基于最优化理论的既有铁路曲线整正方法研究及应用

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1、ｉ；中图分类号；Ｕ２１６．４２＋６密Ｍ：公开＇ＵＤ。本校编号：Ｉ續Ｗ灸遺乂＃工程硕±学位论文论文题目：基于最化化理论的既有铁路曲线整正方法研究及应用研究生姑為；候茂盛学号：０６１２０２３姚德新／刘永孝学校指导教师姓名：职称：副教授级工程师企业指导教师姓名：汤罕职称；高申请学位工程领域名称建筑与上木工程：２０１５．０４论玄答雜日撕１５．０６论文提交日期：２０：独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特

2、别加Ｗ标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。，也不包含获得兰州交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名签字日期；：串月作日＞１！化Ａ療学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解兰州交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权兰州交通大学可Ｗ将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印。、缩印或扫描等复制手段保存、汇编Ｗ供查阅和借阅同意学校向国家有关部口或机构送交论文的复

3、印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签《：导师签名签＇５字日期；＞／長年＾月／口日签字日期：＾年月日工程硕士学位论文基于最优化理论的既有铁路曲线整正方法研究及应用ResearchonCalculationMethodinExistingRailwayCurveRealignmentbyOptimizationTheoryanditsApplication作者姓名：候茂盛工程领域：建筑与土木工程研究方向：线路工程学号：0612023校内导师：姚德新刘永孝企业导师：汤军完成日期：2015.4兰州交通大学Lanzh

4、ouJiaotongUniversity兰州交通大学工程硕士学位论文摘要铁路线路在经过长时间的运营和养护维修后，其平面位置很容易发生错位和变形。这种变形和错位在曲线地段更加严重，曲线的线型发生改变，引起曲线轨道不圆顺，而曲线轨道不圆顺则直接影响到列车运行的安全性和旅客舒适度。为确保列车安全平稳的运行，必须定期对曲线方向进行检查，必要时进行曲线整正，恢复曲线设计时的圆顺程度。研究既有线曲线整正方法及其拨距优化方法，以保证列车安全、平稳和不间断运行，具有特别重要的意义。既有铁路曲线整正主要有三种方法：绳正法、偏角法、坐标法。本文主要根据各种方法的基本理论及其

5、计算方法，推导得到了三种方法之间的转化公式，并结合大量现场实测数据进行分析。由于绳正法与偏角法都是基于渐伸线原理，所以两种方法经过转化后计算的拨距很接近，其计算误差随着偏角的增大而增大。由于通过渐伸线理论来计算曲线拨距是一种近似计算，其理论应用具有一定的适用范围。通过对坐标法和偏角法转化后相应的数据分析可以得出，渐伸线法计算的拨距误差随着偏角的增大而增大，对于无缝线路，当曲线转角不超过1弧度时，渐伸线理论计算的拨距误差较小，能够满足曲线拨距计算精度的要求。而当曲线转角大于1弧度时，渐伸线法计算拨距的误差值随半径的增大而减小，而随转角的增大而增大，当转角接

6、近180度其计算误差最大。曲线整正优化就是选择一条与既有曲线最为接近的曲线，使各测点的拨距值最小。本文利用优化理论对曲线拨距进行优化，采用等缓长整体优化方法，以各测点拨距的平方和最小作为目标函数，根据偏角法和坐标法的分段拨距计算公式，推导了其目标函数的梯度公式。结合大量的现场数据，分别对绳正法、偏角法、坐标法进行拨距优化分析。在拨距优化中，各种优化方法的计算结果很接近，而且其优化结果与网格法的结果相差很小。约束优化算法乘子法的优化结果与其他无约束算法的结果相差较小，但需添加约束函数及其偏导数矩阵，计算相对较复杂。可以看出，如果初值选取时可以由曲线现场测量

7、数据进行线性拟合进行选取，则无约束优化算法也可用于拨距优化，且计算结果与约束优化算法相差不大，尤其是拟牛顿法中的对称秩一迭代收敛很快。采用10m弦绳正法进行附带曲线整正优化时，由于附带曲线中无缓和曲线，所以在优化计算中只有半径一个变量。附带曲线通过优化后，可以有效减小附带曲线的拨量，有利于附带曲线线型保持及列车平稳安全的运行。结合Excel特性，分别介绍了绳正法、偏角法、坐标法利用Excel规划求解进行拨距计算及优化的方法。并通过大量的现场数据验证，表明Excel规划求解器的优化结果与和程序的优化结果符合程度较高，而且都与网格法的结果几乎一致。优化后的拨

8、距与-I-基于最优化理论的既有铁路曲线整正方法研究及应用以曲线参数初选值计算的拨