CN104376519B - 一种山区新建铁路车站自动选址方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种山区新建铁路车站自动选址方法，包括步骤：S1、确定车站站址搜索参数并划分线路区段；S2、将线路区段划分为若干网格，采集地理信息数据作为网格属性；S3、剔除设站不可行网格；S4、判断区段是否需要设站，不需要则对下一区段进行判断，需要则转S5；S5、确定车站选址范围；S6、选取影响设站的评价指标，利用层次分析法确定所有评价指标的权重，并计算网格相应于各评价指标的评价值，得到网格的设站适宜度值；S7、选出最优站址并确定站坪方向；S8、进入下一区段计算是否需要设站，如需要转步骤S5，直至搜索出全段线路的所有最优站址。本发明能自动搜索出满足车站选址的各种约束条件的站址，自动化程度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种山区新建铁路车站自动选址方法。
背景技术
铁路车站是大量人流、车流的集散地，具有交通枢纽、带动区域经济发展和整合区域环境等综合功能，车站分布和位置的选择，根据其性质在不同程度上控制着线路走向和位置。
车站的选址要方便城市乡镇，并应考虑地形、地质等自然条件。特别在复杂山区中，车站选址需要考虑地形、地质、河流、交通等环境约束的影响，适应地形的变化，绕避不良地质地段，同时也应尽量减少对生态环境的不利影响。在这种条件下，空间线位和车站布设的协调控制的难题也变得尤为突出，如：站间的距离要满足通过能力的需要、车站的选址应满足线路规范的要求、车站的位置宜避免与桥、隧等其它结构物重叠等。设计人员迫切需要借助智能优化技术破解上述难题。
目前对于复杂山区铁路车站分布及选址问题的研究很少，讨论的比较多的是山区车站布局、提高铁路运行速度、车站的扩能改造及线路区间通过能力加强等方面。现有方法欠缺对自然环境的考虑，同时又忽视了线路、车站之间的耦合关系和动态特征，常常无法给出线路、车站、环境综合协调的优化解。
发明内容
针对传统新建铁路车站选址方法存在的问题，本发明提出了一种山区新建铁路车站自动选址方法，综合考虑了车站选址的各种约束条件，能自动搜索出满足自然、经济环境约束并兼顾线站耦合约束的站址，提高铁路设计的自动化程度。
本发明的技术方案为：
一种山区新建铁路车站自动选址方法，包括以下步骤：
S1：确定车站站址搜索参数，并划分线路区段；
车站站址搜索参数包括：最大展线系数r、线路限制坡度imax、最大站间距Lmax、最小站间距Lmin、车站站坪长度和车站站坪宽度；确定全段线路的起点、线路的终点及n个必经点位置，将其连成一条折线，以该折线的边为基准，划分线路区段；从全段线路的起点开始将线路区段依次编号为区段1，区段2，……，区段n+1；区段1的起点为全段线路的起点，区段1的终点为必经点1；……；区段i的起点为必经点i-1，区段i的终点为必经点i；……；区段n+1的起点为必经点n，区段n+1的终点为全段线路的终点；其中i＝2，……n；
S2：将线路区段划分为若干网格，添加网格属性；
将线路区段按设定精度划分为若干正方形的网格，网格边长的取值范围为30m-90m，采集地理信息数据作为网格属性；地理信息数据包括：高程信息、禁区信息、河流信息、工程地质信息、经济地理信息和生态环境信息；
S3：剔除设站不可行网格；
遍历所有网格，将同时满足不在禁区、不在河流内、满足高程可达性和展线系数约束的网格定为设站可行网格，其余为设站不可行网格，将其剔除；
S4：判断当前线路区段是否需要设站；
根据最大、最小站间距判断区段i是否需要设站，其中i＝1，2，……n+1，如果不需要，判断i是否等于n+1，如果是，则直接结束，否则令i＝i+1，即对下一个区段进行判断；起始时，i＝1；
如果需要，继续下一步骤S5；
S5：确定车站选址范围，即确定在当前线路区段的哪个范围内设置车站，可以满足最大、最小站间距的要求；
S6：选取影响设站的评价指标，利用层次分析法确定所有评价指标的权重，并计算网格相应于各评价指标的评价值，得到网格的设站适宜度值；
