CN109670194A - 一种曲线地段站台侵限的自动检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于地铁限界技术领域，具体涉及一种曲线地段站台侵限的自动检测方法，其具体包括以下步骤：S1建立基准坐标系，获取整条线路中心线上的点在坐标系上的坐标；S2识别出该线段中所包含的圆曲线、缓和曲线和直线；S3针对不同的曲线类型上的点分别进行加宽计算，绘制得到建筑限界；S4分别得到建筑界限和站台轮廓边线上对应点的距离和方向，将其与限界要求的标准值进行对比，判断站台是否侵界，完成自动侵限检测。本发明可有效解决现有的校核方法工作量大、耗时长，无法简便直观的反应限界校核结果的问题，能大大提高侵限检测效率及运营安全性，还具有结果直观、算法简单等优点，因而尤其适用于地铁站台的曲线地段站台侵限的自动检测。

Description

一种曲线地段站台侵限的自动检测方法

技术领域

本发明属于地铁限界技术领域，更具体地，涉及一种曲线地段站台侵限的自动检测方法。

背景技术

限界校核是保证地铁车辆运营安全的关键步骤，如果在设计阶段不能及时发现侵限问题，将会造成土建工程的返工或产生运营安全事故。

目前，限界校核基本依靠人工进行图纸测量，且限界校核人员需要具备丰富的限界设计经验。地下车站曲线站台地段限界校核较其他区段更为复杂，曲线站台地段到线路中心线距离过大则会造成停车后站台与车辆之间间隙过大，容易发生踏空事故，对乘客人身安全造成威胁，过小则会发生侵限，造成列车刮擦甚至碰撞等安全事故。曲线站台地段限界校核工作量约占地下车站全部限界校核工作量的70％以上。

现有曲线地段的限界校核方法存在如下问题：(1)只能完成有限个数的关键点的侵限情况检查，无法校核整个曲线每个点的侵限情况；(2)无法简便直观的反应限界校核结果，(3)限界计算公式复杂，校核工作量大。

在上述技术背景下，本领域亟需研究设计一种全新的地铁地下车站曲线地段站台板侵限自动检测方法，使其可实现计算机自动检测侵限。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种曲线地段站台侵限的自动检测方法，其中结合站台曲面不规则的特点，相应设计了站台板侵限的自动检测方法，并通过针对不同曲线自身的特点进行研究和设计，将线路中心线进行整理，并采用不同的方法对曲线中每个点均进行界限加宽量计算，相应可有效解决现有的校核方法工作量大、耗时长，无法简便直观的反应限界校核结果的问题，能大大提高侵限检测效率及运营安全性，还具有结果直观、算法简单等优点，因而尤其适用于地铁站台、火车站台等领域的曲线地段站台侵限的自动检测。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种曲线地段站台侵限的自动检测方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1建立基准坐标系，获取整条线路中心线上的点在坐标系上的坐标；

S2对线路中心线进行整理，分别识别出该线段中所包含的圆曲线、缓和曲线和直线；

S3针对不同的曲线类型上的点分别进行加宽计算，绘制得到建筑限界；

S4对于曲线上任一点，得到该点的法向量与建筑界限和站台轮廓边线的交点，通过判断上述交点的位置关系和距离大小，来判断站台是否侵界，从而完成自动侵限检测。

具体地，该自动检测方法通过采用曲线插值算法及图形学几何变换算法，将线路中心线整理为光滑、连续的线路，并将其分隔为曲线、缓和曲线和直线等部分，针对不同类型的线路，分别进行限界加宽计算，能够直接在地下车站站台层平面图纸上生成曲线站台建筑限界，通过自动检测建筑限界与曲线地段站台板建筑轮廓是否碰撞，来检查站台板是否侵入建筑限界。该方法简单易行，快速、准确、直观的反映了土建设计是否侵限。

