線路縱斷面設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法

1、<p>　　線路縱斷面設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法</p><p>　　摘要: 在鐵路、公路線路設(shè)計(jì)中, 縱斷面設(shè)計(jì)占有舉足輕重的地位. 較優(yōu)的縱斷面設(shè)計(jì)可以節(jié)省土方、減少占地、降低工程造價(jià), 因此推出一個(gè)好的縱斷面設(shè)計(jì)方案, 具有較高價(jià)值和重大意義.以對(duì)工程造價(jià)產(chǎn)生較大影響的填、才之量為主要研究對(duì)象, 用線性回歸方法對(duì)線路縱斷面設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化. </p><p>　　關(guān)鍵詞: 線路; 縱斷面;

2、 優(yōu)化 </p><p>　　Abstract: In the design of railway, highway, longitudinal section design occupies the position of play a decisive role. Longitudinal section design better can save earth, reduce the occupied, r

3、educe project cost, so a good profile design scheme, with a higher value and significance. In order to have a greater impact on the project cost, to fill the quantity as the main research object, using linear regression

4、method for the longitudinal section design optimization. </p><p>　　Keywords: line profile; optimization; </p><p>　　中圖分類號(hào)：U212.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： </p><p><b>　　1 前言 </b></p

5、><p>　　縱斷面設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是確定路線設(shè)計(jì)縱坡,即拉坡設(shè)計(jì)。它需要系統(tǒng)地考慮車輛行駛的限制要求、沿線的工程地質(zhì)條件、地區(qū)的氣候條件以及沿線設(shè)施、人為活動(dòng)等因素, 在此基礎(chǔ)上還需考慮與路基橫斷面的關(guān)系及填、挖土方量平衡關(guān)系, 經(jīng)反復(fù)試算才能最后確定。由此可知, 這是一項(xiàng)較繁瑣的系統(tǒng)工程, 要對(duì)其進(jìn)行全面優(yōu)化處理是困難的。本文僅以特殊工程地質(zhì)情況的一般地區(qū)作為基礎(chǔ)條件, 以在縱斷面設(shè)計(jì)中對(duì)工程造價(jià)影響較大的填、挖量

6、為主要研究對(duì)象, 研究解決縱斷面設(shè)計(jì)的優(yōu)化問題。 </p><p>　　2 解決優(yōu)化的途徑 </p><p>　　2 . 1 優(yōu)化目標(biāo) </p><p>　　縱斷面設(shè)計(jì)優(yōu)化的目標(biāo)是: 對(duì)線路進(jìn)行路段劃分, 在每一路段里推出一組縱斷面坡線方案, 從中選出一條理想的坡線作為該路段的設(shè)計(jì)坡線, 使地面變化點(diǎn)與它的差值( 即填挖高) 相互平衡, 且為最小; 同時(shí)對(duì)在該設(shè)計(jì)坡

7、線下的路基橫斷面進(jìn)行檢驗(yàn), 使路基填、挖土方量基本平衡, 且填、挖土方量最小。 </p><p>　　2. 2 縱斷面模型分析 </p><p>　　線路縱斷面是由線路中心地面線與設(shè)計(jì)線構(gòu)成的, 它主要反映線路的縱坡狀況?？v斷面中每個(gè)地面變化點(diǎn)和設(shè)計(jì)線變化點(diǎn)均由水平距離和高程2 個(gè)參數(shù)確定。因而, 可建立以線路水平距離( 即里程樁號(hào)) 為橫坐標(biāo)、高程為縱坐標(biāo)的平面直角坐標(biāo)系統(tǒng), 對(duì)縱斷面做

8、圖形與數(shù)據(jù)描述, 如圖1 所示. </p><p><b>　　圖l 縱斷面坐標(biāo) </b></p><p>　　2 .3 優(yōu)化途徑 </p><p>　　縱斷面地面線數(shù)據(jù)資料是在線路測(cè)量中或在地形圖上直接采集的, 它反映了線路中線處地形的實(shí)際狀況。沿線地形在宏觀趨勢(shì)上具有一定的起伏變化規(guī)律, 但其局部的波動(dòng)變化是隨機(jī)的。縱斷面設(shè)計(jì)希望能找到一條

9、理想的直線, 這條直線使地面線的波動(dòng)值相對(duì)最小, 即線路的相對(duì)填、挖高度為最小, 以達(dá)到填、挖土方量基本平衡和節(jié)省土方量的目的。 </p><p>　　根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)最小二乘法原理, 如能找到一條理想直線, 使各離散點(diǎn)到該直線的垂距的平方和為最小, 那么這條直線就是要找出的理想直線的位置, 線性回歸方法能達(dá)到這一目的。尋找這條理想直線的途徑是: 先把每個(gè)地面變化點(diǎn)看作離散點(diǎn),并用類比法對(duì)沿線地形的宏觀變化進(jìn)行分段;

