CN115310029B - 铁路理论线路轨道几何参数的解算方法和装置 - Google Patents

铁路理论线路轨道几何参数的解算方法和装置 Download PDF

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CN115310029B CN202211244082.5A CN202211244082A CN115310029B CN 115310029 B CN115310029 B CN 115310029B CN 202211244082 A CN202211244082 A CN 202211244082A CN 115310029 B CN115310029 B CN 115310029B
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Abstract

本申请实施例提供一种铁路理论线路轨道几何参数的解算方法和装置，方法包括：获取轨道理论线路的线形数据，根据所述线形数据得到轨道理论线路的曲率数据；根据所述曲率数据，确定所述轨道理论线路的曲率半径；根据所述曲率半径，基于曲线拟合递推得到所述轨道理论线路的曲线坐标；根据所述曲线坐标和弦测系统参数，解算得到所述轨道理论线路的几何参数。本申请实施例基于轨道理论线路本征特性参数，通过曲线拟合递推的方法还原线路坐标，结合弦测系统参数解算线路轨道几何参数，计算模型与坐标选择无关，即计算模型不会因为线形组合的变化而改变，方法简单、准确、灵活、通用性强。

Description

铁路理论线路轨道几何参数的解算方法和装置
技术领域
本申请涉及铁路轨道养护技术领域，具体是指一种铁路理论线路轨道几何参数的解算方法和装置。
背景技术
铁路理论线路的解算是捣固车轨道几何参数自动引导系统的关键技术之一，在铁路设计规范及维修标准中主要规范了铁路的宏观参数，例如每一段线路类型、线形的长度、半径、坡度、左右轨高差等理论数据。在铁路修正作业时，这些宏观数据在捣固车上是无法直接测量的，需转化为捣固车能检测并修正的参数，例如正矢、抄平、超高等，以引导捣固车作业控制系统完成相应的修正作业。
根据铁路设计规范，铁路线路主要由直线、缓和曲线、圆曲线组成，目前主要通过对输入的线形基于作业方向建立坐标系，逐段建立线形方程，然后逐点判定测量小车所在位置进行正矢的解算。该方法针对不同线形组合其线形表达方程相应变化，为确保正常使用，需提前建立约81种线形组合模型，正矢解算需判别不同的线形组合，处理弦测系统同时跨越3种及以上线形的情况则更为复杂，该方法构建极其繁琐、可移植性不强。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请实施例中提供了一种铁路理论线路轨道几何参数的解算方法和装置。
根据本申请实施例的第一个方面，提供了一种铁路理论线路轨道几何参数的解算方法，包括：
获取轨道理论线路的线形数据，根据所述线形数据得到轨道理论线路的曲率数据；
根据所述曲率数据，确定所述轨道理论线路的曲率半径；
根据所述曲率半径，基于曲线拟合递推得到所述轨道理论线路的曲线坐标；
根据所述曲线坐标和弦测系统参数，解算得到所述轨道理论线路的几何参数。
作为一个实施例，所述线形数据包括线形及其参数值。
作为一个实施例，所述根据所述线形数据得到轨道理论线路的曲率数据，包括：
根据所述线形数据，确定所述轨道理论线路包含的线形及其参数值；
根据所述线形及其参数值，得到所述轨道理论线路的曲率数据。
作为一个实施例，根据所述曲率数据，确定所述轨道理论线路的曲率半径，包括：
判断所述轨道理论线路的曲率数据是否为零，若为零，则曲率半径设为较大的一个固定值，若不为零，则曲率半径为所述曲率数据的倒数。
作为一个实施例，若所述轨道理论线路非连续可导，则在所述轨道理论线路中增加过渡圆曲线使所述轨道理论线路连续可导。
作为一个实施例，所述根据所述曲率半径，得到所述轨道理论线路的曲线坐标，包括：
将所述曲率半径代入曲线递推还原模型，得到所述轨道理论线路的曲线坐标。
作为一个实施例，所述根据所述曲线坐标和弦测系统参数，解算得到所述轨道理论线路的几何参数，包括：
将所述曲线坐标代入正矢计算公式，解算所述轨道理论线路的几何参数。
根据本申请实施例的第二个方面，提供了一种铁路理论线路轨道几何参数的解算装置，包括：
获取模块，用于获取轨道理论线路的线形数据，根据所述线形数据得到轨道理论线路的曲率数据；
曲率半径计算模块，用于根据所述曲率数据，确定所述轨道理论线路的曲率半径；
曲线坐标计算模块，用于根据所述曲率半径，基于曲线拟合递推得到所述轨道理论线路的曲线坐标；
解算模块，用于根据所述曲线坐标和弦测系统参数，解算得到所述轨道理论线路的几何参数。
根据本申请实施例的第三个方面，提供了一种电子设备，包括：
存储器；
处理器；以及
计算机程序；
其中，所述计算机程序存储在所述存储器中，并被配置为由所述处理器执行以实现所述的铁路理论线路轨道几何参数的解算方法。
