• 查询稿件
  • 获取最新论文
  • 知晓行业信息
官方微信 欢迎关注

基于案例库的线路主要技术标准决策方法研究

韩峰, 高玉祥

韩峰, 高玉祥. 基于案例库的线路主要技术标准决策方法研究[J]. 铁路计算机应用, 2019, 28(6): 7-10.
引用本文: 韩峰, 高玉祥. 基于案例库的线路主要技术标准决策方法研究[J]. 铁路计算机应用, 2019, 28(6): 7-10.
Feng HAN, Yuxiang GAO. Decision-making method of railway line main technical standards based on case base[J]. Railway Computer Application, 2019, 28(6): 7-10.
Citation: Feng HAN, Yuxiang GAO. Decision-making method of railway line main technical standards based on case base[J]. Railway Computer Application, 2019, 28(6): 7-10.

基于案例库的线路主要技术标准决策方法研究

基金项目: 

国家自然基金地区科学基金项目 51568037

详细信息
    作者简介:

    韩峰,教授

    高玉祥,在读硕士研究生

  • 中图分类号: U212.3:TP39

Decision-making method of railway line main technical standards based on case base

  • 摘要: 为解决线路主要技术标准的方案决策优化问题,提出了基于案例库的线路主要技术标准决策方法。通过收集大量的既有选线实例,分析线路主要技术标准的影响因素及作用机理,提取出主要的影响因素。将各类影响因素划分为不同的属性单元,由属性单元与主要技术标准之间的关系设计入库规则,建立基于GIS的线路主要技术标准案例库。以新建天水—陇南铁路为例对该方法进行验证,由查询语句实现线路的主要技术标准选定,与传统方法相比提高了科学性。
    Abstract: In order to solve the decision-making optimization of main technical standards of the railway, this paper proposed a decision-making method based on case base. Through collecting a large number of existing railway decision cases, analyzing the influencing factors and action mechanism of the main technical standards of the railway, the paper extracted the main factors, divided the influencing factors into different attribute units, designed the rules of inputting into the database by the relationship between attribute units and main technical standards. The case base of main technical standards for lines based on GIS was established. Taking the newly built Tianshui-Longnan Railway as an example, the method was validated. The main technical standards of the line were selected by query sentences, which improved the scientific nature compared with the traditional method.
  • 铁路主要技术标准是指对铁路输送能力、工程造价、运营质量以及选定其他有关技术条件有显著影响的基本标准和设备类型,技术标准对决定铁路运输能力的大小、设计线的工程造价和运营质量有重大影响。

    夏明雷对巴开铁路的牵引种类、限制坡度及牵引质量等关键问题进行了研究,提出并实践了经济、合理的选择线路主要技术标准,为类似项目的研究提供参考[1]。刘猛针对复杂艰险山区自然环境复杂的特点,尝试性提出灵活运用技术标准、采用加力坡度的概念[2]。陈健坤以巴新运煤线为例,研究客货混运铁路主要技术标准确定应该注意的问题,提出“强本简末、强干弱支”的方针[3]。王兴华通过研究邯黄铁路的限制坡度基准,为平原地区的货运铁路设计积累经验[4]。陈永跃把铁路技术标准综合优化理论应用于具体线路标准决策上,利用兰渝铁路资料分析回归得到数学模型,给出了兰渝铁路可行性研究主要技术标准的建议值[5]。陈小全从客流特征、路网协调、时间目标值要求、工程投资等方面进行分析,确定了京九铁路350 km/h的速度目标值[6]。这些研究主要集中在重载铁路技术标准选定、城际铁路速度目标值研究和铁路技术标准体系等方面,讨论的都是某一条具体线路的技术标准选定方法,将已经修建完成的多条线路技术标准一起进行比较从而得出普适性结论的研究则较少。

