CN112883474B - 一种既有轨道线路智能改建的布设方法、系统、终端及可读存储介质 - Google Patents

一种既有轨道线路智能改建的布设方法、系统、终端及可读存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种既有轨道线路智能改建的布设方法、系统、终端及可读存储介质，所述方法包括：获取既有轨道线路的线路信息，并构建既有轨道线路的改建模型；即模型包括设计变量、约束条件以及优化函数，所述设计变量为设计基线的平面线形信息和纵断面线形信息；生成既有轨道线路改建的设计基线的初始线路；基于所述既有轨道线路的改建模型以及设计基线的初始线路采用优化算法寻优得到最佳设计变量；基于所述最佳设计变量的设计线路为既有轨道线路改建的布设结果。本发明所述布设方法用于实现既有轨道线路的智能改建，布设中考虑到了几何约束和桥隧约束，有效地协调了多时态耦合、空间复杂关联约束来获得最优方案，解决了人工经验调整的弊端。

Description

一种既有轨道线路智能改建的布设方法、系统、终端及可读存 储介质
技术领域
本发明属于轨道线路改建技术领域，具体涉及一种既有轨道线路智能改建的布设方法、系统、终端及可读存储介质。
背景技术
铁路是国家的基础设施，同时也是我国的国民经济命脉，随着国民经济的迅速发展和对外贸易的不断扩大，铁路客、货运量也逐年大幅度地增长。因此，既有铁路的技术装备和运输能力，往往不能适应铁路现代化和运量增长的要求，需要进行技术改造和能力加强。
为了缓解铁路运输压力以及提高铁路运输质量，需要加强铁路基础设施建设。而新线路往往投资巨大、建设工期长、见效慢，所以今后除修建必要新线外，改建既有线以提高铁路能力，是投资少、见效快的一项重大措施，也是我国铁路建设的一个长期任务。
既有线改建在我国铁路建设中占有极其重要的地位。在相当长的一段时期内，我国各铁路设计单位面临着繁重的既有线改建设计任务，迫切需要高效的设计模式和方法来提高设计效率与质量。
既有铁路改建设计的基本任务是在尽量利用既有线桥隧、减少对运营干扰的情况下，确定改建之后的线路空间位置。如何协调多时态耦合、空间复杂关联约束来获得最优方案是线路改建设计面临的关键问题。目前，对既有线增、改建设计的数字选线方法缺乏系统深入的研究。相关研究主要集中在既有线重构环节，建立了各类计算模型，获取了良好的效果。对重构后的平面改建设计研究相对较少，主要是平面线间距计算和零散的平面计算工具开发。在目前实际工程中，主要依靠人工经验进行反复调整，存在设计效率低、工作量大、受时间精力限制只能进行有限方案详细比选，难以保证方案最优等缺点。
国内外学者进行了大量关于线路优化的研究，为这一问题提供了可行的解决思路。但是目前的研究大多集中在新建铁路线路，既有铁路线路的改建存在多时态耦合、空间复杂关联约束的难题，无法直接适用现有优化方法。目前仅有少数研究提出了平面或纵断面的单独改建优化方法，但这些方法忽略了平纵面之间的耦合性，对于既有铁路线路智能改建，目前在国内外尚属研究空白。
发明内容
本发明的目的是提供一种既有轨道线路智能改建布设方法、系统、终端及可读存储介质，所述布设方法用于实现既有轨道线路改建，布设过程中将平面线形信息和纵断面线形信息作为设计变量，考虑到了几何约束和桥隧约束，有效地协调了多时态耦合、空间复杂关联约束来获得最优方案，解决了人工经验调整的弊端。
一方面，本发明提供的一种既有轨道线路智能改建布设方法，包括如下步骤：
S1：获取既有轨道线路的线路信息，并构建既有轨道线路的改建模型；
其中，所述既有轨道线路的改建模型包括设计变量、约束条件以及优化函数，所述设计变量为设计基线的平面线形信息和纵断面线形信息；所述约束条件至少包含几何约束和桥隧约束；
S2：生成既有轨道线路改建的设计基线的初始线路；
S3：基于步骤S1所述既有轨道线路的改建模型以及步骤S2中的设计基线的初始线路采用优化算法寻优得到最佳设计变量；
基于所述最佳设计变量的设计线路为既有轨道线路改建的布设结果。
可选地，步骤S3中采用的优化算法为粒子群算法，执行过程如下：
S3-1：将设计变量作为粒子的位置以及将优化函数作为粒子的适应度，并基于步骤S2中的设计基线的初始路径生成初始化粒子群；
其中，将所述设计基线的初始路径中平面线形信息和纵断面线形信息作为粒子的初始位置，并基于所述初始位置进行变换生成初始化粒子群；
S3-2：基于当前粒子种群中每个粒子位置对应的设计线路计算出每个粒子的适应度；
S3-3：基于每个粒子的适应度确定当前的粒子种群中个体最优粒子位置(pbest)和全局最优粒子位置(gbest)；
S3-4:判断是否满足迭代终止条件，若不满足，进入步骤S3-5；否则，将全局最优粒子位置作为最佳设计变量；
S3-5:利用所述个体最优粒子位置(pbest)和全局最优粒子位置(gbest)及其位置向量和速度向量更新公式更新每个粒子的位置，再返回步骤S3-2进行下一次迭代。
本发明将平、纵线位抽象为多维空间中的粒子，基于设计基线的初始线路构建初始粒子群，并将其融入粒子群迭代进化机制中，实现了既有轨道线路智能优化。
可选地，步骤S2中生成既有轨道线路改建的设计基线的初始线路的过程如下：
步骤A：依据结构物类型将既有线分为桥隧段和路基段；
步骤B：依据所述桥隧段和路基段与几何约束、桥隧约束的关系识别出平纵利用段、平纵改建段及仅纵断面改建段；
步骤C：对平纵改建段及仅纵断面改建段进行改建分别生成平纵改建段初始线路方案、仅纵面改建段的初始线位方案；
步骤D：按照所有平纵改建段及仅纵断面改建段的起终点里程顺序，将改建段内平面交点坐标和纵面变坡点位置与平纵利用段整合，形成设计基线的线路方案。
可选地，步骤B的实现过程如下：
判断所述桥隧段是否满足所述几何约束以及所述桥隧约束，若均满足，所述桥隧段为平纵利用段；否则，所述桥隧段为平纵改建段；
判断所述路基段中曲线段中平面交点的半径、缓长是否满足所述几何约束，若满足，所述曲线段为平面利用段；判断所述路基段中直线段是否满足所述几何约束，若满足，所述直线段为平面利用段；然后再将里程连续的平面利用段合并；若曲线段和直线段不满足所述几何约束，对应所述路基段为平纵改建段；
