專利名稱：三維連續軌道系統軌道板空間位置的精確布置與定位方法
技術領域：
本發明涉及軌道板空間位置的布置與定位方法，特別涉及三維空間連續軌道系統軌道板空間位置的精確布置與定位方法。
背景技術：
中國鐵路建設處于發展與提速時期，高速鐵路具有運營速度高，平順性要求高，鋪設精度要求高等特點。傳統的軌道結構已不能滿足高速鐵路的運營要求，許多新型軌道結構大量涌現。而對于新型三維空間連續軌道系統來講，只有將軌道板空間位置進行精確布置與定位，才能滿足其鋪設、運營的高精度、高平順性、高舒適性等要求。由于傳統的軌道結構平順性要求低、鋪設精度要求低，不需要精確定位，所以，目前尚未形成針對于三維連續軌道系統軌道板空間位置的精確布置與定位方法的成套技術。 已有的布置與定位方法主要是通過手工計算線路中線的大地坐標，然后用樁號進行標示， 從而確定線路位置。該方法獲取數據精度差，無法滿足高速鐵路的鋪設精度，該方法獲取數據效率低，無法滿足高速鐵路推廣和應用需求。隨著鐵路建設深入開展的需要，軌道系統高精度高效率的布置與定位方法得到重視。三維空間連續軌道系統軌道板空間位置的精確布置與定位方法，通過創建線路左右線的三維空間曲線模型，確定軌道板布置范圍，從而確定軌道板沿線路左右線的縱向位置，并利用控制點與左右線的位置關系來精確確定軌道板相對于左右線的橫向位置。作為軌道板高精度高效率的布置與定位方法，具有獲取數據精度高、效率高的突出優點，進入應用研究和新的發展階段。
發明內容
針對現有的布置與定位方法中所存在的問題，本發明提出針對三維連續軌道系統軌道板空間位置的精確布置與定位方法，其目的在于通過軌道板布置軟件將其空間位置在設計線路上進行高精度的布置以及定位，以保證高速鐵路線路的高平順性與高舒適性的要求，可有效提高工作效率。本發明所涉及的三維連續軌道系統軌道板空間位置的精確布置與定位方法，是指對于三維連續軌道系統，通過創建線路左右線的三維空間曲線模型，確定軌道板布置范圍， 從而確定軌道板沿線路左右線的縱向位置，并利用控制點與左右線的位置關系來精確確定軌道板相對于左右線的橫向位置，最終輸出軌道板的布置結果。所述的軌道板空間位置的布置與定位方法包括以下步驟
1、創建線路左右線的三維空間曲線模型
首先，創建線路左線平面模型，向計算機輸入線路平面數據、斷鏈數據，創建平面曲線集合單元(包括緩和曲線、圓曲線、緩和曲線)，創建曲線夾直線單元，添加曲線超高數據，形成平面模型。其次，創建線路左線縱斷面模型，輸入線路坡度數據，并將其轉化為里程高程格式，創建豎曲線集合單元(包括緩和曲線、圓曲線、緩和曲線)，創建直線坡段單元，形成縱斷面模型。再次，整合形成線路左線三維空間曲線模型，將線路左線平面模型與縱斷面進行整合形成線路左線三維空間曲線模型。最后，生成線路右線三維空間曲線模型，通過將線路左線三維空間曲線進行偏移，生成線路右線三維空間曲線模型。2、確定軌道板布置范圍
確定左右線各強制點里程，并輸入強制點間軌道板類型、斷鏈號等相關信息。從而，確定每個強制點間的范圍為軌道板布置范圍。其中，右線強制點的里程為其在左線上的投影里程。3、確定軌道板的縱向位置
長度為6. 5m的軌道板稱為標準類型軌道板，簡稱標準板。長度小于6. 5m的軌道板稱為補償類型軌道板，簡稱補償板。確定每塊軌道板在線路左右線上的縱向位置，即在每個布板范圍內，將不同類型的軌道板沿線路左右線依次布置并編號。在進行布置時應首先選用標準板，當布置長度不滿足標準板的長度要求時，再考慮選用補償板，補償板應從補償板數據庫中選用。最后將全線的軌道板布置數據匯總存儲于軌道板總數據庫中。由于線路左線為設計基準線，所以線路左線軌道板的位置可采用其控制點的標注里程來表示，而線路右線軌道板的位置采用其控制點的左線投影里程來表示。4、精確確定軌道板的橫向位置