    铁路主要技术标准的选择不仅与工程条件有关,还与线路经过地区的铁路运输网有密切关系[7]。张野等对西北地区的铁路路网密度、人口密度及人均GDP进行相关分析,得出拟合公式后对2020年的路网密度进行适应性分析[8]。郑毛祥通过梳理江苏省铁路发展现状,结合区域铁路网布局理论,研究提出了江苏省中长期铁路网发展规划[9]。张开广针对河南省高速公路建设对城市通达性的影响,在4个时间断面上研究了高速公路交通网中通达性时空特征及演化规律[10]。线路等级、技术标准的确定都应该结合当地的铁路网发展现状,选择合理的技术标准为经济建设提供服务。

    本文通过分析各种选线设计的典型案例,总结出铁路技术标准选定的特点和普适性结论,选出影响铁路技术标准选定的主要因素,并将其划分为属性单元,建立基于GIS的主要技术标准信息库,利用GIS的空间分析、数据管理等功能比选新建线路主要技术标准,使选出的新建线路主要技术标准经济效益合理,并符合自然环境的可持续发展要求。

    客货共线铁路主要技术标准及影响因素,如图 1所示。

    图  1  客货共线铁路主要技术标准及影响因素

    铁路主要技术标准可以分为基建标准和装备类型标准两大类,基建标准主要有正线数目、限制坡度、最小曲线半径和到发线有效长度,这类标准与铁路工程建设密切相关,一旦建成后很难进行改变,按远期需要选定;装备类型有牵引种类、牵引质量、机车类型、闭塞方式,随着科技发展和技术装备的更新改造,可按实际需要改变,在设计中应该近期、远期统筹考虑达到节约初期投资的效果。

    铁路服务于经济社会,对沿线经济发展、社会进步和文化交流有积极的推动作用,经济越发达、人流密度越高的地方越需要铁路这种大型交通运输工具来实现人员、物资的空间转移。线路主要技术标准决定其输送能力的大小,其选定不仅是地形地貌、水文地质等工程因素的单一作用,还有GDP、人口、旅游景点等社会因素的作用,提取出线路主要技术标准的影响因素,如图 2所示。

    图  2  技术标准层次结构

    从Goole earth上提取各地区不同年份的铁路,用Global Mapper软件转成shp文件后在ArcGIS中将铁路网与行政区做叠置,把运行结果与各个行政区做表链接,计算出各市(州)的铁路网密度后采用反距离权重插值法将路网密度空间化。

    利用数字高程模型(DEM,Digital Elevation Model)数据由slope函数提取出坡度,对坡度进行分级[11-12],以2 km为间距建立基于铁路的缓冲区,将重分类后的栅格图形属性表导出为.dbf文件,通过Excel软件进行汇总和统计,可计算出每一条研究线路缓冲区内的坡度组成及平均坡度,坡度分类及统计,如表 1所示。

    表  1  坡度组成分类及统计
    分级Si 像元统计 比例/% 面积/km2
    ≤15° 2 607 32.59 6.52
    16°~35° 3 128 39.10 7.82
    35°~45° 1 346 16.82 3.365
    ≥46° 919 11.49 2.298
    总计 8 000 平均坡度:25.53
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格

    针对铁路选线设计时主要技术标准的特点,将技术标准知识库分为多个子库进行存储,就类型主要分为技术标准设计知识和实例知识两部分,在每个节点存放了对应知识元的既有规范知识、专家经验和既有实例3种类型的知识,如图 3所示。

    图  3  知识来源与组成

    信息库的建立以已经设计完成的线路主要技术标准及其影响因素为数据源,将统计分析后的线路信息、技术标准信息、属性单元信息等分别以图形、文字、表格等形式存储,把线路和其对应的各种信息在GIS关联,由于外部信息库与内部信息有公共字段且为动态链接关系,可保证信息库内容的更新与完善。

    缓冲区是围绕地理要素一定宽度的区域,地理要素通常为点、线和面[13]。利用ArcGIS空间分析模块进行点对区、线对区相交分析,得出基于线路的城市节点分布和线路辐射范围。由于线路在地理空间的相连性特征,在进行缓冲区分析时,连接处重合的区会自动合并,最后成为一个整体缓冲区。同时可以利用GIS进行分析数据的可视化、对不同缓冲区内的信息进行统计分析,总结其空间分布规律和属性特征。

