一种铁路线路纵断面线形拟合方法及系统与流程

本技术属于轨道交通，特别涉及一种铁路线路纵断面线形拟合方法及系统。

背景技术：

1、铁路驼峰是铁路编组站、大型货场的重要设施，其功能为实现货运列车的快速解编与分类，是保障整个铁路货运网络高效、顺畅、安全运转的关键。待解编列车由调机推送至驼峰，在车钩解挂后利用重力加速，之后沿不同股道下溜，并通过调速设备实现速度控制，最终溜至调车线上的目标位置。作为铁路系统内少数主动利用重力进行列车运行的设施，其线路状态、高程变化、坡道变化等对列车运行的安全至关重要。在日常运营中，长期的运行复合会导致驼峰的轨道线位发生一定的变化，如局部沉降、变坡点移位等，导致实际线形与设计线形存在一定的偏差。所以在驼峰的运营维修、技术改造作业中，需要对驼峰进行现场测量以获取准确的线路情况。现场测量的结果一般为大量的离散测量点，需要进一步进行拟合，以生成驼峰的实际线形。这一过程需要结合测量结果、驼峰线路布局、驼峰设计规范、设计改造要求等多方面要素对线形进行拟合。既有的拟合过程主要通过人工手动完成，将各离散测点连接为可平顺连接的一系列坡道。拟合过程的精度要求高，一般要求测点距离拟合线形的距离不超过3cm（厘米），困难情况下不超过5cm，需要大量的重复性尝试以满足距离限制，且经常需要对已经拟合的线形进行重新调整。以上对铁路驼峰进行精确线形拟合的过程需要大量的人工作业，亟需利用计算机的快速搜索和计算能力实现高效快速拟合。

2、既有铁路驼峰纵断面拟合过程主要由人工手动完成，基于计算机辅助设计等可视化设计工具设置或调整线位，通过若干直线的准确衔接实现测点的精确拟合。由于测点距离拟合线形的精度约束较高，拟合过程需要大量的调整，且不同股道的拟合结果之间存在关联，完成整个驼峰所有线路的纵断面拟合需要较长的时间。

3、中国专利cn112036490a公开了一种铁路纵断面线形的识别重构方法。采用分段聚类方法将测点分组，之后构建了整体线形误差方程，通过迭代方法求解模型以完成表示线形的参数矩阵的优化，优化目标为总抬落道量之和最小。论文《基于点线一致的既有铁路线路纵断面自动重构方法》(李伟、周雨等，铁道科学与工程学报，2019年第11期)公开了一种既有铁路纵断面的线形重构方法，采用曲率阈值法进行测点分组，之后建立面向测点分组的直曲自适应方法完成初始重构，然后对测点分组进行优化调整(点线一致性)，最终生成纵断面线形重构方案。

4、上述方法主要面向铁路线路的纵断面重构，实现了重构结果与实际测量结果误差的最小，但无法在铁路车站或驼峰等局部线网有效应用，原因如下：

5、1）未考虑精细化的刚性约束，铁路驼峰的纵断面拟合的误差仅允许极小的误差，以该误差作为优化目标不能保证刚性误差要求的满足。

6、2）未有效考虑变坡点的设置限制，一种既有铁路纵断面的线形重构方法仅提及了禁区限制，铁路驼峰存在大量道岔、减速器等设备，存在大量的不允许变坡位置，该影响必须考虑在纵断面的拟合中。

7、3）未考虑局部线网下的线路关系，铁路驼峰涉及若干条股道，不同股道之间通过道岔连接，不同股道的拟合过程中存在的关联在既有方案中没有涉及。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本技术提供了一种铁路线路纵断面线形拟合方法及系统，具有拟合效率高，自动化程度高的特点。

