CN103714228A

CN103714228A - 确定铁轨维修区段的方法及装置

Info

Publication number: CN103714228A
Application number: CN201210379541.0A
Authority: CN
Inventors: 张欣; 段宁; 王芝虎; 胡珂; 曹淑霞; 李莉
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2012-09-29
Filing date: 2012-09-29
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2032-09-29
Also published as: CN103714228B; US20140095113A1

Abstract

本发明涉及如何确定铁轨维修区段的技术方案。在一个实施例中，该技术方案包括：根据铁路地形信息和路轨缺陷信息将所述铁轨分割为多个区段；识别出所述多个区段中区段限速低于推荐运行速度的区段；确定所述识别出的区段中需要维修的区段。采用申请的技术方案，可以降低铁轨维修的成本。

Description

确定铁轨维修区段的方法及装置

技术领域

本发明涉及铁轨维修技术领域，更具体地，涉及一种如何确定铁轨维修区段的方法及装置。

背景技术

在现有的铁轨维修中，通常是分区段进行维修，当检测到某个区段的缺陷点的密度达到一定程度，则对该区段进行维修。缺陷点包括但不限于所检测到的生锈部位，铁轨上的裂缝，连接件故障等等。

然而，现有技术中划分区段的方式简单，例如，通过地上、地下部分进行区段划分，或者按照城区、郊区进行区段划分，还可以按照站点进行划分。可见，现有的分区段维修方式中是一种静态的分段方式，而且并未考虑其它影响限速的因素，例如地形信息等，使得所确定的维修区段中并不是全部路轨都需要维修，从而会导致了不必要的维修，增加了维修成本。

综上，需要一种能够考虑路轨实际状况信息来确定维修区段的技术方案，因此，现有技术仍然存在着改善的空间。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种确定铁轨维修区段的方法，所述方法包括：根据铁路地形信息和路轨缺陷信息将所述铁轨分割为多个区段；识别出所述多个区段中区段限速低于推荐运行速度的区段；确定所述识别出的区段中需要维修的区段。

根据本发明的另一个方面，提供了一种确定铁轨维修区段的装置，所述装置包括：划分模块，配置为根据铁路地形信息和路轨缺陷信息将所述铁轨分割为多个区段；识别模块，配置为识别出所述多个区段中区段限速低于推荐运行速度的区段；确定模块，配置为确定所述识别出的区段中需要维修的区段。

采用本申请的技术方案，可以减少不必要的维修，降低了成本。在一个改进的实施例中，还可以保持各个区段间速度切换的平衡性，从而提升铁轨维修的效率，减少因为速度切换带来的部件损坏。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性计算系统100的框图。

图2示出根据本发明实施例的用于确定铁轨维修区段的方法流程图。

图3A及图3B示出在一个实施例中如何进行动态分段。

图4A及图4B在一个改进的实施例中如何确定维修区段的优先级。

图5示出了一种确定铁轨维修区段的示意性方框图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图1示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性计算系统100的框图。如图1所示，计算机系统100可以包括：CPU(中央处理单元)101、RAM(随机存取存储器)102、ROM(只读存储器)103、系统总线104、硬盘控制器105、键盘控制器106、串行接口控制器107、并行接口控制器108、显示控制器109、硬盘110、键盘111、串行外部设备112、并行外部设备113和显示器114。在这些设备中，与系统总线104耦合的有CPU101、RAM102、ROM103、硬盘控制器105、键盘控制器106、串行控制器107、并行控制器108和显示控制器109。硬盘110与硬盘控制器105耦合，键盘111与键盘控制器106耦合，串行外部设备112与串行接口控制器107耦合，并行外部设备113与并行接口控制器108耦合，以及显示器114与显示控制器109耦合。应当理解，图1所述的结构框图仅仅是为了示例的目的，而不是对本发明范围的限制。在某些情况下，可以根据具体情况增加或减少某些设备。

所属技术领域的技术人员知道，本发明可以实现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本公开可以具体实现为以下形式，即：可以是完全的硬件、也可以是完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，还可以是硬件和软件结合的形式，本文一般称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，在一些实施例中，本发明还可以实现为在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质中包含计算机可读的程序代码。

