CN113032876B - 铁路沿线自动改移既有道路的立交通道布设方法及*** - Google Patents

铁路沿线自动改移既有道路的立交通道布设方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铁路沿线自动改移既有道路的立交通道布设方法、***、终端及可读存储介质，该方法包括：步骤S1：构建道路与铁道立交通道线路的优化模型；步骤S2：将研究区域进行单元网格划分，并将路径搜索分解为两段非交叉段搜索以及交叉段搜索；步骤S3：基于优化模型对两段非交叉段以及交叉段进行路径搜索；步骤S4：利用步骤S3中的N条路径、M条路径以及P条交叉段局部线路进行拼接整合构成若干条完整线路，并以优化函数为目标函数确定最优线路，并基于最优线路进行平面和纵断面的曲线拟合得到最终线路方案。本发明分解为非交叉段与交叉段的路径搜索，削弱连接点与交叉点的耦合相互作用，实现公路与铁道立交通道优化。

Description

铁路沿线自动改移既有道路的立交通道布设方法及***
技术领域
本发明属于铁路设计技术领域，具体涉及一种铁路沿线自动改移既有道路的立交通道布设方法、***、终端及可读存储介质。
背景技术
铁路是国家重要的基础设施，是国民经济的大动脉，在我国经济和社会发展中起着重要的作用。为了满足道路运输的需求，建成与在建的道路逐年增加，既有路网更加密集。使得在铁路的建设过程中，许多城市和地区的既有道路与既有或者新建的铁路线路出现了大量交叉，并受到交叉口的交叉角度、有效净空和线形等约束限制，为了确保既有道路的运输安全和通行能力，违规道路将不可避免的进行重建，在时间和精力有限的情况下，工程师往往仅凭自身经验主观对比几个满足约束，控制投资的可行方案进行最终决策，可能导致更有价值的方案被遗漏。因此，迫切需要提出一个既考虑道路建设，路网交叉等各项约束，又满足节省工程投资目标的道路与铁路立交通道智能设计方法。
道路与铁路立交通道优化属于线路优化框架下的一个类别，相较于两固定端点之间的线路优化，还需要考虑路网交叉，与既有道路连接的增强约束。国内外对于道路与铁路立交通道的研究主要分为三个阶段：第一阶段，对于每一个道路交叉点，仅提供接近最优解的备选方案集，在有限的方案中进行比选，选择满足约束与投资成本的最优线路方案，该方法包含设计者的主观性和随机性。第二阶段：提出精确解法，但是地形的变化和复杂的约束条件难以用显式函数表示，存在理论上的不足。第三阶段：随着优化方法的不断创新和计算机计算能力的增长，提出不依赖于显式函数的启发式算法，其中遗传算法在立交通道中得到广泛的应用，但仍然局限于需人工给定一个初始的线路方案，在确定线路起终点的情况下，在研究区域内进行线路的优化，寻找满足约束条件的线路方案，存在一定的局限性，难以应用于实际情况。
将线路的投资成本视为立交通道的起终点之间的特定距离，立交通道的设计可转换为起终点之间的最短路径搜索问题。本发明针对道路与铁道立交通道起终点均不固定的情况，如何实现线路优化是本发明的急需探讨的。
发明内容
本发明的目的是针对既有道路与新建铁路相交，为处治相交段立交通道建设使之满足道路设计，路网相交约束，维持既有道路的通行能力，重建局部道路，寻找最优重建方案问题，提供一种全新的技术思路来实现改建段设计，提出了一种分层优化策略求解改建段与既有道路连接点以及改建段与铁路交叉点的位置，通过将核心问题分解为非交叉段子优化和交叉端与非交叉段两阶段重组，使连接点与交叉点的变化相互独立，削弱两者的耦合相互作用，实现公路与铁道立交通道优化。
一方面，本发明提供的一种铁路沿线自动改移既有道路的立交通道布设方法，包括如下步骤：
步骤S1：构建道路与铁道立交通道线路的优化模型，所述优化模块包括：研究区域内的决策变量、约束条件以及优化函数；
步骤S2：将研究区域进行单元网格划分，再根据既有道路以及铁路确定研究区域内局部改建道路与既有道路的连接起终点单元格集合S、E以及铁路左右侧的单元格集合L、R，进而将路径搜索分解为两段非交叉段搜索以及交叉段搜索；
其中，铁路同一侧的单元格集合S与单元格集合L之间的路径以及同一侧的单元格集合E与单元格集合R之间的路径为所述两段非交叉段路径；单元格集合L与单元格集合R之间的路径为交叉段路径；
步骤S3：基于所述优化模型对两段非交叉段以及交叉段进行路径搜索；
其中，对所述两段非交叉段进行线路搜索得到单元格集合S与单元格集合L之间的M条路径以及单元格集合E与单元格集合R之间的N条路径；以及对所述交叉段进行路径搜索得到H条交叉段局部线路；
以所述优化模型中的优化函数作为目标函数进行搜索，且搜索得到的线路满足所述优化模型中的约束条件；
步骤S4：利用步骤S3中的所述N条路径、所述M条路径以及所述H条交叉段局部线路进行拼接整合构成若干条完整线路，并以所述优化函数为目标函数确定最优线路，并基于所述最优线路进行平面和纵断面的曲线拟合得到最终线路方案。
可选地，步骤S3中基于所述优化模型对两段非交叉段进行路径搜索的过程采用DT算法，并以所述优化函数定义DT算法中单元格的广义距离值，实现过程如下：
针对单元格集合S与单元格集合L之间的路径搜索过程：
A-1：将单元格集合L中的单元格作为固定端点，选取单元格集合L[L1,L2,...,Lp]中一个单元格Li作为S→L段路径的固定端点，p为单元格集合L中单元格总个数；
A-2：以单元格Li为固定端点采用DT算法进行搜索得到单元格集合S中每个单元格的DT值，若单元格DT值为非正无穷，则保留所述单元格并形成一条局部路径；否则，摒弃所述单元格对应的一条局部路径，其中，以单元格Li为固定端点得到若干条可行路径；
A-3：从所述若干条可行路径中选择DT值最小的路径作为以单元格Li为固定端点的单元格集合S到单元格集合L的路径；
A-4：遍历单元格集合L中的单元格，并重复步骤A-1-A-3，最终得到M条单元格集合S与单元格集合L之间的路径；
针对单元格集合E与单元格集合R之间的路径搜索过程：
B-1：将单元格集合R中的单元格作为固定端点，选取单元格集合R[R1,R2,...,Rq]中一个单元格Ri作为E→R段路径的固定端点，q为单元格集合R中单元格总个数；
B-2：以单元格Ri为固定端点采用DT算法进行搜索得到单元格集合E中每个单元格的DT值，若单元格DT值大于0，则保留所述单元格并形成一条局部路径；否则，摒弃所述单元格对应的一条局部路径，其中，以单元格Ri为固定端点得到若干条可行路径；
B-3：从所述若干条可行路径中选择DT值最小的路径作为以单元格Ri为固定端点的单元格集合E到单元格集合R的路径；
