CN102184279B - 三维连续轨道系统轨道板空间位置的精确布置与定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维连续轨道系统轨道板空间位置的精确布置与定位方法，对于三维连续轨道系统，通过创建线路左右线的三维空间曲线模型，确定轨道板布置范围，从而确定轨道板沿线路左右线的纵向位置，并利用控制点与左右线的位置关系来精确确定轨道板相对于左右线的横向位置，最终输出轨道板的布置结果。本发明所涉及的三维连续轨道系统轨道板空间位置的精确布置与定位方法，适用于任何三维空间连续轨道系统，具有通用性好，自动化程度高，以及获取数据精度高、效率高等特点，具有明显的应用效果。

Description

三维连续轨道系统轨道板空间位置的精确布置与定位方法

技术领域

本发明涉及轨道板空间位置的布置与定位方法，特别涉及三维空间连续轨道系统轨道板空间位置的精确布置与定位方法。

背景技术

中国铁路建设处于发展与提速时期，高速铁路具有运营速度高，平顺性要求高，铺设精度要求高等特点。传统的轨道结构已不能满足高速铁路的运营要求，许多新型轨道结构大量涌现。而对于新型三维空间连续轨道系统来讲，只有将轨道板空间位置进行精确布置与定位，才能满足其铺设、运营的高精度、高平顺性、高舒适性等要求。

由于传统的轨道结构平顺性要求低、铺设精度要求低，不需要精确定位，所以，目前尚未形成针对于三维连续轨道系统轨道板空间位置的精确布置与定位方法的成套技术。已有的布置与定位方法主要是通过手工计算线路中线的大地坐标，然后用桩号进行标示，从而确定线路位置。该方法获取数据精度差，无法满足高速铁路的铺设精度，该方法获取数据效率低，无法满足高速铁路推广和应用需求。

随着铁路建设深入开展的需要，轨道系统高精度高效率的布置与定位方法得到重视。三维空间连续轨道系统轨道板空间位置的精确布置与定位方法，通过创建线路左右线的三维空间曲线模型，确定轨道板布置范围，从而确定轨道板沿线路左右线的纵向位置，并利用控制点与左右线的位置关系来精确确定轨道板相对于左右线的横向位置。作为轨道板高精度高效率的布置与定位方法，具有获取数据精度高、效率高的突出优点，进入应用研究和新的发展阶段。

发明内容

针对现有的布置与定位方法中所存在的问题，本发明提出针对三维连续轨道系统轨道板空间位置的精确布置与定位方法，其目的在于通过轨道板布置软件将其空间位置在设计线路上进行高精度的布置以及定位，以保证高速铁路线路的高平顺性与高舒适性的要求，可有效提高工作效率。

本发明所涉及的三维连续轨道系统轨道板空间位置的精确布置与定位方法，是指对于三维连续轨道系统，通过创建线路左右线的三维空间曲线模型，确定轨道板布置范围，从而确定轨道板沿线路左右线的纵向位置，并利用控制点与左右线的位置关系来精确确定轨道板相对于左右线的横向位置，最终输出轨道板的布置结果。所述的轨道板空间位置的布置与定位方法包括以下步骤：

1、创建线路左右线的三维空间曲线模型

首先，创建线路左线平面模型，向计算机输入线路平面数据、断链数据，创建平面曲线集合单元（包括缓和曲线、圆曲线、缓和曲线），创建曲线夹直线单元，添加曲线超高数据，形成平面模型。其次，创建线路左线纵断面模型，输入线路坡度数据，并将其转化为里程高程格式，创建竖曲线集合单元（包括缓和曲线、圆曲线、缓和曲线），创建直线坡段单元，形成纵断面模型。再次，整合形成线路左线三维空间曲线模型，将线路左线平面模型与纵断面进行整合形成线路左线三维空间曲线模型。最后，生成线路右线三维空间曲线模型，通过将线路左线三维空间曲线进行偏移，生成线路右线三维空间曲线模型。

