(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211147692.3 (22)申请日 2022.09.19 (71)申请人 中国铁路 设计集团有限公司 地址 300000 天津市滨 海新区自贸试验区 (空港经济区)东七道109号 (72)发明人 郑志霖　孔国梁　李顶峰　左峰　 许胜博　毛宁　王辉　李永金　 袁伟　 (74)专利代理 机构 天津玺名律师事务所 12 263 专利代理师 杨琳 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) (54)发明名称 一种铁路线路通用线形计算方法 (57)摘要 本发明公开了一种铁路线路通用线形计算 方法， 涉及铁路设计技术领域， 包括以下步骤： 构 建线路模型管理链表容器； 通过构建直线、 圆曲 线、 缓和曲线的曲率表达式， 创建通用线形数据 结构； 使用曲率表达式， 结合数值积分和非线性 方程求解， 计算线路参数； 对交点法和单元法这 两种数据组织模 型进行相互转换； 构建里程换算 体系， 进行线路模型里程与断链的换算； 通过使 用模型拆分、 合并、 编辑手段， 实现线路模型的交 互式修改； 根据线路模型所采用的设计规范和设 计速度， 进行线路模型合规性检查； 计算线路模 型坐标、 线间距并输出成果； 该计算方法新颖独 特， 可极大提高铁路线路线形计算的精度和计算 效率， 具有较强的通用性和可扩 展性值。 权利要求书2页 说明书6页 附图1页 CN 115525947 A 2022.12.27 CN 115525947 A 1.一种铁路线路通用线形计算方法， 其特 征在于,包括如下步骤： S1、 基于铁路线路单 元的数据表达特 征， 构建线路模型 管理链表容器； S2、 通过构建直线、 圆曲线、 缓和曲线的曲率表达式， 创建通用线形 数据结构； S3、 使用曲率表达式， 结合数值积分和非线性方程 求解， 计算线路参数； S4、 根据不同设计需求， 对交点法和单 元法这两种数据组织模型进行相互转换； S5、 构建里程换算体系， 进行线路模型 里程与断链的换算； S6、 通过使用模型拆分、 合并、 编辑手段， 实现线路模型的交 互式修改； S7、 根据线路模型 所采用的设计规范和设计速度， 进行线路模型合 规性检查； S8、 计算线路模型坐标、 线间距并输出成果。 2.根据权利要求1所述的一种铁路线路通用线形计算方法， 其特征在于， 在S1中， 铁路 线路单元由直线、 圆曲线和缓和曲线三种基本单 元构成， 相邻单 元间首尾相连。 3.根据权利要求1所述的一种铁路线路通用线形计算方法， 其特征在于， 在S2中， 通用 线形数据结构创建方式为： 在S2中， 曲率为有向曲率， 用于表示两个任意曲率之 间的缓和曲 线过渡， 包括一个直线与一个圆 曲线间的缓和曲线、 两个同向圆曲线间的缓和曲线、 两个反 向圆曲线间的缓和曲线。 4.根据权利要求1所述的一种铁路线路通用线形计算方法， 其特征在于， 在S3中， 计算 线路参数 具体包括： 计算标注里程处线位坐标， 计算指定点投影至线路模型的垂足点坐标、 计算直线单元、 圆曲线单 元、 缓和曲线单 元与线路模型的交点 坐标。 5.根据权利要求 4所述的一种铁路线路通用线形计算方法， 其特 征在于， 计算标注里程处线位坐标的步骤是： 根据标注里程计算连续里程， 并定位连续里程所 在单元； 根据单元起点曲率、 单元终点曲率、 单元几何长度， 分别构建局部坐标系下x、 y坐标 的积分表达式； 使用龙贝格数值积分分别计算x、 y坐标； 将局部坐标系下的坐标点通过矩阵 变换计算全局坐标系下的坐标点； 计算指定点P1投影至线路模型的垂足点坐标的步骤是： 遍历线路模型链表； 对于每个 单元， 首先构建单元起终点的法线L1、 L2， 然后分别计算P1到L1、 L2的有向距离D1、 D2， 如果 D1、 D2符号相反， 说明P1在该单元上有垂足， 否则无垂足； 构造P1到单元上里程l处法线的有 向距离方程式， 通过非线性方程求解方程式为0时的连续里程L， 作为垂足里程； 根据连续里 程L计算垂足点坐标P2， 并计算P1到P2的距离D； 如果存在多个垂足点， 选择D值最小的垂足 点作为最终的垂足点P， 对应的连续里程 为垂足点里程。 