B-4：遍历单元格集合R中的单元格，并重复步骤B-1-B-3，最终得到N条单元格集合E与单元格集合R之间的路径。
可选地，步骤A-2中以单元格Li为固定端点采用DT算法进行搜索得到单元格集合S中每个单元格的DT值的过程为：
A-2-1：对搜索区域进行预处理，即搜索区域是依据单元格集合S所在一侧的研究区域而定，其中，搜索区域内的任一单元格到固定端点Li的距离在使用最大限制坡度imax和容许展线系数γ条件下，满足如下公式：
Figure GDA0003594874650000031
其中，R(Rx,Ry,Rz)表示搜索区域内任意一个单元格的xyz坐标，LR(LRx,LRy,LRz)表示固定端点Li的xyz坐标，imax表示道路最大限制坡，γ表示展线系数；
若不满足，将搜索区域内所述单元格标记为禁止单元，不参与双向扫描过程；
A-2-2：初始化搜索区域内所有非禁止单元的单元格的广义距离值；
A-2-3：对搜索区域进行双向扫描，更新每个单元格的广义距离值形成广义距离图，所述广义距离图中每个单元格的广义距离值为单元格的DT值。
可选地，步骤A-2-3中构建所述广义距离图的过程如下：
A-2-3-1：构建邻域模板，扫描每个单元格时，将所述邻域目标的中心位置放置在单元格上；
其中，扫描到任意单元格P时，取P为局部线路起点，取邻域模板内任意一单元格G为局部线路终点；
A-2-3-2：当单元格G不属于搜索区域内的S[S1,S2,...,Sm]时，使用直线将单元格G与P相连；或当单元格G属于S[S1,S2,...,Sm]时，使用曲线平滑连接，其中，a为与目标单元连接的前进路径方向，b为单元格G既有道路方向，m为单元格集合S中单元格的数量；
A-2-3-3：连接单元格P与G得到局部线路并形成带有结构物的局部线路方案，并判断所述局部路径方案是否满足约束，若不满足，摒弃所述局部线路，转入步骤A-2-3-1，重新选择领域模板内的单元格；若满足，转入步骤A-2-3-4；
步骤A-2-3-4：计算单元格P与单元格G之间的广义距离值，并更新单元格P的广义距离值；
步骤A-2-3-5：迭代执行A2-3-1、A2-3-2、A2-3-3、A2-3-4所述扫描过程，直至每个单元格的广义距离值不再发生变化得到广义距离图。
可选地，步骤S3中对所述交叉段进行路径搜索得到H条交叉段局部线路的过程为：迭代搜索单元格集合L与单元格集合R之间的局部线路，并保留满足约束条件的局部线路，具体如下：
以单元格集合L中任一单元格Li为中心，向铁路作垂线并以所述垂线为角平分线，将所述垂线分别向左向右旋转90°-Amin得到直线a与直线b，Amin为满足规范要求的最小交叉角；
在单元格集合R中，直线a与直线b形成的扇形区域内包含的Q个单元格为扇形可行解单元格集合；
将单元格Li与所述扇形可行解单元格集合中的Q个单元格分别直线连接形成Q条局部线路；
检测所述Q条局部线路是否满足约束条件，若不满足，剔除；若满足，生成局部线路的平面、纵断面、桥梁和隧道线路方案；
按照上述过程迭代搜索单元格集合L中的所有单元格，生成P个交叉段的局部线路方案。
可选地，步骤S4中基于所述最优线路方案进行平面和纵断面的曲线拟合得到最终线路方案的为：根据所述最优线路方案采用弦切支距法选取路径中的特征点作为平面交点，并根据规范匹配最小的圆曲线半径和缓和曲线长度，生成初始的平面线路；在平面初始线路方案基础上，根据土石方工程量最小初始化纵断面方案；最优，对线路进行整体优化得到最终的平面和纵断面优化线路方案，譬如采用非线性网格自适应直接搜索算法(Nonlinear optimization with the mesh adaptive direct search，NOMAD)进行线路的整体优化。由于该过程是现有技术实现过程，因此对其不进行具体的阐述。
可选地，步骤S1中研究区域内的决策变量表示为：
平面交点HIP's(XH,YH,RH,LH0,LH1)；
纵断面变坡点VIP's(KV,HV,RV)；
改建线路上的桥梁和隧道MBU's(KBS,KBE,KUS,KUE)；
改建线路的起终点和交叉点VCC's(I,S,E)；
XH和YH为平面交点的横坐标和纵坐标，RH为平面交点对应的交点半径，LH0和LH1为平面交点对应的前缓和曲线和后缓和曲线长度；KV和HV为变坡点的里程和高程，RV为变坡点对应的竖曲线的半径；KBS和KBE为桥梁对应的起始里程和终止里程，KUS和KUE为隧道对应的起始里程和终止里程；I表示优化线路方案与新建铁路交叉点，S表示优化线路方案在既有道路上的起始连接点，E表示优化线路方案在既有道路上的终止连接点；
步骤S1中优化函数为工程费用最小，其包括：土石方工程费、路面成本、路权费、桥梁工程费以及隧道工程费，表示如下：
F(HPI's,VPI's,MBU's,VCC's)＝min(CE+CP+CR+CB+CU)
式中，F(HPI's,VPI's,MBU's,VCC's)为决策变量基础上的工程费用，CE,CP,CR,CB,CU分别为土石方工程费、路面成本、路权费、桥梁工程费、隧道工程费；
所述优化模型中的约束条件包括：几何线形约束、交叉约束、连接约束与既有结构约束。
可选地，步骤S2中将研究区域进行单元网格划分过程中，所述单元网格的宽度width的计算公式如下：
width＝2Tmin+Jmin
Jmin表示最小夹直线长，Tmin表示最大转角时的最小切线长，通过如下公式计算：
Figure GDA0003594874650000051
式中，αmax为线路设计允许最大转角，Rmin为道路最小曲线半径。
第二方面，本发明提供一种基于铁路沿线自动改移既有道路的立交通道布设方法的***，包括：
优化模型构建模块，用于构建道路与铁道立交通道线路的优化模型，所述优化模块包括：研究区域内的决策变量、约束条件以及优化函数；
网格划分模块，用于将研究区域进行单元网格划分；
搜索路段划分模块，用于根据既有道路以及铁路确定研究区域内局部改建道路与既有道路的连接起终点单元格集合S、E以及铁路左右侧的单元格集合L、R，进而将路径搜索分解为两段非交叉段搜索以及交叉段搜索；
其中，铁路同一侧的单元格集合S与单元格集合L之间的路径以及同一侧的单元格集合E与单元格集合R之间的路径为所述两段非交叉段路径；单元格集合L与单元格集合R之间的路径为交叉段路径；
非交叉段路径搜索模块，用于基于所述优化模型对两段非交叉段进行路径搜索；
交叉段路径搜索模块，用于对交叉段进行路径搜索；