10、 然后對(duì)每個(gè)分段進(jìn)行線性回歸, 用改變回歸參數(shù)或分段參數(shù)的方法推出數(shù)條回歸直線作為坡線方案, 同時(shí)對(duì)由各坡線確定的橫斷面進(jìn)行檢驗(yàn), 計(jì)算土方量,推算平衡情況, 并進(jìn)行對(duì)比, 找出一條最佳的坡線; 最后將由各分段找出的最佳坡線組合連接, 構(gòu)成一條連續(xù)的、完整的折線, 從而確定一個(gè)最佳的縱斷面設(shè)計(jì)方案。 </p><p>　　2. 4 數(shù)據(jù)處理手段 </p><p>　　在一般線路設(shè)計(jì)中, 直

11、線地段縱斷面測(cè)點(diǎn)數(shù)每百米為2 一3 個(gè), 曲線地段需加密到5 一6 個(gè), 而在地形變化較大的地段, 測(cè)點(diǎn)數(shù)還要增加。應(yīng)用線性回歸方法對(duì)每個(gè)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)都要進(jìn)行計(jì)算處理, 數(shù)據(jù)處理量非常大。為此編制計(jì)算機(jī)軟件, 利用計(jì)算機(jī)來完成全部?jī)?yōu)化過程的數(shù)據(jù)處理和圖形處理。 </p><p><b>　　3 軟件設(shè)計(jì) </b></p><p>　　3. 1 軟件功能設(shè)計(jì) </p

12、><p>　　軟件設(shè)計(jì)應(yīng)考慮具備以下主要功能。 </p><p>　　(l) 軟件應(yīng)建立較好的人機(jī)交互界面, 以數(shù)據(jù)文件方式輸入線路縱斷面地面線數(shù)據(jù)及限制坡度、長(zhǎng)度等參數(shù)。 </p><p>　　(2) 根據(jù)地面線數(shù)據(jù)資料, 推算并確定線路沿線地形宏觀凹凸變化點(diǎn)的位置, 作為線路設(shè)計(jì)縱坡的主要分段點(diǎn), 所分的每一坡段要大于最小限坡長(zhǎng)度。 </p><

13、p>　　(3) 以縱坡分段作為基本段, 遞增(減) 回歸參數(shù)值, 進(jìn)行線性回歸計(jì)算,推出多種縱坡方案。 </p><p>　　(4) 對(duì)縱斷面進(jìn)行檢驗(yàn), 計(jì)算土方量, 從多條縱坡方案中選定一條土方量最小的及填、挖量基本平衡的坡線作為設(shè)計(jì)坡線。 </p><p>　　(5) 求解相鄰坡線的交點(diǎn), 即確定各坡段的實(shí)際變坡點(diǎn)位置、坡段長(zhǎng)及設(shè)計(jì)高程。 </p><p>

14、;　　(6) 設(shè)計(jì)坡度、坡段長(zhǎng)、變坡點(diǎn)位置及變坡點(diǎn)高程等數(shù)據(jù)全部轉(zhuǎn)換為成果數(shù)據(jù)文件, 并可打印輸出。 </p><p>　　(7) 將全部圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖形數(shù)據(jù)文件( 即建立SC R 文件), 在A U TO CA D 環(huán)境下生成縱斷面圖形, 供設(shè)計(jì)者根據(jù)需要進(jìn)行修改調(diào)整, 達(dá)到滿意的設(shè)計(jì)縱坡為止。根據(jù)需要, 可直接繪出縱斷面設(shè)計(jì)參考圖。 </p><p>　　(8) 軟件運(yùn)行所有操作均按

15、中文提示進(jìn)行, 對(duì)運(yùn)行中可能出現(xiàn)的一些錯(cuò)誤作必要的處理, 可提示出錯(cuò)誤信息, 便于查找和分析。 </p><p>　　3.2 程序框圖設(shè)計(jì) </p><p><b>　　程序框圖見圖2。 </b></p><p><b>　　圖2程序框圖 </b></p><p><b>　　3.3 數(shù)學(xué)

16、模型 </b></p><p>　　軟件主要完成沿線宏觀地形變化點(diǎn)位置的推斷、設(shè)計(jì)坡線的線性回歸計(jì)算及確定變坡點(diǎn)位置的直線交會(huì)計(jì)算等。根據(jù)這些計(jì)算功能,對(duì)選擇和建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型分述如下。 </p><p>　　(l) 宏觀地形變化點(diǎn)位置的推算。采用類比法推算宏觀地形變化點(diǎn)位置, 首先對(duì)全路段(一段小于skm, 如果路段較長(zhǎng)可分段處理) 的地面點(diǎn)進(jìn)行線性回歸, 用類比法搜索出回

