本發(fā)明涉及軌道交通線路設(shè)計(jì)，特別是涉及一種軌道交通縱斷面自動(dòng)設(shè)計(jì)方法、一種軌道交通縱斷面自動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)、一種電子設(shè)備以及一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、在當(dāng)前的軌道交通設(shè)計(jì)領(lǐng)域，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行線路縱斷面設(shè)計(jì)時(shí)，依據(jù)平面布局中已精確確定的車站位置、高程以及各類關(guān)鍵控制點(diǎn)，開展坡段組合的規(guī)劃與設(shè)計(jì)工作。不僅確保設(shè)計(jì)符合行業(yè)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，更在此基礎(chǔ)上，不斷對(duì)坡段組合進(jìn)行細(xì)致入微的優(yōu)化調(diào)整，實(shí)現(xiàn)線路運(yùn)營(yíng)的高效節(jié)能與環(huán)境保護(hù)的雙重目標(biāo)。

2、然而，現(xiàn)有的軌道交通線路縱斷面設(shè)計(jì)方法，存在如下缺點(diǎn)：

3、現(xiàn)有方法需要根據(jù)線路平面縱斷面設(shè)計(jì)規(guī)范，以及控制點(diǎn)的相關(guān)約束，人工對(duì)逐個(gè)區(qū)間進(jìn)行相應(yīng)坡段組合計(jì)算，上述操作需進(jìn)行大量人工計(jì)算操作，生產(chǎn)效率低下。

4、并且現(xiàn)有方法需要對(duì)縱斷面設(shè)計(jì)方案進(jìn)行牽引計(jì)算，得到牽引計(jì)算曲線圖，用以輔助節(jié)能坡坡段設(shè)計(jì)。上述工作內(nèi)容需要將設(shè)計(jì)方案和牽引計(jì)算不斷結(jié)合，不斷優(yōu)化，在滿足規(guī)范要求的基礎(chǔ)上盡可能滿足節(jié)能坡設(shè)計(jì)要求，達(dá)到節(jié)能的目的。

5、也就是說現(xiàn)有方法的流程是首先需要人工獨(dú)立進(jìn)行縱斷面設(shè)計(jì)，隨后再基于該設(shè)計(jì)文件開展行車牽引計(jì)算，從而生成牽引曲線圖，并以此作為依據(jù)進(jìn)一步進(jìn)行節(jié)能坡設(shè)計(jì)的優(yōu)化。該設(shè)計(jì)方法過程中包含多個(gè)繁瑣的步驟，并且高度依賴人工操作，存在耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)、生產(chǎn)效率低下、不斷返工且難以完全符合節(jié)能設(shè)計(jì)要求等缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述問題，提出了本發(fā)明以便提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的一種軌道交通縱斷面自動(dòng)設(shè)計(jì)方法和相應(yīng)的一種軌道交通縱斷面自動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)、一種電子設(shè)備以及一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。

2、本發(fā)明公開了一種軌道交通縱斷面自動(dòng)設(shè)計(jì)方法，所述方法包括：

3、獲取并存儲(chǔ)軌道交通線路平面數(shù)據(jù)；所述軌道交通線路平面數(shù)據(jù)包括車站的車站名、里程數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)；

4、讀取各車站的里程數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)，計(jì)算并存儲(chǔ)車站站間距以及車站高差；

5、根據(jù)車站站間距以及車站高差，與預(yù)先構(gòu)建的縱斷面知識(shí)庫中的節(jié)能坡組合形式進(jìn)行匹配，得到目標(biāo)節(jié)能坡組合形式；

6、根據(jù)所述目標(biāo)節(jié)能坡組合形式自動(dòng)生成縱斷面設(shè)計(jì)方案，并繪制和標(biāo)注所述縱斷面設(shè)計(jì)方案對(duì)應(yīng)的縱斷面圖；

7、根據(jù)坡度規(guī)范要求自動(dòng)微調(diào)所述縱斷面設(shè)計(jì)方案對(duì)應(yīng)的縱斷面圖。

8、可選地，所述縱斷面知識(shí)庫的構(gòu)建步驟包括：

9、s1，分別構(gòu)建牽引工況和巡航工況的牽引能耗函數(shù)：

10、s11，在牽引工況下，施加于列車之上的單位縱向合力，表示為：

11、fl＝f/mg-f0-fc-fg-ft

12、其中，fl為單位縱向合力，f為列車總牽引力，m為列車質(zhì)量，g為重力加速度，f0為單位基本阻力，fc為平面曲線單位附加阻力，fg為坡段單位附加阻力，ft為隧道空氣單位附加阻力；

13、在牽引加速階段，在設(shè)定回轉(zhuǎn)質(zhì)量系數(shù)為0.06的條件下，當(dāng)列車從靜止?fàn)顟B(tài)加速至其最大速度v時(shí)，牽引能耗公式表達(dá)為：