在所述平面利用段内以坡段为识别单元，若变坡点前坡度、坡长满足所述几何约束，所述坡段为平纵利用段；否则，所述平面利用段为仅纵断面改建段。
可选地，步骤C中对平纵改建段进行改建时，考虑平纵改建段平面接边约束，并使用距离变换(Distance Transform)算法生成平纵改建段初始线路方案，如下：
步骤C-1：根据平纵改建段建立研究区域，并将研究区域划分为单元网格；
步骤C-2：考虑平纵改建段平面接边约束确定DT搜索路径可行起终点集合；
其中，改建段起点所在既有线夹直线上的前后平面交点(JDsf、JDsb)连线作为起始接边约束，选取改建段终点所在既有线夹直线上的前后平面交点(JDef、JDeb)连线作为终止接边约束，DT搜索路径的起点里程Ks的可行范围为Ks∈[Ksf,Ksb]，终点里程Ke的可行范围为Ke∈[Kef,Keb]，公式如下：
Ksf＝K_JDsf+LTmin+Tminsf
Figure GDA0003208064070000031
Ksb＝K_JDsb
式中，K_JDsf、Tminsf、Rsf、lsf、αsf分别为JDsf的里程、切线长、半径、缓和曲线长和转角；K_JDsb为JDsb的里程；LTmin为改建规范中规定的最小夹直线长；
Kef＝K_JDef
Keb＝K_JDeb-LTmin-Tmineb
Figure GDA0003208064070000041
式中，K_JDef为JDef的里程；K_JDeb、Tmineb、Reb、leb、αeb分别为JDeb的里程、切线长、半径、缓和曲线长和转角；
步骤C-3：利用起点里程Ks的可行范围以及终点里程Ke的可行范围所经过的研究区域的单元网格集合确定起点单元集合DT_S以及终点单元集合DT_E；步骤C-4：采用双向扫描方法遍历起点单元集合DT_S以及终点单元集合DT_E中的每个单元网格寻找DT路径，并依据优化函数选择最佳DT路径作为平纵改建段的初始平面线路方案；
步骤C-5：考虑纵面接坡约束，并采用纵断面方法生成纵断面线位以及以优化函数为依据生成平纵改建段的纵断面初始线路方案。
其中，针对仅纵面改建段，只考虑纵面接坡约束，使用现有技术中所述的纵断面自动设计方法生成纵断面线位，再根据工程费用最少原则生成仅纵面改建段的初始线位方案。接坡约束的具体实现如下：
首先寻找改建段起点前一个变坡点和改建段终点的后一个变坡点。然后判断改建段起点与前一个变坡点的坡长是否满足改建规范中所规定的最小坡长约束。如果满足，将改建段起点作为纵断面初始方案设计的起点；否则，将改建段起点向后延伸至满足最小坡长约束的里程处，将该里程所在位置作为纵面初始方案设计的起点。同理，修正纵面初始方案设计的终点里程。判断改建段终点与后一个变坡点的坡长是否满足改建规范中所规定的最小坡长约束。如果满足，将改建段终点作为纵断面初始方案设计的终点；否则，将改建段终点向前延伸至满足最小坡长约束的里程处，将该里程所在位置作为纵面初始方案设计的终点。
可选地，所述桥隧约束至少包含：安全间距约束和桥隧改造约束；
所述安全间距约束如下：
D≥Dmin (1-3-1)
式中：D为既有桥隧与新建桥隧之间的距离最小值；Dmin为桥隧允许最小施工安全距离；
所述桥隧改造约束包括：桥隧允许水平偏移量约束和桥梁允许抬落道量约束、隧道调整量约束。
可选地，所述优化函数为改建线路所需的工程费用RCC，所述优化函数对应的优化目标为：所述工程费用RCC最小；其中，所述工程费用RCC包括：改建土石方工程费(RCE)、桥梁改建工程费(RCB)、隧道改建工程费(RCT)、新增征地费用(RCR)以及与线路长度相关的工程费用(RCL)；
所述设计变量中平面线形信息包括：平面交点的位置数据、平面圆曲线半径、平面交点前缓和曲线长、平面交点后缓和曲线长；
所述设计变量中纵断面线形信息包括：变坡点的里程和高程。
二方面，本发明提供的一种基于上述布设方法的系统，包括：既有轨道线路的改建模型构建模块、设计基线的初始线路生成模块以及优化模块；
其中，所述既有轨道线路的改建模型构建模块，用于获取既有轨道线路的线路信息，并构建既有轨道线路的改建模型；
所述设计基线的初始线路生成模块，用于生成既有轨道线路改建的设计基线的初始线路；
所述优化模块，用于基于所述既有轨道线路的改建模型以及设计基线的初始线路采用优化算法寻优得到最佳设计变量；
基于所述最佳设计变量的设计线路为既有轨道线路改建的布设结果。
三方面，本发明提供的一种终端，包括处理器和存储器，所述存储器存储了计算机程序，所述计算机程序被处理器调用以执行：所述一种既有轨道线路智能改建布设方法的步骤。
四方面，本发明提供的一种可读存储介质，存储了计算机程序，所述计算机程序被处理器调用以执行：所述一种既有轨道线路智能改建布设方法的步骤。
有益效果
1.本发明提供的一种轨道线路智能改建布设方法，实现了轨道线路的自动化智能改建，解决了人工经验调整的各项弊端，提高了设计效率。所述布设方法中将平面线形信息和纵断面线形信息作为设计变量，考虑到了几何约束和桥隧约束，构建了完整的约束表达，从而使得得到的优化结果更加准确以及可靠。
2.本发明的进一步优选的方案中，选用粒子群算法进行寻优，将平、纵线位抽象为多维空间中的粒子，基于该初始方案构建既有铁路线路初始粒子群，并将其融入粒子群迭代进化机制，实现了既有铁路线路改建方案的智能优化。
3.基于上述研究开发了既有铁路线路智能改建原型系统，已经成功在石门-长沙线、江西村-凭祥线、汉阴-恒口线等单线改双线实际案例得到验证。应用结果表明：本文所提出的新方法能够在大规模搜索空间内，快速产出有价值的线路方案。相比于人工方案，工程费用降低约15.3％，设计效率与质量均得到了显著的提升，具有重要的理论意义与工程实践价值。
附图说明
图1是自动分段流程示意图。
图2是划分桥隧段和路基段示意图。
图3是考虑平面接边约束从而确定DT搜索路径可行的起终点集合示意图。
图4是距离变换算法双向扫描过程示意图，其中，4a为正向示意图，4b为反向示意图。
图5是距离变换算法中使用的邻域模板示意图，其中，5a为正向示意图，5b为反向示意图。
图6是设使用距离变换算法和自动设计纵断面方法生成的设计基线初始线路方案示意图。