    模糊检索根据输入的关键词,关键词可以有多个或者是一条语句,满足一个或多个关键词的知识及相应的知识实例全部会被检索出来,这样提高了检索的自由度和信息的查全率,主要技术标准的查询结果,如图 4所示。

    图  4  相邻线路主要技术标准

    例如:找出甘肃省2010年路网密度>0.002 1 km/km2、附近有天水、GDP较高的区域,其查询条件表达式可编写为:

    <Account-Year,=,2012>

    <Density,>=,0.0021>

    <Tianshui,near>

    <GDP,high>

    新建的天水至陇南铁路位于甘肃省陇东南地区,线路大致呈南北走向,北起陇海铁路天水站,向南经西和县接入兰渝铁路,大约为195 km。

    根据案例库的查找计算结果,本线拟定主要技术标准的初步推荐意见为:

    (1)铁路等级:Ⅰ级。

    (2)正线数目:单线。

    (3)最小曲线半径:一般2 000 m,困难1 200 m。

    (4)牵引种类:电力。

    (5)限制坡度:11‰。

    (6)机车类型:客机HXD1,货机SS4。

    (7)牵引质量:4 000 t。

    (8)到发线有效长度:850 m。

    (9)闭塞类型:自动站间闭塞。

    对于拟选定的主要技术标准,还应根据线路实际情况进行修改。将影响每一条技术标准的属性单元进一步划分为元素,确定每个元素对单元的影响权重,再进行新线与既有线对应技术标准之间相似度的计算,并根据相似度计算结果和实际的工程资料对技术标准的值进行合理的修改。

    考虑到本线的作用主要是运输煤炭资源,还需要根据远期输送能力要求来分析,随着远期运输量的增大,牵引质量达到5 000 t, 因此,到发线有效长度预留1 050 m。

    根据铁路的路网协调性原则,拟选定的新线主要技术标准应与相邻路网协调匹配,这样便于运输组织、提高效率,充分利用养护维修设备,形成标注统一的区域路网。

    与邻线进行比较时考虑到线路的服务性,选取的比较单元主要为牵引种类、最小曲线半径、限制坡度和到发线有效长度。

    通过比较新线拟定的主要技术标准与邻接线路的主要技术标准,根据实际情况可以得出选定的技术标准满足要求。

    (1)根据现有的设计案例资料,分析各因素对线路主要技术标准的影响机理及作用强度,将影响因素划分为属性单元并完成属性单元的入库规则设计,建立基于GIS的线路主要技术标准案例库。

    (2)通过实例分析,初步验证了所提线路主要技术标准决策方法的可行性,但该方法只考虑了影响技术标准的一些最主要因素而忽略了部分次要因素,在后期的研究中还需要进一步完善。

  • 图  1   客货共线铁路主要技术标准及影响因素

    图  2   技术标准层次结构

    图  3   知识来源与组成

    图  4   相邻线路主要技术标准

    表  1   坡度组成分类及统计

    分级Si 像元统计 比例/% 面积/km2
    ≤15° 2 607 32.59 6.52
    16°~35° 3 128 39.10 7.82
    35°~45° 1 346 16.82 3.365
    ≥46° 919 11.49 2.298
    总计 8 000 平均坡度:25.53
    下载: 导出CSV
  • [1] 夏明雷.新疆巴伦台至开特勒铁路关键技术标准研究[J].铁道工程学报, 2013, 30(5):7-11, 22. DOI: 10.3969/j.issn.1006-2106.2013.05.002
    [2] 刘猛.山区高速铁路主要技术标准的研究[D].成都: 西南交通大学, 2012.
    [3] 陈健坤.巴新铁路主要技术标准的选择[J].铁道标准设计, 2009(3):24-26. DOI: 10.3969/j.issn.1004-2954.2009.03.008
    [4] 王兴华, 李永庆.邯郸至黄骅港铁路关键技术标准研究[J].铁道工程学报, 2009, 26(6):13-16, 24. DOI: 10.3969/j.issn.1006-2106.2009.06.004
    [5] 程永跃.兰渝铁路主要技术标准的综合优化研究[D].成都: 西南交通大学, 2008.
    [6] 陈小全.京九铁路客运专线速度目标值研究[J].铁道标准设计, 2015, 59(10):33-37. DOI: 10.13238/j.issn.1004-2954.2015.10.008
    [7]