14、

15、其中，wm為列車牽引能耗，va為δv時(shí)刻的平均速度，f(va)為平均速度va狀態(tài)下的總牽引力，δs(δv)為δv時(shí)刻的列車運(yùn)行距離，η為列車牽引電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)效率常數(shù)，δv為速度增量；

16、若采用固定的時(shí)間間隔作為基準(zhǔn)單位，則

17、

18、代入求解，則牽引能耗公式表達(dá)為：

19、

20、s12，在巡航工況下，列車所承受的牽引力與總阻力之間達(dá)到了精確的動(dòng)態(tài)均衡狀態(tài)，表示為：

21、fδt＝[f0+fc+fg+ft]mg

22、其中，fδt為δt時(shí)刻列車總牽引力，f0、fc、fg、ft分別為δt時(shí)刻的單位基本阻力、平面曲線單位附加阻力、坡段單位附加阻力、隧道空氣單位附加阻力；

23、當(dāng)列車運(yùn)行于下坡路段時(shí)，牽引力降為零，牽引能耗公式表達(dá)為：

24、

25、其中，v為列車巡航速度，ti為各次巡航牽引時(shí)間，n為巡航牽引次數(shù)；

26、s2，以幾何約束作為縱斷面線形約束條件，根據(jù)牽引工況和巡航工況的牽引能耗函數(shù)，構(gòu)建軌道交通縱斷面線形的節(jié)能坡組合形式模型；

27、所述節(jié)能坡組合形式模型表達(dá)為：

28、

29、其中，ki(c)≤0為縱斷面求解的約束條件：幾何約束；

30、s3，以600米至2000米為站間距范圍，200米為站間距間隔，采用差分法求解所述節(jié)能坡組合形式模型，得到多個(gè)最優(yōu)的節(jié)能坡組合形式，所述多個(gè)最優(yōu)的節(jié)能坡組合形式組成所述縱斷面知識(shí)庫；

31、所述多個(gè)最優(yōu)的節(jié)能坡組合形式，表示為：

32、p(l,h)＝{(l1,i1),(l2,i2),...,(ln,in)}

33、其中，n為給定l,h時(shí)坡段組合的數(shù)量，l為站間距，h為相鄰車站高程差，(lj,ij)為第j個(gè)坡段組合的(坡段長(zhǎng)，坡度)對(duì)。

34、可選地，所述幾何約束包括坡度約束、夾直線長(zhǎng)度約束、坡段長(zhǎng)度約束以及豎曲線進(jìn)站約束。

35、可選地，讀取各車站的里程數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)，計(jì)算并存儲(chǔ)車站站間距以及車站高差，包括：

36、計(jì)算相鄰車站間的站間距與高差，并將除起點(diǎn)與終點(diǎn)外所有車站的相鄰站間距與高差以兩兩一組的方式存儲(chǔ)；

37、站間距和高差按如下公式進(jìn)行計(jì)算：

38、li＝si+1-si

39、其中，li為第i個(gè)區(qū)間站間距，si+1為第i+1個(gè)車站的中心里程，si為第i個(gè)車站的中心里程；

40、gi＝hi+1-hi

41、其中，gi為第i個(gè)區(qū)間高差，hi+1為第i+1個(gè)車站的高程，hi為第i個(gè)車站的高程。

42、可選地，根據(jù)車站站間距以及車站高差，與預(yù)先構(gòu)建的縱斷面知識(shí)庫中的節(jié)能坡組合形式進(jìn)行匹配，得到目標(biāo)節(jié)能坡組合形式，包括：

43、s1，通過比較法確定最佳站間距，依據(jù)所述多個(gè)最優(yōu)的節(jié)能坡組合形式中相鄰站間距的相近程度進(jìn)行選擇；若為非標(biāo)準(zhǔn)站間距，則調(diào)整至最接近的整百數(shù)值或預(yù)定義的間隔標(biāo)準(zhǔn)；

44、匹配最佳站間距按照如下公式進(jìn)行：

45、

46、其中，l為匹配的最佳站間距，li為第i個(gè)區(qū)間站間距；

47、s2，通過比較法確定最佳高差，依據(jù)所述多個(gè)最優(yōu)的節(jié)能坡組合形式中高差的相近程度進(jìn)行選擇；若為非標(biāo)準(zhǔn)高差，則調(diào)整至最接近的整數(shù)值或預(yù)定義的間隔標(biāo)準(zhǔn)；