2、确定轨道板布置范围

确定左右线各强制点里程，并输入强制点间轨道板类型、断链号等相关信息。从而，确定每个强制点间的范围为轨道板布置范围。其中，右线强制点的里程为其在左线上的投影里程。

3、确定轨道板的纵向位置

长度为6.5m的轨道板称为标准类型轨道板，简称标准板。长度小于6.5m的轨道板称为补偿类型轨道板，简称补偿板。

确定每块轨道板在线路左右线上的纵向位置，即在每个布板范围内，将不同类型的轨道板沿线路左右线依次布置并编号。在进行布置时应首先选用标准板，当布置长度不满足标准板的长度要求时，再考虑选用补偿板，补偿板应从补偿板数据库中选用。最后将全线的轨道板布置数据汇总存储于轨道板总数据库中。

由于线路左线为设计基准线，所以线路左线轨道板的位置可采用其控制点的标注里程来表示，而线路右线轨道板的位置采用其控制点的左线投影里程来表示。

4、精确确定轨道板的横向位置

对于标准类型和补偿类型轨道板，板首和板尾各有一个控制点，轨道板的横向位置是通过精确定位控制点与左右线的位置关系来确定的。线路直线地段，轨道板定位控制点均位于线路左线或右线上；线路曲线地段，根据控制点与线路左右线的位置关系，轨道板精确定位方式主要有以下几种：两控制点位于线路左线或右线上；两控制点的连线位于所截曲线的二分之一矢高处；两控制点的连线位于所截曲线的三分之一矢高处；两控制点的连线与曲线相切。

5、输出轨道板布置结果

根据轨道板布置情况，可统计得到标准板的数量及布置文件，补偿板的长度、数量及布置文件，并输出形成统计结果。

本发明所涉及的轨道板空间位置的精确布置与定位方法，适用于任何三维空间连续轨道系统，具有通用性好，自动化程度高，以及获取数据精度高、效率高等特点，具有明显的应用效果。

附图说明

图1为轨道板空间位置的精确布置与定位流程图；

图2为线路左右线三维空间曲线模型创建流程图。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步详细的阐述。

图1显示本发明涉及的轨道板空间位置的精确布置与定位流程。

如图所示，轨道板空间位置的精确布置与定位流程包括以下步骤：

1、创建线路左右线的三维空间曲线模型

首先，创建线路左线平面模型，向计算机输入线路平面数据、断链数据，创建平面曲线集合单元（包括缓和曲线、圆曲线、缓和曲线），创建曲线夹直线单元，添加曲线超高数据，形成平面模型。其中输入线路平面数据有两种方式：①输入交点平面坐标以及每个交点处的曲线半径、前后缓和曲线长度、曲线头尾里程和曲线超高等要素。②输入线路起终点以及各个曲线要素点（直缓点、缓圆点、圆缓点、缓直点）的里程、平面坐标、方位角、曲线类型、曲线长度和曲线超高等要素。其次，创建线路左线纵断面模型，输入线路坡度数据，并将其转化为里程高程格式，创建竖曲线集合单元（包括缓和曲线、圆曲线、缓和曲线），创建直线坡段单元，形成纵断面模型。输入线路坡度数据的方法为：输入线路纵断面变坡点的里程、高程、竖曲线半径、切线长以及坡度等要素。再次，整合形成线路左线三维空间曲线模型，将线路左线平面模型与纵断面进行整合形成线路左线三维空间曲线模型。最后，生成线路右线三维空间曲线模型，通过将线路左线三维空间曲线进行偏移，生成线路右线三维空间曲线模型。

2、确定轨道板布置范围

根据线路起终点位置、道岔起终点位置以及坐标换带位置或者其他需要设置强制点的位置，定义强制点。并计算各强制点范围起终点里程，输入强制点间轨道板类型、断链号等相关信息。从而，确定每个强制点间的范围为轨道板布置范围。

3、确定轨道板的纵向位置

确定每块轨道板在线路左右线上的纵向位置，即确定每个布板范围内，左右线标准板以及补偿板的分布情况，将不同类型的轨道板沿线路左右线依次布置，并将轨道板进行编号。在进行轨道板布置时应首先选用标准板，当布置长度不满足标准板的长度要求时，再考虑选用补偿板，补偿板应从补偿板数据库中选用。最后将全线的轨道板布置数据汇总存储于轨道板总数据库中。

