[發明專利]一種既有鐵路平面線位整體重構設計方法

有效

• 申請號: 201710891835.4
• 申請日: 2017-09-27
• 公開（公告）號: CN107609300B
• 公開（公告）日: 2018-12-14
• 發明（設計）人: 蒲浩;張洪;李偉;彭先寶;王雷;李帥;周雨
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06K9/62
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 楊萍

本發明公開了一種既有鐵路平面線位整體重構設計方法，首先依據各測點切線方位角變化率識別測點所屬的線元類型，進行測點的初始聚類；然后基于各線元點群內測點數目調整初始聚類線元點群；再基于各圓曲線段兩端直線的交點位置，進一步調整線元點群；再迭代計算，逐步識別并調整直線線元點群和圓曲線線元點群中的緩和曲線線元測點，使線元點群中的測點數目達到穩態，實現三種線元測點的最終聚類，并擬合局部線位；最后連接各局部線位形成初始整體擬合線位，并對擬合線位進行優化，得到最終的既有鐵路平面線位重構方案。本發明可以精準識別不同類型的線元測點，并可從全局角度整體優化擬合線位，實現既有鐵路平面線位的整體快速重構。

技術領域

本發明涉及鐵路設計方法，具體涉及一種既有鐵路平面線位整體重構設計方法。

背景技術

鐵路是國家重要的基礎設施，是國民經濟的大動脈，在我國經濟和社會發展中起著重要的作用。隨著我國鐵路由普速向高速發展、鐵路線路設計標準的大幅提升，其維修、改建任務也隨之快速增長。鐵路在經過列車長期行駛和公務養護維修之后，其平面線形會發生一定程度的變化，具體表現為線路的直線部分發生彎曲，曲線部分的偏角、緩和曲線長、圓曲線半徑等平面線形參數與原設計不完全相符，不再是標準的鐵路線形。因此，無論是既有鐵路的養護維修，還是增、改建設計，都需要首先對既有鐵路平面線位進行重構，使其恢復到標準的線路線形。

傳統的既有鐵路平面線位重構方法主要有繩正法、偏角法、坐標法等。但隨著列車運行速度和密度的提高，以及運營安全管理措施的加強，在軌道上的測量工作時間日益受到限制。針對這一問題，國內外學者提出了基于衛星和慣性測量技術的鐵路平面線位重構方法。該方法采用衛星和慣性測量技術快速獲取鐵路平面線位三維坐標點，然后通過最小二乘原理擬合重構鐵路平面線位，使得測點距擬合平面線位的距離平方和最小。而鐵路平面線形由線元組合合成，但線元分為直線、圓曲線、緩和曲線三種類型，擬合不同類型線元的回歸方程不同，因此進行擬合計算前需對不同線元類型的測點進行聚類。

現有的測點聚類方法分為輔助聚類和自動聚類兩種。輔助聚類方法效率低，不能滿足高密度、大數據量的快速計算要求。自動聚類則主要為基于測點曲率的單次聚類，在噪聲較多的情況下常常無法準確識別測點線型，導致線元聚類錯誤，且由于緩和曲線線元測點特征介于直線線元測點和圓曲線線元測點之間，現有方法僅可實現直線線元測點聚類和圓曲線線元測點聚類，難以進行緩和曲線線元測點聚類。此外，現有鐵路平面線位重構僅考慮局部線位的最優擬合，未從全局角度考慮整個線路的最優擬合。因此，迫切需要一種精準的測點聚類方法，以及全線整體擬合方法，實現既有鐵路平面線位的整體重構。

發明內容

針對現有既有鐵路平面線位重構方法中存在的問題，本發明提出一種既有鐵路平面線位整體重構方法，可以精準識別不同類型的線元測點，實現直線、圓曲線、緩和曲線三種線元測點的準確聚類并可從全局角度整體優化擬合線位，實現既有鐵路平面線位的整體快速重構。

本發明的技術方案為：

一種既有鐵路平面線位整體重構設計方法，包括以下步驟：

S₁：將測點按照其里程進行排序；

S₂：將起始測點和終止測點的切線方位角變化率設為0，依次計算起、終點間各測點的切線方位角變化率ζ，比較各測點方位角變化率ζ和方位角變化率閾值r，以識別測點所屬的線元類型：當ζ<r時，測點為直線線元測點；當ζ≥r時，測點為圓曲線線元測點；將相鄰的屬于同種線元類型的測點聚類為一個點群，從而實現測點的初始聚類，得到初始聚類線元點群集合Q⁽¹⁾，其中包括多個直線線元點群和多個圓曲線線元點群；

S₃：遍歷線元點群集合Q⁽¹⁾，依據各線元點群中的測點數目初步調整初始聚類線元點群；