进一步优选地，步骤S3的具体过程如下：

S31获取整理后的线路中心线上所有点的坐标，对于每一点先判断其曲线的方向为内侧或外侧，从而确定限界加宽方向；

S32针对线路中心线中的圆曲线、缓和曲线和直线，分别计算其限界加宽量，将线路中心线上的每一点均按其对应的限界加宽量沿垂直于线路的加宽方向进行偏移，并通过坐标运算得到偏移后的点坐标；

S33将所有偏移后的点坐标进行连接，绘制得到建筑限界。

在该步骤中，通过加宽方向的判断，能够确定限界加宽量的偏移方向，而针对不同类型的线路分别进行限界加宽量的精确计算，则能够精确地计算每点的限界加宽量，由此得到的建筑限界更精确，能够提高最终的侵限检测精确度和效率，提高轨道运营安全性。

优选地，在步骤S31中，判断曲线方向的方法具体如下：

(1)在曲线上任取一点A₀，并以A₀为圆心、单位长度为半径画圆，得到与曲线交点A₁点；

(2)连接A₀和A₁点得到线段A₀A₁，并计算A₀A₁在A₀点的两个法向量A₀B_a和A₀B_i；

(3)以A₁点为圆心，单位长度为半径，在曲线上可找到交点A₂；

(4)计算向量积，若同时满足A₀A₂·A₀B_a<0且A₀A₂·A₀B_i>0，则B_a在外侧，B_i在内侧；否则，B_a在内侧，B_i在外侧，完成判断。

优选地，在步骤S4中，进行自动侵限检测的具体判断过程如下：

对于曲线上任一点A，通过A点的法向向量找到该法向量与建筑限界及站台轮廓线的交点B点和C点，并组成向量和

若向量与向量同向，即且的值在限界要求的标准值的范围以内，则满足限界要求，判断为不侵限；

若向量与向量反向，即或向量的值小于限界要求的标准值，则判断侵限；

若向量与向量同向，即且的值大于限界要求的标准值，则判断间隙过大。

通过将建筑限界与站台轮廓线进行比对，计算对应点之间的距离，并对其方向进行判断，不仅能够判断站台是否侵界，还能够判断间隙大小是否符合要求，大大提高了侵界判断的准确性。

优选地，在步骤S4后还包括步骤S5：将站台板侵出限界部分的数据以图表形式输出。将侵界部分的数据直接以图表形式输出，能够快速、准确、直接的反映侵界的实际情况。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

(1)为改变传统的人工图纸测量方法，本发明的自动检测方法根据地铁规范中规定的曲线加宽办法，采用AutoCAD二次开发技术、曲线插值算法及图形学几何变换算法，直接在地下车站站台层建筑平面CAD图纸上生成曲线地段站台板的建筑限界，通过自动检测建筑限界与曲线地段站台板建筑轮廓是否碰撞，来检查站台板是否侵入建筑限界。该方法简单易行，快速、准确直观的反映了土建设计是否侵限，便于限界专业设计人员使用。解决了曲线地段站台板限界校核工作量大、耗时长，无法简便直观的反应限界校核结果的问题。

(2)本发明的自动检测方法通过采用曲线插值算法及图形学几何变换算法，将线路中心线整理为光滑、连续的线路，并将其分隔为圆曲线、缓和曲线和直线等部分，针对不同类型的线路，分别进行限界加宽计算。在加宽计算时，通过加宽方向的判断，能够确定限界加宽量的偏移方向，而针对不同类型的线路分别进行限界加宽量的精确计算，则能够精确地计算每点的限界加宽量，由此得到的建筑限界更精确，能够提高最终的侵限检测精确度和效率，提高轨道运营安全性。

(3)本发明通过将建筑限界与站台轮廓线进行比对，计算对应点之间的距离，并对其方向进行判断，不仅能够判断站台是否侵界，还能够判断间隙大小是否符合要求，大大提高了侵界判断的准确性。

(4)本发明的方法能大幅降低地下车站曲线地段站台板限界校核耗时，保证校核结果的准确性，提高车辆运营的安全性，还具有结果直观、算法简单等优点，因而尤其适用于地铁站台、火车站台等领域的曲线地段站台侵限的自动检测。