根据本申请实施例的第四个方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序；所述计算机程序被处理器执行以实现所述的铁路理论线路轨道几何参数的解算方法。
采用本申请实施例中提供的铁路理论线路轨道几何参数的解算方法和装置，基于轨道理论线路本征特性参数，通过曲线拟合递推的方法还原线路坐标，结合弦测系统参数解算线路轨道几何参数，计算模型与坐标选择无关，即计算模型不会因为线形组合的变化而改变，方法简单、准确、灵活、通用性强。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请实施例提供的铁路理论线路轨道几何参数的解算方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的利用曲率半径递推还原曲线模型的示意图；
图3为本申请实施例提供的三点法检测拨道原理示意图；
图4为本申请实施例提供的解算结果示意图；
图5为本申请实施例提供的铁路理论线路轨道几何参数的解算装置的原理图。
具体实施方式
为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
图1为本申请实施例提供的铁路理论线路轨道几何参数的解算方法的流程示意图，参照图1，本申请实施例提供了一种铁路理论线路轨道几何参数的解算方法，包括：
S110，获取轨道理论线路的线形数据，根据所述线形数据得到轨道理论线路的曲率数据；
S120，根据所述曲率数据，确定所述轨道理论线路的曲率半径；
S130，根据所述曲率半径，基于曲线拟合递推得到所述轨道理论线路的曲线坐标；
S140，根据所述曲线坐标和弦测系统参数，解算得到所述轨道理论线路的几何参数。
可选的，所述线形数据包括线形及其参数值，所述线形包括直线、缓和曲线和圆曲线，直线的参数值为直线长度，缓和曲线的参数值包括缓和曲线长度和缓和曲线线形，圆曲线的参数值包括圆曲线半径及曲线长度。
轨道理论线路是由直线、缓和曲线和圆曲线任意数量和任意种类的组合。
作为一个实施例，所述根据所述线形数据得到轨道理论线路的曲率数据，包括：
根据所述线形数据，确定所述轨道理论线路包含的线形及其参数值；
根据所述线形及其参数值，得到所述轨道理论线路的曲率数据。
具体的，可令直线长度为S_line；缓和曲线为三次抛物线，长度为L；圆曲线长度为S_curve，曲线半径为R。
直线部分的曲率为K_line = 0，圆曲线部分的曲率K_curve = 1/R，三次抛物线(
Figure 928252DEST_PATH_IMAGE001
)的曲率
Figure 450500DEST_PATH_IMAGE002
根据曲率计算公式可知：
Figure 883756DEST_PATH_IMAGE003
（1）
由于铁路线路中的圆曲线半径较大，
Figure 98836DEST_PATH_IMAGE004
项可忽略不计，三次抛物线的曲率可近似认为是从直线段曲率0到圆曲线段曲率1/R沿L长度的线性变化。
可选的，根据所述曲率数据，确定所述轨道理论线路的曲率半径，包括：
判断所述轨道理论线路的曲率数据是否为零，若为零，则曲率半径设为较大的一个固定值，若不为零，则曲率半径为所述曲率数据的倒数。
对于曲率为0的，可取其曲率半径为R=1*1010m，对于曲率不为0的，则曲率半径为曲率的倒数，即R =
Figure 984753DEST_PATH_IMAGE005
。
可选的，若所述轨道理论线路非连续可导，则在所述轨道理论线路中增加过渡圆曲线直至所述轨道理论线路连续可导。对于输入的线路非连续可导的情况，例如两条方向不同或变坡的直线组合情况，一般在线路输入中增加一个直线坡度或角度变化的过渡圆曲线，使线路连续可导后再行解算。
作为一个实施例，所述根据所述曲率半径，得到所述轨道理论线路的曲线坐标，包括：
将所述曲率半径代入曲线递推还原模型，得到所述轨道理论线路的曲线坐标。
根据铁路设计规范，铁路线路曲线是连续可导的，基于微分原理，在弧长段足够小的条件下，曲线可以看作是由许多段不等圆弧段或直线段组成，如图2所示，假设线路的起始点为O（0，0），
Figure 310692DEST_PATH_IMAGE006
轴为起始点的切线，第i段圆弧的圆心为
Figure 739399DEST_PATH_IMAGE007
，弧长为
Figure 718856DEST_PATH_IMAGE008
，半径为
Figure 357648DEST_PATH_IMAGE009
，与
Figure 487278DEST_PATH_IMAGE006
正轴夹角为
Figure 504913DEST_PATH_IMAGE010
。已知条件为第一段圆弧的半径R1
Figure 452009DEST_PATH_IMAGE011
)，则可知第一段圆弧的圆心
