具体技术细节
[0008] 为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种适应多工况的高速铁路精调优化方法，通过这种优化方法可以一次性实现高铁无砟轨道精调方案，提高精调效率。
[0009] 为此，本发明采用以下技术方案：
[0010] 一种适应多工况的高速铁路精调优化方法，具体包括以下步骤：
[0011] S1，获取高铁无砟轨道精调基础数据：
[0012] S11，获取待精调段落的偏差值 其中，k＝L时表示左轨，k＝R时表示右轨，w＝x时表示横向，w＝y时表示高程；i为轨枕编号，0≤i≤n，n为待精调段落的轨枕总数；
[0013] S12，确定决策变量向量
[0014] 首先，获取扣件调整量和可调整余量；轨枕i上的扣件调整量为 扣件的可调整余量的上下限为 l表示可调整余量的下限，u表示可调整余量的上限；
[0015] 然后，构建决策变量向量 有下式：
[0016]
[0017] S2，建立高铁无砟轨道双轨多目标优化模型：
[0018] S21，构建所述扣件可调整余量的约束条件；
[0019] S22，构建轨道验收标准的约束条件：
[0020] 对所述待精调段落的横向进行精调时，所述轨道验收标准的约束条件具体为轨向、30m矢距差、300m矢距差以及轨距；
[0021] 对所述待精调段落的高程进行精调时，所述轨道验收标准的约束条件具体为高低、30m矢距差、300m矢距差以及水平；
[0022] 所述轨向和高低属于10m中点弦；
[0023] S23，确定目标函数
[0024] S3，基于内点法求解双轨调整量：
[0025] S31，使用内点法将S2中所构建的所以所述约束条件和目标函数 转为无约束的修
[0026] 正目标函数
[0027] S32，针对所述 构造优化约束条件和优化目标函数
[0028] S33，采用内点法将S32中的优化约束条件和优化目标函数转化为无约束的修正优化目标函数
[0029] S34，使用牛顿法求解所述 并将所得的结果作为所述 的初始解；
[0030] S35，使用S34得到的初始解和牛顿法求解所述 的最优解
[0031] S4，获得扣件调整档级：
[0032] 通过下式计算扣件档级
[0033]
[0034] 其中，μ为级差；得到扣件档级的值后，使用其对待精调段落的铁路进行精调。
[0035] S21中的扣件可调整余量的约束条件 如下式所示：
[0036]
[0037] S22中的10m中点弦的约束条件，如下式所示：
[0038]
[0039] 其中，i∈[8,n‑8]， 为轨枕i对应的10m中点弦的值，σ10为设计文件中的轨枕i的10m中点弦的限制值；
[0040] S22中的30m矢距差的约束条件，如下式所示：
[0041]
[0042] 其中， 为30m弦起点的偏差值(0≤m
[0043] S22中的300m矢距差的约束条件，如下式所示：
[0044]
[0045] 其中， 为300m弦起点的偏差值(0≤j
[0046] S22中的轨距或水平的约束条件，如下式所示：
[0047]
[0048] 其中， 为轨枕i的轨距或水平的约束函数，σval为设计文件中的轨距或水平的限制值；由于k的取值对于 的结果无影响，所有无论计算左轨还是右轨，的值相同。
[0049] S23中的目标函数 如下式所示：
[0050]
[0051] 其中， 为线形回归子函数，用于控制精调后的线形不偏离原设计线形；为
[0052] 扣件调整量总和子函数，用于控制扣件调整量大小； 为线形平滑性子函数，用于控制精调后轨道线形的平滑性；αc为权重系数，根据待精调段落的工况进行设定。
[0053] S31中的无约束的修正目标函数 如下式所示：
[0054]
[0055] 其中， 为轨枕i对应的10m中点弦的值， 为轨枕节点i对应的30m矢距差， 为轨枕i对应的300m矢距差，
λ为第一障碍乘子；所述λ用于在使用牛顿
[0056] 法求解时修正所述
[0057] 所述优化目标函数为 所述z为构造优化变量；所述优化约束条件如下式所示：
[0058]
[0059] S33中的无约束的修正优化目标函数 如下式所示：
[0060]