S7：选出最优站址并确定站坪方向；
S8：当选出一个站址后，将选出的站址作为区段i的新起点，根据最大、最小站间距判断区段i是否需要设站，其中i＝1，2，……n+1，如果不需要，判断i是否等于n+1，如果是，则直接结束，否则令i＝i+1，即对下一个区段进行判断；
如果需要，转步骤S5搜寻区段i内的其他最优站址或其他区段内的最优站址；循环直至搜索出全段线路的所有最优站址。
进一步地，所述步骤S1中线路区段范围的确定方法为：线路区段外边界中点到线路区段的起点和终点的距离之和＝线路区段的起点和终点之间的距离×最大展线系数。
进一步地，所述步骤S3中：
(1)满足高程可达性的条件为：Hmin<H0<Hmax；
(2)满足展线系数约束的条件为：(Ls+Le)<r×L；
其中H0为网格高程，
Hmin为当前网格允许的最低高程，其值为Hs-Ls×r×imax与He-Le×r×imax中最大值；
Hmax为当前网格允许的最高高程，其值为Hs+Ls×r×imax与He+Le×r×imax中最小值；
Hs为线路区段的起点高程，He为线路区段的终点高程，Ls为网格距线路区段的起点的距离，Le为网格距线路区段的终点的距离，L为线路区段的起点和终点之间距离。
进一步地，所述步骤S4具体为：
若(L+Lend)×r×θ>Lmax，则当前线路区段需要设站，反之不用设站；
其中θ为展线折减系数，θ值在本发明中取值为(r+1)/2，可尽量的减小站间距判别中出现的误差，Lend是上个线路区段最后一个最优站址与当前线路区段的起点之间的距离，Lend初值设为0，L为线路区段的起点和终点之间距离。当区段满足站间距要求不需设站时，则区分终点处必经点是否设站的情况，若该点为不设站点将会自动记录当前线路区段残留距离Lend，累计进入下一个区段计算。
进一步地，所述步骤S5具体为：
若|Hs-He|/L>imax，则当前区段是紧坡地段，否则当前区段是缓坡地段，其中Hs为线路区段的起点高程，He为线路区段的终点高程，L为线路区段的起点和终点之间距离；
(1)若当前区段是紧坡地段：
且L<2×Lmax/r，则此区段内需设置唯一车站，此时分别以线路区段的起点和终点为中心，并分别以Lmin/r和Lmax/r为半径做圆，相交区域即为车站选址范围；反之，此区段内需设置多个车站，此时以线路区段的起点为中心，分别以Lmin/r和Lmax/r为半径做圆，两圆在线路区段上的相交区域为车站选址范围；
(2)若当前区段是缓坡地段：
且L<2×Lmax，则此区段内需设置唯一车站，此时分别以线路区段的起点和终点为中心，并分别以Lmin和Lmax为半径做圆，相交区域即为车站选址范围；反之，此区段内需设置多个车站，此时以线路区段的起点为中心，分别以Lmin和Lmax为半径做圆，两圆在线路区段上的相交区域为车站选址范围。
进一步地，所述步骤S6具体包括：
S6-1、选取影响设站的评价指标，并计算所有网格相应于各评价指标的评价值；
所述评价指标包括：地形指标、地质指标、线站耦合指标、经济地理指标和生态环境指标；
S6-2、剔除明显不符合要求的网格；
对土石方工程数量、网格平面上偏离短直方向的距离、网格纵面上偏离短直方向的高差超过设定限值的网格进行剔除；
S6-3、利用层次分析法确定S6-1中五个评价指标对设站影响的权重；
S6-4、数据标准化；
将S6-1中计算得到的网格相应于各评价指标的评价值用Min-max标准化方法转换到0-1之间，数据越接近1，则表明网格越适宜设站；
S6-5、计算每个网格的设站适宜度值V；
基于五个评价指标对设站影响的权重及网格相应于各评价指标的评价值的标准化数据得到网格设站适宜度值。
进一步地，所述步骤S6-5中网格的设站适宜度值V的计算公式为：
V＝V1×θ1+V2×θ2+V3×θ3+V4×θ4+V5×θ5
其中θ1、θ2、θ3、θ4和θ5分别为通过层析分析法确定的五个评价指标对设站影响的权重；V1、V2、V3、V4和V5为网格相应于五个评价指标的评价值的标准化数据。