可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括——但不限于——电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于——无线、电线、光缆、射频RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言-诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言-诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)-连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

下面将参照本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述本发明。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，这些计算机程序指令通过计算机或其它可编程数据处理装置执行，产生了实现流程图和/或框图中的方框中规定的功能/操作的装置。

也可以把这些计算机程序指令存储在能使得计算机或其它可编程数据处理装置以特定方式工作的计算机可读介质中，这样，存储在计算机可读介质中的指令就产生出一个包括实现流程图和/或框图中的方框中规定的功能/操作的指令装置(instruction means)的制造品(manufacture)。

也可以把计算机程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机或其它可编程装置上执行的指令能够提供实现流程图和/或框图中的方框中规定的功能/操作的过程。

下面参照图2说明根据本发明实施例的用于确定铁轨维修区段的方法：

在步骤210中，根据铁路地形信息和路轨缺陷信息将铁轨分割为多个区段。

铁路地形信息例如包括弯路，山路，坡道，地质(冻土，沙土等等)，不同的地形会对速度限制产生不同的影响，这在铁路技术领域中是常规的技术知识。路轨缺陷信息包括但不限于生锈、裂缝、连接件损坏、枕木故障等等，可采用通常的仪器设备来收集路轨缺陷信息，其中会包括所有缺陷的类型、位置以及缺陷的具体参数，这也是该领域的常规的技术知识。

在一个实施例中，步骤210具体包括：确定所述铁轨的速度影响点的密度曲线，所述速度影响点是根据所述铁路地形信息和所述路轨缺陷信息来确定；根据所述密度曲线的斜率变化大于预定数值来划分所述区段。

由于地形信息以及路轨缺陷信息均会影响到路轨的限速，因此，在一个实施例中，可以综合考虑铁路地形信息、路轨缺陷信息后使得划分出的每一个区段具有一致的区段限速，这种一致是指在一个区段中区段限速是相同的。

区段限速的计算过程主要是在铁路领域的现有的各种规范基础上，通过既有的计算公式及其组合来确定，然而，如何根据某一区段的路轨状态信息确定出该区段的区段限速并不是本申请发明之所在，而是本领域技术人员的技术常识，在此也不对其进行过多的叙述。

在步骤220中，识别出所述多个区段中区段限速低于推荐运行速度的区段。

在该步骤中，将每个区段的区段限速与列车推荐速度进行比较，低于可包括等于的情形。在一个实施例中，列车推荐速度是由列车运行时刻表所确定的平均速度。如果一个区段的区段限速仍然高于推荐速度，那么说明该区段仍然可以满足列车运行的要求，如果所有区段的区段限速都满足推荐速度，就说明不需要进行维修。因此，通过在该步骤中通过考虑区段实际限速与推荐速度之间的关系，可以确定是否需要维修。

在步骤230中，确定所述识别出的区段中需要维修的区段。

在一个实施例中，所述需要维修的区段是所有低于所述推荐运行速度的区段。

在另一个实施例中，对于所识别出的区段限速低于推荐运行速度的区段，可进一步确定所维修的区段的优先级以及维修的程度。

例如，可以基于平滑列车的运行速度来确定维修区段的优先级。在一个具体的实施例中，所述维修区段确定步骤包括：确定区段限速低于推荐运行速度的区段的维修代价模型；确定使得维修后相邻区段之间的速度差降低的速度平滑模型；根据所述维修代价模型以及所述速度平滑模型确定维修区段的优先级以及维修的程度。

图3A及图3B示出了在一个实施例中，如何进行动态分段。在这个实施例中，是根据铁路地形信息和路轨缺陷信息将轨道动态的划分为多个一致的区段限速的区段，具体的步骤如下：

在步骤310中，根据所述路轨缺陷信息确定出每个路轨缺陷的位置以及该路轨缺陷的速度影响权重，所述路轨缺陷的速度影响权重是根据该路轨缺陷的类型以及速度影响程度来确定的。例如，将轨道上的缺陷点按照类型(例如枕木、连接件等等)和严重程度进行归一化转换为一个具有权重的分值集合D＝{d1，d2，d3......}，其中di＝{位置，权重分值}是一个缺陷点的位置信息和速度影响权重分值。