图7是本发明实施例提供的所述布设方法的流程示意图。
具体实施方式
本发明提供的一种轨道线路智能改建布设方法实现了轨道线路的改建，解决了既有轨道线路的改建存在多时态耦合、空间复杂关联约束的难题，实现了智能化设计，提高了设计效率。其中，下述实施例中将以铁路线路改建为例，结合实施例对本发明做进一步的说明。但是应当理解，在不脱离本发明的构思的基础上，其他轨道线路也是可以应用于本发明的所述方法。
如图7所示，本发明实施例提供的一种既有铁路智能改建的布设方法，包括如下步骤：
S1：获取既有铁路的线路信息，并构建既有铁路线路的改建模型。该改建模型包括：设计变量、优化函数、约束条件三部分。
设计变量：
既有铁路线路的改建模型的设计变量是通过线路的平面线形及纵断面线形信息进行表达。平面线形信息主要由平面交点数据表示，平面交点数据包括了平面交点经纬距(经距为E坐标、纬距为N坐标)、曲线半径、前缓和曲线长和后缓和曲线长。如图6所示，平面交点为图上线路的各个顶点。本实施例中选择平面交点经纬距(经距为E坐标、纬距为N坐标)、曲线半径、前缓和曲线长和后缓和曲线长作为设计变量。纵断面线形信息包括了变坡点的里程和高程及变坡点处的竖曲线。本实施例中选择其中的变坡点的里程和高程作为设计变量。
因此，本实施例中既有铁路线路的改建模型的设计变量可用以下的7个变量表示：
交点N坐标列向量：N＝[N1,N2,...,Nm]T
交点E坐标列向量：E＝[E1,E2,...,Em]T
平面圆曲线半径列向量：R＝[R1,R2,...,Rm]T
平面交点前缓和曲线列向量：lf＝[lf1,lf2,...,lfm]T
平面交点后缓和曲线列向量：lb＝[lb1,lb2,...,lbm]T
变坡点里程列向量：K＝[K1,K2,...,Kn]T
变坡点设计标高列向量：H＝[H1,H2,...,Hn]T
式中：m,n分别为平面交点和纵断面变坡点数目。
优化函数选择选取改建线路所需的改建工程费RCC作为既有铁路线路智能改建模型的目标函数，改建工程费RCC主要包括了改建土石方工程费(RCE)、桥梁改建工程费(RCB)、隧道改建工程费(RCT)、新增征地费用(RCR)、以及与线路长度相关的工程费用(RCL)在内的综合费用。当线路确定后，其可以通过如下公式计算得到改建线路所需的工程费用RCC。应当理解，本发明将其作为优化函数，改建费用越低越符合需求。
(1)改建土石方工程费RCE
既有线改建设计横断面设计存在以下几种横断面形式，采用二次带帽法计算土石方工程量，并根据填、挖方工程单价计算土石方工程费用。在既有线改建具体方法为首先自动恢复既有线横断面，将其与地形合并形成设计线地面线；然后在新设计线地面线基础上进行设计基线横断面设计，采用积分方法按照式1-2-2计算多边形面积，进行土石方工程量计算。其参照“基于AutoCAD的多边形面积分割算法实现[J].矿山测量,2020.48(03):第53-56+59页”记载的内容，获得各断面填、挖面积后，按照式1-2-1计算改建土石方工程费：
Figure GDA0003208064070000071
Figure GDA0003208064070000072
式中：nf为填方断面数量；nc为挖方断面数量；nm为半填半挖断面数量；ufi为第i个断面填方单价；uci为第i个断面挖方单价；Ki为第i个断面里程；Afi为第i个填方断面面积；Aci为第i个挖方断面面积；Amfi,Amci分别为第i个半填半挖断面的填方面积和挖方面积。Ai是第i个断面挖方或填方面积；l是横断面长度；hg是横断面x处的高程。
(2)桥梁改建工程费RCB
桥梁工程费用可根据桥梁长度和桥梁每延米单价计算。桥梁每延米单价根据桥梁高度和桥梁长度有所不同，高度越高、长度越长，单价越贵。此外，还应考虑桥梁两端桥台的建造费用。按照式1-2-3计算桥梁改建工程费：
Figure GDA0003208064070000081
式中：nB为桥梁数量；Lbi为第i座桥梁长度；CA为单个桥台费用；ubi为第i座桥梁每延米单价。
(3)隧道改建工程费RCT
隧道工程费用可根据隧道长度和隧道每延米单价计算。隧道每延米单价根据隧道长度有所不同，隧道越长单价越贵。此外，还应考虑隧道两端洞门建造费用。按照式1-2-4计算隧道改建工程费：
Figure GDA0003208064070000082
式中：nT为隧道数量；Lti为第i座隧道长度；CW为单个洞门费用；uti为第i座隧道每延米单价；
(4)新增征地费RCR
横断面设计完成后，由各断面的坡脚点向外增加一个用地加宽值，即为断面的用地宽度，将用地宽度减去原既有线用地宽度为既有线改建新征用地宽度，线路途径区域的用地单价可能有所不同，本文根据桩号对线路进行划分，逐桩计算线路征地费用，按照式1-2-5计算：
Figure GDA0003208064070000083
式中：nK为桩号数量；uri为第i个路段的征地单价；Ki为第i个断面里程；wi为第i个断面的新征用地宽度。
(5)与线路长度有关的工程费RCL
与线路长度有关的费用包括铺轨费用、电力设施费用等，既有线改建设计仅考虑新增线路长度，包括平纵改建长度与仅纵断面改建长度，可通过设置单位长度费用并与相应线路长度相乘计算得出，按照式1-2-6计算：
RCL＝uT×LT+uV×LV (1-2-6)
式中：uT为与长度有关的每延米平纵改建工程费用；uV为与长度有关的每延米仅纵断面改建工程费用；LT为平纵改建段长度总长度；LV为仅纵断面改建段总长度。
约束条件
根据既有铁路线路改建设计面临的线路、既有桥隧之间复杂耦合约束关系，根据约束特征将其分为几何约束、桥隧约束和区域约束，并进行数学刻画。本实施例中有限约束条件至少包含几何约束和桥隧约束，其他可行的实施例中，区域约束可以选择性加入或不加入。
(1)几何约束
根据《铁路线路设计规范(GB 10098—2017)》，铁路线路须满足以下几何约束要求：最小曲线半径、最小缓和曲线长、最小圆曲线长、最小夹直线长、最小坡段长、最大坡度、最大坡度代数差、竖缓不重叠约束。
(2)桥隧约束
在既有线改建设计中，涉及对桥梁、隧道、车站等桥隧利用、改造或重建，除了桥隧线形设计需要满足的约束，包括了最大桥高约束、明桥面不设竖曲线约束、最大隧道长约束、隧道单坡或人字坡约束、路基地面横坡约束。