[0061] 其中，γ为第二障碍乘子；所述γ用于在使用牛顿法求解时修正所述
[0062] S34具体包括以下步骤：
[0063] S341，构建求解条件：
[0064] 首先，设定S33中 的解为 其中t为第二迭代次数，当t＝0时，即未迭代的初始解，并将其设定为：
[0065]
[0066] 然后，设定障碍乘子γ0＝10，第二迭代误差阈值 和第二障碍乘‑3
子误差阈值τ2＝10 ；
[0067] S342，计算得到第二搜索方向向量
[0068]
[0069] 其中，为拉普拉斯算符， 为哈密顿算符；
[0070] S343，对 的范数进行判断：
[0071] 若 则进入S344，否则更新所述第二障碍乘子，使γt+1＝γt/10，此时，若γt+1≤τ2时结束求解，说明不存在满足约束条件解，对S2中的约束条件进行调整并重新执行本方法；否则返回S342；
[0072] S344.通过下式计算
[0073]
[0074] 若zt+1≤0，则结束求解，此时的zt+1对应的 则为所述 的初始解
[0075] 否则，使用 返回步骤S342继续迭代计算，直到得到初始解
[0076] S35包括以下步骤：
[0077] S351，构建求解条件：
[0078] 采用牛顿法迭代计算所述 的解 的值，使用S34得到的 作为的
[0079] 初始值，s为第一迭代次数， 为第二搜索方向向量；设定所述第一障碍乘子‑3λ＝10，第一迭代误差阈值为 第一障碍乘子误差阈值θ2＝10 ；
[0080] S352，计算得到第二搜索方向向量
[0081]
[0082] S353，对所述 的范数进行判断：
[0083] 如果 则计算 并使用 返回S352继续迭代，否则更新所述第一障碍乘子，使λs+1＝λs/10，若λs+1>θ2，则使用λs+1返回S352继续迭代；若λs+1≤θ2，则此时的 为最优解，并将其标记为
[0084] 优选的是，所述 的最优解 为所述 解中的最小值。
[0085] 优选的是，S4中级差μ为0.5mm或1mm。
[0086] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0087] 1.本发明的优化方法在计算过程中考虑了两轨之间的关联关系，优化成果能够一次性给出基准轨和非基准轨的最优调整量，简化了现有的“先基准轨，后非基准轨”的精调流程，能够实现一次精调到位，有效缩短工程工期和天窗时间。
[0088] 2.本发明的优化方法兼顾考虑了调整量最小、线形回归、轨道平顺三方面的优化目标，能够应用于高速铁路新建线路施工及运营线路大修等工况下的轨道精调工作，适应性较强，为精调方案设计提供了高度的灵活性。
[0089] 3.本发明的优化方法综合考虑了扣件可调整余量、轨道平顺性验收条件等约束条件，在有效提高轨道的平顺性的同时，避免调整量因为超过扣件可调整余量导致的设计方案返工。
法律保护范围
涉及权利要求数量9：其中独权1项，从权-1项
1.一种适应多工况的高速铁路精调优化方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1，获取高铁无砟轨道精调基础数据：
S11，获取待精调段落的偏差值 其中，k＝L时表示左轨，k＝R时表示右轨，w＝x时表示横向，w＝y时表示高程；i为轨枕编号，0≤i≤n，n为待精调段落的轨枕总数；
S12，确定决策变量向量
首先，获取扣件调整量和可调整余量；轨枕i上的扣件调整量为 扣件的可调整余
量的上下限为 l表示可调整余量的下限，u表示可调整余量的上限；
然后，构建决策变量向量 有下式：
S2，建立高铁无砟轨道双轨多目标优化模型：
S21，构建所述扣件可调整余量的约束条件；
S22，构建轨道验收标准的约束条件：
对所述待精调段落的横向进行精调时，所述轨道验收标准的约束条件具体为轨向、30m矢距差、300m矢距差以及轨距；
对所述待精调段落的高程进行精调时，所述轨道验收标准的约束条件具体为高低、30m矢距差、300m矢距差以及水平；
所述轨向和高低属于10m中点弦；
S23，确定目标函数
S3，基于内点法求解双轨调整量：
S31，使用内点法将S2中所构建的所以所述约束条件和目标函数 转为无约束的
修正目标函数
S32，针对所述 构造优化约束条件和优化目标函数
