铁路轨道竖直方向捣固方案生成方法、系统、装置、介质与流程

本发明涉及铁轨测量数据处理，具体为铁路轨道竖直方向捣固方案生成方法、系统、装置、介质。

背景技术：

1、轨道精测精捣是指基于控制网、精测技术对轨道进行测量，利用测量成果指导大型养路机械实施数字化精捣作业。现有技术常通过测量轨道竖直方向的状态参数，获得实测数据，然后依据设计数据和实测数据做差，得到线路的实际偏差，然后并将实际偏差作为轨道起道量，对轨道进行竖直方向上的捣固处理。

2、但是，当实测数据与设计数据差距较大时，偏差值会较高，起道量会过大，这时不仅需要更复杂或更频繁的捣固工作来逐步调整轨道，由此增加轨道捣固成本，影响轨道捣固，而且过大的起道量容易损坏铁轨的结构稳定性，降低铁轨竖向捣固质量。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种铁路轨道竖直方向捣固方案生成方法、系统、装置、介质

2、本发明技术方案如下：

3、一种铁路轨道竖直方向捣固方案生成方法，包括如下操作：

4、s1、将实测铁路轨道的所有里程值和对应高程值，转换为横坐标为里程值、纵坐标为高程值的实测高程曲线；将设计高程曲线和实测高程曲线的差值曲线，作为横坐标为里程值、纵坐标为偏差值的实测偏差曲线；基于预设首尾约束点，对实测偏差曲线进行二次插值法处理，得到横坐标为初始目标里程值、纵坐标为初始目标偏差值的初始目标曲线；

5、s2、对初始目标曲线进行等距采样处理，得到若干个第一约束点，形成了第一约束点集；基于初始目标曲线中，每个初始目标里程值邻域范围内初始目标偏差值变化，从所有初始目标里程值内挑选出若干个初始目标里程值，作为第二里程值；对第二里程值对应初始目标偏差值进行正向校正处理，得到校正偏差值；每个第二里程值与对应校正偏差值，分别形成了若干个第二约束点；所有第二约束点，形成了第二约束点集；第二约束点集和第一约束点集，按照对应里程值由小到大的顺序排列后，进行曲线拟合处理，得到优化目标曲线；

6、s3、基于预设的起道量上下限，对初始目标曲线与实测偏差曲线的差值曲线进行调整，得到横坐标为限制里程值，纵坐标为限制偏差值的限制起道量曲线；基于限制起道量曲线与实测偏差曲线的求和值曲线，得到高低数值；以固定步长遍历初始目标曲线，获取每个步长内相邻点之间的初始目标偏差值之差的绝对值，得到每个步长的目标偏差绝对值；所有步长的目标偏差绝对值经求和处理，得到起伏程度值；基于起伏程度值和高低数值，得到目标损失函数；

7、s4、基于目标损失函数，对优化目标曲线进行最小二乘法处理，得到最优目标曲线；将最优目标曲线与实测偏差曲线的差值曲线，作为铁路轨道的竖直起道量曲线；根据竖直起道量曲线，对铁路轨道进行竖直方向捣固处理。

8、s2中第二里程值的获取方法具体为：遍历初始目标曲线中的每个初始目标里程值，将邻域范围内连续上升值或连续下降值，分别达到上升阈值或下降阈值的初始目标里程值，作为第二里程值。

9、s2中校正偏差值为初始目标偏差值与正向偏差的和。

10、s4中最小二乘法处理的操作之前，还包括：将优化目标曲线中，每个约束里程值和对应约束偏差值进行拼接处理，得到每个约束点数据；所有约束点数据，按照约束里程值由小到大的顺序排列后，进行拼接，得到约束点序列；将约束点序列、序列约束规则和目标损失函数，作为最小二乘法处理的输入，得到最优目标曲线。

11、序列约束规则包括：约束点序列中约束点i的横坐标限制条件：x(i)<x(i+1)，x(i)为约束点i的横坐标，x(i+1)为约束点i+1的横坐标，第一个约束点和最后一个约束点的横坐标位置不变；约束点序列中约束点i的纵坐标限制条件：y(i)>c(i)+δ，y(i)为约束点i的纵坐标，c(i)为约束点i的约束偏差值，δ为可调正数。