进一步地，所述步骤S6-1中网格相应于地形指标的评价值的计算方法为：在车站选址范围内，作矩形，矩形以网格为中心，矩形的长度方向为线路短直方向，矩形的长度为车站站坪长度，矩形的宽度为车站站坪宽度；以网格高程为基准高程，计算矩形范围内的土石方工程数量；然后以一定的角度旋转矩形，遍历适宜设站的若干方向，计算相应的土石方工程数量；然后，以矩形的长度方向偏离线路短直方向的角度与对应的土石方工程数量为评价指标，综合评价得到网格处设站的最优方向及其对应的土石方工程数量，并得到网格相应于地形指标的评价值。
进一步地，线站耦合指标包括：网格平面上偏离短直方向的距离、网格纵面上高程影响值及车站站坪方向偏离短直方向的角度；车站站坪方向为所述的网格处设站的最优方向
其中纵面上高程影响值的计算方法为：
缓坡地段：以网格纵面上偏离短直方向的高差表示；
紧坡地段：以网格地面高程与其期望高程的差值表示；
其中，网格处期望高程Hhope的计算公式为：Hhope＝H0±Ls×is×imax，式中H0表示区段的起点高程，Ls为网格距线路区段的起点的距离，is为坡度折减系数，由区段的起点到终点高程变大时为加法运算，反之为减法运算。
综合评价线站耦合指标中包括的各个因素，得到网格相应于线站耦合指标的评价值。
进一步地，(a)所述网格相应于地质指标的评价值的计算方法为：依据采集的地理信息数据中的工程地质信息，将工程地质情况按优良程度划分为1-10的10个等级，等级越低表明地质情况越差，遍历网格，确定网格所在区域的等级；
(b)所述网格相应于经济地理指标的评价值的计算方法为：依据采集的地理信息数据中的经济地理信息，将经济地理情况按经济区发展程度划分为1-10的10个等级，等级越低表明区域的经济发展程度落后，遍历网格，确定网格所在区域的等级；
(c)所述网格相应于生态环境指标的评价值的计算方法为：依据采集的地理信息数据中的生态环境信息，将生态环境情况按设站对当地生态的破坏程度划分为1-10的10个等级，等级越低表明生态环境受到设站的破坏程度越高，遍历网格，确定网格所在区域的等级。
所述高程信息指的是某点沿铅垂线方向到绝对基面的距离，称绝对高程，简称高程。某点沿铅垂线方向到某假定水准基面的距离，称假定高程。高程信息数据用绝对高程数据，DEM(格网高程模型)数据可以从网上下载得到。
所述经济地理信息包括城市、矿区等经济区分布程度。城镇工矿等吸引着铁路线路，将车站位置设置在这些区域将有利于交通运输及经济发展。
所述生态环境信息包括自然生态环境、农业生态环境的分布状况。
高程可达性是指在线路限制坡度约束下，分别从当前区段起终点出发通过展线应能到达网格点的地面高程。展线指的是在山岭地带，由于地面自然纵坡常大于道路设计容许最大纵坡，加上工程地质条件限制，就需要顺应地形，适当延伸线路长度沿山坡逐渐盘绕而上，以致达路线终点。这种减缓纵坡，延长起、终点间路线长度的设计定线，称为展线。
满足展线系数约束是指站址的选择应满足最大展线系数要求。
所述步骤S3中：还包括地质要求，地质要求指的是崩塌、滑坡、泥石流等恶劣的地质区域不允许设站。需剔除此类区域的网格点。
所述步骤S6-1中的评价指标具体为：
1)地形指标：即地形的起伏程度，用站址处建立车站的土石方工程数量衡量。
2)地质指标：用地质的优良程度衡量。
3)线站耦合指标：包括平面上偏离短直方向的距离、纵面上高程影响值(分缓坡地段与禁坡地段分别讨论)及车站站坪方向偏离短直方向的角度。
4)经济地理指标：以城市、矿区等经济区分布程度衡量。
5)生态环境指标：表现为车站的设立对自然生态环境、农业生态环境的破环程度。
所述步骤S6-1中，在车站选址范围内，作矩形，矩形以网格为中心，矩形的长度方向为线路短直方向，矩形的长度为车站站坪长度，矩形的宽度为车站站坪宽度；以网格高程为基准高程，计算矩形范围内的土石方工程数量；然后以5°为间隔，旋转矩形，选取偏离线路短直方向的20个方向。计算矩形在每个方向上相应的土石方工程数量；然后，以矩形的长度方向偏离线路短直方向的角度与对应的土石方工程数量为评价指标，综合评价得到网格处设站的最优方向及其对应的土石方工程数量，并得到网格相应于地形指标的评价值。