在步骤320中，根据所述地形信息确定出每个地形的位置以及该地形的速度影响权重，所述地形的速度影响权重是根据该地形的类型以及速度影响程度来确定的。例如，将会影响到行车速度的地形信息(例如，转弯，山路，坡道)，按照其限速要求转换为一组具有权重的分值集合T＝{t1，t2，t3......}，其中ti＝{位置，权重分值}是每一个地形信息的位置信息和速度影响权重分值。

在步骤330中，综合所述地形以及所述路轨缺陷的位置以及权重，确定出所述速度影响点集合。例如，将前述D集合和T集合进行合并形成个速度影响点集合DT＝{dt1，dt2，dt3......}。

在步骤340中，根据所述速度影响点集合确定出所述速度影响点的密度曲线。

在一个实施例中，步骤340将所述铁轨速度影响点集合的累积和(CUSUM)曲线作为所述密度曲线：CUSUMi(dt1，dt2......dti)＝dt1+dt2+......+dti，参看图3B所示出的累积和曲线示意图。

例如，CUSUM1＝dt1，CUSUM2＝dt1+dt2；CUSUM3＝dt1+dt2+dt3。

在步骤350中，根据所述密度曲线的斜率变化大于预定数值来划分所述区段。在一个实施例中，参看图3B所示出的曲线图，是针对所述累积和曲线，利用斜率变化率大于所述预定数值的点作为分割点划分所述区段。

图4A和图4B示出了在一个改进的实施例中如何确定维修区段的优先级。在这个实施例中，确定所有相临区段之间的速度差后，可在控制维修代价的前提下尽量提高维修效果。由于运行中列车速度的较大转变会很大的影响列车吞吐量、油耗以及铁轨的磨损程度，因此，维修效果通过速度平滑体现，也就是说维修完成以后相临区段之间的速度差尽量小。在一个实施例中，可以通过下述步骤确定优先维修的区段，以及维修的程度：

步骤410，确定每个区段的维修代价模型。在一个实施例中，如图4B所示，单个区段的维修代价由区段长度(L_i)、维修提升幅度

是维修之后区段限速提升的幅度、以及单位维修成本(MC_unit)三者之积来确定。其中，单位维修成本为用户给出的经验值，区段长度根据前述分段的结果确定，维修提升幅度为决策变量。最后模型运算输出的结果中如果一个区段维修提升幅度为0，则说明该区段不用维修，如果为一个正数则说明该区段应该维修。通过维修代价模型可以确保所有区段的维修总代价(MC_total)控制在合理的范围内(由用户输入的MC_total来确定)，因此，在该步骤中，区段维修代价模型的公式如下：

Σ_{i = 1}^{n} ({ΔT}_{i} \times L_{i} \times {MC}_{unit}) \leq {MC}_{total}

步骤420，确定使得维修后相邻区段之间的速度差降低的速度平滑模型。维修效果通过速度平滑来体现，也就是相邻区段之间的速度差尽量减小。同时速度差应该考虑区段长度的影响(很长的区段速度差相对大一些也没有太大问题，但很短的区段速度差如果较大问题就比较严重)，因此在进行速度平滑的时候要用区段长度进行加权。在一个具体的实施例中，如图4B所示，对于每一个区段，其维修后的平滑状态是由该区段与前一相邻区段的速度差(Tp_i)和该区段与后一相邻区段的速度差(Tp_i+1)的平方和除以区段长度(L_i)，因此，当确定出每个区段维修后的平滑状后，本领域技术人员不难确定出维修效果模型，在该步骤中，维修效果模型的公式如下：