48、匹配最佳高差按照如下公式進(jìn)行：

49、

50、其中，g為匹配的最佳高差，gi為第i個(gè)區(qū)間站高差；

51、s3、基于各區(qū)間站的所述最佳站間距和最佳高差，生成各區(qū)間站的目標(biāo)節(jié)能坡組合形式。

52、可選地，根據(jù)所述目標(biāo)節(jié)能坡組合形式自動(dòng)生成縱斷面設(shè)計(jì)方案，并繪制和標(biāo)注所述縱斷面設(shè)計(jì)方案對(duì)應(yīng)的縱斷面圖，包括：

53、以滿足兩端的坡度和坡長(zhǎng)為首要條件，獲取坡度和坡長(zhǎng)，再計(jì)算除兩端外的坡度和坡長(zhǎng)；

54、假設(shè)前端車站坐標(biāo)為s0(x0,y0)，后端車站坐標(biāo)為sn(xn,yn)，則，車站端變坡點(diǎn)坐標(biāo)求解方式如下：

55、真實(shí)站間距按如下公式計(jì)算：

56、lz＝xn-x0

57、真實(shí)高差按如下公式計(jì)算：

58、hz＝y(tǒng)n-y0

59、則變坡點(diǎn)1的坐標(biāo)點(diǎn)為c1(x0+l1/2,y0+l1/2×i1)，變坡點(diǎn)n-1的坐標(biāo)點(diǎn)為cn-1(xn-ln/2,yn-ln/2×in)

60、所述目標(biāo)節(jié)能坡組合形式分為三種情況，分成生成縱斷面設(shè)計(jì)方案：

61、s1，除兩個(gè)車站端，只有一個(gè)單坡，即匹配坡段組合個(gè)數(shù)為3，適用于站間距過小同時(shí)高差較大的情形，單坡直接過渡，兩個(gè)車站端變坡點(diǎn)坐標(biāo)為所述變坡點(diǎn)1的坐標(biāo)點(diǎn)c1和所述變坡點(diǎn)n-1的坐標(biāo)點(diǎn)cn-1；

62、s2，除兩個(gè)車站端，坡段個(gè)數(shù)為偶數(shù)，即匹配坡段組合個(gè)數(shù)為不小于4的偶數(shù)，則變坡點(diǎn)個(gè)數(shù)為n-1，個(gè)數(shù)為奇數(shù)，除兩個(gè)車站端變坡點(diǎn)外的變坡點(diǎn)按照如下公式進(jìn)行計(jì)算：

63、真實(shí)站間距和標(biāo)準(zhǔn)站間距的差距平均分配至除站端坡段的每個(gè)坡段上，則每個(gè)坡段的坡長(zhǎng)為：

64、liz＝(l-(x2-x1))/(n-2)+li

65、則當(dāng)i≤n/2時(shí)，左端變坡點(diǎn)x坐標(biāo)為：

66、cix＝ci-1x+(l-(xn-x0))/(n-2)+li

67、左端變坡點(diǎn)y坐標(biāo)為：

68、ciy＝ci-1y+((l-(xn-x0))/(n-2)+li)×ii

69、計(jì)算順序?yàn)閕＝2,3,…,n/2，依次遞增計(jì)算；

70、則當(dāng)i>n/2時(shí)，右端變坡點(diǎn)x坐標(biāo)為：

71、cix＝ci+1x-(l-(xn-x0))/(n-2)-li

72、右端變坡點(diǎn)y坐標(biāo)為：

73、ciy＝ci+1y-((l-(xn-x0))/(n-2)+li)×ii

74、計(jì)算順序?yàn)閕＝n-2,…,n/2+1，依次遞減計(jì)算；

75、s3，除兩個(gè)車站端，坡段個(gè)數(shù)為奇數(shù)，即匹配坡段組合個(gè)數(shù)為不小于5的奇數(shù)，按照如下公式進(jìn)行計(jì)算：

76、真實(shí)站間距和標(biāo)準(zhǔn)站間距的差距平均分配至除站端坡段的每個(gè)坡段上，則每個(gè)坡段的坡長(zhǎng)為：

77、liz＝(l-(x2-x1))/(n-2)+li

78、則當(dāng)i≤(n-1)/2時(shí)，左端變坡點(diǎn)x坐標(biāo)為：

79、cix＝ci-1x+(l-(xn-x0))/(n-2)+li

80、左端變坡點(diǎn)y坐標(biāo)為：

81、ciy＝ci-1y+((l-(xn-x0))/(n-2)+li)×ii

82、計(jì)算順序?yàn)閕＝2,3,…,(n-1)/2，依次遞增計(jì)算；

83、當(dāng)i>(n+1)/2時(shí)，右端變坡點(diǎn)x坐標(biāo)為：

84、cix＝ci+1x-(l-(xn-x0))/(n-2)-li

85、右端變坡點(diǎn)y坐標(biāo)為：

86、ciy＝ci+1y-((l-(xn-x0))/(n-2)+li)×ii

87、計(jì)算順序?yàn)閕＝n-2,…,(n-1)/2+1，依次遞減計(jì)算。

88、可選地，根據(jù)坡度規(guī)范要求自動(dòng)微調(diào)所述縱斷面設(shè)計(jì)方案對(duì)應(yīng)的縱斷面圖，包括：

89、若實(shí)際站間距、高差與所述縱斷面設(shè)計(jì)方案中站間距、高差存在差異，則將站間距差異均勻分布至各坡段，高差差異集中分布至中間一至兩坡段，并根據(jù)坡度規(guī)范要求自動(dòng)微調(diào)所述中間一至兩坡段的坡度。