本实施例中，桥隧约束中至少包含安全间距约束以及桥隧改造约束。其他可行的实施例中，桥隧约束的其他类型约束可以选择性加入，即根据实际工程需求进行适应性调整。
在对既有桥隧的改造中，还需要满足允许水平偏移量及纵断面抬落道量约束，此外，为了减少对运营的干扰，新建的桥隧需要满足与线路间最小安全间距约束。具体如下：
安全间距约束：
新建桥梁、隧道等桥隧应该满足其安全间距约束，如式1-3-1所示：
D≥Dmin (1-3-1)
式中：D为既有桥隧与新建桥隧之间的距离最小值；Dmin为桥隧允许最小施工安全距离。
桥隧改造约束：
1.桥梁允许水平偏移量约束。
一般情况下，若桥梁中心与调整之后线路中心偏差小于7cm，可认为该桥利用；若偏差大于7cm，则认为需要对桥梁进行移梁，若移梁距离不大于20cm，可考虑仅对墩身进行加宽处理，基础利用；若大于20cm小于100cm，验算之后可以对基础和墩身进行加固处理。桥梁中心调整超过100cm，需要对桥梁需要进行废弃重建或限速通过。
2.桥梁允许抬落道量约束
道砟桥面桥梁上一般不允许降低既有轨面高程，轨面抬高值一般限制在10-15cm；在明桥面桥梁上，一般不允许抬降轨面高程；如式1-3-2所示：
Figure GDA0003208064070000091
式中：nB1为道碴桥面桥梁数目；n2为明桥面桥梁数目；dBdi为第i个桥梁上任意桩号处测点落道量；dBui为第i个桥梁上任意桩号处测点抬道量；dBi＝HBi-hBi，式中：HBi为第i个桥梁上任意桩号处测点的设计高程，hBi为第i个桥梁上任意桩号处测点的轨面高程。
3.隧道调整量约束
不允许对隧道进行水平方向调整及抬高轨面高程，一般仅允许降低轨面高程，但降低值以不大于40cm为宜。
综上，综合线路决策变量、目标函数、约束条件，将既有铁路线路改建问题抽象为如下智能改建模型，如式1-3-3。
Figure GDA0003208064070000101
式中：
(1)N,E,R,K,H为模型设计变量，详见S1-1所述；
(2)RCC＝RCE+RCB+RCT+RCR+RCL为模型目标函数详见S1-2所述；
(3)cg(N,E,R,K,H)与cs(N,E,R,K,H)≤0分别代表几何约束与桥隧约束，详见S1-3所述。
S2：生成既有铁路线路改建的设计基线的初始线路。本实施例中选择基于分治策略进行初始线路的生成，具体包括：改建段与利用段自动识别、局部改建段初始方案生成、既有铁路线路改建初始方案生成三部分。即首先构建逐层筛选自动分段机制，将既有线划分为一系列的平纵改建段、平纵利用段和仅纵面改建段。然后对每一改建段使用距离变换算法生成改建段初始路径，再利用纵断面自动设计法生成改建段初始平纵线位方案。最后将所有的改建段与利用段连接起来形成既有铁路线路改建的初始方案。具体实现过程如下：
步骤A：构建逐层筛选的自动分段机制。按照结构物类型，首先将既有线分为桥隧段和路基段，不同结构物类型对应不同改建线形标准。
首先，将桥隧的起终点分别扩展至距其最近的夹直线上，如图2所示。然后将既有线全线划分为一系列的路基段集合E与桥梁、隧道、车站等桥隧段集合S，如式2-1-1。
Figure GDA0003208064070000102
式中，ns为桥隧段个数；ne为路基段个数；Si为第i个桥隧段；Ssi、Esi分别为第i个桥隧段的起点与终点；Ei为第i个路基段；Sei、Eei分别为第i个路基段的起点与终点；
步骤B：按照结构物类型分段后，对既有线逐层进行桥隧约束检测、平面约束检测与纵断面约束检测，根据约束检测结果，将线路划分为一系列的平纵改建段、平纵利用段、仅纵面改建段：
首先判断桥隧是否满足S1-3所述的几何约束及桥隧约束条件，如果满足，则将该桥隧段划分为平纵利用段；否则，所述桥隧段为平纵改建段。经过上述步骤，识别出nsu个结构物为桥隧的平纵利用段，形成集合Us，如式2-1-2。
Figure GDA0003208064070000111
式中，Usj为第j个结构物为桥隧的平纵利用段；Ssj为第j个结构物为桥隧的平纵利用段起点里程；Esj为第j个结构物为桥隧的平纵利用段终点里程。
在路基段集合内，以直线与曲线作为基本的识别单元。判断所述路基段中曲线段中平面交点的半径、缓长是否满足所述几何约束，若满足，所述曲线段为平面利用段；判断所述路基段中直线段是否满足所述几何约束，若满足，所述直线段为平面利用段；然后再将里程连续的平面利用段合并；若曲线段和直线段不满足所述几何约束，对应所述路基段为平纵改建段。
其中，将里程连续的平面利用段合并，识别出nhu个结构物为路基的平面利用段，形成集合Uh，如式2-1-3。
Figure GDA0003208064070000112
式中，Uhj为第j个结构物为路基的平面利用段；Shj为第j个结构物为路基的平面利用段起点里程；Ehj为第j个结构物为路基的平面利用段终点里程。
在所述平面利用段内以坡段为识别单元，识别纵断面线形影响的利用段。如果变坡点前坡度、坡长满足S1-3中所述的几何约束，则将坡段识别为结构物为路基的平纵利用段。将里程连续的结构物为路基的平纵利用段合并，识别出nhvu个结构物为路基的平纵利用段，形成集合Uhv，如式2-1-4；否则，所述平面利用段为仅纵断面改建段。
Figure GDA0003208064070000113
式中，Uhvj为第j个结构物为路基的平纵利用段；Shvj为第j个结构物为路基的平纵利用段起点里程；Ehvj为第j个结构物为路基的平纵利用段终点里程。
经过上述约束条件的筛选，可以识别出平纵利用段、平纵改建段及仅纵断面改建段。
通过桥隧约束及平纵断面约束检测的段落被识别为平纵利用段，如式2-1-5。
Figure GDA0003208064070000121
式中，U为平纵利用段集合；nhv为平纵改建段个数；Uj为第j个平纵利用段；Sj为第j个平纵利用段起点里程；Ej为第j个平纵利用段终点里程。
没有通过纵断面约束筛选的平面利用段落被识别为仅纵断面改建段，如式2-1-6。
Figure GDA0003208064070000122
