铁路既有线曲线整正方法的探讨

目前铁路曲线常用的整正方法主要有绳正法(正矢法)、偏角法、坐标法.结合现场的施工经验对这三种方法的优缺点及使用情况进行了讨论,指出各方法适合的作业范围,供工务维修参考.     

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。     

铁路既有曲线混合约束非线性最优化整正研究

本文针对既有铁路曲线整正后无缝线路锁定轨温变化给维修作业带来的不便,将轨道长度不变作为一种约束条件,考虑半径和缓和曲线长度在允许范围内取整要求,并结合各控制点拨道量限制条件,提出基于混合约束最优化模型计算曲线整正的方法。首先由曲率图对铁路线形概略分段,选取圆曲线段测点坐标,然后利用几何重心法计算曲线初始几何要素,最后以拨道量的平方和最小为目标函数,建立混合约束的非线性最优化模型;利用计算机语言Python自主编程计算兰新线某段拨道量值,并与传统拨道量计算值进行比较。研究结果表明：（1）可将轨道几何长度不变作为约束条件,且满足半径和缓和曲线长度取整的要求;（2）测点拨道量平方和和绝对值均比传统拨道量计算值好;（3）该模型能够满足客货共线、重载铁路以及铁路大提速既有曲线整正。     

利用坐标法整正长大直线线路的计算方法

目前线路维修大修单独对铁路长大直线线路整正方法,常用的有直接绘图的CAD查询法、目测法、激光法等,由于传统整正方法存在精度低、线路导线无法贯通、效率低等缺陷,不能适应线路维修普遍采用的大机全面捣固精确养护。因此提出采用坐标法对长大直线整正进行研究,通过实际验证,该方法具有精度高,理论严谨、效率高,能够计算拨后线路长度伸缩量等优点,能满足线路养护大机全面捣固养护的需要。     

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。     

既有线曲线整正应注意的几个问题

在铁路跨越式发展的今天，通过改造既有线，提高线路的平面和纵断面标准，达到提速的技术标准是可行的．在既有线改造中，首先要对既有曲线的现状有一个充分、准确的了解——整正既有曲线．如何规范、提高既有曲线整正的精度是我们当前面临的一个重要课题。本文从曲线整正的测量方法与计算两个方面进行了阐述．     

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。     

曲线整正中曲线半径取整对拨量的影响

分析曲线整正中零碎半径产生的原因，推导曲线半径取整所增加的曲线拨量计算公式，据此结合线路实际地形条件确定曲线半径取整的幅度。     

整正既有曲线优化计算方法研究

整正既有曲线拨距计算的主要内容是根据外业累计偏角法测得的原始数据 ,通过使各测点整正拨距的平方和为最小的优化原理 ,综合应用角图图解法和角图解析法的方法 ,自动选配整正曲线的半径和缓和曲线长。因而避免人为的确定缓和曲线长再推算曲线半径的反复试算过程。     

既有线更换道岔后连接曲线的设置与拨量计算

在第六次大提速期间，通过既有线更换道岔后连接曲线的设置与拨量计算的方法完成了10个站场22条曲线的重新设定和改造，在确保施工顺利完成的同时，有效的减少了拨道工作量，提高了施工效率。     

铁路既有线曲线复测计算方法

为提高计算精度和速度,研究利用坐标法和最小二乘法进行铁路既有线曲线复测的计算.首先利用坐标法计算各测点的坐标,再计算正矢,然后根据正矢的变化规律选定圆曲线上的测点,用最小二乘法拟合出既有线圆曲线的半径和圆心坐标,并以拨正量最小为优化目标,优化圆曲线半径及圆心,进而计算出缓和曲线的长度、各测点的拨正量、特征点的里程和坐标等.实例计算表明:在铁路既有线曲线复测计算中,坐标法和最小二乘法结合使用,不仅克服了基于渐伸线原理的传统近似计算方法存在的误差问题,提高了计算精度,拨正量小,而且能够实现一次性利用圆曲线上所有测点的坐标拟合出圆曲线的半径和圆心坐标.     

铁路既有曲线整正计算中基于坐标法的渐伸线误差分析研究

应用相关几何知识分析根据拨距计算拨后坐标以及利用公式计算渐伸线法拨后正矢的理论方法,提出将偏角法实测数据转化为坐标法需要的相关数据的方法,并且在采用相同的曲线半径及缓和曲线长度条件下,计算偏角法和坐标法各自的拨距值及其拨后正矢,将偏角法计算出的拨距值、拨后正矢和坐标法计算结果进行对比分析,从而可直观分析出运用渐伸线法计算出的拨距和拨后正矢的误差大小及规律。分析结果表明:渐伸线法计算的拨距误差和拨后正矢误差都与偏角的大小有关,渐伸线法用于大偏角曲线整正时,虽然其有一定的误差,但其计算精度可以满足曲线整正基本要求。     

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。     

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。     

浅析正矢法整正曲线存在的问题及解决途径

探讨了正矢法整正曲线存在的问题及,提出了曲线轨迹整正的方案。     

基于遗传算法的既有铁路曲线整正优化设计

在研究铁路既有线曲线整正优化设计时,提出运用遗传算法,把既有线半径和缓和曲线长作为变量形成初始方案群,建立适应度函数,在进行一系列遗传计算之后,在可行方案中选择最优解。结果表明,优化效果明显。     

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。     

岔后连接曲线的整正

为解决直股支距法、长弦矢距法等方法,在现场遇到表中未列半径查不出支距或矢距的难题,总结出一套简便易行的整正岔后连接曲线的方法。该法在拨道消除曲线鹅头后,先确定曲线起终点,归纳出各要素关系表;然后进行分段和分桩;之后进行计算起终点两侧桩点的计划正矢;计算完成后,即可按新参数进行拨道,实施岔后连接曲线的整正。经多次实践检验,都收到了良好的效果。