    Xue B, Chen X P, Geng Y, et al.Emergy-based study on ecoeconomic system of arid and semi-arid region-case of Gansu province, China[J].Journal of Arid Land, 2010, 2(3):207-213. DOI: 10.3724/SP.J.1227.2010.00207

    [8] 张野, 韩峰.基于GIS的西北地区铁路路网扩张规律研究[J].铁道标准设计, 2017, 61(10):57-60. DOI: 10.13238/j.issn.1004-2954.2017.10.013
    [9] 郑毛祥, 李鹏.江苏省中长期铁路网规划研究[J].铁道标准设计, 2017, 61(6):68-72. DOI: 10.13238/j.issn.1004-2954.2017.06.015
    [10] 张开广, 巴明廷, 孟红玲, 等.河南省高速交通网通达性时空特征及演化规律[J].测绘科学, 2017, 42(6):87-92. DOI: 10.16251/j.cnki.1009-2307.2017.06.016
    [11] 王妍, 刘洪斌, 武伟, 等.基于GIS的三峡库区地貌形态信息统计分析[J].测绘科学, 2006(2):93-95, 7. DOI: 10.3771/j.issn.1009-2307.2006.02.032
    [12] 杨勤科, 郭兰勤, 王春梅.基于ASTRE和SRTM高程数据的坡度和坡长提取与分析[J].水土保持通报, 2012, 32(6):142-146. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-STTB201206032.htm
    [13] 苗红, 张敏.基于GIS缓冲区分析的西北民族地区"非遗"旅游资源空间结构研究[J].干旱区资源与环境, 2014, 28(4):179-186. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-GHZH201404031.htm
  • 期刊类型引用(11)

    1. 赵国智,何澄,张雪宸,阎晋峥,王华伟. 重载铁路云数据中心架构方案研究. 铁道货运. 2024(10): 58-67 . 百度学术
    2. 杜天军,程朝,张强,焦晨,李贺. 基于云平台的重载铁路智能化应用方案研究. 铁道货运. 2024(12): 64-70+80 . 百度学术
    3. 周杰. 智慧城市轨道交通发展模型的构建及其发展趋势探讨. 城市轨道交通研究. 2023(06): 7-11 . 百度学术
    4. 李樊,杜呈欣,王志飞,孟宇坤. 城市轨道交通智慧车站建设研究. 现代城市轨道交通. 2023(07): 16-20 . 百度学术
    5. 徐秋平,任玲,樊玺炫,王义华. 语音识别技术在轨道交通AFC系统中的应用研究. 现代城市轨道交通. 2022(04): 31-35 . 百度学术
    6. 李海培. 城市轨道交通云计算技术研究及应用. 自动化与仪表. 2022(05): 99-103 . 百度学术
    7. 鲁峰. 基于混合云架构的轨道交通智慧基地系统平台建设. 交通世界. 2022(18): 61-63 . 百度学术
    8. 王鹏. 地铁视频监控系统云平台承载方案浅析. 城市轨道交通研究. 2022(06): 225-229 . 百度学术
    9. 邱鹏,夏斌. 轨道交通信号系统云技术应用方案研究. 中国新通信. 2021(09): 9-11 . 百度学术
    10. 张舵. 智慧城轨前沿技术研究. 电子技术与软件工程. 2021(10): 138-139 . 百度学术
    11. 林忠山,朱小莲,肖芳. 基于容器云平台的轨道交通自动售检票系统架构设计. 电子技术与软件工程. 2021(19): 157-159 . 百度学术

    其他类型引用(1)

图(4)  /  表(1)
计量
  • 文章访问数:  225
  • HTML全文浏览量:  59
  • PDF下载量:  24
  • 被引次数: 12
出版历程
  • 收稿日期:  2019-04-08
  • 刊出日期:  2019-06-24

目录

/

返回文章
返回