式中，Gv为仅纵断面改建段集合；nvg为仅纵断面改建段个数；Gvj为第j个仅纵断面改建段；Svgj为第j个仅纵断面改建段起点里程；Evgj为第j个仅纵断面改建段终点里程。
没有通过平面约束筛选及桥隧约束筛选的段落别识别为平纵改建段，如式2-1-7。
Figure GDA0003208064070000123
式中，G为平纵改建段集合；ng为平纵改建段个数；Gj为第j个平纵改建段；Sgj为第j个平纵改建段起点里程；Egj为第j个平纵改建段点里程。
步骤C：对平纵改建段及仅纵断面改建段进行改建分别生成平纵改建段初始线路方案、仅纵面改建段的初始线位方案。
针对平纵改建段的改建：本实施例中考虑平纵改建段平面接边约束，使用距离变换(Distance Transform)算法生成平纵改建段初始路径，具体包括：S2-2-1-S2-2-4：
S2-2-1：建立研究区域的综合地理信息模型(CGIM)。综合地理信息包括了研究区域的地形、地质、水文、禁区、改建工程费用的单位成本等内容。根据展线系数及改建段起终点间的直线距离，建立研究矩形区域，并将研究区域划分为宽度ω的单元方格。具体为在改建段的起点所在的既有线上前一交点到改建段的终点所在的既有线上后一交点一定范围之内建立综合地理信息模型。
S2-2-2：考虑平面接边约束确定DT搜索路径可行起终点集合。选取改建段起点所在既有线夹直线上的前后平面交点(JDsf、JDsb)连线作为起始接边约束，选取改建段终点所在既有线夹直线上的前后平面交点(JDef、JDeb)连线作为终止接边约束，如图3所示。
DT搜索路径的起点里程Ks的可行范围为Ks∈[Ksf,Ksb]，按照下式2-2-1、式2-2-2和式2-2-3计算：
Ksf＝K_JDsf+LTmin+Tminsf (2-2-1)
Figure GDA0003208064070000131
Ksb＝K_JDsb (2-2-3)
式中，K_JDsf、Tminsf、Rsf、lsf、αsf分别为JDsf的里程、切线长、半径、缓和曲线长、和转角；K_JDsb为JDsb的里程；LTmin为改建规范中规定的最小夹直线长。
DT路径搜索的终点里程Ke的可行范围为Ke∈[Kef,Keb]，按照下式2-2-4、式2-2-5和式2-2-6计算：
Kef＝K_JDef (2-2-4)
Keb＝K_JDeb-LTmin-Tmineb (2-2-5)
Figure GDA0003208064070000132
式中，K_JDef为JDef的里程；K_JDeb、Tmineb、Reb、leb、αeb分别为JDeb的里程、切线长、半径、缓和曲线长和转角。
将起点里程范围内所经过研究区域中的单元格集合，定义其为DT路径搜索的起点单元集合DT_S＝[DT_S1,DT_S2,...,DT_Sp]，p为起点可行单元格个数。将终点里程范围内所经过研究区域中的单元格集合，定义其为DT路径搜索的终点单元集合DT_E＝[DT_E1,DT_E2,...,DT_Eq]，q为终点可行单元格个数。
S2-2-3：在DT_S中任意选取一个单元格DT_Sa,a∈(1,p)，在DT_E中任意选取一个单元格DT_Ed,d∈(1,q)。先将DT_Sa设置为目标点，经距离变换扫描生成距离图DTsa，若任意单元格Cij的广义距离VDTsa(Cij)≠0，在该距离图上便可获取Cij到DT_Sa的最优路径Psa；然后，以线路终点DT_Ed为目标点，同理可得到Cij到DT_Ed的最优路径Ped；Psa、Ped在Cij处衔接，即可生成通过Cij连接改建段起、终点的最优路径。即通过双向扫描过程，遍历DT_S和DT_E每一个单元格，可以寻找出若干条DT路径，然后选择改建工程费用最小的DT路径作为平纵改建段的初始平面线路方案。
其中，距离变换(Distance Transform算法)常用于图像学，具体是通过对一幅图像进行距离变换操作，将图像转换为距离转换图，距离转换图中任意像素点的距离值为它到目标点(即零值像素点)的最近距离。在既有铁路线路智能改建设计中，将研究区域中两单元格之间的改建工程费用定义为两像素点之间的“广义距离”，路径最短的广义距离值即为改建工程费用最少的平纵改建段初始路径。
(1)初始化广义距离值
初始化矩形研究区域所有单元格的DT值(即广义距离值)为：
Figure GDA0003208064070000141
其中D表示自由单元，其广义距离值为正无穷，Cij表示目标点，其广义距离值为零。
(2)双向扫描策略
从研究区域的左上角开始，按照先正向(从左至右，从上至下)，再反向(从右至左，从下至上)的顺序扫描所有单元格，并且更新像素点中所有满足S1-3所述约束而生成的路径的DT值，如图4所示。
进一步地，(2)所述的双向扫描策略具体包括以下步骤：
(2-1)构建邻域模板
将最小坡段长为内圆半径，以1km为外接圆半径(经试验测试，1km外接圆可以保证距离传递，同时节约算法搜索时长)，构建弧形邻域模板。该模板分为正向模板和反向模板，正向扫描时采用正向模板(上半圆)，反向扫描时采用反向模板(下半圆)，如图5所示。
(2-2)局部路径生成
当扫描每个像素时，将邻域模板中心放置在该像素单元格Cij上，寻找连接可行单元格Crc，获取单元格Cij在邻域模板内所有满足S1-3中所述约束条件的局部路径，并根据式2-2-7更新像素单元格Cij的DT值。
Figure GDA0003208064070000142
(2-3)双向扫描完成之后，形成最终广义距离最小的DT路径距离图。根据改建规范要求，在DT路径上配置半径和缓长。判断DT路径起终点与既有线上相邻的平面交点之间是否满足最小夹直线长约束。如果满足，则保留DT路径；否则，删除当前DT路径，并选择DT_S或DT_E中的其他单元格，进入下一次迭代中。
其中，上述DT算法实现过程为现有技术，因此，本发明对其不进行更加详细的阐述。
S2-2-4：考虑纵面接坡约束，使用现有技术中自动设计纵断面方法生成纵断面线位。然后根据改建工程费用最少原则，生成平纵改建段纵断面的初始线位方案。其中，本实施例中选择“基于改进遗传算法的铁路纵断面优化研究[D].长沙:中南大学,2010”中记载的纵断面生成方法。
