一种既有铁路平面曲线拟合的计算方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及铁路设计技术领域，特别涉及一种既有铁路平面曲线拟合的计算方法。
【背景技术】
[0002]既有铁路(已经建成通车的铁路)经过长期运营后会发生不规则变形，从而影响行车速度和行车安全。为了对既有铁路进行曲线整正，需要根据以各测点的拨距值的平方和最小或绝对值之和最小作为设计条件，拟合出最佳的平面曲线，并计算出各个点的拨距
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[0003]在现有技术中，通常采用偏角法和坐标法来进行平面曲线的拟合，其中，偏角法源于渐伸线法计算原理。在该方法中，由于是以弦长代替弧长，因此具有一定的近似性误差且没有理论严密的计算公式，所以使得误差具有隐蔽性。而相对于传统的渐伸线法，坐标法则具有理论严密、测量计算成果精度高等优点。但是，该方法对于数据点的间距以及数据采集格式有较高的要求，并且在对缓和曲线以及半径进行自动最佳匹配时，存在对半径和缓和曲线长的初始值依赖性较高、收敛速度慢、适用范围窄的等问题。
[0004]由此可知，现有技术中的既有铁路的平面曲线的拟合方法具有如上所述的缺点或问题，因此亟待提出一种更好的既有铁路的平面曲线的拟合方法。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明提供一种既有铁路平面曲线拟合的计算方法，从而可以自动、快速地拟合出最符合实际线形的平面曲线，而且收敛速度快、计算效率和计算精度高、适应性强。
[0006]本发明的技术方案具体是这样实现的:
[0007]一种既有铁路平面曲线拟合的计算方法，该方法包括:
[0008]步骤101，初始化既有线路的半径并确定最大迭代次数；
[0009]步骤102，根据所述初始化半径Rto和缓长L，在所述既有线路的预设第一范围内构造遗传算法的初始化种群；
[0010]步骤103，从当前种群中选取一条未计算过的曲线作为当前曲线，逐个计算所述当前曲线中的各个测点的拨距量；
[0011]步骤104，判断当前测点的拨距量Ai是否满足预设的迭代条件；如果是，执行步骤105 ;否则，执行步骤106 ；
[0012]步骤105，判断当前测点是否为当前曲线中最后一个未计算的测点，如果是，执行步骤106 ;否则，将下一个测点作为当前测点，计算当前测点的拨距量；返回执行步骤104 ;
[0013]步骤106，判断当前曲线是否为种群中最后一个未计算的曲线，如果是，执行步骤107;否则，返回执行步骤103;
[0014]步骤107，对于种群内剩余的每一条曲线，计算各个测点的拨距量的绝对值之和Σ ;以最小Σ为目标函数，选取新一代种群的最优曲线；
[0015]步骤108，判断当前迭代次数是否为最大迭代次数，如果是，输出所选取的最优曲线；否则，将所选取的最优曲线与上一代种群合并作为当前种群，并返回执行步骤103。
[0016]较佳的，所述初始化既有线路的半径包括:
[0017]根据既有线路中部预设的第二范围内的测点数据，采用最小二乘法初始化既有线路的半径，得到初始化半径Rto。
[0018]较佳的，所述预设的第二范围是(int(0.3*S) — int (0.7*S))；
[0019]其中，int表示取整操作，S表示所述既有线路的总长度。
[0020]较佳的，所述确定最大迭代次数包括:
[0021]以预设的第三范围作为半径搜索范围Sf，并设置搜索步长Sb;
[0022]根据所述半径搜索范围和搜索步长确定最大迭代次数N。
[0023]较佳的，根据如下所述的公式确定最大迭代次数N:N = int (SF/SB)
[0024]其中，int表示取整操作；
[0025]较佳的，所述预设的第三范围为:(? - 200m，R初+200m)。
[0026]较佳的，所述搜索步长为:小于或等于1000的任意整数。
[0027]较佳的，所述预设第一范围为O?500米。
[0028]较佳的，所述逐个计算所述当前曲线中的各个测点的拨距量包括:
[0029]根据所述当前曲线的各个测点坐标，从起始点开始，根据各个测点所在的初始里程，分多段分别计算各个测点到设计曲线的距离，得到测点的拨距量。
[0030]较佳的，所述多段为5段:第一直线段、第一缓和曲线、圆曲线、第二缓和曲线和第二直线段。
[0031]较佳的，该方法还进一步包括:
[0032]在计算第一缓和曲线和第二缓和曲线区域内各个测点的拨距量时，根据各个测点之间的间距累积之和计算得到各个测点的初始里程L。；
[0033]在各个测点的初始里程L。的前后2m范围内，使用二分法进行快速迭代计算，得到各个测点的拨距量。
[0034]较佳的，所述迭代条件包括:
[0035]当前测点的拨距量Ai大于预设的独立拨距控制量Λ d;并且，
[0036]当前曲线中已计算的测点中的第一类测点的数目与该当前曲线中测点总数的比值小于预设比例值；
[0037]其中，所述第一类测点为满足如下所述条件的测点:计算得到的测点的拨距量Λ i与预设的拨距限差Ar的差值ε大于O。
[0038]较佳的，所述独立拨距控制量AJ3 50mm ;所述拨距限差Δ _为10mm ;所述预设比例值为10%。
[0039]如上可见，在本发明中的既有铁路平面曲线拟合的计算方法中，以各测点的拨距值绝对值之和最小(即最小Σ)作为目标函数，采用改进的遗传算法(GA算法)，对半径和缓长进行优化设计，其中，在计算缓和曲线区域内点的拨距量时，使用固定范围内的二分法(时间复杂度为log2n)进行快速迭代计算，因此可以从初始化后的群体中，自动、快速地拟合出最符合实际线形的平面曲线(即具有最优半径和缓长的平面曲线)，还可以在初始参数的设置中，进行半径和缓长的单独设置，从而可以有效地降低对圆曲线半径R初始值的依赖，不需要预先初始化缓长L，能够满足单个点的拨距限值要求，同时收敛速度快、计算效率和计算精度高、适应性强。
【附图说明】
[0040]图1为本发明实施例中的既有铁路平面曲线拟合的计算方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0041]为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
[0042]本实施例提供了一种既有铁路平面曲线拟合的计算方法。
[0043]图1为本发明实施例中的既有铁路平面曲线拟合的计算方法的流程示意图。如图1所示，本发明实施例中的既有铁路平面曲线拟合的计算方法主要包括如下所述的步骤:
[0044]步骤101，初始化既有线路的半径并确定最大迭代次数。
[0045]在本步骤中，将初始化既有线路的半径并确定最大迭代次数。
[0046]其中，在本发明的技术方案中，所述既有线路的半径的初始化有多种实现方式。
[0047]例如，较佳的，在本发明的具体实施例中，所述初始化既有线路的半径包括:
[0048]根据既有线路中部预设的第二范围内的测点数据，采用最小二乘法初始化既有线路的半径，得到初始化半径Rto。
[0049]较佳的，在本发明的具体实施例中，所述预设的第二范围可以是(int(0.3*S) — int(0.7*S));其中，int表示取整操作，S表示所述既有线路的总长度。
[0050]当然，在本发明的其它具体实施例中，所述预设的第二范围也可以根据实际应用情况预先设置为其它的数值范围，在此不再赘述。
[0051]另外，在本发明的技术方案中，所述最大迭代次数的确定方法也可有多种实现方式。
[0052]例如，较佳的，在本发明的具体实施例中，所述确定最大迭代次数包括:
[0053]以预设的第三范围作为半径搜索范围SF，并设置搜索步长Sb;
[0054]根据所述半径搜索范围和搜索步长确定最大迭代次数N。
[0055]较佳的，在本发明的具体实施例中，可以根据如下所述的公式确定最大迭代次数N:
[0056]N= int (SF/Sb)
[0057]其中，int表示取整操作。
[0058]在本发明的技术方案中，所述预设的第三范围和搜索步长都可以根据实际应用情况而预先设置。
[0059]例如，较佳的，在本发明的具体实施例中，所述预设的第三范围为:
[0060](Rft - 200m，R初 +200m)。
[0061]例如，较佳的，在本发明的具体实施例中，所述搜索步长为:小于或等于1000的任意整数。
[0062]另外，在本发明的技术方案中，可以不对缓和曲线进行初始化，从而避免对缓和曲线长度(简称缓长，下同)的优化陷入局部最优。
[0063]步骤102，根据所述初始化半径Rto和缓长L，在所述既有线路的预设第一范围内构造遗传算法的初始化种群。
[0064]例如，较佳的，在本发明的具体实施例中，所述预设第一范围为O?500米(m)。
[0065]此时，所述缓长L可以以预设长度(例如，1m)为倍数(譬如，10m,20m,30m、……)，在上述既有线路的O?500m范围内和每一个初始化半径Rto进行匹配，从而可以构成50个遗传算法的初始化种群。
[0066]步骤103，从当前种群中选取一条未计算过的曲线(R-L)作为当前曲线，逐个计算该当前曲线中的各个测点的拨距量。
[0067]在本发明的技术方案中，将对种群中的每一条曲线，逐个计算各条曲线中的各个测点的拨距量。
[0068]例如，较佳的，在本发明的具体实施例中，所述逐个计算该当前曲线中的各个测点的拨距量包括:
[0069]根据该当前曲线的各个测点坐标，从起始点开始，根据各个测点所在的初始里程，分多段分别计算各个测点到设计曲线的距离，得到测点的拨距量。