90、本發(fā)明還公開了一種軌道交通縱斷面自動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

91、線路平面數(shù)據(jù)獲取和存儲(chǔ)模塊，用于獲取并存儲(chǔ)軌道交通線路平面數(shù)據(jù)；所述軌道交通線路平面數(shù)據(jù)包括車站的車站名、里程數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)；

92、站間距和高差計(jì)算存儲(chǔ)模塊，用于讀取各車站的里程數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)，計(jì)算并存儲(chǔ)車站站間距以及車站高差；

93、節(jié)能坡組合形式匹配模塊，用于根據(jù)車站站間距以及車站高差，與預(yù)先構(gòu)建的縱斷面知識(shí)庫中的節(jié)能坡組合形式進(jìn)行匹配，得到目標(biāo)節(jié)能坡組合形式；

94、縱斷面設(shè)計(jì)方案生成模塊，用于根據(jù)所述目標(biāo)節(jié)能坡組合形式自動(dòng)生成縱斷面設(shè)計(jì)方案，并繪制和標(biāo)注所述縱斷面設(shè)計(jì)方案對(duì)應(yīng)的縱斷面圖；

95、坡度微調(diào)模塊，用于根據(jù)坡度規(guī)范要求自動(dòng)微調(diào)所述縱斷面設(shè)計(jì)方案對(duì)應(yīng)的縱斷面圖。

96、本發(fā)明還公開了一種電子設(shè)備，包括處理器、通信接口、存儲(chǔ)器和通信總線，其中，所述處理器、所述通信接口以及所述存儲(chǔ)器通過所述通信總線完成相互間的通信；

97、所述存儲(chǔ)器，用于存放計(jì)算機(jī)程序；

98、所述處理器，用于執(zhí)行存儲(chǔ)器上所存放的程序時(shí)，實(shí)現(xiàn)如本發(fā)明所述的軌道交通縱斷面自動(dòng)設(shè)計(jì)方法。

99、本發(fā)明還公開了一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有指令，當(dāng)由一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行時(shí)，使得所述處理器執(zhí)行如本發(fā)明所述的軌道交通縱斷面自動(dòng)設(shè)計(jì)方法。

100、本發(fā)明包括以下優(yōu)點(diǎn)：

101、本發(fā)明的軌道交通縱斷面自動(dòng)設(shè)計(jì)方法，預(yù)先綜合考慮了各種工況條件，預(yù)先推導(dǎo)出所有可能的牽引曲線，并在此基礎(chǔ)上直接得出最優(yōu)的節(jié)能坡組合方案，形成縱斷面知識(shí)庫。在設(shè)計(jì)縱斷面時(shí)，自動(dòng)計(jì)算車站站間距以及車站高差，并直接利用車站站間距以及車站高差，與預(yù)先構(gòu)建的縱斷面知識(shí)庫中的節(jié)能坡組合形式進(jìn)行匹配，得到目標(biāo)節(jié)能坡組合形式，進(jìn)而可以自動(dòng)基于目標(biāo)節(jié)能坡組合形式生成縱斷面設(shè)計(jì)方案以及自動(dòng)根據(jù)設(shè)計(jì)方案繪制，最后根據(jù)坡度規(guī)范要求微調(diào)縱斷面圖。本發(fā)明該方法編寫為autocad二次開發(fā)程序，能夠在計(jì)算機(jī)上自動(dòng)設(shè)計(jì)縱斷面，把大量需要人工計(jì)算、操作的步驟轉(zhuǎn)為計(jì)算機(jī)自動(dòng)操作，大幅提高生產(chǎn)效率與設(shè)計(jì)質(zhì)量。并且這一改進(jìn)無需在設(shè)計(jì)縱斷面方案后再進(jìn)行后續(xù)的牽引曲線修正步驟，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)與評(píng)估的一體化融合。具體而言，本方法通過直接利用縱斷面牽引曲線的分析，來判斷設(shè)計(jì)方案是否滿足節(jié)能坡的設(shè)計(jì)要求，從而顯著提升了設(shè)計(jì)效率與準(zhǔn)確性。