其中，对所述两段非交叉段进行线路搜索得到单元格集合S与单元格集合L之间的M条路径以及单元格集合E与单元格集合R之间的N条路径；以及对所述交叉段进行路径搜索得到P条交叉段局部线路；
以所述优化模型中的优化函数作为目标函数进行搜索，且搜索得到的线路满足所述优化模型中的约束条件；
最优线路获取模块，利用步骤S3中的所述N条路径、所述M条路径以及所述P条交叉段局部线路进行拼接整合构成若干条完整线路，并以所述优化函数为目标函数确定最优线路；
最终线路方案获取模块，用于基于所述最优线路方案进行平面和纵断面的曲线拟合得到最终线路方案。
第三方面，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，所述处理器调用所述计算机程序以执行：一种铁路沿线自动改移既有道路的立交通道布设方法的步骤。
第四方面，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：一种铁路沿线自动改移既有道路的立交通道布设方法的步骤。
有益效果
本发明针对道路与铁路立交通道的设计过程中，改建道路的起终点和与新建铁路的交叉点均不固定，线路起终点受到连接约束，交叉点受到交叉约束和线路受到大量几何线形约束和既有结构约束的情况下，本发明提供的所述布设方法提出了道路与铁道立交通道线路的优化模型，优化模型包含了地理信息、优化函数、约束与决策变量的信息。基于优化模型的基础上引出了一种分层优化策略，将改建段的生成分为交叉点的生成与改建道路起终点的生成两个阶段，通过将核心问题分解为非交叉段子优化和交叉段与非交叉段两阶段重组，使连接点和交叉点的生成相互独立，削弱两者的耦合相互作用，简化优化问题，实现道路与铁道的立交通道智能优化。
进一步将本发明所述布设方法生成的方案与经验丰富的人工设计方案进行比较，结果表明，该方法能够在满足所有约束条件的情况下，有效的改进局部改建道路工程造价，拥有自动化程度高、效率高、实用性强等优点。
附图说明
图1是本发明实施例提供的研究区域示意图。
图2是本发明实施例提供的道路与铁道的立交通道线路方案优化模型。
图3是本发明实施例提供的单元格宽度几何示意图。
图4是本发明实施例提供的S、L、R、E单元格集合示意图。
图5是本发明实施例提供的DT算法中邻域模板与双向扫描方向示意图。
图6是本发明实施例提供的改建道路S→L，E→R中局部线路的连接示意图(1：P不属于S；2：P属于S)。
图7是本发明实施例提供的S→L段生成的优化路径树。
图8是本发明实施例提供的改建道路L→R段局部线路连接示意图。
图9是本发明实施例提供的弦切支距法示意图。
图10是本发明实施例1提供的所述布设方法的流程示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种铁路沿线自动改移既有道路的立交通道布设方法、***、终端及可读存储介质，所述布设方法是针对既有道路与新建铁路交叉时，在维持既有道路的通信能力基础上，实现局部道路重建的设计问题，寻找到最优重建方案。下面将结合实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1：
如图10所示，本发明提供的一种铁路沿线自动改移既有道路的立交通道布设方法，包括如下步骤：
S1：建立道路与铁道立交通道线路的优化模型。
其中，建立研究区域的综合地理信息模型，引入道路的平面交点信息(包括交点坐标、半径、前后缓和曲线长)、纵断面变坡点位置(包括里程、高程和竖曲线半径)、桥梁和隧道位置(包括里程与高程)和改建道路与新建铁路的交叉点，与既有道路的两个连接点作为决策变量。以找出综合造价成本最低为优化函数(目标函数)，并考虑各种约束条件(包括线形几何约束、交叉约束、连接约束和既有结构约束)，建立道路与铁道立交通道线路方案优化模型。
针对研究区域，本实施例1中在距离既有道路与新建铁路的交叉口位置I的X米处，(该距离一般由设计人员根据经验确定，由于道路与铁路立交通道间距均小于1km，本文取该距离为500m。)沿既有道路识别A，B两点，构造椭圆区域。取A，B两点为椭圆焦点，展线系数γ＝2imax/iD为偏心率，其中iD为地面高程的平均坡度，imax为道路的最大限制坡度。取研究区域为该椭圆的外接四边形，将研究区域细分为宽度为w的单元方格，获取包括地形(高程)、地质(岩土特征)、单位成本(工程单价信息)、现有建筑(工厂、道路、铁路、居民区)等地理信息的综合地理信息模型(CGIM)。
需要说明的是，上述地面高程的平均坡度iD，道路的最大限制坡度imax为针对研究区域内整条既有道路的参数。其他可行的实施例中，研究区域的范围可以依据既有道路以及新建铁路的位置选择其他规则确定，本发明对此不进行具体的限定。
通过确定决策变量，建立目标函数的数学表达式，其中，本实施例1所选择的决策变量表示为：
平面交点HIP's(XH,YH,RH,LH0,LH1)；
纵断面变坡点VIP's(KV,HV,RV)；
改建段的桥梁和隧道MBU's(KBS,KBE,KUS,KUE)；
改建段的起终点和交叉点VCC's(I,S,E)。
HIP中：XH和YH为平面交点的横坐标和纵坐标，RH为平面交点对应的交点半径，LH0和LH1为平面交点对应的前缓和曲线和后缓和曲线长度。
VIP中：KV和HV为变坡点的里程和高程，RV为变坡点对应的竖曲线的半径。
MBU中：KBS和KBE为桥梁对应的起始里程和终止里程，KUS和KUE为隧道对应的起始里程和终止里程。
VCC中：I表示优化线路方案与新建铁路交叉点，S表示优化线路方案在既有道路上的起始连接点，E表示优化线路方案在既有道路上的终止连接点。
本实施例1选择的目标函数为工程费用最低，其包含土石方工程费、路面成本、路权费、桥梁工程费和隧道工程费。即以工程费用构建综合造价最低的目标函数，具体表达式如下所示：
F(HPI's,VPI's,MBU's,VCC's)＝min(CE+CP+CR+CB+CU)
其中，土石方工程费CE，通过公式(1)计算：
Figure GDA0003594874650000091
式中，
Figure GDA0003594874650000092
为挖方的单位成本，
Figure GDA0003594874650000093
为填方的单位成本，
Figure GDA0003594874650000094
为将土方运至填埋场的单位成本，
Figure GDA0003594874650000095
为从借土坑运土方的单位成本，
Figure GDA0003594874650000096
为挖方量，
Figure GDA0003594874650000097