Figure 187884DEST_PATH_IMAGE012
位于y轴上，坐标为（0，R1），第一段圆弧
Figure 714680DEST_PATH_IMAGE013
（
Figure 117980DEST_PATH_IMAGE014
）在直角坐标系下的方程可以写成：
Figure 845764DEST_PATH_IMAGE015
，（
Figure 193569DEST_PATH_IMAGE016
） （2）
其中，
Figure 665002DEST_PATH_IMAGE017
，因此可得P1的坐标为：
Figure 922808DEST_PATH_IMAGE018
（3）
同理可知，第二段圆弧
Figure 680548DEST_PATH_IMAGE019
)的圆心
Figure 250070DEST_PATH_IMAGE020
位于直线
Figure 259614DEST_PATH_IMAGE021
上，第二段圆弧方程为：
Figure 371926DEST_PATH_IMAGE022
，（
Figure 566147DEST_PATH_IMAGE023
） （4）
将点P1代入第二段圆弧方程有：
Figure 763911DEST_PATH_IMAGE024
（5）
由方程（2）和（4）联立可得：
Figure 701780DEST_PATH_IMAGE025
（6）
将（5）代回（3）可得第二段圆弧方程为：
Figure 668599DEST_PATH_IMAGE026
，（
Figure 909087DEST_PATH_IMAGE023
） （7）
其中，
Figure 718780DEST_PATH_IMAGE027
，因此可得P2的坐标为：
Figure 335706DEST_PATH_IMAGE028
（8）
同理，通过迭代计算可以得到第i段圆弧的方程为：
Figure 281666DEST_PATH_IMAGE029
，（
Figure 693055DEST_PATH_IMAGE030
） （9）
其中，
Figure 599831DEST_PATH_IMAGE031
，把
Figure 879503DEST_PATH_IMAGE032
代入方程即可得到
Figure 555335DEST_PATH_IMAGE033
的坐标。
作为一个实施例，所述根据所述曲线坐标和弦测系统参数，解算得到所述轨道理论线路的几何参数，包括：
将所述曲线坐标代入经典正矢计算公式，解算所述轨道理论线路的几何参数。
如图3所示，以三点法为例，设弦测系统的BC弦长为Lbc，CD弦长为Lcd，BD弦长Lbd=Lbc+Lcd。以D点的公里标（
Figure 527839DEST_PATH_IMAGE006
）为基点，往DB方向倒寻至B点的公里标，取BD段曲线的曲率半径数据，采用以上方法还原BD段线路坐标方程Y（
Figure 921911DEST_PATH_IMAGE034
）。
D点位置D(
Figure 880640DEST_PATH_IMAGE006
) = Y(Lbd)，C点位置D(
Figure 801192DEST_PATH_IMAGE006
-Lcd) = Y(Lbc)，B点位置B(
Figure 554384DEST_PATH_IMAGE006
-Lbd) = Y(0)，根据三点法正矢计算的通用公式：
Figure 560386DEST_PATH_IMAGE035
（10）
其中，Kd = Lbc/Lbd，Kb = Lcd/Lbd。
实施例解算结果如图4所示，本申请实施例计算结果与传统方法解算结果误差小于10-7m量级，完全能满足捣固车作业精度要求。
下面对本发明提供的铁路理论线路轨道几何参数的解算装置进行描述，下文描述的铁路理论线路轨道几何参数的解算装置与上文描述的铁路理论线路轨道几何参数的解算方法可相互对应参照。
图5为本申请实施例提供的铁路理论线路轨道几何参数的解算装置的原理图，参照图5，本申请实施例提供了一种铁路理论线路轨道几何参数的解算装置，包括：
获取模块510，用于获取轨道理论线路的线形数据，根据所述线形数据得到轨道理论线路的曲率数据；
曲率半径计算模块520，用于根据所述曲率数据，确定所述轨道理论线路的曲率半径；
曲线坐标计算模块530，用于根据所述曲率半径，得到所述轨道理论线路的曲线坐标；
解算模块540，用于根据所述曲线坐标和弦测系统参数，解算得到所述轨道理论线路的几何参数。
作为一个实施例，所述线形数据包括线形及其参数值，所述线形包括直线、缓和曲线和圆曲线，直线的参数值为直线长度，缓和曲线的参数值包括缓和曲线长度和缓和曲线分段半径，圆曲线的参数值包括圆曲线半径。
作为一个实施例，获取模块510还用于：
根据所述线形数据，确定所述轨道理论线路包含的线形及其参数值；
根据所述线形及其参数值，得到所述轨道理论线路的曲率数据。
作为一个实施例，曲率半径计算模块520还用于：
判断所述轨道理论线路的曲率数据是否为零，若为零，则曲率半径设为较大的一个固定值，若不为零，则曲率半径为所述曲率数据的倒数。
