铁路纵断面自动设计与优化方法

摘要

本发明公开了一种铁路纵断面自动设计与优化方法，该方法包括以下步骤：对原始地面线进行平顺地面线处理，对平顺后的地面线拟合初始坡度，对初始坡度进行纵断面设计约束条件处理，形成纵断面自动设计坡度方案，基于差异演化算法进行纵断面优化，设置优化控制参数，根据纵断面自动设计坡度方案初始化种群，利用目标函数作为纵断面个体方案优劣的评价，计算个体目标函数值，利用变异操作、交叉操作、修复操作、设置桥隧、选择操作在种群之中进行演化，直到达到进化终止条件，输出纵断面图和规范检查表。该方法具有自动化程度高、实用性强、运算速度快的特点，在铁路纵断面设计与优化中，具有很高的推广应用价值。

主权项

一种铁路纵断面自动设计与优化方法，该方法包括以下步骤：平顺地面线、拟合初始坡度、约束条件处理、纵断面优化、输出纵断面图和规范检查表，其特征在于：所述的约束条件处理是按照以下顺序逐个实现的：最小坡长约束处理、路基段约束处理、最大坡度约束处理、最大坡度代数差约束处理、站坪约束处理、竖缓重叠处理、坡度折减处理、高程控制点处理、坡度平顺处理、起终点接坡处理、坡度合并处理、坡长取整处理；所述的纵断面优化是基于差异演化算法的纵断面优化，包括设置优化控制参数、初始化种群、计算个体目标函数值、种群差异演化；所述的种群差异演化是利用变异操作、交叉操作、修复操作、设置桥隧、选择操作在种群之中进行差异演化，直到达到进化终止条件；所述约束条件处理中的最大坡度约束处理是按照填挖平衡原则，以超限坡的坡段中点为中心，以限制坡度为斜率做直线与前后坡段进行求交，如果交点能够求得并满足最小坡长的要求，则处理成功，如果交点无法满足最小坡长的要求，则用最大坡度替换原来的坡度；所述约束条件处理中的坡度折减处理是先自动设置桥隧，然后对每个坡段坡度进行平面曲线地段坡度折减和隧道地段坡度折减，在调整坡度之前，在满足最小坡长、坡长取整的前提下，在平面直线地段的起终点附近添加变坡点，以争取最大坡度，减少填挖方费用；所述约束条件处理中的高程控制点处理是在每一个高程控制点处，按照最大上下坡度做两条射线，这些射线两两相交，形成一条锯齿状的高程控制线，然后与坡度设计线相交，形成多段高程控制线，在这些高程控制线的基础上，调整坡段满足坡长取整、最小坡长、竖缓重叠的条件，最后用高程控制线段落内的新坡段替换原来的坡段；所述种群差异演化的变异操作是基于当前最佳进化方案和随机选择的父代方案进行的，应用公式表示如下：u_i(t+1)＝x_i(t)+F·(Best‑x_i(t))+F·(x_r1(t)‑x_r2(t))其中，t为当前的进化代数，i为纵断面方案在种群中的序号，x_i(t)为当前演化的纵断面方案，u_i(t+1)为当前纵断面方案在变异后的纵断面方案，F为变异缩放比例，Best为当前种群中的最佳纵断面方案，x_r1(t)和x_r2(t)为当前种群中随机选取的两个纵断面方案；所述种群差异演化的交叉操作是根据交叉概率决定每个变坡点设计高程的取值方式，当随机产生的实数小于交叉概率时取变异后的变坡点设计高程，当随机产生的实数大于交叉概率时取变异前的变坡点设计高程；所述种群差异演化的选择操作是将当前演化个体表示的纵断面方案经过变异、交叉、修复和设置桥隧后，形成一个候选纵断面方案，如果候选纵断面方案的目标函数值优于当前纵断面方案，则将当前纵断面方案用候选纵断面方案代替，否则保留当前纵断面方案不变。