對于標準類型和補償類型軌道板，板首和板尾各有一個控制點，軌道板的橫向位置是通過精確定位控制點與左右線的位置關系來確定的。線路直線地段，軌道板定位控制點均位于線路左線或右線上；線路曲線地段，根據控制點與線路左右線的位置關系，軌道板精確定位方式主要有以下幾種兩控制點位于線路左線或右線上；兩控制點的連線位于所截曲線的二分之一矢高處；兩控制點的連線位于所截曲線的三分之一矢高處；兩控制點的連線與曲線相切。5、輸出軌道板布置結果
根據軌道板布置情況，可統計得到標準板的數量及布置文件，補償板的長度、數量及布置文件，并輸出形成統計結果。本發明所涉及的軌道板空間位置的精確布置與定位方法，適用于任何三維空間連續軌道系統，具有通用性好，自動化程度高，以及獲取數據精度高、效率高等特點，具有明顯的應用效果。
圖1為軌道板空間位置的精確布置與定位流程圖； 圖2為線路左右線三維空間曲線模型創建流程圖。
具體實施例方式現結合附圖對本發明作進一步詳細的闡述。圖1顯示本發明涉及的軌道板空間位置的精確布置與定位流程。如圖所示，軌道板空間位置的精確布置與定位流程包括以下步驟 1、創建線路左右線的三維空間曲線模型首先，創建線路左線平面模型，向計算機輸入線路平面數據、斷鏈數據，創建平面曲線集合單元(包括緩和曲線、圓曲線、緩和曲線)，創建曲線夾直線單元，添加曲線超高數據，形成平面模型。其中輸入線路平面數據有兩種方式①輸入交點平面坐標以及每個交點處的曲線半徑、前后緩和曲線長度、曲線頭尾里程和曲線超高等要素。②輸入線路起終點以及各個曲線要素點(直緩點、緩圓點、圓緩點、緩直點)的里程、平面坐標、方位角、曲線類型、曲線長度和曲線超高等要素。其次，創建線路左線縱斷面模型，輸入線路坡度數據，并將其轉化為里程高程格式，創建豎曲線集合單元(包括緩和曲線、圓曲線、緩和曲線)，創建直線坡段單元，形成縱斷面模型。輸入線路坡度數據的方法為輸入線路縱斷面變坡點的里程、高程、 豎曲線半徑、切線長以及坡度等要素。再次，整合形成線路左線三維空間曲線模型，將線路左線平面模型與縱斷面進行整合形成線路左線三維空間曲線模型。最后，生成線路右線三維空間曲線模型，通過將線路左線三維空間曲線進行偏移，生成線路右線三維空間曲線模型。2、確定軌道板布置范圍
根據線路起終點位置、道岔起終點位置以及坐標換帶位置或者其他需要設置強制點的位置，定義強制點。并計算各強制點范圍起終點里程，輸入強制點間軌道板類型、斷鏈號等相關信息。從而，確定每個強制點間的范圍為軌道板布置范圍。3、確定軌道板的縱向位置
確定每塊軌道板在線路左右線上的縱向位置，即確定每個布板范圍內，左右線標準板以及補償板的分布情況，將不同類型的軌道板沿線路左右線依次布置，并將軌道板進行編號。在進行軌道板布置時應首先選用標準板，當布置長度不滿足標準板的長度要求時，再考慮選用補償板，補償板應從補償板數據庫中選用。最后將全線的軌道板布置數據匯總存儲于軌道板總數據庫中。4、精確確定軌道板的橫向位置
線路直線地段，軌道板定位控制點均位于線路左線或右線上；線路曲線地段，根據控制點與線路左右線的位置關系，軌道板精確定位方式主要有以下幾種兩控制點位于線路左線或右線上；兩控制點的連線位于所截曲線的二分之一矢高處；兩控制點的連線位于所截曲線的三分之一矢高處；兩控制點的連線與曲線相切。5、輸出軌道板布置結果
根據軌道板布置情況，可統計得到標準板的數量及布置文件，補償板的長度、數量及布置文件，并輸出形成統計結果。圖2顯示本發明涉及的線路左右線三維空間曲線模型創建流程。如圖所示，線路左右線三維空間曲線模型創建流程包括以下步驟