Min Σ_{i = 1}^{n} ({Tp}_{i}^{2} + {Tp}_{i + 1}^{2}) / L_{i}

步骤430，根据所述维修代价模型以及所述速度平滑模型确定维修区段的优先级以及维修的程度。在一个实施例中，是把维修代价模型和速度平滑模型输入到优化引擎中(比如说IBM的ilog优化引擎)，优化引擎将基于所输入的模型以及一些限制条件给出决策结果。在已经具有前述模型的基础上，如何利用优化引擎确定出决策结果，并不是本申请发明的重点，可以使用现有的运筹学工具来确定，所属领域技术人员完全能够实现，在此不做以赘述。决策结果表现为每个区段的建议维修提升幅度如果一个区段维修提升幅度为0，则说明该区段不用维修，如果为一个正数则说明该区段应该维修。

图5示出了一种确定铁轨维修区段装置的示意性方框图，图5所述装置包括：

划分模块510，配置为根据铁路地形信息和路轨缺陷信息将所述铁轨分割为多个区段；识别模块520，配置为识别出所述区段限速低于推荐运行速度的区段；以及确定模块530，配置为确定所述识别出的区段中需要维修的区段。

在一个实施例中，划分模块510包括：配置为确定所述铁轨的速度影响点的密度曲线的模块，所述速度影响点是根据所述铁路地形信息和所述路轨缺陷信息确定的；以及配置为根据所述密度曲线的斜率变化大于预定数值来划分所述区段的模块。

在另一个实施例中，配置为确定所述铁轨的速度影响点的密度曲线的模块包括：配置为根据所述路轨缺陷信息确定出每个路轨缺陷的位置以及该路轨缺陷的速度影响权重的模块，所述路轨缺陷的速度影响权重是根据该路轨缺陷的类型以及速度影响程度来确定的；配置为根据所述地形信息确定出每个地形的位置以及该地形的速度影响权重的模块，所述地形的速度影响权重是根据该地形的类型以及速度影响程度来确定的；配置为综合所述地形以及所述路轨缺陷的位置以及权重，确定出所述速度影响点集合的模块；配置为根据所述速度影响点集合确定所述密度曲线的模块。

按照本申请的一种实施方式，其中，所述配置为确定所述铁轨的速度影响点的密度曲线的模块是将所述铁轨速度影响点集合的累积和曲线作为所述密度曲线；其中，所述配置为根据所述密度曲线的斜率变化大于预定数值来划分所述区段的模块包括：配置为针对所述累积和曲线，将斜率变化率大于所述预定数值的点作为作为分割点划分所述区段的模块。

在本申请的一个实施例中，所述需要维修的区段是所有低于所述推荐运行速度的区段。

在本申请的一个实施例中，所述确定需要维修的区段是基于平滑列车的运行速度来确定铁轨路段维修的优先级，并根据所述优先级确定维修的路段。

在本申请的一个实施例中，所述确定模块530包括：配置为确定区段限速低于推荐运行速度的区段的维修代价模型的模块；配置为确定使得维修后相邻区段之间的速度差降低的速度平滑模型的模块；配置为根据所述维修代价模型以及所述速度平滑模型确定维修区段的优先级以及维修的程度的模块。

在本申请的一个实施例中，其中通过使得维修后相邻区段之间的速度差降低确定速度平滑模型包括：维修后的平滑状态是由该区段与前一相邻区段的速度差和该区段与后一相邻区段的速度差的平方和除以该区段长度。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims

1.一种确定铁轨维修区段的方法，所述方法包括：

根据铁路地形信息和路轨缺陷信息将所述铁轨分割为多个区段；

识别出所述多个区段中区段限速低于推荐运行速度的区段；

确定所述识别出的区段中需要维修的区段。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述根据铁路地形信息和路轨缺陷信息将所述铁轨分割为多个区段包括：

确定所述铁轨的速度影响点的密度曲线，所述速度影响点是根据所述铁路地形信息和所述路轨缺陷信息确定的；

根据所述密度曲线的斜率变化大于预定数值来划分所述区段。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，确定所述铁轨的速度影响点的密度曲线包括：

