(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210700610.7 (22)申请日 2022.06.20 (71)申请人 中南大学 地址 410083 湖南省长 沙市岳麓区麓山 南 路932号 申请人 高速铁路建造技术国家工程研究中 心 (72)发明人 李伟　卢成　蒲浩　符慧丹　 谢春玲　彭利辉　钟晶　高华　 蒲柏文　 (74)专利代理 机构 长沙七源专利代理事务所 (普通合伙) 43214 专利代理师 邹琦　张勇 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种既有铁路线路平面的自适应整体恢复 方法 (57)摘要 本发明提供了一种既有铁路线路平面的自 适应整体恢复方法， 对以直线为主、 以曲线为主 的不同线形， 进行自适应分段及动态自适应恢 复， 首次提出了针对不同线形采用不同方法的自 适应思想， 可 以适用各种既有铁路线形， 并通过 区段拟合 以及优化拟合得到了自适应整体恢复 方法。 本发 明提供的自适应整体恢复方法具有优 化效果好、 计算难度小且收敛速度快的特点， 能 够良好的适用于 铁路线路平面的恢复应用。 权利要求书3页 说明书13页 附图4页 CN 115081211 A 2022.09.20 CN 115081211 A 1.一种既有铁路线路平面的自适应整体恢复方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1： 将铁路线路的测点按照其里程进行排序， 采用自适应阈值方法判断测点属性， 所述 测点属性包括曲线测点、 直线测点以及缓和曲线测点， 并将既有铁路线路划分为多个直线 测点集、 曲线测点 集以及缓和曲线测点 集； S2： 根据曲线测点集对既有铁路线路分段， 形成多个区段； 各个区段按照直线测点集与 曲线测点集的长度占比关系划分为直线占优段以及曲线占优段， 并分别对直线占优段以及 曲线占优段进 行区段拟合， 得到直线方程、 圆曲线方程以及缓和曲线长； 计算相 邻区段中直 线的交点坐标； 将各个区段的拟合结果进行拼合， 形成连续的平面线形， 得到初始平面方 案； 将交点 坐标、 圆曲线半径以及缓和曲线长存 入初始平面方案中； S3： 合并相邻的直线占优段得到直线组合段， 合并相邻的曲线占优段得到曲线组合段； 分别对直线组合段、 曲线组合段以及两者连接处使用人工蜂群算法进行优化拟合， 得到优 化直线方程、 优化圆曲线方程以及优化缓和曲线长， 计算相邻区段的中优化直线的交点坐 标， 将交点坐标、 圆曲线半径以及缓和曲线长存入初始平面方案中， 得到优化平面方案； 采 用投影法重新判定各个测点属 性并重新划分测 点集， 若有测点属 性发生变化， 则将新的测 点集返回步骤S2； 若 无测点属性 发生变化， 则迭代结束， 将优化平 面方案输出得到自适应整 体恢复方法。 2.根据权利要求1所述的自适应整体恢复方法， 其特 征在于， 所述 步骤S2具体包括： S2‑1： 取起始测点、 终止测点以及每一个曲线测点集的中点； 起始测点到第一个曲线测 点集的中点为第一个区段； 第i个曲线测点集的中点到第i +1个元曲线测点集的中点为第i+ 1个区段； 最后一个曲线测点集的中点到终止测点为最后一个区段； 其中， 若曲线测点集存 在两个中点， 则取两点中靠 近或远离终止测点的一 点； S2‑2： 根据区段内相邻直线测点以及曲线测点之间的距离分别加和得到直线测点集以 及曲线测 点集的长度， 若直线测点集的长度超过曲线测点集的长度， 则认为该区段为直线 占优段， 进 行直线拟合， 得到直线方程、 圆曲线方程以及直线占优段的缓和曲线长； 否则， 认 为该区段为曲线占优段， 进 行曲线拟合， 得到直线方程、 圆曲线 方程以及曲线占优段的缓和 曲线长； 其中， 包含起始测点的区段以及 包含终止测点的区段均 认为直线占优段； 计算相 邻 区段中直线的交点 坐标； S2‑3： 将各个区段的拟合结果进行拼合， 形成连续的平面线形， 将交点坐标、 圆曲线半 径以及缓和曲线长存 入平面线形， 得到初始 平面方案 。 3.