为填方量，当计算将土方运至填埋场的全部费用时，
Figure GDA0003594874650000098
为运至填埋场的土石方总体积，当计算从借土坑运土方的全部费用时，
Figure GDA0003594874650000099
为从借土坑运借土的土石方总体积。
路面成本CP，通过公式(2)计算：
CP＝upWL (2)
式中，up为路面的单位成本，W为路面宽度，L为路面长度。
路权费CR，通过公式(3)计算：
CR＝n×w2×uR (3)
式中，n为地理信息模型中被优化线路(改建段)占用的单元格总数，w2为单元格的面积，uR为路权的单位成本。
桥梁工程费CB，通过公式(4)计算：
Figure GDA00035948746500000910
式中，uBi为第i座桥梁的单位长度成本，LBi为第i座桥梁的桥梁长度，Ni为第i座桥梁的桥墩总数，CAi为桥墩的单位成本，z为桥梁个数。
隧道工程费CU，通过公式(5)计算：
Figure GDA00035948746500000911
式中，uUi为第i个隧道的单位长度成本，LUi为第i个隧道的长度，h为隧道个数。
需要说明的是，本实施例1中考虑到成本问题，以改建的综合成本最低为目标函数，其他可行的实施例中，还可以从其他成本角度设定目标函数或者考虑更多因素构成综合成本，其根据实际需求可以进行适应性调整，本发明对此不进行具体的限定。
约束条件：通过查阅《道路线形设计规范》(JTGD20-2017)，确定几何线形约束、交叉约束、连接约束与既有结构约束。
(1)：几何线形约束
1)记搜索路径在平面共有n1个交点(本实施例中采用DT算法得到的搜索路径本身就是折线形，折线的转折点视为交点)，交点对应的平面曲线半径、夹直线长和转向角分别为Ri，Ri，
Figure GDA0003594874650000105
具体约束表示如下：
Figure GDA0003594874650000101
Rmin、Lmin、
Figure GDA0003594874650000106
分别为线路平面允许的最大曲线半径、线路平面允许的最小夹直线长、线路平面允许的最小转向角。
2)记搜索路径在纵断面共有n2个变坡点，变坡点对应的竖曲线半径、坡度和坡长分别为
Figure GDA0003594874650000102
具体约束表示如下：
Figure GDA0003594874650000103
Figure GDA0003594874650000104
分别为线路纵断面允许的最小竖曲线半径、线路纵断面允许的最大坡度、线路纵断面所允许的最小坡长、线路纵断面所允许的最大坡长。
(2)：交叉约束
1)道路与新建铁路相交时，形成的交叉角AC不应超过规定的最小交叉角Amin，并尽可能的使道路与铁路正交：
Amin≤AC≤90° (8)
2)交叉口的净空应该保证道路与铁路之间有足够的距离，以保证车辆的行车安全：
Vh≤|Hroad-Hrail| (9)
3)道路在交叉口部分，其道路必须保持笔直，以保证行车时良好的可见度。
(3)：连接约束：
局部改建道路与既有的道路连接时，为了保证改建道路能够顺利连接，需要保证改建道路的起终点位于既有道路上，改建道路与既有道路在连接点处的方位角应该保持一致：
αexist＝αcross (10)
αexist、αcross为既有道路与改建道路相交点上的既有道路的线路方位角、相同位置上改建道路(即改建道路起点)的线路方位角。
(4)：既有结构约束既有结构约束可分为综合地理信息模型中确定的既有建筑的禁区和新建建筑的结构要求两种。
1)禁区：搜索路径应该避免干扰综合地理模型(CGIM)中的既有结构。取集合UF为所有表示CGIM中表示禁区的单元格；集合UC为搜索路径所占用的单元格。为保证搜索路径绕避禁区，UF与UC的交集必须为空：
Figure GDA0003594874650000111
2)结构要求：桥梁的高度和长度，隧道的孔径应该满足《道路线形设计规范》(JTGD20-2017)中规定。
S2：将研究区域进行单元网格划分，再根据既有道路以及铁路确定研究区域内局部改建道路与既有道路的连接起终点单元格集合S、E以及铁路左右侧的单元格集合L、R，进而将路径搜索分解为两段非交叉段搜索以及交叉段搜索。本实施例中，步骤S2的具体执行过程如下：
S2-1：获取矩形研究区域。
S2-2：将矩形研究区域分为宽度为width的单元格，以保证两个单元格之间满足最小夹直线长与切线长的要求。width计算公式如下：
width＝2Tmin+Jmin (12)
Jmin表示最小夹直线长，Tmin表示最大转角时的最小切线长，通过如下公式计算：
Figure GDA0003594874650000112
式中，αmax为线路设计允许最大转角，一般取70°～90°，Rmin为道路最小曲线半径。
S2-3：定义局部改建道路与既有道路的连接起终点单元格集合S、E以及铁路左右侧的单元格集合L、R。其中，以新建铁路为基线，为了增加线路方案的多样性，取新建铁路前进方向左侧第1列与第2列单元格，为铁路附近左侧单元格集合L[L1,L2,...,Lp]，同理，取新建铁路前进方向右侧第1列与第2列单元格，为铁路附近右侧单元格集合R[R1,R2,...,Rq]。以新建铁路线为界，将与L[L1,L2,...,Lp]同侧的既有道路穿越的单元格集合，取为局部改建道路与既有道路的连接起点集S[S1,S2,...,Sm]，将与R[R1,R2,...,Rq]同侧的既有道路穿越的单元格集合，取为局部改建道路与既有道路的连接终点集E[E1,E2,...,En]。其他可行的实施例中，基于既有道路以及新建铁路的位置可以对其单元格集合的范围进行适应性调整，本发明对此不进行具体的限定，如沿着既有道路扩大单元格范围或沿着新建铁路扩大单元格范围。
S3：利用DT算法对两非交叉段进行线路搜索。本实施例中，针对单元格集合S与单元格集合L之间的路径以及同一侧的单元格集合E与单元格集合R之间的路径采用DT算法进行路径搜索，其他可行的实施例中，在以目标函数为基础以及满足约束条件的基础上，得到立两段非交叉段的路径的方式也可以适用于本发明的。
针对单元格集合S与单元格集合L之间的路径搜索过程：
A-1：将单元格集合L中的单元格作为固定端点，选取单元格集合L[L1,L2,...,Lp]中一个单元格Li作为S→L段路径的固定端点，p为单元格集合L中单元格总个数；