S33，采用内点法将S32中的优化约束条件和优化目标函数转化为无约束的修正优化目标函数
S34，使用牛顿法求解所述 并将所得的结果作为所述 的初始解；
S35，使用S34得到的初始解和牛顿法求解所述 的最优解
S4，获得扣件调整档级：
通过下式计算扣件档级
其中，μ为级差；得到扣件档级的值后，使用其对待精调段落的铁路进行精调。
2.根据权利要求1所述的适应多工况的高速铁路精调优化方法，其特征在于：S21中的扣件可调整余量的约束条件 如下式所示：
S22中的10m中点弦的约束条件，如下式所示：
其中，i∈[8,n‑8]， 为轨枕i对应的10m中点弦的值，σ10为设计文件中的轨枕i的10m中点弦的限制值；
S22中的30m矢距差的约束条件，如下式所示：
其中， 为30m弦起点的偏差值(0≤m的30m矢距差，σ30为设计文件中的30m矢距差的限制值；
S22中的300m矢距差的约束条件，如下式所示：
其中， 为300m弦起点的偏差值(0≤j的300m矢距差，σ300为设计文件中的300m矢距差的限制值；
S22中的轨距或水平的约束条件，如下式所示：
其中， 为轨枕i的轨距或水平的约束函数，σval为设计文件中的轨距或水平的
限制值；由于k的取值对于 的结果无影响，所有无论计算左轨还是右轨，
的值相同。
3.根据权利要求1所述的适应多工况的高速铁路精调优化方法，其特征在于：S23中的目标函数 如下式所示：
其中， 为线形回归子函数，用于控制精调后的线形不偏离原设计线形；
为扣件调整量总和子函数，用于控制扣件调整量大小； 为线形平滑性子函数，用于控制精调后轨道线形的平滑性；αc为权重系数，根据待精调段落的工况进行设定。
4.根据权利要求1所述的适应多工况的高速铁路精调优化方法，其特征在于：S31中的无约束的修正目标函数 如下式所示：
其中， 为轨枕i对应的10m中点弦的值， 为轨枕节点i对应的30m矢距
差， 为轨枕i对应的300m矢距差，
λ为第一障碍乘子；所述λ用于在使用牛顿
法求解时修正所述
5.根据权利要求4所述的适应多工况的高速铁路精调优化方法，其特征在于：所述优化目标函数为 所述z为构造优化变量；所述优化约束条件如下式所示：
S33中的无约束的修正优化目标函数 如下式所示：
其中，γ为第二障碍乘子；所述γ用于在使用牛顿法求解时修正所述
6.根据权利要求5所述的适应多工况的高速铁路精调优化方法，其特征在于：
S34具体包括以下步骤：
S341，构建求解条件：
首先，设定S33中 的解为 其中t为第二迭代次数，当t＝0时，即未迭
代的初始解，并将其设定为：
然后，设定障碍乘子γ0＝10，第二迭代误差阈值 和第二障碍乘子误
‑3
差阈值τ2＝10 ；
S342，计算得到第二搜索方向向量
其中，为拉普拉斯算符， 为哈密顿算符；
S343，对 的范数进行判断：
t
若 则进入S344，否则更新所述第二障碍乘子，使γt+1＝γ /10，此
时，若γt+1≤τ2时结束求解，说明不存在满足约束条件解，对S2中的约束条件进行调整并重新执行本方法；否则返回S342；
S344.通过下式计算
若zt+1≤0，则结束求解，此时的zt+1对应的 则为所述 的初始解
否则，使用 返回步骤S342继续迭代计算，直到得到初始解
7.根据权利要求5所述的适应多工况的高速铁路精调优化方法，其特征在于：
S35包括以下步骤：
S351，构建求解条件：
采用牛顿法迭代计算所述 的解 的值，使用S34得到的 作为
的初始值，s为第一迭代次数， 为第二搜索方向向量；设定所述第一障碍乘子λ＝10，‑3
第一迭代误差阈值为 第一障碍乘子误差阈值θ2＝10 ；
S352，计算得到第二搜索方向向量
S353，对所述 的范数进行判断：
如果 则计算 并使用 返回S352继续
s
迭代，否则更新所述第一障碍乘子，使λs+1＝λ/10，若λs+1>θ2，则使用λs+1返回S352继续迭代；
若λs+1≤θ2，则此时的 为最优解，并将其标记为
8.根据权利要求1所述的适应多工况的高速铁路精调优化方法，其特征在于：所述的最优解 为所述 解中的最小值。
9.根据权利要求1所述的适应多工况的高速铁路精调优化方法，其特征在于：S4中级差μ为0.5mm或1mm。
