基于方向加速法的铁路既有线平面重构优化算法

为量化既有线平面重构成果,建立以圆曲线半径,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平方和为因变量的平面重构评价函数.考虑该函数为多元隐函数的特点,提出基于方向加速法优化求解评价函数极小值及其对应自变量的平面重构算法.并探讨优化求解过程中圆曲线半径,前、后缓和曲线长度初始值选取,规范中相关约束条件的引入问题.通过实例分析,证明该算法重构效果明显优于传统偏角法,完全满足工程实际要求.     

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...     

土耳其250km/h客货共线铁路缓和曲线长度的确定

研究目的:土耳其东西铁路干线拟按180～250 km/h速度目标值、客货共线混跑铁路标准建设,而目前国内尚无时速200 km以上的客运共线铁路标准,本文重点研究时速250 km客货共线铁路不同曲线半径条件下平面缓和曲线长度的合理取值。研究结论:(1)250 km/h客货共线铁路的缓和曲线长度要综合考虑未被平衡的横向加速度时变率和超高时变率;(2)在曲线半径一定时,速度越高,则超高越大;高速列车行车速度一定时,设计超高值是决定缓和曲线长度的主要因素;(3)250 km/h客货共线铁路要同时兼顾高、低速列车的安全性和舒适度,设计超高值较时速250 km的客运专线小,缓和曲线长度较短。     

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...     

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。     

地铁站端平面曲线布置与设计速度关系研究

地铁设计规范中对缓和曲线进入有效站台长度未做详细规定,仅根据车辆与站台门间隙控制计算得出曲线进站处的最小曲线半径,但未考虑曲线超高限速的影响。基于规范中规定的车站站台有效长度范围内曲线超高不应大于15 mm,推导出缓和曲线进站长度与曲线超高限速对应关系的公式,并结合行车牵引计算,应用推导的公式进行方案比选研究。在线路平面设计过程中,缓和曲线进入有效站台首先应满足车辆与站台门间隙的要求,其次应结合缓和曲线进站长度与曲线超高限速对应关系的公式以及行车牵引计算结果,合理配置半径及缓和曲线,尽量降低或避免曲线超高限速的影响。     

客运专线超高对曲线半径及缓和曲线长度的影响

研究目的:客运专线车站附近曲线上通过列车的速度差值较大,超高设置与行车的舒适度关系密切,直接影响到曲线半径及缓和曲线长度的选择.采用较大半径的曲线可以避免列车舒适度差的问题,但车站往往位于受条件限制的人口密集的城市范围,采用较小的曲线半径具有减少拆迁量等优势.通过对曲线半径、缓和曲线长度、超高设置进行综合分析,对客运专线车站两端曲线半径、缓和曲线长度的选择提出一些合理建议.研究结论:车站两端的曲线半径应结合地形条件合理选择,并进行最低行车速度检算.在地形条件许可的条件下,宜采用11 000～12 000 m曲线半径;缓和曲线长度宜采用规范规定的最大长度;若考虑预留提速条件,11 000～12 000 m曲线半径地段缓和曲线长度宜分别加长30 m.     

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。     

绳正法拨距优化计算方法的研究及应用

利用不同半径和缓和曲线长度进行组合,比较其拨距的绝对值和的大小,找出拨距绝对值和最小条件下对应的最优拨距。为了分析拨距与曲线半径、缓和曲线长度之间的关系,将优化出的半径和缓和曲线长度进行适当的调整,计算调整后的曲线的拨距值。计算结果表明:此种优化方法在不用调整计划正矢的情况下,直接满足曲线整正的原则,将优化结果和调整缓和曲线长度和半径后的拨距值进行比较,验证了计算结果是最优的,且优化出的半径和缓和曲线长度与曲线既有的要素比较接近,能较好地满足现场对曲线整正的要求,尤其对三无曲线和无缝线路地段曲线更为适用。     

高速及超高速磁悬浮线路平面设计参数研究

超高速磁悬浮作为一种新兴的交通工具,正在逐步从理论研究向试验验证阶段发展。本文从磁悬浮轨道交通的原理和特点等方面出发,对比分析了高速磁悬浮和超高速磁悬浮交通的制式差异和线路平面参数取值差异,并且用动力学仿真手段对其进行了验证。首先,从高速磁悬浮现行规范和超高速磁悬浮研究资料出发,分析了最小曲线半径和最小缓和曲线长度的影响因素和计算方法,得到不同速度下的平面参数取值;随后,运用车辆-线路系统动力学仿真手段计算了动力学指标与曲线半径和缓和曲线长度的关系。研究结果表明：超高速磁悬浮设计速度为1 000 km/h时,最小圆曲线半径取18 800 m、最小缓和曲线长度取1 340 m较为合理。     