用Min-max标准化方法对方向偏离角度及对应的土石方数量做标准化处理，并对两指标均赋0.5的权重，综合分析得到网格处适宜设站的最优方向及相对应的土石方工程数量。min-max标准化方法是对原始数据进行线性变换。设minA和maxA分别为属性A的最小值和最大值，将A的一个原始值x通过min-max标准化映射成在区间[0,1]中的值x'，其公式为：新数据＝(原数据-极小值)/(极大值-极小值)。
短直方向：铁路线路规划时设定有起点和终点，起点和终点的连线就是线路的短直方向，方法中认为某网格点的设站最优方向为线路的短直方向(避免线路会绕弯，增大展线)，偏离短直方向越大，越不宜设站。
常见的土石方工程有：场地平整、基坑(槽)与管沟开挖、路基开挖、人防工程开挖、地坪填土，路基填筑以及基坑回填。车站的设置需要地形平顺，如果地形不平顺则需要填挖土地，造成一定的土石方填挖费用。土石方工程数量单位是立方米，方向偏离度单位是度数，两指标单位是不统一的，用到综合分析的方法对其数据标准化，分析权重，最后得到方向偏离少，土石方工程数量相对小的方向，设为网格的设站方向。
分级说明：设站五个指标中，地形指标，线站耦合指标是用计算出的数据表征的，具体计算方法实施方式中有写，其他的如地质、生态环境、经济地理指标只能评价等级，给定等级数据，用等级数据参与后面的综合评价。至于等级数据的划分，例如地质：极差地质(滑坡、泥石流地带)——优良地质(岩层稳定等)，分为十个等级；经济地理，生态指标均类似，如果是重要自然保护区自然不易设站。
基于层次分析法分析计算地形指标、地质指标、线站耦合指标、经济地理指标、生态环境指标对设站影响的权重。层次分析法是将决策问题按总目标、各层子目标、评价准则直至具体的备投方案的顺序分解为不同的层次结构，然后得用求解判断矩阵特征向量的办法，求得每一层次的各元素对上一层次某元素的优先权重，最后再加权和的方法递阶归并各备择方案对总目标的最终权重，此最终权重最大者即为最优方案。
步骤S7具体为：选择车站选址范围内设站适宜度值最大的网格作为最优站址；步骤S6-1中记录有每个网格处设站的最优方向，当选出最优站址后，最优站址所在的网格处设站的最优方向便是站坪方向。
有益效果：
1、能够满足复杂山区新建铁路车站选址的各种约束条件，快速进行车站选址，搜索出满足通过能力需要、满足自然、经济环境约束并兼顾线站耦合约束的站址，提高铁路设计的自动化程度。本发明亦可为人工选站提供快速参考。
2、本发明有优良的自适应性能，能够在任意地形上分析该区域的总体自然环境状况，设置合理的剔除参数，建立车站寻址综合评价方法，使搜索出来的站址更科学更合理。
3、基于内插地面线法及综合评价法计算站址最适宜的站坪方向。能够保证搜索得到的站坪方向不仅满足地形平顺的要求，亦能满足与线路大致走向相符合的要求。
4、实现车站在线路规范要求下的布设，本方法选择的车站能在后期的线路搜索中起合理的导向作用。
5、该方法自动化程度高、实用性强、运行效率高，具有很高的推广应用价值。
附图说明
图1是本发明方法总体步骤流程图。
图2是划分线路区段的示意图。
图3是线路区段车站选址的流程图。
图中标记说明：
S1、确定车站站址搜索参数并划分线路区段
S2、将线路区段划分为若干网格，添加网格属性；
S3、剔除设站不可行网格
S4、判断区段i是否需要设站，如果不需要，对下一区段i+1进行判断；如果需要，则进入S5
S5、确定车站选址范围
S6、选取影响设站的评价指标，确定评价指标的权重，并计算网格相应于各评价指标的评价值，得到网格的设站适宜度值
S7、选出最优站址并确定站坪方向
S8、将选出的站址作为区段i的新起点，判断区段i是否需要设站，如果不需要，对下一区段i+1进行判断；否则，转S5；直至搜索出全段线路的所有最优站址。
S6-1、计算影响设站评价指标
S6-2、剔除明显不符合要求的网格
S6-3、层次分析法判断权重
S6-4、数据标准化
S6-5、计算网格设站适宜度值
A、线路区段外边界中点示意点