根据所述路轨缺陷信息确定出每个路轨缺陷的位置以及该路轨缺陷的速度影响权重，所述路轨缺陷的速度影响权重是根据该路轨缺陷的类型以及速度影响程度来确定的；

根据所述地形信息确定出每个地形的位置以及该地形的速度影响权重，所述地形的速度影响权重是根据该地形的类型以及速度影响程度来确定的；

综合所述地形以及所述路轨缺陷的位置以及权重，确定出所述速度影响点集合；

根据所述速度影响点集合确定所述密度曲线。

4.根据权利要求3所述的方法，

其中，所述根据所述速度影响点集合确定所述密度曲线包括将所述铁轨速度影响点集合的累积和曲线作为所述密度曲线；

其中，所述根据所述密度曲线的斜率变化大于预定数值来划分所述区段包括：针对所述累积和曲线，将斜率变化率大于所述预定数值的点作为分割点划分所述区段。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述需要维修的区段是所有低于所述推荐运行速度的区段。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定所述识别出的区段中需要维修的区段包括：

确定区段限速低于推荐运行速度的区段的维修代价模型；

确定使得维修后相邻区段之间的速度差降低的速度平滑模型；

根据所述维修代价模型以及所述速度平滑模型确定维修区段的优先级以及维修的程度。

7.根据权利要求6所述的方法，基于区段长度、维修提升幅度、以及单位维修成本三者之积来确定所述维修代价模型。

8.根据权利要求6所述的方法，其中所述确定使得维修后相邻区段之间的速度差降低的速度平滑模型包括：由该区段与前一相邻区段的速度差和该区段与后一相邻区段的速度差的平方和除以该区段长度确定维修后的平滑状态。

9.一种确定铁轨维修区段的装置，所述装置包括：

划分模块，配置为根据铁路地形信息和路轨缺陷信息将所述铁轨分割为多个区段；

识别模块，配置为识别出所述多个区段中区段限速低于推荐运行速度的区段；

确定模块，配置为确定所述识别出的区段中需要维修的区段。

10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述划分模块包括：

配置为确定所述铁轨的速度影响点的密度曲线的模块，所述速度影响点是根据所述铁路地形信息和所述路轨缺陷信息确定的；

配置为根据所述密度曲线的斜率变化大于预定数值来划分所述区段的模块。

11.根据权利要求9所述的装置，其中，配置为确定所述铁轨的速度影响点的密度曲线的模块包括：

配置为根据所述路轨缺陷信息确定出每个路轨缺陷的位置以及该路轨缺陷的速度影响权重的模块，所述路轨缺陷的速度影响权重是根据该路轨缺陷的类型以及速度影响程度来确定的；

配置为根据所述地形信息确定出每个地形的位置以及该地形的速度影响权重的模块，所述地形的速度影响权重是根据该地形的类型以及速度影响程度来确定的；

配置为综合所述地形以及所述路轨缺陷的位置以及权重，确定出所述速度影响点集合的模块；

配置为根据所述速度影响点集合确定所述密度曲线的模块。

12.根据权利要求10所述的装置，

其中，所述配置为确定所述铁轨的速度影响点的密度曲线的模块是将所述铁轨速度影响点集合的累积和曲线作为所述密度曲线；

其中，所述配置为根据所述密度曲线的斜率变化大于预定数值来划分所述区段的模块包括：配置为针对所述累积和曲线，将斜率变化率大于所述预定数值的点作为作为分割点划分所述区段的模块。

13.根据权利要求9所述的装置，其中，所述需要维修的区段是所有低于所述推荐运行速度的区段。

14.根据权利要求9所述的装置，其中，所述确定模块包括：

配置为确定区段限速低于推荐运行速度的区段的维修代价模型的模块；

配置为确定使得维修后相邻区段之间的速度差降低的速度平滑模型的模块；

配置为根据所述维修代价模型以及所述速度平滑模型确定维修区段的优先级以及维修的程度的模块。

15.根据权利要求14所述的装置，基于区段长度、维修提升幅度、以及单位维修成本三者之积来确定所述维修代价模型。

16.根据权利要求14所述的装置，其中所述配置为确定使得维修后相邻区段之间的速度差降低的速度平滑模型的模块包括：配置为是由该区段与前一相邻区段的速度差和该区段与后一相邻区段的速度差的平方和除以该区段长度确定维修后的平滑状态的模块。