平竖曲线重叠地段线形参数对米轨车辆动力特性的影响

为合理确定山区米轨铁路平竖曲线重叠地段线形参数,基于动力学理论建立米轨车辆—线路动力学模型,分析山区米轨铁路线路平竖曲线重叠地段的竖曲线形式、竖曲线半径、圆曲线半径等变化对车线系统动力特性的影响。结果表明:平竖曲线重叠地段采用凸形竖曲线形式相较于凹形竖曲线形式列车的动力通过性能更好;平竖曲线重叠设置对乘坐舒适性的影响最大,对行车安全性及轮轨作用力影响相对较小;竖曲线半径变化主要影响车体垂向加速度,当竖曲线半径增至10000 m后,对车体垂向加速度影响较小;平面圆曲线半径变化主要影响车体横向加速度,当平面圆曲线半径大于2000 m后,对车体横向加速度影响较小。     

中法城市快速路参考速度相关几何特性的差异比较研究

结合近年在海外道路工程设计方面的经验,对比阐述中国与法国规范关于城市快速路参考速度相关几何特性的异同。通过对市政快速道路的定义、圆曲线半径、超高、缓和曲线、纵坡、竖曲线和行车视距的对比研究表明:法国规范限制性条文较少,多数设计指标限值不同程度有所放宽,而对于行车安全视距要求高。差异的主要原因是客观环境下参数取值以及设计理念、方法有别,相对于我国规范的面面俱到和操作性强的特点,法国规范总体要求比较灵活和宽松,设计者可有更大的发挥空间。     

高速铁路站场岔后曲线参数优化研究

研究目的:高速铁路站场设计标准与常规铁路站场有很大区别,站场岔后曲线应满足较高的列车通过速度,以满足站场接发列车能力.本文采用车线动力分析方法研究高速铁路站场岔后曲线插入段和缓和曲线长度对行车动力性能的影响规律,探讨站场岔后曲线参数合理取值,为高速铁路站场设计参数提供理论依据.研究结论:根据舒适度条件,给出了不同通过速度条件下岔后曲线半径与超高匹配关系,以及不同岔后曲线半径条件下缓和曲线长度取值;对岔后曲线插入段和缓和曲线长度优化研究表明:通过岔后曲线夹直线长度应尽量避免取夹直线上车辆第一周期峰值衰减距离与定距之和,对于1200 m曲线,其夹直线不宜选取30 m;岔后缓和曲线长度超过50 m时,对车辆舒适性的改善不再明显.     

中国与澳大利亚公路几何设计主要技术指标对比分析

结合斯里兰卡南部高速公路设计实例,阐述中国及澳大利亚两国规范关于公路几何设计指标选取的异同。通过对公路基本标准、平曲线半径、超高、加宽、缓和曲线、纵断面纵坡、竖曲线以及线形组合设计的对比研究表明:澳洲规范对于净空和视距要求高,竖曲线最小半径较大,其余指标限值比我国有不同程度降低。差异的主要原因是客观环境下参数取值以及设计理念、方法有别,相对于我国规范严谨性和操作性强的特点,澳洲规范总体要求比较灵活和宽松,设计者可有更大的发挥空间。     

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。     

高速磁浮最小曲线半径及缓和曲线长度研究

研究目的:线路参数的确定是磁浮交通系统关键技术研究内容中的重要环节。本文基于行驶动力学理论,从旅客舒适度角度出发,对时速600 km高速磁浮线路最小曲线半径和缓和曲线长度进行初步研究。研究结论:(1)当线路横坡角小于10°时,平面缓和曲线最小长度主要受最大侧向冲击控制,横坡角继续增大后,则取决于最大横坡扭转率;(2)按横坡角最大值为8°考虑,建议一般和困难情况下最小平曲线半径分别取值11 650 m和10 550 m,缓和曲线最小长度取值670 m;(3)竖向曲线半径和缓和曲线长度的确定应区别考虑凹曲线和凸曲线,最小凹、凸曲线半径取值分别高达24 000～48 000 m、51 000～62 000 m,竖缓和曲线最小长度取值100～335 m;(4)本研究成果可为高速磁浮铁路选线设计提供一定的参考依据和数据支撑。     

线路平面设计中如何作好最小半径曲线的缓和曲线配搭

通过对最小曲线半径的影响因素及缓和曲线长度确定的分析，就线路平面设计中（尤其在既有线改建和增建二线时）如何结合行车速度和地形条件，合理选配最小半径曲线的缓和曲线长度，以达到节省工程的目的。     

齿轨铁路的线路设计参数研究

以张家界七星山观光火车项目为研究背景,在参考传统轮轨线路计算理论的基础上,根据齿轨车辆与齿轨线路空间线形的匹配关系,结合齿轨车辆运行的安全、平顺和舒适度要求,从静态计算角度初步拟定了齿轨铁路的线路主要平纵断面设计参数,提出了齿轨线路圆曲线、缓和曲线、线间距、最大坡度、竖曲线、坡段长度的建议取值范围,可为我国齿轨铁路建设和拟定相关技术标准提供参考.     

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。