A-2：以单元格Li为固定端点采用DT算法进行搜索得到单元格集合S中每个单元格的DT值，若单元格DT值为非正无穷，则保留所述单元格并形成一条局部路径；否则，摒弃所述单元格对应的一条局部路径，其中，以单元格Li为固定端点得到若干条可行路径；
A-3：从所述若干条可行路径中选择DT值最小的路径作为以单元格Li为固定端点的单元格集合S到单元格集合L的路径；
A-4：遍历单元格集合L中的单元格，并重复步骤A-1-A-3，最终得到M条单元格集合S与单元格集合L之间的路径，M≤p。
同理，针对单元格集合E与单元格集合R之间的路径搜索得到N条单元格集合E与单元格集合R之间的路径，N≤q，q为单元格集合L中单元格总个数。
其中，上述提到的DT算法的基本原理如下：
距离变换是图像学中的一种常用变换，将一幅图像转换为一幅灰度图像(距离图)，在这幅灰度图像中，每个单元格的灰度值是该单元格到其最近背景点(目标点)的最小距离。邻域模板则由n×n个单元格组合而成，可用一个的矩阵Md表示，其中每个元素d(r→c)的值表示模板中心和它邻域内的像素(第r行，第c列的单元格)之间的局部距离。在线路设计中，将工程费扩展成广义距离。使用邻域模板对研究区域进行正反双向扫描。
基于上述DT算法的原理，本发明利用DT算法进行搜索的过程如下：
S3-2-1：对新建铁路线左侧的研究区域进行预处理。
研究区域中的单元格应该满足高度可访问性，以单元格集合L[L1,L2,...,Lp]中一个单元格Li作为固定端点，对单元格集合S进行路径搜索的过程为例，即研究区域任意一单元格到固定端点Li的距离必须保证在使用最大限制坡度imax和容许展线系数γ条件下，能够克服两单元格之间的高差，即满足：
Figure GDA0003594874650000131
其中R(Rx,Ry,Rz)表示左侧研究区域中任意一个单元格的坐标，LR(LRx,LRy,LRz)表示铁路附近单元L中选定作为固定端点Li的坐标，imax表示道路最大限制坡，γ表示展线系数。如果有单元格未通过高度可访问性检测，即与公式14冲突，则将该单元格标记为禁止单元，在S3-3-2中所述的双向扫描过程中将忽略该禁区的扫描。
S3-2-2：初始化左侧研究区域所有单元格的广义距离值VDT，如公式15所示，即固定端点为0，其他像素点均为正无穷。广义距离表示将距离变化中的距离概念拓展到综合代价，即前述(CE+CP+CR+CB+CU)确定的综合造价，其数字表示广义距离值，D表示自由单元，其广义距离值为正无穷，LR表示固定端点，其广义距离值为零，如下公式(15)：
Figure GDA0003594874650000132
S3-2-3：从图像的左上角开始，按先正向(从上至下，从左至右)，再反向(从下至上，从右至左)的顺序扫描非禁止单元的所有像素，更新像素点的广义距离值，形成广义距离图。
其中，广义距离图的构建过程包括如下步骤：
S3-2-3-1：构建5×5的邻域模板，在扫描每一个单元格的时候，将邻域模板的中心放置在单元格上。当扫描到任意单元格P时，取P为局部线路起点，使邻域模板的中心与P重合。取邻域模板内任意一单元格G为局部线路终点。
S3-2-3-2：为了确保局部线路PG满足步骤S1-4所述连接约束规定，进行局部线路连接时，P与G的连接类型根据G是否属于S[S1,S2,...,Sm]分为两种情况分别进行处理，详见附图6：
(1)：当单元格G不属于S[S1,S2,...,Sm]时，使用直线将单元格G与P相连。
(2)：当单元格G属于S[S1,S2,...,Sm]时，使用曲线平滑连接，其中a为与目标单元连接的前进路径方向，b为单元格G现有的道路方向。同时，需要满足步骤S1-4所述几何线形约束规定。
S3-2-3-3：连接单元格P与G之后会形成一个平纵面线性，即根据局部路径设置桥隧和路基，判断该局部线路是否满足平面线路所要求的转角约束、自交叉约束、绕避约束与必经约束；纵断面线路所要求的限制坡度约束、高程可达性约束、高程趋势约束和跨越约束；桥梁的桥高约束、桥长约束与净空约束；根据线隧挖深分界标准自动布设生成的隧道是否满足隧长约束、地质条件约束；路基段是否满足坡度坡向要求和地质条件要求。不满足则剔除该局部线路方案，转入步骤S3-2-4-1，重新选择邻域模板内单元格。
S3-2-3-4：满足步骤S3-2-3-3所述各类约束，计算P与G之间的广义距离值，如果满足：
VDT(G)+d(P→G)＜VDT(P) (16)
则更新当前单元格P的广义距离值VDT(P)，使VDT(P)＝VDT(G)+d(P→G)，并记录P与G之间的行列差(ΔR,ΔC)，将距离值从单元格P传播到单元格G。否则，不更新并转入步骤S3-2-3-1，重新选择邻域模板内单元格。
S3-2-3-5：迭代执行S3-2-3-1、S3-2-3-2、S3-2-3-3、S3-2-3-4所述扫描过程，直至每个单元格的广义距离值不再发生变化，形成最终的距离图。
S3-2-4：通过步骤S3-2-3形成的广义距离图，寻找处于S集合内所有单元格的DT值，将DT值最小的单元格(Si)作为以Li为目标点的最短路径终点，通过ΔR，ΔC递推出单元格Si到目标点的最短路径方案，其中，递推过程为现有技术，通过递推得到的每个邻域模板内中心位置在邻域模板内的局部最优线路。
S4：迭代搜索得到交叉段的局部线路。本实施例1中，先执行非交叉段搜索，再执行交叉段搜索，其他可行的实施例中，先执行交叉段搜索，再执行非交叉段搜索或者两者并列同步执行也是可以的。
所述步骤S4具体包括以下步骤：
S4-1：如附图8所示，取L中第i(i＝1,2,3…，M)个单元格Li，以该单元格中心，向新建铁路作垂线，并以该垂线为角平分线，将垂线分别向左向右旋转90°-Amin，称其为直线a与直线b，直线a，b与新建铁路之间夹角为Amin(满足规范要求的最小交叉角)。直线a，b形成的扇形区域中包含Q个R[R1,R2,...,Rq]中单元格，称该Q个单元格为扇形可行解单元格集合。
S4-2：将Li与扇形可行解单元格集合中任意单元格Rj用直线相连，形成局部线路。Li与该Q个单元格分别连接，形成的Q条局部线路，其交叉点处一定满***叉角约束。
S4-3：检测该交叉段局部线路交叉点I处垂直净空约束，具体见约束条件中的交叉约束规定，未通过检测即剔除该交叉段局部方案，转至S4-6。通过检测则按顺序进行步骤S4-4。
S4-4：采用与S3-2-3-3相同步骤生成Li与Rj之间详细的平面、纵断面、桥梁和隧道线路方案。
S4-5：重复进行步骤S4-2、S4-3、S4-4、S4-5，迭代Li与扇形可行解单元格集合中单元格的连接，最终生成不多于Q个交叉段局部线路方案。