附图说明

图1是本发明的曲线地段站台限界的自动检测方法的流程图；

图2是本发明的线路中心线的整理效果；

图3是本发明的曲线站台平面布置图；

图4是本发明的曲线内外侧方向自动识别原理图；

图5是本发明的侵限自动判断原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

一种曲线地段站台侵限的自动检测方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1建立基准坐标系，获取整条线路中心线上的点在坐标系上的坐标；

S2对线路中心线进行整理，分别识别出该线段中所包含的圆曲线、缓和曲线和直线；

S3针对不同的曲线类型上的点分别进行加宽计算，绘制得到建筑限界；

S4对于曲线上任一点，得到该点的法向量与建筑界限和站台轮廓边线的交点，通过判断上述交点的位置关系和距离大小，来判断站台是否侵界，从而完成自动侵限检测。

在本发明的一个具体实施例中，步骤S3的具体过程如下：

S31获取整理后的线路中心线上所有点的坐标，对于每一点先判断其曲线的方向为内侧或外侧，从而确定限界加宽方向；

S32针对线路中心线中的圆曲线、缓和曲线和直线，分别计算其限界加宽量，将线路中心线上的每一点均按其对应的限界加宽量沿垂直于线路的加宽方向进行偏移，并通过坐标运算得到偏移后的点坐标；

S33将所有偏移后的点坐标进行连接，绘制得到建筑限界。

在本发明的另一个具体实施例中，在步骤S31中，判断曲线方向的方法具体如下：

(1)在曲线上任取一点A₀，并以A₀为圆心、单位长度为半径画圆，得到与曲线交点A₁点；

(2)连接A₀和A₁点得到线段A₀A₁，并计算A₀A₁在A₀点的两个法向量A₀B_a和A₀B_i；

(3)以A₁点为圆心，单位长度为半径，在曲线上可找到交点A₂；

(4)计算向量积，若同时满足A₀A₂·A₀B_a<0且A₀A₂·A₀B_i>0，则B_a在外侧，B_i在内侧；否则，B_a在内侧，B_i在外侧，完成判断。

在本发明的另一个具体实施例中，在步骤S32中，计算圆曲线的限界加宽量时，其计算公式如下：

①曲线外侧：ΔB_a＝Y_Kacosα-Z_Kasinα-Y_S(max)

②曲线内侧：ΔB_i＝Y_Kicosα+Z_Kisinα-Y_S(max)

其中，h为圆曲线段轨道超高值(mm)，(Y_Ki、Z_Ki),(Y_Ka、Z_Ka)分别为法向量与曲线地段设备限界交点的坐标值(mm),Y_s(max)为直线地段设备限界最大宽度值(mm)，S表示设备限界，K表示设备限界交点。

在本发明的另一个具体实施例中，在步骤S32中，计算缓和曲线的限界加宽量时，其计算公式如下：

①曲线内侧：E_内＝e_p内+e_h内+e_其他

②曲线外侧：E_外＝e_p外+e_h外+e_其他

其中，e_p内、e_p外为线路弯曲引起的曲线内、外侧限界的加宽量(mm)；e_h内、e_h外为轨道超高引起的曲线内、外侧限界加宽量(mm)；e_其他为其他因素引起的加宽量值(mm)。

根据不同的曲线类型，对曲线内侧和外侧分别进行限界加宽量的计算，准确地对线路中心线上的点对应进行准确地限界加宽，提高了侵界检测的准确性。

在本发明的另一个具体实施例中，在步骤S4中，得到建筑限界后，进行自动侵限检测的具体判断过程如下：

对于曲线上任一点A，通过A点的法向向量找到该法向量与建筑限界及站台轮廓线的交点B点和C点，并组成向量和

若向量与向量同向，即且的值在限界要求的标准值的范围以内，则满足限界要求，判断为不侵限；

若向量与向量反向，即或向量的值小于限界要求的标准值，则判断侵限；

若向量与向量同向，即且的值大于限界要求的标准值，则判断间隙过大。

在本发明的另一个具体实施例中，在步骤S4后还包括步骤S5：将站台板侵出限界部分的数据以图表形式输出。

为更好地解释本发明，以下给出一个具体实施例：

实施例

本实施例采用CAD软件二次开发的方式，根据不同曲线类型确定线路中每个节点在线路两侧的建筑限界，通过建筑限界核查与周边构筑物的碰撞关系，进而完成地下车站曲线站台地段的限界校核。