仅纵面改建段的初始线位方案
同理，考虑纵面接坡约束，使用现有技术中自动设计纵断面方法生成纵断面线位，再根据工程费用最少原则生成仅纵面改建段的初始线位方案。
其中，接坡约束的具体实现如下：
首先寻找改建段起点前一个变坡点和改建段终点的后一个变坡点。然后判断改建段起点与前一个变坡点的坡长是否满足改建规范中所规定的最小坡长约束。如果满足，将改建段起点作为纵断面初始方案设计的起点；否则，将改建段起点向后延伸至满足最小坡长约束的里程处，将该里程所在位置作为纵面初始方案设计的起点。同理，修正纵面初始方案设计的终点里程。判断改建段终点与后一个变坡点的坡长是否满足改建规范中所规定的最小坡长约束。如果满足，将改建段终点作为纵断面初始方案设计的终点；否则，将改建段终点向前延伸至满足最小坡长约束的里程处，将该里程所在位置作为纵面初始方案设计的终点。
步骤D：按照所有平纵改建段及仅纵断面改建段的起终点里程顺序，将改建段内平面交点坐标和纵面变坡点位置与平纵利用段整合，形成设计基线的线路方案，如图6所示。
应当理解，步骤S2的具体实现过程中，其根据实际的工程需求以及步骤S2中所述的原理性内容，对改建段进行改建，最终形成包含路基、桥梁以及隧道的线路方案。
S3：基于步骤S1所述既有轨道线路的改建模型以及步骤S2中的设计基线的初始线路采用优化算法寻优得到最佳设计变量。
本实施例中选用的优化算法为粒子群优化算法。粒子群算法可以把寻找既有铁路线路改建智能优化问题中的可行解抽象成搜索多维空间中的粒子，多维空间中的每个粒子都拥有位置、速度、适应度、学习与记忆能力等特征。所有的粒子都会跟随当前群体中的最优粒子在多维空间中不断改变自身特征。在变化过程中，粒子间会按照式3-1-1，对粒子的位置与速度进行更新，从而形成新的粒子群。
在第t代时，粒子群中第i个粒子按照式3-1-1计算更新后的位置向量
Figure GDA0003208064070000151
和速度向量
Figure GDA0003208064070000152
的更新方式为：
Figure GDA0003208064070000153
式中：
Figure GDA0003208064070000154
为第i个粒子第t次迭代后速度向量；
Figure GDA0003208064070000155
为第i个粒子第t次迭代时速度向量；w为速度权重系数；c1、c2为加速常数，其中，c1表示粒子向自身最优位置运动的步长，c2为粒子向整个粒子群最优位置运动的步长，参数c1、c2按照工程经验一般都取值为2；
Figure GDA0003208064070000161
为[0,1]范围的随机数；
Figure GDA0003208064070000162
为第i个粒子第t次迭代时位移向量；
Figure GDA0003208064070000163
为第i个粒子第t次迭代后位移向量；
Figure GDA0003208064070000164
为第i个粒子历史最好位置；gt为粒子群迭代过程中历史最好位置。
为了应用粒子群算法解决本发明的寻优问题，将设计基线的平、纵线位抽象为多维空间中的粒子，粒子在多维空间中所经过的每一个位置都代表一条线路方案，粒子的初始位置即为在S2-4中所生成的设计基线初始线路方案。因此，在迭代到第t代时，第i个粒子位置xi t表述为：
Figure GDA0003208064070000165
Figure GDA0003208064070000166
Figure GDA0003208064070000167
式中，
Figure GDA0003208064070000168
分别为第i个粒子的第k个平面交点位置向量、N坐标、E坐标和圆曲线半径；NHi为第i个粒子的平面交点个数；
Figure GDA0003208064070000169
分别为第i个粒子的第j个纵断面变坡点位置向量、变坡点里程和变坡点高程；NVi为第i个粒子的纵断面变坡点个数。
应当理解，由步骤S2得到的既有轨道线路改建的设计基线的初始线路，即对应了一组设计变量，将改组设计变量作为粒子的初始位置，然后基于该粒子的初始位置进行调整可以得到一个初始的粒子群，每个粒子均对应了一条基于设计基线的初始路径的新路径。其中，由于粒子在多维空间中所经过的每一个位置都代表一条新路方案，因此，粒子的位置确定时，其线路方案也确定，故而可以计算出线路的改建费，并将其作为粒子的适应度。基于上述理论性内容，利用粒子群算法进行优化的过程如下：
S3-1：将设计变量作为粒子的位置以及将优化函数作为粒子的适应度，并基于步骤S2中的设计基线的初始路径生成初始化粒子群。
其中，基于设计基线的初始路径确定粒子的初始位置，在利用粒子的初始位置中平面交点的位置，在一定范围内随机波动，生成N个粒子的平面位置。然后对每一个粒子现有技术中纵断面自动设计方法生成纵断面线位，最终形成N个包含平纵位置的粒子，构造出初始化粒子群。
S3-2：基于当前粒子种群中每个粒子位置对应的设计线路计算出每个粒子的适应度。
按照前述的优化函数，计算出每个粒子位置即线路对应的改建工程费，将其作为粒子的适应度。
S3-3：基于每个粒子的适应度确定当前的粒子种群中个体最优粒子位置(pbest)和全局最优粒子位置(gbest)。
其中，取最小工程费用的粒子作为gbestt粒子位置，种群中的每个粒子的历史最优位置作为该粒子的
Figure GDA0003208064070000171
粒子位置。在初始种群中，
Figure GDA0003208064070000172
为初始粒子位置。
S3-4:判断是否满足迭代终止条件，若不满足，进入步骤S3-5；否则，将全局最优粒子位置作为最佳设计变量。
其中，迭代终止条件设置为：达到最大迭代次数或前后两次迭代不发生变化。
S3-5:利用所述个体最优粒子位置(pbest)和全局最优粒子位置(gbest)及其位置向量和速度向量更新公式更新每个粒子的位置，再返回步骤S3-2进行下一次迭代。
譬如：在迭代到第t代时，取当前种群的各
Figure GDA0003208064070000173