S4-6：迭代搜索L中所有单元格，重复进行S4-1、S4-2、S4-3、S4-4、S4-5步骤，生成不多于M*Q个交叉段局部线路方案，即H条交叉段局部线路。
S5：对生成的两段非交叉段和交叉段进行整合构成若干条完整线路，并以所述优化函数为目标函数确定最优线路，并基于所述最优线路进行平面和纵断面的曲线拟合得到最终线路方案。具体包括如下步骤：
S5-1：将每个交叉段局部方案中单元格Li对应的S→L段路径，单元格Rj对应的E→R段路径进行组合，构成完整线路，刷新线路S→L→R→E的广义距离值，记录为Di,j，将Di,j加入距离集UDi,j。
S5-2：重复步骤S5-1，直至M*Q个交叉段局部线路方案得到对应的完整局部线路广义距离值。
S5-3：将广义距离值集合UDi,j按广义距离值从小到大进行排序，最小广义距离方案min(Di,j)为综合造价最低的最优方案，表示L中第i个单元格与R中第j个单元格相连，结合S→L与E→R段路径，形成最优线路。
S5-4：根据步骤S5-3得的最优线路，采用弦切支距法选取路径中的特征点作为平面交点，并根据规范匹配最小的圆曲线半径和缓和曲线长度，生成初始的平面线路。
S5-5：在平面初始线路方案基础上，根据土石方工程量最小初始化纵断面方案。
S5-6：在道路与铁路的立交通道线路方案优化模型的基础上，采用非线性网格自适应直接搜索算法(Nonlinear optimization with the mesh adaptive direct search，NOMAD)进行线路的整体优化，得到最终的平面和纵断面优化线路方案。
如图9所示，得到最终线路方案，由于上述步骤的实现过程是现有技术，因此对其不进行具体的阐述。
综上所述，本发明实施例1提供的布设方法将路径搜索问题分割为交叉段和非交叉段的路径搜索，使连接点和交叉点的生成相互独立，削弱两者的耦合相互作用，简化优化问题，实现道路与铁道的立交通道智能优化。
实施例2：
在实施例1的基础上，本发明实施例2提供一种基于铁路沿线自动改移既有道路的立交通道布设方法的***，包括：
优化模型构建模块，用于构建道路与铁道立交通道线路的优化模型，所述优化模块包括：研究区域内的决策变量、约束条件以及优化函数；
网格划分模块，用于将研究区域进行单元网格划分；
搜索路段划分模块，用于根据既有道路以及铁路确定研究区域内局部改建道路与既有道路的连接起终点单元格集合S、E以及铁路左右侧的单元格集合L、R，进而将路径搜索分解为两段非交叉段搜索以及交叉段搜索；
其中，铁路同一侧的单元格集合S与单元格集合L之间的路径以及同一侧的单元格集合E与单元格集合R之间的路径为所述两段非交叉段路径；单元格集合L与单元格集合R之间的路径为交叉段路径；
非交叉段路径搜索模块，用于基于所述优化模型对两段非交叉段进行路径搜索；
交叉段路径搜索模块，用于对交叉段进行路径搜索；
其中，对所述两段非交叉段进行线路搜索得到单元格集合S与单元格集合L之间的M条路径以及单元格集合E与单元格集合R之间的N条路径；以及对所述交叉段进行路径搜索得到H条交叉段局部线路；
以所述优化模型中的优化函数作为目标函数进行搜索，且搜索得到的线路满足所述优化模型中的约束条件；
最优线路获取模块，利用步骤S3中的所述N条路径、所述M条路径以及所述H条交叉段局部线路进行拼接整合构成若干条完整线路，并以所述优化函数为目标函数确定最优线路；
最终线路方案获取模块，用于基于所述最优线路方案进行平面和纵断面的曲线拟合得到最终线路方案。
其中，各个模块的实现过程请参照前述方法阐述，在此不再赘述。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***，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。
实施例3：
在实施例1的基础上，本发明实施例提供一种终端，其包括处理器和存储器，存储器存储了计算机程序，处理器调用计算机程序以执行：
S1：建立道路与铁道立交通道线路的优化模型。S2：将研究区域进行单元网格划分，再根据既有道路以及铁路确定研究区域内局部改建道路与既有道路的连接起终点单元格集合S、E以及铁路左右侧的单元格集合L、R，进而将路径搜索分解为两段非交叉段搜索以及交叉段搜索。S3：利用DT算法对两非交叉段进行线路搜索。S4：迭代搜索得到交叉段的局部线路。S5：对生成的两段非交叉段和交叉段进行整合构成若干条完整线路，并以所述优化函数为目标函数确定最优线路，并基于所述最优线路进行平面和纵断面的曲线拟合得到最终线路方案。
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。
实施例4：
在实施例1的基础上，本发明实施例提供一种可读存储介质，其存储了计算机程序，该计算机程序被处理器调用以执行：S1：建立道路与铁道立交通道线路的优化模型。S2：将研究区域进行单元网格划分，再根据既有道路以及铁路确定研究区域内局部改建道路与既有道路的连接起终点单元格集合S、E以及铁路左右侧的单元格集合L、R，进而将路径搜索分解为两段非交叉段搜索以及交叉段搜索。S3：利用DT算法对两非交叉段进行线路搜索。S4：迭代搜索得到交叉段的局部线路。S5：对生成的两段非交叉段和交叉段进行整合构成若干条完整线路，并以所述优化函数为目标函数确定最优线路，并基于所述最优线路进行平面和纵断面的曲线拟合得到最终线路方案。
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 (8)

1.一种铁路沿线自动改移既有道路的立交通道布设方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤S1：构建道路与铁道立交通道线路的优化模型，所述优化模型包括：研究区域内的决策变量、约束条件以及优化函数；
步骤S2：将研究区域进行单元网格划分，再根据既有道路以及铁路确定研究区域内局部改建道路与既有道路的连接起终点单元格集合S、E以及铁路左右侧的单元格集合L、R，进而将路径搜索分解为两段非交叉段搜索以及交叉段搜索；
其中，铁路同一侧的单元格集合S与单元格集合L之间的路径以及同一侧的单元格集合E与单元格集合R之间的路径为两段非交叉段路径；单元格集合L与单元格集合R之间的路径为交叉段路径；
步骤S3：基于所述优化模型对两段非交叉段以及交叉段进行路径搜索；
其中，对所述两段非交叉段进行线路搜索得到单元格集合S与单元格集合L之间的M条路径以及单元格集合E与单元格集合R之间的N条路径；以及对所述交叉段进行路径搜索得到H条交叉段局部线路；