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的技术方案进行进一步清楚、完整地描述，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施方式都属于本发明的保护范围。
具体的，图1显示的是本发明涉及的复杂山区新建铁路车站自动寻址方法的总体步骤流程图。如图1所示，一种山区新建铁路车站自动选址方法流程包括以下步骤：
S1：确定车站站址搜索参数，并划分线路区段；
车站站址搜索参数包括：最大展线系数r、线路限制坡度imax、最大站间距Lmax、最小站间距Lmin、车站站坪长度和车站站坪宽度；确定全段线路的起点、线路的终点及n个必经点位置，将其连成一条折线，以该折线的边为基准，划分线路区段；从全段线路的起点开始将线路区段依次编号为区段1，区段2，……，区段n+1；区段1的起点为全段线路的起点，区段1的终点为必经点1；……；区段i的起点为必经点i-1，区段i的终点为必经点i；……；区段n+1的起点为必经点n，区段n+1的终点为全段线路的终点；其中i＝2，……n；图2是划分线路区段的示意图。
步骤S1中线路区段范围的确定方法为：线路区段外边界中点到线路区段的起点和终点的距离之和＝线路区段的起点和终点之间的距离×最大展线系数。
S2：将线路区段划分为若干网格，添加网格属性；
将线路区段按设定精度划分为若干正方形的网格，网格边长的取值范围为30m-90m，采集地理信息数据作为网格属性；地理信息数据包括：高程信息、禁区信息、河流信息、工程地质信息、经济地理信息和生态环境信息；
S3：剔除设站不可行网格；
遍历所有网格，将同时满足不在禁区、不在河流内、满足高程可达性和展线系数约束的网格定为设站可行网格，其余为设站不可行网格，将其剔除；
其中：
(1)满足高程可达性的条件为：Hmin<H0<Hmax；
(2)满足展线系数约束的条件为：(Ls+Le)<r×L；
其中H0为网格高程，
Hmin为当前网格允许的最低高程，其值为Hs-Ls×r×imax与He-Le×r×imax中最大值；
Hmax为当前网格允许的最高高程，其值为Hs+Ls×r×imax与He+Le×r×imax中最小值；
Hs为线路区段的起点高程，He为线路区段的终点高程，Ls为网格距线路区段的起点的距离，Le为网格距线路区段的终点的距离，L为线路区段的起点和终点之间距离。
满足展线系数约束是指站址的选择应满足最大展线系数要求。
S4：判断当前线路区段是否需要设站；
根据最大、最小站间距判断区段i是否需要设站，其中i＝1，2，……n+1，如果不需要，判断i是否等于n+1，如果是，则直接结束，否则令i＝i+1，即对下一个区段进行判断；起始时，i＝1；
如果需要，继续下一步骤S5；
具体地：
若(L+Lend)×r×θ>Lmax，则当前线路区段需要设站，反之不用设站；
其中θ为展线折减系数，θ值在本发明中取值为(r+1)/2，可尽量的减小站间距判别中出现的误差，Lend是上个线路区段最后一个站址与当前线路区段的起点之间的距离，Lend初值设为0，L为线路区段的起点和终点之间距离。当区段满足站间距要求不需设站时，则区分终点处必经点是否设站的情况，若该点为不设站点将会自动记录当前线路区段残留距离Lend，累计进入下一个区段计算。
S5：确定车站选址范围，即确定在当前线路区段的哪个范围内设置车站，可以满足最大、最小站间距的要求；
具体地：
若|Hs-He|/L>imax，则当前区段是紧坡地段，否则当前区段是缓坡地段，其中Hs为线路区段的起点高程，He为线路区段的终点高程，L为线路区段的起点和终点之间距离；
(1)若当前区段是紧坡地段：
且L<2×Lmax/r，则此区段内需设置唯一车站，此时分别以线路区段的起点和终点为中心，并分别以Lmin/r和Lmax/r为半径做圆，相交区域即为车站选址范围；反之，此区段内需设置多个车站，此时以线路区段的起点为中心，分别以Lmin/r和Lmax/r为半径做圆，两圆在线路区段上的相交区域为车站选址范围；
(2)若当前区段是缓坡地段：