2、本公开的目的在于提供一种铁路线路纵断面线形拟合方法，包括，

3、构建驼峰及调车场的网络拓扑，生成线路拟合数据；

4、筛选生成的线路拟合数据中主线路上的中心测点，作为峰顶平台拟合的定位点；

5、基于生成的线路拟合数据和筛选出的主线路上的中心测点，对主线路上的峰顶平台进行纵断面拟合；

6、基于生成的线路拟合数据和主线路上的峰顶平台纵断面拟合结果，对非峰顶平台纵断面进行拟合；

7、将主线路上的峰顶平台与非峰顶平台的纵断面拟合结果进行整合，形成各股道完整的纵断面拟合结果。

8、可选地，构建驼峰及调车场的网络拓扑，生成线路拟合数据包括，

9、读入铁路驼峰测点数据集合与铁路驼峰及调车场的基本场景设定；

10、根据基本场景设定构建驼峰及调车场的网络拓扑，生成拟合边界、线路的拟合顺序和待拟合的线路；

11、建立各待拟合线路的测点序列，确定初始拟合的待拟合线路为主线路。

12、可选地，铁路驼峰测点数据集合按照股道划分，包括每条股道上各测点的里程、高程以及标记信息，其中，标记信息为测点的位置信息，包括测点处于道岔岔前接缝位置、道岔岔后接缝位置、减速器前后绝缘节的位置信息；

13、调车场的基本场景设定包括实际布置形式、股道编号、道岔编号及参数以及道岔连接关系。

14、可选地，根据基本场景设定构建驼峰及调车场的网络拓扑，生成拟合边界、线路的拟合顺序和待拟合的线路包括，

15、根据驼峰所在的站场线路数据，获取驼峰及调车场的网络拓扑数据，其中包括，

16、读取道岔集合及其参数，包括线路集合和道岔集合，线路集合包括拟合边界内所有的道岔间线路及拟合范围边界间的线路；道岔集合中的道岔包括道岔的型号、前长值、后长值、道岔方向、辙叉角、导曲线起点、导曲线终点、道岔的岔前连接线路为以及岔后连接线路集合为；