12、s3中得到高低数值的操作具体为：将限制起道量曲线与实测偏差曲线进行对应里程值相应偏差值的求和处理，得到求和值曲线；获取求和值曲线中所有求和值的标准差和平均值，将标准差与平均值的比值，作为高低数值。

13、s2中目标损失函数是基于起伏程度值和高低数值的加权求和函数得到的。

14、一种用于实现铁路轨道竖直方向捣固方案生成方法的系统，包括：

15、初始目标曲线生成模块，用于将实测铁路轨道的所有里程值和对应高程值，转换为横坐标为里程值、纵坐标为高程值的实测高程曲线；将设计高程曲线和实测高程曲线的差值曲线，作为横坐标为里程值、纵坐标为偏差值的实测偏差曲线；基于预设首尾约束点，对实测偏差曲线进行二次插值法处理，得到横坐标为初始目标里程值、纵坐标为初始目标偏差值的初始目标曲线；

16、优化目标曲线生成模块，用于对初始目标曲线进行等距采样处理，得到若干个第一约束点，形成了第一约束点集；基于初始目标曲线中，每个初始目标里程值邻域范围内初始目标偏差值变化，从所有初始目标里程值内挑选出若干个初始目标里程值，作为第二里程值；对第二里程值对应初始目标偏差值进行正向校正处理，得到校正偏差值；每个第二里程值与对应校正偏差值，分别形成了若干个第二约束点；所有第二约束点，形成了第二约束点集；第二约束点集和第一约束点集，按照对应里程值由小到大的顺序排列后，进行曲线拟合处理，得到优化目标曲线；

17、目标损失函数生成模块，用于基于预设的起道量上下限，对初始目标曲线与实测偏差曲线的差值曲线进行调整，得到横坐标为限制里程值，纵坐标为限制偏差值的限制起道量曲线；基于限制起道量曲线与实测偏差曲线的求和值曲线，得到高低数值；以固定步长遍历初始目标曲线，获取每个步长内相邻点之间的初始目标偏差值之差的绝对值，得到每个步长的目标偏差绝对值；所有步长的目标偏差绝对值经求和处理，得到起伏程度值；基于起伏程度值和高低数值，得到目标损失函数；

18、竖直起道量曲线生成和竖直方向捣固模块，用于基于目标损失函数，对优化目标曲线进行最小二乘法处理，得到最优目标曲线；将最优目标曲线与实测偏差曲线的差值曲线，作为铁路轨道的竖直起道量曲线；根据竖直起道量曲线，对铁路轨道进行竖直方向捣固处理。

19、一种铁路轨道竖直方向捣固方案生成设备，包括处理器和存储器，其中，处理器执行存储器中保存的计算机程序时实现上述的铁路轨道竖直方向捣固方案生成方法。

20、一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，其中，计算机程序被处理器执行时实现上述的铁路轨道竖直方向捣固方案生成方法。

21、本发明的有益效果在于：

22、本发明提供的铁路轨道竖直方向捣固方案生成方法，首先，将设计高程曲线和实测高程曲线的差值曲线，作为实测偏差曲线，并基于预设首尾约束点，对实测偏差曲线进行二次插值法处理，得到较为平滑的初始目标曲线；然后，对初始目标曲线进行等距采样处理，得到均匀分布在初始目标曲线上的第一约束点集，并基于邻域范围内初始目标偏差值变化情况，从初始目标曲线中，挑选与轨道竖直方向捣固关键区域相关的关键点并进行偏差值校正处理，得到第二约束点集；随后，基于第二约束点集和第一约束点集，进行曲线拟合处理，得到相较于初始目标曲线更平滑，更能避免起道量过大的优化目标曲线；接着，基于初始目标曲线、起道量上下限与实测偏差曲线，获取用于体现轨道的质量和稳定性的高低数值，以及用于体现铁轨变形程度的起伏程度值，并基于高低数值和起伏程度值，构建目标损失函数；最后基于目标损失函数，对优化目标曲线进行最小二乘法处理，得到质量好的最优目标曲线，进而得到起道量合适的竖直起道量曲线，从而提高降低铁轨竖直方向捣固质量。