且L<2×Lmax，则此区段内需设置唯一车站，此时分别以线路区段的起点和终点为中心，并分别以Lmin和Lmax为半径做圆，相交区域即为车站选址范围；反之，此区段内需设置多个车站，此时以线路区段的起点为中心，分别以Lmin和Lmax为半径做圆，两圆在线路区段上的相交区域为车站选址范围。
S6：选取影响设站的评价指标，利用层次分析法确定所有评价指标的权重，并计算网格相应于各评价指标的评价值，得到网格的设站适宜度值。
图3是线路区段车站选址的流程图，如图所示，S6具体包括：
S6-1、选取影响设站的评价指标，并计算所有网格相应于各评价指标的评价值；
所述评价指标包括：地形指标、地质指标、线站耦合指标、经济地理指标和生态环境指标；
具体地，所述步骤S6-1中网格相应于地形指标的评价值的计算方法为：在车站选址范围内，作矩形，矩形以网格为中心，矩形的长度方向为线路短直方向，矩形的长度为车站站坪长度，矩形的宽度为车站站坪宽度；以网格高程为基准高程，计算矩形范围内的土石方工程数量；然后以一定的角度旋转矩形，遍历适宜设站的若干方向，计算相应的土石方工程数量；然后，以矩形的长度方向偏离线路短直方向的角度与对应的土石方工程数量为评价指标，综合评价得到网格处设站的最优方向及其对应的土石方工程数量，并得到网格相应于地形指标的评价值。
线站耦合指标包括：网格平面上偏离短直方向的距离、网格纵面上高程影响值及车站站坪方向偏离短直方向的角度；车站站坪方向为所述的网格处设站的最优方向；综合评价线站耦合指标中包括的各个因素，得到网格相应于线站耦合指标的评价值。
其中纵面上高程影响值的计算方法为：
缓坡地段：以网格纵面上偏离短直方向的高差表示；
紧坡地段：以网格地面高程与其期望高程的差值表示；
其中，网格处期望高程Hhope的计算公式为：Hhope＝H0±Ls×is×imax，式中H0表示区段的起点高程，Ls为网格距线路区段的起点的距离，is为坡度折减系数，由区段的起点到终点高程变大时为加法运算，反之为减法运算。
网格相应于地质指标的评价值的计算方法为：依据采集的地理信息数据中的工程地质信息，将工程地质情况按优良程度划分为1-10的10个等级，等级越低表明地质情况越差，遍历网格，确定网格所在区域的等级；
网格相应于经济地理指标的评价值的计算方法为：依据采集的地理信息数据中的经济地理信息，将经济地理情况按经济区发展程度划分为1-10的10个等级，等级越低表明区域的经济发展程度落后，遍历网格，确定网格所在区域的等级；
网格相应于生态环境指标的评价值的计算方法为：依据采集的地理信息数据中的生态环境信息，将生态环境情况按设站对当地生态的破坏程度划分为1-10的10个等级，等级越低表明生态环境受到设站的破坏程度越高，遍历网格，确定网格所在区域的等级。
S6-2、剔除明显不符合要求的网格；
对土石方工程数量、网格平面上偏离短直方向的距离、网格纵面上偏离短直方向的高差超过设定限值的网格进行剔除；
S6-3、利用层次分析法确定S6-1中五个评价指标对设站影响的权重；
S6-4、数据标准化；
将S6-1中计算得到的网格相应于各评价指标的评价值用Min-max标准化方法转换到0-1之间，数据越接近1，则表明网格越适宜设站；
S6-5、计算每个网格的设站适宜度值V；
基于五个评价指标对设站影响的权重及网格相应于各评价指标的评价值的标准化数据得到网格设站适宜度值。
具体地，网格的设站适宜度值V的计算公式为：
V＝V1×θ1+V2×θ2+V3×θ3+V4×θ4+V5×θ5
其中θ1、θ2、θ3、θ4和θ5分别为通过层析分析法确定的五个评价指标对设站影响的权重；V1、V2、V3、V4和V5为网格相应于五个评价指标的评价值的标准化数据。
S7：选出最优站址并确定站坪方向；
选择当前线路区段的车站选址范围内设站适宜度值最大的网格作为最优站址；步骤S6-1中记录有每个网格处设站的最优方向，当选出最优站址后，最优站址所在的网格处设站的最优方向便是站坪方向。