以所述优化模型中的优化函数作为目标函数进行搜索，且搜索得到的线路满足所述优化模型中的约束条件；
步骤S4：利用步骤S3中的所述N条路径、所述M条路径以及所述H条交叉段局部线路进行拼接整合构成若干条完整线路，并以所述优化函数为目标函数确定最优线路，并基于所述最优线路进行平面和纵断面的曲线拟合得到最终线路方案；
步骤S2中将研究区域进行单元网格划分过程中，所述单元网格的宽度width的计算公式如下：
width＝2Tmin+Jmin
Jmin表示最小夹直线长，Tmin表示最大转角时的最小切线长，通过如下公式计算：
Figure RE-FDA0003594874640000011
式中，αmax为线路设计允许最大转角，Rmin为道路最小曲线半径；
步骤S3中对所述交叉段进行路径搜索得到H条交叉段局部线路的过程为：迭代搜索单元格集合L与单元格集合R之间的局部线路，并保留满足约束条件的局部线路，具体如下：
以单元格集合L中任一单元格Li为中心，向铁路作垂线并以所述垂线为角平分线，将所述垂线分别向左向右旋转90°-Amin得到直线a与直线b，Amin为满足规范要求的最小交叉角；
在单元格集合R中，直线a与直线b形成的扇形区域内包含的Q个单元格为扇形可行解单元格集合；
将单元格Li与所述扇形可行解单元格集合中的Q个单元格分别直线连接形成Q条局部线路；
检测所述Q条局部线路是否满足约束条件，若不满足，剔除；若满足，生成局部线路的平面、纵断面、桥梁和隧道线路方案；
按照上述过程迭代搜索单元格集合L中的所有单元格，生成H个交叉段的局部线路方案。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S3中基于所述优化模型对两段非交叉段进行路径搜索的过程采用DT算法，并以所述优化函数定义DT算法中单元格的广义距离值，实现过程如下：
针对单元格集合S与单元格集合L之间的路径搜索过程：
A-1：将单元格集合L中的单元格作为固定端点，选取单元格集合L[L1,L2,...,Lp]中一个单元格Li作为S→L段路径的固定端点，p为单元格集合L中单元格总个数；
A-2：以单元格Li为固定端点采用DT算法进行搜索得到单元格集合S中每个单元格的DT值，若单元格DT值为非正无穷，则保留所述单元格并形成一条局部路径；否则，摒弃所述单元格对应的一条局部路径，其中，以单元格Li为固定端点得到若干条可行路径；
A-3：从所述若干条可行路径中选择DT值最小的路径作为以单元格Li为固定端点的单元格集合S到单元格集合L的路径；
A-4：遍历单元格集合L中的单元格，并重复步骤A-1-A-3，最终得到M条单元格集合S与单元格集合L之间的路径；
针对单元格集合E与单元格集合R之间的路径搜索过程：
B-1：将单元格集合R中的单元格作为固定端点，选取单元格集合R[R1,R2,...,Rq]中一个单元格Ri作为E→R段路径的固定端点，q为单元格集合R中单元格总个数；
B-2：以单元格Ri为固定端点采用DT算法进行搜索得到单元格集合E中每个单元格的DT值，若单元格DT值为非正无穷，则保留所述单元格并形成一条局部路径；否则，摒弃所述单元格对应的一条局部路径，其中，以单元格Ri为固定端点得到若干条可行路径；
B-3：从所述若干条可行路径中选择DT值最小的路径作为以单元格Ri为固定端点的单元格集合E到单元格集合R的路径；
B-4：遍历单元格集合R中的单元格，并重复步骤B-1-B-3，最终得到N条单元格集合E与单元格集合R之间的路径。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤A-2中以单元格Li为固定端点采用DT算法进行搜索得到单元格集合S中每个单元格的DT值的过程为：
A-2-1：对搜索区域进行预处理，其中，搜索区域内的任一单元格到固定端点Li的距离在使用最大限制坡度imax和容许展线系数γ条件下，满足如下公式：
Figure RE-FDA0003594874640000031
其中，R(Rx,Ry,Rz)表示搜索区域内任意一个单元格的xyz坐标，LR(LRx,LRy,LRz)表示固定端点Li的xyz坐标，imax表示道路最大限制坡，γ表示展线系数；
若不满足，将搜索区域内所述单元格标记为禁止单元，不参与双向扫描过程；
A-2-2：初始化搜索区域内所有非禁止单元的单元格的广义距离值；
A-2-3：对搜索区域进行双向扫描，更新每个单元格的广义距离值形成广义距离图，所述广义距离图中每个单元格的广义距离值为单元格的DT值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤A-2-3中构建所述广义距离图的过程如下：
A-2-3-1：构建邻域模板，扫描每个单元格时，将邻域目标的中心位置放置在单元格上；
其中，扫描到任意单元格P时，取P为局部线路起点，取邻域模板内任意一单元格G为局部线路终点；
A-2-3-2：当单元格G不属于搜索区域内的S[S1,S2,...,Sm]时，使用直线将单元格G与P相连；或当单元格G属于S[S1,S2,...,Sm]时，使用曲线平滑连接，其中，a为与目标单元连接的前进路径方向，b为单元格G既有道路方向，m为单元格集合S中单元格的数量；
A-2-3-3：连接单元格P与G得到局部线路并形成带有结构物的局部线路方案，并判断所述局部路径方案是否满足约束，若不满足，摒弃所述局部线路，转入步骤A-2-3-1，重新选择领域模板内的单元格；若满足，转入步骤A-2-3-4；
步骤A-2-3-4：计算单元格P与单元格G之间的广义距离值，并更新单元格P的广义距离值；
步骤A-2-3-5：迭代执行A2-3-1、A2-3-2、A2-3-3、A2-3-4所述扫描过程，直至每个单元格的广义距离值不再发生变化得到广义距离图。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S1中研究区域内的决策变量表示为：
平面交点HIP's(XH,YH,RH,LH0,LH1)；
纵断面变坡点VIP's(KV,HV,RV)；
改建线路上的桥梁和隧道MBU's(KBS,KBE,KUS,KUE)；
改建线路的起终点和交叉点VCC's(I,S,E)；
XH和YH为平面交点的横坐标和纵坐标，RH为平面交点对应的交点半径，LH0和LH1为平面交点对应的前缓和曲线和后缓和曲线长度；KV和HV为变坡点的里程和高程，RV为变坡点对应的竖曲线的半径；KBS和KBE为桥梁对应的起始里程和终止里程，KUS和KUE为隧道对应的起始里程和终止里程；I表示优化线路方案与新建铁路交叉点，S表示优化线路方案在既有道路上的起始连接点，E表示优化线路方案在既有道路上的终止连接点；