图1是本发明的曲线地段站台侵限的自动检测方法，其具体包括以下步骤：

S1利用CAD软件内的接口函数，获取线路上任意一点即可识别整条线路中心线的信息，如图2所示，地铁线路中心线一般由直线段、缓和曲线段、圆曲线段组成，由于图纸绘制标准不统一，在CAD软件系统中为不规则，非连续性线段；

S2根据线型判断并对线路中心线进行整理，将不规则，非连续性线段整理成为直线、缓和曲线和圆曲线,为下一步根据不同线型条件进行曲线加宽计算，生成相应的建筑限界做准备；

S3针对线路中心线中的圆曲线、缓和曲线和直线，分别计算其限界加宽量，将线路中心线上的每一点均按其对应的限界加宽量沿垂直于线路的加宽方向进行偏移，并通过坐标运算得到偏移后的点坐标；

在CAD软件中可获取线路上任意点的坐标，并通计算每一点在线路两侧的加宽量，通过坐标运算得到偏移点的坐标。地下车站曲线站台平面布置图如图3所示，将线路中心线上a点沿垂直线路方向按计算得到限界加宽量进行偏移后，得到建筑限界的交点b点，本发明通过固定步长的方法，沿线路中心线获取足够多的交点；最终将交点用连续多段线进行连接，从而绘制得到建筑限界，可直接在地下车站站台层建筑平面CAD图纸上生成曲线地段站台板的建筑限界；

在CAD中针对线路中心线中的圆曲线、缓和曲线和直线，分别计算其限界加宽量，其中，圆曲线加宽量计算公式如下：

①曲线外侧ΔB_a＝Y_Kacosα-Z_Kasinα-Y_S(max)

②曲线内侧ΔB_i＝Y_Kicosα+Z_Kisinα-Y_S(max)

其中，h为圆曲线段轨道超高值(mm)，(Y_Ki、Z_Ki),(Y_Ka、Z_Ka)分别为法向量与曲线地段设备限界交点的坐标值(mm),Y_s(max)为直线地段设备限界最大宽度值(mm)，S表示设备限界，K表示设备限界交点。

缓和曲线加宽量计算公式如下：

①曲线内侧：E_内＝e_p内+e_h内+e_其他

②曲线外侧：E_外＝e_p外+e_h外+e_其他

其中，e_p内、e_p外——线路弯曲引起的曲线内、外侧限界加宽量(mm)；e_h内、e_h外——轨道超高引起的曲线内、外侧限界加宽量(mm)；e_其他—其他因素引起的加宽量值(mm)，其中，车站地段可取10mm；区间地段可取30mm。

而由于采用不同的地铁车型时，其在线路弯曲引起的曲线内、外侧限界加宽量不同，因此，根据地铁的不同车型有如下计算公式：

A型车：

B型车：

其中，x—为计算点距离缓和曲线起点的距离(m)，L—缓和曲线长度(m)，R—圆曲线半径(m)。

根据以上公式可对地下车站曲线地段限界加宽量进行计算。

由于内外侧加宽量不同，需判断曲线内外侧方向从而确定加宽方向，判断方法如图4所示，具体方法如下：

由于内外侧加宽量不同，需判断曲线内外侧方向从而确定加宽方向，判断方法如图4所示。

通过曲线上三个交点组成向量和曲线交点处法向向量的相互关系进行判断，向量的数量积小于零则为曲线外侧，向量的数量积大于零则为曲线内侧。

以在曲线上任取的A₀点出为例，其判断过程如下：

(1)以A₀为圆心，单位长度为半径画圆，在曲线上可找到交点A1点，

(2)连接A₀和A₁点得到线段A₀A₁，并计算A₀A₁在A₀点的两个法向量A₀B_a和A₀B_i，

(3)以A₁点为圆心，单位长度为半径，在曲线上可找到交点A₂，

(4)计算向量积，若同时满足A₀A₂·A₀B_a<0且A₀A₂·A₀B_i>0，则B_a在外侧，B_i在内侧；否则，B_a在内侧，B_i在外侧，完成判断。

S4在CAD中根据识别到曲线参数自动绘制曲线地段的建筑限界，通过判断建筑限界和建筑轮廓边线上对应点的方向和距离，通过和标准值对比，通过计算机自动判断是否存在侵限现象；