S8：当选出一个站址后，将选出的站址作为区段i的新起点，根据最大、最小站间距判断区段i是否需要设站，其中i＝1，2，……n+1，如果不需要，判断i是否等于n+1，如果是，则直接结束，否则令i＝i+1，即对下一个区段进行判断；
如果需要，转步骤S5搜寻区段i内的其他最优站址或其他区段内的最优站址；循环直至搜索出全段线路的所有最优站址。
本发明能自动搜索出满足地形、地质、河流、交通等环境约束、适应地形变化并兼顾线站耦合约束的站址。
Claims (4)
1.一种山区新建铁路车站自动选址方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：确定车站站址搜索参数，并划分线路区段；
车站站址搜索参数包括：最大展线系数r、线路限制坡度imax、最大站间距Lmax、最小站间距Lmin、车站站坪长度和车站站坪宽度；确定全段线路的起点、线路的终点及n个必经点位置，将其连成一条折线，以该折线的边为基准，划分线路区段；从全段线路的起点开始将线路区段依次编号为区段1，区段2，……，区段n+1；区段1的起点为全段线路的起点，区段1的终点为必经点1；……；区段i的起点为必经点i-1，区段i的终点为必经点i；……；区段n+1的起点为必经点n，区段n+1的终点为全段线路的终点；其中i＝2，……n；
S2：将线路区段划分为若干网格，添加网格属性；
将线路区段按设定精度划分为若干正方形的网格，网格边长的取值范围为30m-90m，采集地理信息数据作为网格属性；地理信息数据包括：高程信息、禁区信息、河流信息、工程地质信息、经济地理信息和生态环境信息；
S3：剔除设站不可行网格；
遍历所有网格，将同时满足不在禁区、不在河流内、满足高程可达性和展线系数约束的网格定为设站可行网格，其余为设站不可行网格，将其剔除；
S4：判断当前线路区段是否需要设站；
根据最大、最小站间距判断区段i是否需要设站，其中i＝1，2，……n+1，如果不需要，判断i是否等于n+1，如果是，则直接结束，否则令i＝i+1，即对下一个区段进行判断；起始时，i＝1；
如果需要，继续下一步骤S5；
S5：确定车站选址范围；
S6：选取影响设站的评价指标，利用层次分析法确定所有评价指标的权重，并计算网格相应于各评价指标的评价值，得到网格的设站适宜度值；
S7：选出最优站址并确定站坪方向；
S8：当选出一个站址后，将选出的站址作为区段i的新起点，根据最大、最小站间距判断区段i是否需要设站，其中i＝1，2，……n+1，如果不需要，判断i是否等于n+1，如果是，则直接结束，否则令i＝i+1，即对下一个区段进行判断；
如果需要，转步骤S5搜寻区段i内的其他最优站址或其他区段内的最优站址；循环直至搜索出全段线路的所有最优站址；
所述步骤S1中线路区段范围的确定方法为：线路区段外边界中点到线路区段的起点和终点的距离之和＝线路区段的起点和终点之间的距离×最大展线系数；
所述步骤S3中：
(1)满足高程可达性的条件为：Hmin<H0<Hmax；
(2)满足展线系数约束的条件为：(Ls+Le)<r×L；
其中H0为网格高程，
Hmin为当前网格允许的最低高程，其值为Hs-Ls×r×imax与He-Le×r×imax中最大值；
Hmax为当前网格允许的最高高程，其值为Hs+Ls×r×imax与He+Le×r×imax中最小值；
Hs为线路区段的起点高程，He为线路区段的终点高程，Ls为网格距线路区段的起点的距离，Le为网格距线路区段的终点的距离，L为线路区段的起点和终点之间距离；
述步骤S4具体为：
若(L+Lend)×r×θ>Lmax，则当前线路区段需要设站，反之不用设站；
其中θ为展线折减系数，Lend是上个线路区段最后一个最优站址与当前线路区段的起点之间的距离，Lend初值设为0，L为线路区段的起点和终点之间距离；
所述步骤S5具体为：
若|Hs-He|/L>imax，则当前区段是紧坡地段，否则当前区段是缓坡地段，其中Hs为线路区段的起点高程，He为线路区段的终点高程，L为线路区段的起点和终点之间距离；
(1)若当前区段是紧坡地段：