粒子位置和gbestt粒子位置，对每个粒子使用式3-1-1更新其位置向量和速度向量，由此更新粒子所代表的线路方案，更新后获得新的线路平面交点位置和圆曲线半径，生成新的线路平面线位方案；再获取各粒子所对应的新生成平面线位方案所经过的地面高程，并以改建规范中所规定的最小坡段长为间距划分线路纵断面切割线。根据纵断面切割线在各粒子所代表平面线位上对应的里程，确定切割线位置所对应的平面位置坐标。然后将纵断面切割线平面位置坐标向
Figure GDA0003208064070000174
粒子位置和gbestt粒子位置所代表的线路方案做投影，获取投影点位置的高程。此高程作为当前粒子纵断面位置更新时的参考高程，即作为公式3-1-1中pbest，gbest的高程值。最后根据式3-1-1更新当前粒子在多维空间中的位置，更新相应的线路纵断面线位方案。即，本发明采用分布粒子群更新，选择平面先更新，平面最优确定纵面最优，然后更新纵断面。
得到新的线路平面线位方案以及线路纵断面线位方案，再整饰线路纵断面，即可生成完整的设计基线线路方案，同时获得各粒子的最新位置，从而更新当前种群中的
Figure GDA0003208064070000175
粒子位置和gbestt粒子位置，进入下一次迭代。
应当清楚，本实施例中选择粒子群算法作为优化算法，其他可行的实施例中，基于步骤S1中确定的优化函数、约束条件、设计变量，以及步骤S2中确定的设计基线的初始线路，在初始线路上的基础上进行寻优得到改建工程费更低的线路时，能够解决该寻优过程的其他寻优方法也是属于本发明的保护范围。
在一些可行的方式中，本发明还提供一种基于上述方法的系统，包括：既有铁路线路的改建模型构建模块、设计基线的初始线路生成模块以及优化模块；
其中，所述既有铁路线路的改建模型构建模块，用于获取既有铁路的线路信息，并构建既有铁路线路的改建模型；
所述设计基线的初始线路生成模块，用于生成既有铁路轨道线路改建的设计基线的初始线路；
所述优化模块，用于基于所述既有铁路线路的改建模型以及设计基线的初始线路采用优化算法寻优得到最佳设计变量；
基于所述最佳设计变量的设计线路为既有铁路线路改建布设结果。
其中，各个单元模块的具体实现过程请参照前述方法的对应过程。应当理解，上述单元模块的具体实现过程参照方法内容，本发明在此不进行具体的赘述，且上述功能模块单元的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。同时，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
在一些可行的方式中，本发明还提供一种终端，包括处理器和存储器，所述存储器存储了计算机程序，所述计算机程序被处理器调用以执行：一种轨道线路智能改建布设方法的步骤。
在一些可行的方式中，本发明还提供一种可读存储介质，存储了计算机程序，所述计算机程序被处理器调用以执行：一种轨道线路智能改建布设方法的步骤。
其中，各个步骤的实现过程请参照前述方法的具体实现过程，在此不再赘述。
应当理解，在本发明实施例中，所称处理器可以是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，该处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据。存储器的一部分还可以包括非易失性随机存取存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。
所述可读存储介质为计算机可读存储介质，其可以是前述任一实施例所述的控制器的内部存储单元，例如控制器的硬盘或内存。所述可读存储介质也可以是所述控制器的外部存储设备，例如所述控制器上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述可读存储介质还可以既包括所述控制器的内部存储单元也包括外部存储设备。所述可读存储介质用于存储所述计算机程序以及所述控制器所需的其他程序和数据。所述可读存储介质还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
需要强调的是，本发明所述的实例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明不限于具体实施方式中所述的实例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，不脱离本发明宗旨和范围的，不论是修改还是替换，同样属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种既有轨道线路智能改建的布设方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：获取既有轨道线路的线路信息，并构建既有轨道线路的改建模型；
其中，所述既有轨道线路的改建模型包括设计变量、约束条件以及优化函数，所述设计变量为设计基线的平面线形信息和纵断面线形信息；所述约束条件至少包含几何约束和桥隧约束；
S2：生成既有轨道线路改建的设计基线的初始线路，其中，将既有线划分为一系列的平纵改建段、平纵利用段和仅纵面改建段，并分别生成所述平纵改建段的初始线路方案、以及所述仅纵面改建段的初始线位方案，再协同与平纵利用段整合形成所述设计基线的初始线路；
S3：基于步骤S1所述既有轨道线路的改建模型以及步骤S2中的设计基线的初始线路采用优化算法寻优得到最佳设计变量；
基于所述最佳设计变量的设计线路为既有轨道线路改建的布设结果，其中，将所述设计基线的初始线路中平面线性信息和纵断面线性信息作为设计变量的初始结果，再基于所述约束条件以及优化函数进行寻优得到所述最佳设计变量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S3中采用的优化算法为粒子群算法，执行过程如下：
S3-1：将设计变量作为粒子的位置以及将优化函数作为粒子的适应度，并基于步骤S2中的设计基线的初始路径生成初始化粒子群；
其中，将所述设计基线的初始路径中平面线性信息和纵断面线性信息作为粒子的初始位置，并基于所述初始位置进行变换生成初始化粒子群；