17、基于读取的道岔集合及其参数，计算道岔的岔心位置，其中，道岔的岔心位置为起点位置加上前长值；

18、通过道岔方向、岔前连接线路、岔后连接线路获取道岔与线路的连接关系，构建线路连接关系拓扑数据；

19、基于导曲线起点和导曲线终点，计算各道岔的禁止变坡区域，各道岔的禁止变坡区域为道岔起点至导曲线起点以及导曲线终点至道岔终点；

20、基于减速器的起点和终点，计算各减速器的禁止变坡区域，各减速器的禁止变坡区域为各减速器的起点至终点；

21、根据获取的驼峰及调车场的网络拓扑数据形成驼峰及调车场的网络拓扑；

22、根据形成的驼峰及调车场的网络拓扑和股道顺序，分解得到待拟合线路，包括，

23、对于每条股道，按照调车场向推送线路的方向进行搜索，直到搜索到已经被确定归属的区段为止，以道岔的起点为待拟合股道的起点；

24、定义第1条股道的待拟合线路为主线路，所有股道的待拟合线路中，仅主线路包含峰顶平台。

25、可选地，根据基本场景设定构建驼峰及调车场的网络拓扑，生成拟合边界、线路的拟合顺序和待拟合的线路还包括，

26、根据形成的驼峰及调车场的网络拓扑，拟合边界设定为以推送线路边界为起点，股道边界为终点，其中，

27、推送线路边界为推送线路的测量起点；

28、股道边界为各股道上最后一个减速器后方的绝缘节测点；

29、拟合顺序为由峰顶平台向两侧线路的拟合顺序。

30、可选地，筛选线路拟合数据中主线路上的中心测点包括，

31、基于主线路上的全部测点集合和相应测点的里程和高程坐标，计算各测点的坡度指标；

32、基于计算出的各测点的坡度指标，计算累计坡度指标；

33、选择计算出的累计坡度指标中最大的累计坡度指标所对应测点作为主线路的中心测点。

34、可选地，根据各测点的里程和高程坐标计算各测点的坡度指标：

35、

36、式中，表示测点，，和分别表示测点的里程和高程坐标；

37、累计坡度指标：

38、

39、式中，

j为测点序号。

40、可选地，基于生成的线路拟合数据和筛选出的主线路上的中心测点，对主线路上的峰顶平台进行纵断面拟合包括，

41、基于中心测点的位置，对平坡的两个变坡点的里程进行搜索优化，获取平坡的坡参数；

42、基于获取的平坡的坡参数，分别对平坡两侧的斜坡的终点里程进行搜索优化，获取斜坡的坡参数；其中，平坡的变坡点为斜坡的起点；

43、基于获取的平坡的坡参数和平坡两侧的斜坡的坡参数，生成峰顶平台的纵断面方案；

44、不断迭代平坡变坡点位置，重复以上步骤，获取多个峰顶平台的纵断面方案；

45、基于获取的所有的纵断面方案和预设条件，确定最终的纵断面方案作为峰顶平台的纵断面拟合结果。

46、可选地，基于中心测点的位置，对平坡的两个变坡点的里程进行搜索优化，获取平坡的坡参数包括，

47、两个变坡点为平坡的起点和终点，两个变坡点的搜索步长为；

48、判断两个变坡点里程之间的所有测点的最大高程差是否超过预设阈值，以确定平坡是否为可行平坡，其中，若不超过，平坡是否为可行平坡，否则，两个变坡点里程不可行，进行下一步搜索；

49、若存在可行平坡，确定平坡的高度，其中，平坡的高度为两个变坡点里程之间所有测点的高程的均值；

50、将平坡的高度以及两个变坡点的里程作为平坡的坡参数。

51、可选地，两个变坡点均需满足如下条件：

52、中心测点位于两个变坡点之间，或其中一个变坡点为中心测点；

53、变坡点位于整数里程点；

54、变坡点不能位于禁止变坡区域；

55、变坡点间的长度不短于最短坡长阈值，不超过最长坡长阈值。

56、可选地，基于获取的平坡的坡参数，分别对平坡两侧的斜坡的终点里程进行搜索优化，获取斜坡的坡参数包括，

57、对斜坡的终点里程进行搜索优化，搜索距离步长为；

58、基于斜坡起点和终点里程范围内的测点集合为，生成若干临时坡；

59、计算生成的若干临时坡中每一个临时坡对应的各测点的误差距离，选择所有测点误差距离均小于的临时坡，作为第一临时坡；

60、在第一临时坡中选择测点误差小于的测点数量最多的临时坡，作为最终临时坡；

61、将最终临时坡的参数作为斜坡的坡参数，计算所得两个最终临时坡和已知平坡的总长度，同时计算两个最终临时坡和已知平坡坡上的所有测点误差之和，将两个最终临时坡和已知平坡的坡参数、总长度以及总误差和记为1个峰顶平台的纵断面方案。

62、可选地，基于斜坡起点和终点里程范围内的测点集合为，生成若干临时坡包括，

63、遍历测点集合中的各测点，计算该测点与斜坡起点连线的坡度，作为斜坡的坡度；或，

64、对测点集合中的各测点应用最小二乘法，所得斜率作为斜坡的坡度：

65、

66、式中，表示测点集合中测点的数量。

67、可选地，基于获取的所有的纵断面方案和预设条件，确定最终的纵断面方案作为峰顶平台的纵断面拟合结果包括，

68、在所有的纵断面方案中选择总长度最长的方案作为峰顶平台的纵断面拟合结果；或，

69、若存在多个总长度相同的方案，则选择总误差和最小的方案作为峰顶平台的纵断面拟合结果。

70、可选地，基于生成的线路拟合数据和主线路上的峰顶平台纵断面拟合结果，对非峰顶平台纵断面进行拟合包括对非峰顶平台的待拟合坡进行拟合，具体包括，

71、设定待拟合坡的起点里程为既有坡的终点里程；

72、对待拟合坡的终点里程进行拟合搜索优化，获取待拟合坡的坡参数以及相应地待拟合坡方案；

73、对拟合坡的起点进行回溯，即向既有坡方向按一定搜索步长移动，当回溯后位置处于禁止变坡区域时，跳过当前里程并继续进行回溯，当越过既有坡上的既有测点时，结束回溯；