且L<2×Lmax/r，则此区段内需设置唯一车站，此时分别以线路区段的起点和终点为中心，并分别以Lmin/r和Lmax/r为半径做圆，相交区域即为车站选址范围；反之，此区段内需设置多个车站，此时以线路区段的起点为中心，分别以Lmin/r和Lmax/r为半径做圆，两圆在线路区段上的相交区域为车站选址范围；
(2)若当前区段是缓坡地段：
且L<2×Lmax，则此区段内需设置唯一车站，此时分别以线路区段的起点和终点为中心，并分别以Lmin和Lmax为半径做圆，相交区域即为车站选址范围；反之，此区段内需设置多个车站，此时以线路区段的起点为中心，分别以Lmin和Lmax为半径做圆，两圆在线路区段上的相交区域为车站选址范围；
所述步骤S6具体包括：
S6-1、选取影响设站的评价指标，并计算所有网格相应于各评价指标的评价值；
所述评价指标包括：地形指标、地质指标、线站耦合指标、经济地理指标和生态环境指标；
S6-2、剔除明显不符合要求的网格；
对土石方工程数量、网格平面上偏离短直方向的距离、网格纵面上偏离短直方向的高差超过设定限值的网格进行剔除；
S6-3、利用层次分析法确定S6-1中五个评价指标对设站影响的权重；
S6-4、数据标准化；
将S6-1中计算得到的网格相应于各评价指标的评价值用Min-max标准化方法转换到0-1之间，数据越接近1，则表明网格越适宜设站；
S6-5、计算每个网格的设站适宜度值V；
基于五个评价指标对设站影响的权重及网格相应于各评价指标的评价值的标准化数据得到网格设站适宜度值；
所述线站耦合指标包括：网格平面上偏离短直方向的距离、网格纵面上高程影响值及车站站坪方向偏离短直方向的角度；车站站坪方向为所述的网格处设站的最优方向；
其中网格纵面上高程影响值的计算方法为：
缓坡地段：以网格纵面上偏离短直方向的高差表示；
紧坡地段：以网格地面高程与其期望高程的差值表示；
其中，网格处期望高程Hhope的计算公式为：Hhope＝H0±Ls×is×imax，式中H0表示区段的起点高程，Ls为网格距线路区段的起点的距离，is为坡度折减系数，由区段的起点到终点高程变大时为加法运算，反之为减法运算。
2.根据权利要求1所述的山区新建铁路车站自动选址方法，其特征在于：所述步骤S6-5中网格的设站适宜度值V的计算公式为：
V＝V1×θ1+V2×θ2+V3×θ3+V4×θ4+V5×θ5
其中θ1、θ2、θ3、θ4和θ5分别为通过层析分析法确定的五个评价指标对设站影响的权重；V1、V2、V3、V4和V5为网格相应于五个评价指标的评价值的标准化数据。
3.根据权利要求2所述的山区新建铁路车站自动选址方法，其特征在于：所述步骤S6-1中网格相应于地形指标的评价值的计算方法为：在车站选址范围内，作矩形，矩形以网格为中心，矩形的长度方向为线路短直方向，矩形的长度为车站站坪长度，矩形的宽度为车站站坪宽度；以网格高程为基准高程，计算矩形范围内的土石方工程数量；然后以一定的角度旋转矩形，遍历适宜设站的若干方向，计算相应的土石方工程数量；然后，以矩形的长度方向偏离线路短直方向的角度与对应的土石方工程数量为评价指标，综合评价得到网格处设站的最优方向及其对应的土石方工程数量，并得到网格相应于地形指标的评价值。
4.根据权利要求3所述的山区新建铁路车站自动选址方法，其特征在于：
(a)所述网格相应于地质指标的评价值的计算方法为：依据采集的地理信息数据中的工程地质信息，将工程地质情况按优良程度划分为1-10的10个等级，遍历网格，确定网格所在区域的等级；
(b)所述网格相应于经济地理指标的评价值的计算方法为：依据采集的地理信息数据中的经济地理信息，将经济地理情况按经济区发展程度划分为1-10的10个等级，等级越低表明区域的经济发展程度落后，遍历网格，确定网格所在区域的等级；
(c)所述网格相应于生态环境指标的评价值的计算方法为：依据采集的地理信息数据中的生态环境信息，将生态环境情况按设站对当地生态的破坏程度划分为1-10的10个等级，等级越低表明生态环境受到设站的破坏程度越高，遍历网格，确定网格所在区域的等级。
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