐标,无法满足CPⅢ铺轨的问题进行研究。采用兼顾轨道平顺性的最小二乘拟合优化法、拟合理论直线边构架既有线理论中线的控制桩法、基于设计要素阀值的曲线整正法、利用法向趋近重合法计算测点中线理论里程、归化里程获取设计接口数据法重构既有线。研制"全站仪数据自动采集系统"以及"既有线勘测设计一体化处理系统",实现提供既有线设计中线理论坐标的目标,形成从外业测量到内业自动化设计的一套完整的理论方法与技术体系,经工程验证后得到推广应用。     

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。