[發(fā)明專利]一種復(fù)雜環(huán)境鐵路多目標(biāo)智能綜合選線方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011373639.6
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112487695B
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蒲浩;宋陶然;李偉;胡建平;胡光常;張星宇;熊佳興;張洪;劉威;梁策;楊威
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué);中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司;中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司;中國國家鐵路集團(tuán)有限公司
• 主分類號: G06F30/25
• 分類號: G06F30/25;G06N3/00
• 代理公司: 湖南天地人律師事務(wù)所 43221
• 代理人: 楊萍

本發(fā)明公開了一種復(fù)雜環(huán)境鐵路多目標(biāo)智能綜合選線方法，包括以下步驟：建立復(fù)雜環(huán)境下泥石流、滑坡、崩塌三類典型地質(zhì)災(zāi)害對于鐵路線路危險性的量化計(jì)算模型，并將車線動力學(xué)引入線路優(yōu)化，提出了鐵路乘車舒適度量化評估模型，進(jìn)而構(gòu)建綜合考慮線路工程費(fèi)用、線路地質(zhì)災(zāi)害危險性、線路乘車舒適度的鐵路線路多目標(biāo)優(yōu)化模型；基于粒子群算法搜索多目標(biāo)優(yōu)化模型的解，并結(jié)合邊界效益法和擁擠度算法構(gòu)建粒子群的多目標(biāo)迭代進(jìn)化機(jī)制，得到鐵路線路多目標(biāo)綜合優(yōu)化解，即優(yōu)選的線路方案。本發(fā)明能提升鐵路線路設(shè)計(jì)效率及質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鐵路線路設(shè)計(jì)方法，具體涉及一種復(fù)雜環(huán)境鐵路多目標(biāo)智能綜合選線方法。

背景技術(shù)

鐵路是我國的重要基礎(chǔ)設(shè)施和國民經(jīng)濟(jì)大動脈，而鐵路線路設(shè)計(jì)是從源頭上保證鐵路經(jīng)濟(jì)、安全與舒適的核心關(guān)鍵。我國鐵路建設(shè)重點(diǎn)從中東部平原向西部山區(qū)轉(zhuǎn)變，面臨地形地質(zhì)復(fù)雜、災(zāi)害頻發(fā)等環(huán)境；鐵路運(yùn)輸由普速向高速發(fā)展，對于乘車舒適性的要求不斷提高。這些變化使得復(fù)雜環(huán)境下的鐵路多目標(biāo)綜合選線難題日益凸顯。

自20世紀(jì)60年代至今，國內(nèi)外學(xué)者針對鐵路線路智能優(yōu)化問題開展了大量研究，線路優(yōu)化對象從二維的線路平面優(yōu)化或縱斷面優(yōu)化，發(fā)展為三維空間的平縱面整體優(yōu)化；搜索算法從早期的解析數(shù)學(xué)算法，逐漸提升為以粒子群、遺傳算法等為突出代表的智能啟發(fā)式搜索；研究重點(diǎn)也由早期的人工模擬數(shù)值案例，過渡到真實(shí)平原微丘案例，并在近幾年開始探索復(fù)雜艱險環(huán)境線路優(yōu)化問題。綜觀當(dāng)前線路優(yōu)化成果，多集中于以經(jīng)濟(jì)目標(biāo)為主的單目標(biāo)優(yōu)化研究，目的為自動產(chǎn)出綜合費(fèi)用最低的線路方案。然而，隨著我國鐵路建設(shè)向縱深發(fā)展，復(fù)雜環(huán)境下的線路設(shè)計(jì)過程需實(shí)現(xiàn)節(jié)約鐵路建設(shè)成本、規(guī)避地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險、滿足旅客乘車舒適度的綜合性目標(biāo)，現(xiàn)有以經(jīng)濟(jì)為主的單目標(biāo)優(yōu)化方法無法在線路搜索過程中權(quán)衡經(jīng)濟(jì)、安全、舒適等目標(biāo)，并產(chǎn)出多目標(biāo)綜合協(xié)調(diào)的最優(yōu)解，難以適用于復(fù)雜環(huán)境鐵路選線實(shí)踐。

因此，有必要提供一種復(fù)雜環(huán)境鐵路多目標(biāo)智能綜合選線方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種復(fù)雜環(huán)境鐵路多目標(biāo)智能綜合選線方法，能提升鐵路線路設(shè)計(jì)效率及質(zhì)量。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

一種復(fù)雜環(huán)境鐵路多目標(biāo)智能綜合選線方法，包括以下步驟：

構(gòu)建綜合考慮線路工程費(fèi)用、線路地質(zhì)災(zāi)害危險性、線路乘車舒適度的鐵路線路多目標(biāo)優(yōu)化模型；

求解多目標(biāo)優(yōu)化模型，得到鐵路線路多目標(biāo)綜合優(yōu)化解，即優(yōu)選的線路方案。

進(jìn)一步地，所述鐵路線路多目標(biāo)優(yōu)化模型包括線路地質(zhì)災(zāi)害危險性評價目標(biāo)函數(shù)：

其中，F(xiàn)_Hazard為一個線路方案對應(yīng)的線路地質(zhì)災(zāi)害危險性評價目標(biāo)函數(shù)值，N、M、U分別為相應(yīng)線路方案中位于泥石流、滑坡和崩塌區(qū)域的線路樁點(diǎn)數(shù)量；Q為相應(yīng)線路方案中隧道數(shù)量；H_Dn為相應(yīng)線路方案中處于泥石流區(qū)域的第n個樁點(diǎn)位置的地質(zhì)災(zāi)害危險值；H_Lm為相應(yīng)線路方案中處于滑坡區(qū)域的第m個樁點(diǎn)位置的地質(zhì)災(zāi)害危險值；H_Ru為相應(yīng)線路方案中處于崩塌區(qū)的第u個樁點(diǎn)位置的地質(zhì)災(zāi)害危險值；H_Pq為相應(yīng)線路方案中第q個隧道洞門的懲罰值；

F_Hazard的計(jì)算過程如下：

將相應(yīng)線路方案轉(zhuǎn)化為一系列連續(xù)樁點(diǎn)，根據(jù)地理信息確定N、M、U，以及各樁點(diǎn)位置的山地災(zāi)害易發(fā)性權(quán)重S_W；利用數(shù)字高程模型內(nèi)插得到各樁點(diǎn)位置的地表高程值，由此確定各樁點(diǎn)位置的結(jié)構(gòu)物類型，從而確定各樁點(diǎn)位置的結(jié)構(gòu)物易損性權(quán)重V_W以及Q值，再通過下式計(jì)算各樁點(diǎn)位置的地質(zhì)災(zāi)害危險值H：

H＝S_W·V_W