4、精确确定轨道板的横向位置

线路直线地段，轨道板定位控制点均位于线路左线或右线上；线路曲线地段，根据控制点与线路左右线的位置关系，轨道板精确定位方式主要有以下几种：两控制点位于线路左线或右线上；两控制点的连线位于所截曲线的二分之一矢高处；两控制点的连线位于所截曲线的三分之一矢高处；两控制点的连线与曲线相切。

5、输出轨道板布置结果

根据轨道板布置情况，可统计得到标准板的数量及布置文件，补偿板的长度、数量及布置文件，并输出形成统计结果。

图2显示本发明涉及的线路左右线三维空间曲线模型创建流程。

如图所示，线路左右线三维空间曲线模型创建流程包括以下步骤：

首先，创建线路左线平面模型。输入线路平面数据、断链数据，创建平面曲线集合单元（包括缓和曲线、圆曲线、缓和曲线），创建曲线夹直线单元，添加曲线超高数据至平面模型。其中输入线路平面数据有两种方式：①输入交点平面坐标以及每个交点处的曲线半径、前后缓和曲线长度、曲线头尾里程和曲线超高等要素。②输入线路起终点以及各个曲线要素点（直缓点、缓圆点、圆缓点、缓直点）的里程、平面坐标、方位角、曲线类型、曲线长度和曲线超高等要素。

其次，创建线路左线纵断面模型。输入线路坡度数据，并将其转化为里程高程格式，创建竖曲线集合单元（包括缓和曲线、圆曲线、缓和曲线），创建直线坡段单元，形成纵断面模型。输入线路坡度数据的方法为：输入线路纵断面变坡点的里程、高程、竖曲线半径、切线长以及坡度等要素。

再次，整合形成线路左线三维空间曲线模型。将线路平面模型与纵断面进行整合形成线路左线三维空间曲线模型。

最后，生成线路右线三维空间曲线模型，通过将左线三维空间曲线进行偏移，生成线路右线三维空间曲线模型。

Claims (2)

1.一种三维连续轨道系统轨道板空间位置的精确布置与定位方法，其特征在于包括以下步骤：创建线路左右线的三维空间曲线模型，确定轨道板布置范围，确定轨道板沿线路左右线的纵向位置，精确确定轨道板的横向位置，输出轨道板布置结果；

创建线路左右线的三维空间曲线模型的步骤包括：向计算机输入线路平面数据、断链数据，创建平面曲线集合单元和曲线夹直线单元，添加曲线超高数据，形成线路左线平面模型；输入线路坡度数据，并将其转化为里程高程格式，创建竖曲线集合单元和直线坡段单元，形成线路左线纵断面模型；将线路左线平面模型与纵断面进行整合形成线路左线三维空间曲线模型；通过将线路左线三维空间曲线进行偏移，生成线路右线三维空间曲线模型；

确定轨道板布置范围的步骤包括：确定左右线各强制点里程，输入强制点间轨道板类型、断链号信息，确定每个强制点间的范围为轨道板布置范围；

确定轨道板沿线路左右线的纵向位置的步骤包括：在每个布板范围内，将不同类型的轨道板沿线路左右线依次布置并编号，将全线的轨道板布置数据汇总存储于轨道板总数据库中；

精确确定轨道板的横向位置的步骤包括：精确定位控制点与左右线的位置关系；线路直线地段，轨道板定位控制点均位于线路左线或右线上；线路曲线地段，轨道板定位控制点位于线路左线或右线上，或者轨道板两控制点的连线位于所截曲线的二分之一矢高处，或者轨道板两控制点的连线位于所截曲线的三分之一矢高处，或者轨道板两控制点的连线与曲线相切；

输出轨道板布置结果为统计得到标准板的数量及布置文件，补偿板的长度、数量及布置文件，并输出形成统计结果。

2.根据权利要求1所述的三维连续轨道系统轨道板空间位置的精确布置与定位方法，其特征在于，确定轨道板沿线路左右线的纵向位置的步骤包括：在进行轨道板布置时应首先选用标准板，当布置长度不满足标准板的长度要求时，再考虑选用补偿板，补偿板应从补偿板数据库中选用。 

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