根据权利要求2所述的自适应整体恢复方法， 其特 征在于， 所述区段拟合具体包括： 直线拟合： 分别基于最小二乘法原理拟合直线方程以及直线两端的圆曲线方程， 然后 计算得到该直线占优段的直线的前偏移距和后偏移距， 并通过前偏移距、 后偏移距以及直 线两端的圆曲线的半径计算得到直线占优段两端的缓和曲线长； 曲线拟合： 基于最小二乘法原理拟合曲线占优段两端的圆曲线方程， 并通过对曲线占 优段中相邻缓和曲线测点的距离累加， 得到曲线占优段两端的缓和曲线长； 根据两端的缓 和曲线长以及两端的圆曲线的半径计算得到该曲线占优段的直线的前偏移距和后 偏移距； 构建相似三角形， 计算得到直线上两点的坐标， 并得 出直线方程。 4.根据权利要求1所述的自适应整体恢复方法， 其特 征在于， 所述优化拟合具体包括： 直线组合段优化方法：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115081211 A 2以拨量平方和最小为目标函数， 首先通过人工蜂群算法优化直线组合段中各直线占优 段直线方程中直线的斜率以及直线的截距， 输出优化得到的直线的斜率以及直线的截距， 然后固定直线方程， 再通过人工蜂群算法优化直线组合段中圆曲线的半径和缓和曲线长； 输出得到的圆曲线的半径和缓和曲线长； 曲线组合段优化方法： 以拨量平方和最小为目标函数， 首先通过人工蜂群算法优化曲线组合段中各曲线占优 段圆曲线方程中的圆心 坐标和圆 曲线半径， 输出优化得到的圆心 坐标， 然后固定圆心坐标， 使用人工蜂群算法优化各曲线占优段的圆曲线半径和缓和曲线长， 输出优化得到的圆曲线 半径和缓和曲线长； 通过优化得到的圆心 坐标、 圆曲线半径以及缓和曲线长求得直线方程； 输出直线的斜 率和直线的截距； 连接处优化方法： 对连接处 的曲线组合段采用曲线组合段优化方法进行优化； 对直线组合段的接近连接 处且经过连接处交点的直线方程 不优化。 5.根据权利要求1所述的自适应整体恢 复方法， 其特征在于， 所述步骤S3 中投影法具体 包括： 将步骤S1 中所有直线测点、 曲线测点以及缓和曲线测点投影至优化平 面方案上， 若测 点投影位于直线， 则重新分为直线测点； 若测点位于圆曲线， 则重新分为 曲线测点； 若测点 投影位于缓和曲线， 则重新分为缓和曲线测点； 重新合并相 邻的直线测点、 曲线测点以及缓 和曲线测点得到直线测点 集、 曲线测点 集以及缓和曲线测点 集。 6.根据权利要求1所述的自适应整体恢复方法， 其特 征在于， 所述 步骤S1具体包括： S1‑1： 将测点按照其里程进行排序， 将起始测点和 终止测点的切线方位角变化率设为 0， 计算各个测点的切线方位角变 化率δ， 设定阈值的初始值f0， 若 δ ≥f0， 则分为曲线测点； 若 δ＜f0， 则分为直线测点； 将相邻的直线测点归入一个直线测点集， 将相邻的曲线测点归入 一个曲线测点 集； S1‑2： 根据拟合最小信息需求、 最小直线长、 最小曲线长以及相邻直线的交点位置进一 步合并直线测点 集以及曲线测点 集； S1‑3： 根据单个直线测点集中的所有测点的切线方位角变化率δ得到计算阈值的迭代 值fik， 选取该直线测点集以及 其相邻的曲线测点集中的所有测点， 若δ ≥fik， 则分为曲线测 点； 若 δ＜fik， 则分为直线测点； 将相邻的直线测点归入一个 直线测点集， 将相邻的曲线测点 归入一个曲线测点 集； S1‑4： 若存在测点属性发生变化， 则返回步骤S1 ‑2； 若无变化， 则进入步骤S1 ‑5； S1‑5： 对于直线测点集， 取所有测点的切线方位角变化率δ绝对值的平均值 若 或 则重新分为缓和曲线测点； 对于曲线测点集， 取所有测点方位角变化率δ 的平均值 若 则重新分为缓和曲线测点； 将相邻的缓和曲线测点归入一个 缓和曲线测点 集。 7.根据权利要求6所述的自适应整体恢复方法， 其特 征在于， 所述 步骤S1‑2具体是： 拟合最小信息需求： 每个直线测点集中， 至少需要两个测点， 若不符合， 则并入相邻的曲线测点集； 每个曲 线测点集中， 至少需要三个测点， 若不符合， 则并入相邻的直线测点 集； 最小直线长：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115081211 A 3