作为一个实施例，若所述轨道理论线路连续不可导，则在所述轨道理论线路中增加过渡圆曲线直至所述轨道理论线路连续可导。
作为一个实施例，曲率半径计算模块520还用于：
将所述曲率半径代入曲线递推还原模型，得到所述轨道理论线路的曲线坐标或局部还原曲线坐标。
作为一个实施例，解算模块540还用于：
将所述曲线坐标代入正矢计算公式，解算所述轨道理论线路的几何参数。
本申请实施例提供了一种电子设备，包括：
存储器；
处理器；以及
计算机程序；
其中，所述计算机程序存储在所述存储器中，并被配置为由所述处理器执行以实现所述的铁路理论线路轨道几何参数的解算方法。
本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序；所述计算机程序被处理器执行以实现所述的铁路理论线路轨道几何参数的解算方法。
采用本申请实施例中提供的铁路理论线路轨道几何参数的解算方法和装置，计算模型与坐标选择无关，即计算模型不会因为线形组合的变化而改变，方法简单、准确、灵活、通用性强。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，C语言、VHDL语言、Verilog语言、面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种铁路理论线路轨道几何参数的解算方法，其特征在于，包括：
获取轨道理论线路的线形数据，根据所述线形数据得到轨道理论线路的曲率数据；
根据所述曲率数据，确定所述轨道理论线路的曲率半径；
根据所述曲率半径，基于曲线拟合递推得到所述轨道理论线路的曲线坐标；
根据所述曲线坐标和弦测系统参数，解算得到所述轨道理论线路的几何参数；
所述根据所述线形数据得到轨道理论线路的曲率数据，包括：
根据所述线形数据，确定所述轨道理论线路包含的线形及其参数值；
根据所述线形及其参数值，得到所述轨道理论线路的曲率数据；
所述根据所述曲线坐标和弦测系统参数，解算得到所述轨道理论线路的几何参数，包括：
将所述曲线坐标代入正矢计算公式，解算所述轨道理论线路的几何参数；
所述线形数据包括线形及其参数值，所述线形包括直线、缓和曲线和圆曲线，直线的参数值为直线长度，缓和曲线的参数值包括缓和曲线长度和缓和曲线线形，圆曲线的参数值包括圆曲线半径及曲线长度。
2.根据权利要求1所述的铁路理论线路轨道几何参数的解算方法，其特征在于，根据所述曲率数据，确定所述轨道理论线路的曲率半径，包括：
判断所述轨道理论线路的曲率数据是否为零，若为零，则曲率半径设为R=1*1010m，若不为零，则曲率半径为所述曲率数据的倒数。
3.根据权利要求2所述的铁路理论线路轨道几何参数的解算方法，其特征在于，若所述轨道理论线路非连续可导，则需在所述轨道理论线路中增加过渡圆曲线使所述轨道理论线路连续可导。
4.根据权利要求1所述的铁路理论线路轨道几何参数的解算方法，其特征在于，所述根据所述曲率半径，基于曲线拟合递推得到所述轨道理论线路的曲线坐标，还包括：
将所述曲率半径代入曲线递推还原模型，得到所述轨道理论线路的曲线坐标或局部还原曲线坐标。
5.一种铁路理论线路轨道几何参数的解算装置，其特征在于，包括：
线路输入模块，用于获取轨道理论线路的线形数据，根据所述线形数据得到轨道理论线路的曲率数据；
曲率半径计算模块，用于根据所述曲率数据，确定所述轨道理论线路的曲率半径；
曲线坐标计算模块，用于根据所述曲率半径，基于曲线拟合递推得到所述轨道理论线路的曲线坐标；
解算模块，用于根据所述曲线坐标和弦测系统参数，解算得到所述轨道理论线路的几何参数；
所述根据所述线形数据得到轨道理论线路的曲率数据，包括：
根据所述线形数据，确定所述轨道理论线路包含的线形及其参数值；
根据所述线形及其参数值，得到所述轨道理论线路的曲率数据；
所述根据所述曲线坐标和弦测系统参数，解算得到所述轨道理论线路的几何参数，包括：
将所述曲线坐标代入正矢计算公式，解算所述轨道理论线路的几何参数；
所述线形数据包括线形及其参数值，所述线形包括直线、缓和曲线和圆曲线，直线的参数值为直线长度，缓和曲线的参数值包括缓和曲线长度和缓和曲线线形，圆曲线的参数值包括圆曲线半径及曲线长度。
6.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器；
处理器；以及
计算机程序；
其中，所述计算机程序存储在所述存储器中，并被配置为由所述处理器执行以实现如权利要求1-4任一项所述的铁路理论线路轨道几何参数的解算方法。
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序；所述计算机程序被处理器执行以实现如权利要求1-4任一项所述的铁路理论线路轨道几何参数的解算方法。
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