步骤S1中优化函数为工程费用最小，其包括：土石方工程费、路面成本、路权费、桥梁工程费以及隧道工程费，表示如下：
F(HPI's,VPI's,MBU's,VCC's)＝min(CE+CP+CR+CB+CU)
式中，F(HPI's,VPI's,MBU's,VCC's)为决策变量基础上的工程费用，CE,CP,CR,CB,CU分别为土石方工程费、路面成本、路权费、桥梁工程费、隧道工程费；
所述优化模型中的约束条件包括：几何线形约束、交叉约束、连接约束与既有结构约束。
6.一种基于权利要求1-5任一项所述方法的***，其特征在于：包括：
优化模型构建模块，用于构建道路与铁道立交通道线路的优化模型，所述优化模型 包括：研究区域内的决策变量、约束条件以及优化函数；
网格划分模块，用于将研究区域进行单元网格划分；
搜索路段划分模块，用于根据既有道路以及铁路确定研究区域内局部改建道路与既有道路的连接起终点单元格集合S、E以及铁路左右侧的单元格集合L、R，进而将路径搜索分解为两段非交叉段搜索以及交叉段搜索；
其中，铁路同一侧的单元格集合S与单元格集合L之间的路径以及同一侧的单元格集合E与单元格集合R之间的路径为所述两段非交叉段路径；单元格集合L与单元格集合R之间的路径为交叉段路径；
非交叉段路径搜索模块，用于基于所述优化模型对两段非交叉段进行路径搜索；
交叉段路径搜索模块，用于对交叉段进行路径搜索；
其中，对所述两段非交叉段进行线路搜索得到单元格集合S与单元格集合L之间的M条路径以及单元格集合E与单元格集合R之间的N条路径；以及对所述交叉段进行路径搜索得到H条交叉段局部线路；
以所述优化模型中的优化函数作为目标函数进行搜索，且搜索得到的线路满足所述优化模型中的约束条件；
最优线路获取模块，利用步骤S3中的所述N条路径、所述M条路径以及所述H条交叉段局部线路进行拼接整合构成若干条完整线路，并以所述优化函数为目标函数确定最优线路；
最终线路方案获取模块，用于基于所述最优线路方案进行平面和纵断面的曲线拟合得到最终线路方案；
其中在网格划分模块中，单元网格的宽度width的计算公式如下：
width＝2Tmin+Jmin
Jmin表示最小夹直线长，Tmin表示最大转角时的最小切线长，通过如下公式计算：
Figure RE-FDA0003594874640000051
式中，αmax为线路设计允许最大转角，Rmin为道路最小曲线半径；
其中在交叉段路径搜索模块中，对所述交叉段进行路径搜索得到H条交叉段局部线路为：迭代搜索单元格集合L与单元格集合R之间的局部线路，并保留满足约束条件的局部线路，具体如下：
以单元格集合L中任一单元格Li为中心，向铁路作垂线并以所述垂线为角平分线，将所述垂线分别向左向右旋转90°-Amin得到直线a与直线b，Amin为满足规范要求的最小交叉角；
在单元格集合R中，直线a与直线b形成的扇形区域内包含的Q个单元格为扇形可行解单元格集合；
将单元格Li与所述扇形可行解单元格集合中的Q个单元格分别直线连接形成Q条局部线路；
检测所述Q条局部线路是否满足约束条件，若不满足，剔除；若满足，生成局部线路的平面、纵断面、桥梁和隧道线路方案；
按照上述过程迭代搜索单元格集合L中的所有单元格，生成H个交叉段的局部线路方案。
7.一种终端，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，所述处理器调用所述计算机程序以执行：权利要求1-5任一项所述方法的步骤。
8.一种可读存储介质，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1-5任一项所述方法的步骤。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113746529B (zh) * 2021-08-16 2023-02-17 飞天联合（北京）***技术有限公司 一种机载卫星网络的切换方法
CN114162185A (zh) * 2021-12-28 2022-03-11 上海电气集团智能交通科技有限公司 一种基于磁钉轨道的公共交通线网运营方法
CN114692352B (zh) * 2022-04-06 2023-02-03 中南大学 一种山区铁路施工便道线路网智能布设方法
CN116305678B (zh) * 2022-12-08 2023-12-15 西南交通大学 基于低碳排放的高密城区铁路线路精细优化方法
CN116756808B (zh) * 2023-05-23 2024-04-23 济青高速铁路有限公司 一种铁路线形优化方法、装置、电子设备及存储介质
CN117852964A (zh) * 2024-01-10 2024-04-09 高速铁路建造技术国家工程研究中心 铁路大临工程点-线-网布设方案的综合协调性评价方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109084798A (zh) * 2018-08-29 2018-12-25 武汉环宇智行科技有限公司 网络下发带有道路属性的控制点的路径规划方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7324102B2 (en) * 2005-10-12 2008-01-29 Autodesk, Inc. Method for generating unified three-dimensional models of complex infrastructure configurations
CN104504476B (zh) * 2014-12-30 2017-12-22 中南大学 一种复杂山区铁路线路走向自动生成方法
CN112231870B (zh) * 2020-09-23 2022-08-02 西南交通大学 一种复杂山区铁路线路智能化生成方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109084798A (zh) * 2018-08-29 2018-12-25 武汉环宇智行科技有限公司 网络下发带有道路属性的控制点的路径规划方法

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