S3-2：基于当前粒子种群中每个粒子位置对应的设计线路计算出每个粒子的适应度；
S3-3：基于每个粒子的适应度确定当前的粒子种群中个体最优粒子位置(pbest)和全局最优粒子位置(gbest)；
S3-4:判断是否满足迭代终止条件，若不满足，进入步骤S3-5；否则，将全局最优粒子位置作为最佳设计变量；
S3-5:利用所述个体最优粒子位置(pbest)和全局最优粒子位置(gbest)及其位置向量和速度向量更新公式更新每个粒子的位置，再返回步骤S3-2进行下一次迭代。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S2中生成既有轨道线路改建的设计基线的初始线路的过程如下：
步骤A：依据结构物类型将既有线分为桥隧段和路基段；
步骤B：依据所述桥隧段和路基段与几何约束、桥隧约束的关系识别出平纵利用段、平纵改建段及仅纵断面改建段；
步骤C：对平纵改建段及仅纵断面改建段进行改建分别生成平纵改建段初始线路方案、仅纵面改建段的初始线位方案；
步骤D：按照所有平纵改建段及仅纵断面改建段的起终点里程顺序，将改建段内平面交点坐标和纵面变坡点位置与平纵利用段整合，形成设计基线的线路方案。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤B的实现过程如下：
判断所述桥隧段是否满足所述几何约束以及所述桥隧约束，若均满足，所述桥隧段为平纵利用段；否则，所述桥隧段为平纵改建段；
判断所述路基段中曲线段中平面交点的半径、缓长是否满足所述几何约束，若满足，所述曲线段为平面利用段；判断所述路基段中直线段是否满足所述几何约束，若满足，所述直线段为平面利用段；然后再将里程连续的平面利用段合并；若曲线段和直线段不满足所述几何约束，对应所述路基段为平纵改建段；
在所述平面利用段内以坡段为识别单元，若变坡点前坡度、坡长满足所述几何约束，所述坡段为平纵利用段；否则，所述平面利用段为仅纵断面改建段。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤C中对平纵改建段进行改建时，考虑平纵改建段平面接边约束，并使用距离变换(Distance Transform)算法生成平纵改建段初始线路方案，如下：
步骤C-1：根据平纵改建段建立研究区域，并将研究区域划分为单元网格；
步骤C-2：考虑平纵改建段平面接边约束确定DT搜索路径可行起终点集合；
其中，改建段起点所在既有线夹直线上的前后平面交点(JDsf、JDsb)连线作为起始接边约束，选取改建段终点所在既有线夹直线上的前后平面交点(JDef、JDeb)连线作为终止接边约束，DT搜索路径的起点里程Ks的可行范围为Ks∈[Ksf,Ksb]，终点里程Ke的可行范围为Ke∈[Kef,Keb]，公式如下：
Ksf＝K_JDsf+LTmin+Tminsf
Figure FDA0003208064060000021
Ksb＝K_JDsb
式中，K_JDsf、Tminsf、Rsf、lsf、αsf分别为JDsf的里程、切线长、半径、缓和曲线长和转角；K_JDsb为JDsb的里程；LTmin为改建规范中规定的最小夹直线长；
Kef＝K_JDef
Keb＝K_JDeb-LTmin-Tmineb
Figure FDA0003208064060000031
式中，K_JDef为JDef的里程；K_JDeb、Tmineb、Reb、leb、αeb分别为JDeb的里程、切线长、半径、缓和曲线长和转角；
步骤C-3：利用起点里程Ks的可行范围以及终点里程Ke的可行范围所经过的研究区域的单元网格集合确定起点单元集合DT_S以及终点单元集合DT_E；步骤C-4：采用双向扫描方法遍历起点单元集合DT_S以及终点单元集合DT_E中的每个单元网格寻找DT路径，并依据优化函数选择最佳DT路径作为平纵改建段的初始平面线路方案；
步骤C-5：考虑纵面接坡约束，并采用纵断面方法生成纵断面线位以及以优化函数为依据生成平纵改建段的纵断面初始线路方案。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述桥隧约束至少包含：安全间距约束和桥隧改造约束；
所述安全间距约束如下：
D≥Dmin (1-3-1)
式中：D为既有桥隧与新建桥隧之间的距离最小值；Dmin为桥隧允许最小施工安全距离；
所述桥隧改造约束包括：桥隧允许水平偏移量约束和桥梁允许抬落道量约束、隧道调整量约束。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述优化函数为改建线路所需的工程费用RCC，所述优化函数对应的优化目标为：所述工程费用RCC最小；其中，所述工程费用RCC包括：改建土石方工程费(RCE)、桥梁改建工程费(RCB)、隧道改建工程费(RCT)、新增征地费用(RCR)以及与线路长度相关的工程费用(RCL)；
所述设计变量中平面线形信息包括：平面交点的位置数据、平面圆曲线半径、平面交点前缓和曲线长、平面交点后缓和曲线长；
所述设计变量中纵断面线形信息包括：变坡点的里程和高程。
8.一种基于权利要求1-7任一项所述方法的系统，其特征在于：包括：既有轨道线路的改建模型构建模块、设计基线的初始线路生成模块以及优化模块；
其中，所述既有轨道线路的改建模型构建模块，用于获取既有轨道线路的线路信息，并构建既有轨道线路的改建模型；
所述设计基线的初始线路生成模块，用于生成既有轨道线路改建的设计基线的初始线路；
所述优化模块，用于基于所述既有轨道线路的改建模型以及设计基线的初始线路采用优化算法寻优得到最佳设计变量；
基于所述最佳设计变量的设计线路为既有轨道路线改建的布设结果。
9.一种终端，其特征在于：包括处理器和存储器，所述存储器存储了计算机程序，所述计算机程序被处理器调用以执行：权利要求1-7任一项所述方法的步骤。
10.一种可读存储介质，其特征在于：存储了计算机程序，所述计算机程序被处理器调用以执行权利要求1-7任一项所述方法的步骤。
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