首先，創建線路左線平面模型。輸入線路平面數據、斷鏈數據，創建平面曲線集合單元 (包括緩和曲線、圓曲線、緩和曲線)，創建曲線夾直線單元，添加曲線超高數據至平面模型。 其中輸入線路平面數據有兩種方式①輸入交點平面坐標以及每個交點處的曲線半徑、前后緩和曲線長度、曲線頭尾里程和曲線超高等要素。②輸入線路起終點以及各個曲線要素點(直緩點、緩圓點、圓緩點、緩直點)的里程、平面坐標、方位角、曲線類型、曲線長度和曲線超高等要素。其次，創建線路左線縱斷面模型。輸入線路坡度數據，并將其轉化為里程高程格式，創建豎曲線集合單元(包括緩和曲線、圓曲線、緩和曲線)，創建直線坡段單元，形成縱斷面模型。輸入線路坡度數據的方法為輸入線路縱斷面變坡點的里程、高程、豎曲線半徑、切線長以及坡度等要素。再次，整合形成線路左線三維空間曲線模型。將線路平面模型與縱斷面進行整合形成線路左線三維空間曲線模型。最后，生成線路右線三維空間曲線模型，通過將左線三維空間曲線進行偏移，生成線路右線三維空間曲線模型。
權利要求
1.一種三維連續軌道系統軌道板空間位置的精確布置與定位方法，其特征在于包括以下步驟創建線路左右線的三維空間曲線模型，確定軌道板布置范圍，確定軌道板沿線路左右線的縱向位置，精確確定軌道板的橫向位置，輸出軌道板布置結果。
2.根據權利要求1所述的三維連續軌道系統軌道板空間位置的精確布置與定位方法， 其特征在于，創建線路左右線的三維空間曲線模型包括向計算機輸入線路平面數據、斷鏈數據，創建平面曲線集合單元和曲線夾直線單元，添加曲線超高數據，形成線路左線平面模型；輸入線路坡度數據，并將其轉化為里程高程格式，創建豎曲線集合單元和直線坡段單元，形成線路左線縱斷面模型；將線路左線平面模型與縱斷面進行整合形成線路左線三維空間曲線模型；通過將線路左線三維空間曲線進行偏移，生成線路右線三維空間曲線模型。
3.根據權利要求1所述的三維連續軌道系統軌道板空間位置的精確布置與定位方法， 其特征在于，確定軌道板布置范圍包括確定左右線各強制點里程，輸入強制點間軌道板類型、斷鏈號信息，確定每個強制點間的范圍為軌道板布置范圍。
4.根據權利要求1所述的三維連續軌道系統軌道板空間位置的精確布置與定位方法， 其特征在于，確定軌道板沿線路左右線的縱向位置包括在每個布板范圍內，將不同類型的軌道板沿線路左右線依次布置并編號；將全線的軌道板布置數據匯總存儲于軌道板總數據庫中。
5.根據權利要求4所述的三維連續軌道系統軌道板空間位置的精確布置與定位方法， 其特征在于，確定道板沿線路左右線的縱向位置包括在進行軌道板布置時應首先選用標準板，當布置長度不滿足標準板的長度要求時，再考慮選用補償板，補償板應從補償板數據庫中選用。
6.根據權利要求1所述的三維連續軌道系統軌道板空間位置的精確布置與定位方法， 其特征在于精確確定軌道板的橫向位置包括精確定位控制點與左右線的位置關系；線路直線地段，軌道板定位控制點均位于線路左線或右線上；線路曲線地段，軌道板定位控制點位于線路左線或右線上，或者軌道板兩控制點的連線位于所截曲線的二分之一矢高處，或者軌道板兩控制點的連線位于所截曲線的三分之一矢高處，或者軌道板兩控制點的連線與曲線相切。
7.根據權利要求1所述的三維連續軌道系統軌道板空間位置的精確布置與定位方法， 其特征在于，輸出軌道板布置結果為統計得到標準板的數量及布置文件，補償板的長度、數量及布置文件，并輸出形成統計結果。
全文摘要
本發明公開了一種三維連續軌道系統軌道板空間位置的精確布置與定位方法，對于三維連續軌道系統，通過創建線路左右線的三維空間曲線模型，確定軌道板布置范圍，從而確定軌道板沿線路左右線的縱向位置，并利用控制點與左右線的位置關系來精確確定軌道板相對于左右線的橫向位置，最終輸出軌道板的布置結果。本發明所涉及的三維連續軌道系統軌道板空間位置的精確布置與定位方法，適用于任何三維空間連續軌道系統，具有通用性好，自動化程度高，以及獲取數據精度高、效率高等特點，具有明顯的應用效果。
文檔編號G06F17/50GK102184279SQ20111009697
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月19日 優先權日2011年4月19日
發明者伍衛凡, 閆紅亮 申請人:鐵道第三勘察設計院集團有限公司