74、对每个待拟合坡的起点位置，获取一个相应的待拟合坡方案；

75、基于获取的所有的待拟合方案，确定最终待拟合坡方案作为待拟合坡的拟合结果。

76、可选地，拟合坡终点满足以下条件：

77、起点至终点范围内至少存在1个测点、终点不能位于禁止变坡区域以及终点距离起点的最大距离阈值为。

78、可选地，对每个待拟合坡的起点位置，获取一个相应的待拟合坡方案包括，

79、待拟合坡起点和终点里程范围内的测点集合为，生成若干临时坡；

80、计算生成的若干临时坡中每一个临时坡对应的各测点的误差距离，选择所有测点误差距离均小于的临时坡作为第一临时坡；

81、在第一临时坡中选择测点误差小于的测点数量最多的临时坡作为最终临时坡。

82、可选地，基于获取的所有的待拟合方案，确定最终待拟合坡方案作为待拟合坡的拟合结果包括，

83、在所有的待拟合坡方案中选择坡长最长的待拟合坡方案作为拟合结果，若存在多个坡长度相同的待拟合坡方案，则选择总误差和最小的待拟合坡方案作为待拟合坡的拟合结果。

84、可选地，基于生成的线路拟合数据和主线路上的峰顶平台纵断面拟合结果，对非峰顶平台纵断面进行拟合还包括确定待拟合坡的起点，其中，

85、已知同一线路的上一个坡的拟合结果，则上一个拟合坡的终点为待拟合坡的起点；

86、拟合主线路外的其他线路上的第一个坡，则以坡终点作为第一拟合起点、以道岔终点作为第二拟合起点；

87、拟合双推送线路的非主线路峰顶平台按照与主线路峰顶平台平行处理，直接取主线路相应区段的坡参数。

88、可选地，将主线路上的峰顶平台与非峰顶平台的纵断面拟合结果进行整合，形成各股道完整的纵断面拟合结果包括，

89、根据形成的驼峰及调车场的网络拓扑，按照线路的拟合顺序，依次对各股道自调车场向推送线路方向上的拟合结果进行读取，当股道间存在共同线路，读取任一股道线路上的拟合结果时，读取到其他股道线路的拟合结果时，以道岔起点作为其他股道线路上的坡道的划分点，从道岔起点向推送线路方向上读取相应的股道线路的拟合结果；

90、最终生成各股道整体的纵断面拟合结果，拟合结果包括股道的所有的坡道信息和道岔信息，其中，坡道信息包括起点、终点、长度以及坡度，道岔信息包括道岔起点、道岔终点、道岔中心以及道岔编号。

91、本公开的另一目的在于提供一种铁路线路纵断面线形拟合系统，包括，

92、数据采集管理与预处理模块，用于构建驼峰及调车场的网络拓扑，生成线路拟合数据；

93、驼峰中心测点选择模块，用于筛选生成的线路拟合数据中主线路上的中心测点，作为峰顶平台拟合的定位点；

94、峰顶平台拟合模块，用于基于生成的线路拟合数据和筛选出的主线路上的中心测点，对主线路上的峰顶平台进行纵断面拟合；

95、坡道拟合模块，用于基于生成的线路拟合数据和主线路上的峰顶平台纵断面拟合结果，对非峰顶平台纵断面进行拟合；

96、拟合结果生成模块，用于将主线路上的峰顶平台与非峰顶平台的纵断面拟合结果进行整合，形成各股道完整的纵断面拟合结果。

97、与现有技术相比，本技术具有如下优点：

98、基于铁路驼峰的实际测点数据，除了站场基本设定数据需要人工处理外，可实现驼峰以及调车场股道的自动化拟合，有效降低了人工手动拟合和调整的工作量，显著提高了铁路驼峰纵断面拟合的效率。

99、本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。