17、歸直線的垂距為最大和最小的點(diǎn), 以這2點(diǎn)及起、終點(diǎn)為分段點(diǎn)劃分路段, 對(duì)劃分的路段進(jìn)行長(zhǎng)度判斷: 如果分段長(zhǎng)L> Lmax (Lmax 為最大限制坡段長(zhǎng)), 那么可對(duì)分段再作線性回歸, 搜索該分段的最大、最小點(diǎn)劃分新路段; 如果L< Lmin(Lmin為最小限制坡段長(zhǎng)),則取消該分段前方的點(diǎn), 與下一個(gè)分段合并成一段進(jìn)行線性回歸、搜索和劃分; 如此反復(fù)遞分, 直至所有分段滿足Lmin< L< Lmax 為止。 &

18、lt;/p><p>　　(2) 設(shè)計(jì)坡度的線性回歸計(jì)算。線性回歸的計(jì)算依據(jù):坐標(biāo)系統(tǒng)是以水平距離為橫坐標(biāo)(X )、以高程為縱坐標(biāo)(Y),由宏觀地形變化點(diǎn)所確定的縱坡分段為基本線段,該分段范圍內(nèi)的地面線點(diǎn)作為離散點(diǎn)。線性回歸方程如下: </p><p>　　式中A — 縱截距, </p><p>　　B — 斜率, 即線路設(shè)計(jì)坡度; </p><p&g

19、t;　　—基本分段內(nèi)各地面變化點(diǎn)水平距離的平均值，； </p><p>　　— 基本分段內(nèi)各地面變化點(diǎn)高程的平均值, 。 </p><p>　　(3) 確定變坡點(diǎn)位置。對(duì)求得的各分段的回歸直線方程, 求解2相鄰段的交點(diǎn), 其交點(diǎn)坐標(biāo)即為變坡點(diǎn)的水平距離及高程。 </p><p><b>　　計(jì)算方法如下: </b></p><

20、;p><b>　　第分段直線; </b></p><p><b>　　第分段直線; </b></p><p><b>　　第個(gè)變坡點(diǎn)位置； </b></p><p><b>　　第個(gè)變坡點(diǎn)高程。 </b></p><p><b>　　4 結(jié)

21、語 </b></p><p>　　本文研究的利用線性回歸對(duì)線路縱斷面進(jìn)行優(yōu)化的方法, 主要是從填、挖量及其平衡的角度考慮的。由于縱斷面往往還受其他條件制約, 如可能受控于沿線的橋涵、車站及場(chǎng)地等高程要求。因此在這種情況下,優(yōu)化成果只能作為縱坡設(shè)計(jì)的參考方案,在宏觀上控制縱斷面的拉坡設(shè)計(jì)。然而, 由于在程序設(shè)計(jì)中考慮了這樣的措施: 即將所有的圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖形數(shù)據(jù)文件,在AUTOCAD的環(huán)境下生成縱斷面

22、拉坡設(shè)計(jì)圖, 供設(shè)計(jì)者根據(jù)需要直接在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行修改調(diào)整, 直到滿意為止, 并可繪出縱斷面設(shè)計(jì)參考圖, 這就使優(yōu)化意圖的實(shí)現(xiàn)具有較大的可能性,使軟件具有較高的實(shí)用性。 </p><p><b>　　阿拉伯?dāng)?shù)字的用法 </b></p><p>　　10以上或10以下具有比較精確意義的計(jì)數(shù)量和物理量必須用阿拉伯?dāng)?shù)字, 數(shù)值與漢字或單位符號(hào)之間應(yīng)留一空隙, 但平面角單位度、

23、分、秒例外; 小數(shù)點(diǎn)前或后超過4位數(shù)(含4位數(shù)),從小數(shù)點(diǎn)起, 向左或向右, 每3位數(shù)應(yīng)留一空隙; 尾數(shù)有多個(gè)“”的整數(shù)數(shù)值, 應(yīng)選用倍數(shù)單位, 或采用乘以 表示, 不能用“ 萬” 、“ 億” 作單位詞頭。非科技文章中的數(shù)值可以用“ 萬” 、“ 億” 表示: 百分?jǐn)?shù)用“ % ” 表示, 與其前的數(shù)字不能分開轉(zhuǎn)行; 數(shù)值與數(shù)值相比, 表示降低的程度, 應(yīng)用百分?jǐn)?shù)或分?jǐn)?shù)表示, 不能用倍數(shù); 數(shù)值的有效位數(shù)應(yīng)全部寫出, 例如, 3 位有效數(shù),