6.根据权利要求1所述的一种铁路线路通用线形计算方法， 其特 征在于， 在S4中， 交点法转换为单元法的步骤为： 查找模型管理链表中的每一个曲线集合， 取出曲线集 合中的“缓和曲线 ‑圆曲线‑缓和曲线 ”， 插入到链表中曲线集合所在的位置， 最后删除该曲 线集合； 单元法转换为交点法的步骤为： 首先遍历模型管理链表， 判断单元排列顺序是否为 “直 线‑缓和曲线 ‑圆曲线‑缓和曲线 ‑直线‑缓和曲线 ‑圆曲线‑缓和曲线 ‑直线”形式， 如果是， 对 于每一组“缓和曲线 ‑圆曲线‑缓和曲线 ”， 构建曲线集合， 替换链表中对应的 “缓和曲线 ‑圆 曲线‑缓和曲线 ”， 完成转换； 其中， 在单元法转换为交点法时， 应保证每一个曲线集合中前一个缓和曲线的起点切权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115525947 A 2线和后一个缓和曲线的终点切线都有交点。 7.根据权利要求1所述的一种铁路线路通用线形计算方法， 其特征在于， S5具体包括： 根据模型外业断链、 单元几何长度、 单元起点标注里程、 单元终点标注里程， 分别计算单元 起终点连续里程、 单元起终点标注里程、 单元标注长度、 单元内业断链， 并进行连续里程和 标注里程的换算； 其中， 根据标注里程计算连续里程的步骤为： 首先使用外业断链将标注里程转换为换 算里程， 然后根据换算里程查找对应的单元， 最后根据单元起终点连续里程和单元起终点 换算里程内插计算连续里程； 根据连续里程计算标注里程的步骤为： 首先根据连续里程查找对应的单元， 然后根据 单元起终点连续里程和单元起终点换算里程内插计算换算里程， 最后使用外业断链将换算 里程转换为标注里程。 8.根据权利要求1所述的一种铁路线路通用线形计算方法， 其特征在于， 在S6中， 实现 线路模型的交 互式修改具体包括： 对于一个线路模型， 在直线单元上确定拆分点， 将一个模型拆分两个模型， 并分别计算 连续里程， 然后进行独立编辑； 将两个线路模型合并成一个线路模型， 合并时需要确保两个模型的合并点在直线上， 并且前一个模型终点的坐标和切向量与后一个模型的起点坐标和切向量相等， 合并后重新 计算连续里程； 交点法模型的编辑， 包括添加交点、 插入交点、 自由移动交点、 沿前切线移动交点、 沿后 切线移动交点、 修改交点的曲线资料、 删除交点； 单元法模型的编 辑， 包括单元的增加、 删除和修改， 单元增加包括根据直线单元和圆曲 线单元创建连接缓和曲线、 根据两个圆曲线单元创建连接缓和曲线、 根据两个直线单元创 建圆曲线单 元， 单元修改包括单 元的移动、 修改长度、 修改半径。 9.根据权利要求1所述的一种铁路线路通用线形计算方法， 其特征在于， 在S7中， 合规 性检查包括： 最小圆曲线长度检查、 最小夹直线长度检查、 最小缓和曲线长度检查、 圆曲线 最小半径检查、 圆曲线最大半径检查。 10.根据权利要求1所述的一种铁路线路通用线形计算方法， 其特征在于， S8具体包括： 根据线路模型 的标注里程数组， 计算对应的线路坐标数组， 并输出符合设计成果要求的逐 桩坐标表； 根据基准线路模型 的标注里程数组和参考线路模型， 计算每个标注里程处基准 线路模型到参 考线路模型的线间距， 并输出符合设计成果要求的线间距 表。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115525947 A 3