具体地，在得到建筑限界后，可通过缓和曲线上A点的法向向量找到和建筑限界及站台板轮廓线的交点B点和C点，如图5所示，

若向量与向量同向，即且的值在限界要求的标准值的范围以内，则满足限界要求，判断为不侵限；

若向量与向量反向，即或向量的值小于限界要求的标准值，则判断侵限；

若向量与向量同向，即且的值大于限界要求的标准值，则判断间隙过大。

通过计算机对曲线上每个点进行如上判断，从而实现自动侵限检测。

S5将站台板侵出限界部分的数据以图表形式输出。

该自动检测方法可采用Auto CAD进行计算。采用该软件能够针对线路中心线上的每个点均进行加宽计算，快速地处理大量的数据，并能够以图表的形式直接反应侵界情况，提高了检测的效率。本方法可自动对地铁地下车站曲线地段站台板的限界进行检测，将工作耗时缩短70％以上，结果表达直观，准确率可达100％。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种曲线地段站台侵限的自动检测方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1建立基准坐标系，获取整条线路中心线上的点在坐标系上的坐标；

S2对线路中心线进行整理，分别识别出该线段中所包含的圆曲线、缓和曲线和直线；

S3针对不同的曲线类型上的点分别进行加宽计算，绘制得到建筑限界；

S4对于曲线上任一点，得到该点的法向量与建筑界限和站台轮廓边线的交点，通过判断上述交点的位置关系和距离大小，来判断站台是否侵界，从而完成自动侵限检测。

2.如权利要求1所述的自动检测方法，其特征在于，步骤S3的具体过程如下：

S31获取整理后的线路中心线上所有点的坐标，对于每一点先判断其曲线的方向为内侧或外侧，从而确定限界加宽方向；

S32针对线路中心线中的圆曲线、缓和曲线和直线，分别计算其限界加宽量，将线路中心线上的每一点均按其对应的限界加宽量沿垂直于线路的加宽方向进行偏移，并通过坐标运算得到偏移后的点坐标；

S33将所有偏移后的点坐标进行连接，绘制得到建筑限界。

3.如权利要求2所述的自动检测方法，其特征在于，在步骤S31中，判断曲线方向的方法具体如下：

(1)在曲线上任取一点A₀，并以A₀为圆心、单位长度为半径画圆，得到与曲线交点A₁点；

(2)连接A₀和A₁点得到线段A₀A₁，并计算A₀A₁在A₀点的两个法向量A₀B_a和A₀B_i；

(3)以A₁点为圆心，单位长度为半径，在曲线上可找到交点A₂；

(4)计算向量积，若同时满足A₀A₂·A₀B_a<0且A₀A₂·A₀B_i>0，则B_a在外侧，B_i在内侧；否则，B_a在内侧，B_i在外侧，完成判断。

4.如权利要求3所述的自动检测方法，其特征在于，在步骤S4中，进行自动侵限检测的具体判断过程如下：

对于曲线上任一点A，通过A点的法向向量找到该法向量与建筑限界及站台轮廓线的交点B点和C点，并组成向量和

若向量与向量同向，即且的值在限界要求的标准值的范围以内，则满足限界要求，判断为不侵限；

若向量与向量反向，即或向量的值小于限界要求的标准值，则判断侵限；

若向量与向量同向，即且的值大于限界要求的标准值，则判断间隙过大。

5.如权利要求4所述的自动检测方法，其特征在于，在步骤S4后还包括步骤S5：将站台板侵出限界部分的数据以图表形式输出。