刘 威 胡光常 唐文建 麻丁一

(中铁二院工程集团有限责任公司， 成都 610031)

铁路智能选线系统开发与应用

刘 威 胡光常 唐文建 麻丁一

(中铁二院工程集团有限责任公司， 成都 610031)

目前铁路选线设计基本依赖于设计工程师的知识与经验，结合地形、地质等因素决策出最终线路空间位置，存在设计强度大，比选方案有限，决策周期长等缺陷。随着我国高速铁路的快速发展及铁路建设由东部平原向西部复杂山区的转变，高度复杂的环境使空间线位设计变得异常困难，选线周期大大增长，亟需一种高效的选线方法解决上述难题。文章介绍了一个结合人工智能、地理信息等技术开发的铁路三维空间智能选线系统及其在铁路线网规划中的实际运用，实践表明该智能选线系统能够在给定选线参数、约束条件的基础上，在选线区域内快速优选多个走廊带，并给出合理的推荐方案，可有效提高选线工作的效率与质量，节约工程投资。

铁路； 线路设计； 线网规划； 智能选线

1 前言

铁路作为国家重要基础设施和国民经济大动脉，在国民经济社会发展中起着重要作用。当前，我国铁路建设进入飞速发展时期，依据国家中长期铁路网规划：“到2020年，全国铁路营业里程达到12万公里以上，建设客运专线1.6万公里以上”。时值“十三五”规划的编制年，国家铁路局公布：“十三五”期间，全国计划建设铁路新线2.3万公里，总投资2.8万亿元，基本和“十二五”规划持平；加上我国“一带一路”战略计划的实施，铁路建设将成为国家基础建设的核心组成部分，今后相当长的一段时间内，铁路设计部门将继续面临巨大的机遇与挑战。

在铁路各专业设计中，铁路选线设计是“龙头”。理想的线路设计，不仅需要空间位置的几何设计[1]，与此同时还需要根据沿线的环境，实现线路上桥、隧、站等结构物的优化配置，使其互相配合，达到总体上的协同最优[2,3]。智能选线指在线路技术标准确定的情况下，通过优化算法、知识工程、计算机信息等的综合应用，使计算机自动生成符合技术标准及约束条件的路线方案群，且可给出一定数量的推荐方案的一种方法[4]。近年，很多专家致力于线路和车站选址优化研究，取得了一定进展[5-8]，但是并没有真正意义实现铁路选线的自动化。澳大利亚旷达路线三维优化辅助决策系统，能够在给定相关搜索参数、约束条件及技术标准的条件下，短时间内生成具有价值的线路方案群，但是由于商业机密及知识产权等原因，其算法及模型难以借鉴。因此，结合人工智能、计算机等相关技术，深入研究智能选线技术，开发适用于我国国情的智能选线系统，对提高选线工作效率和质量，节约投资有着重大意义。

2 系统开发

依托中铁二院工程集团有限责任公司交规院课题“铁路三维空间智能选线技术研究及系统开发”，结合铁路线路规划特点，开发了铁路三维空间智能选线系统。该系统主要面向铁路选线设计规划阶段，主要功能有：数字地形、影像的自动提取、智能选线综合地理信息模型的构建、区间内车站及走向的自动生成、走向到线路的自动拟合、方案的分析评价、图表输出及三维可视化等。

2.1 系统框架

系统框架如下：

(1)构建铁路智能优化综合地理信息模型。建立格网分布模型实现对智能优化数据的一体化存储，基于内存文件映射技术，对海量智能优化信息数据进行高效组织与管理，构建高效的空间索引机制，实现优化过程所需要数据块的快速访问，为智能选线提供基础条件。

(2)建立满足车站选址及线路设计约束的铁路智能选线优化模型，基于综合地理信息模型，提出以先定站址中心后定站坪方向的方法，实现站址的自动搜索；利用智能搜索算法，对空间线路走向进行自动全局搜索，保证了复杂约束条件下线路走向方案群的多样性；最后利用平纵拟合方法实现三维空间线路方案群的自动生成。

(3)系统实现与铁路线路精细设计软件RLDVS及铁路线路规划软件GERail无缝衔接，可在其中直接进行优化选线方案的进一步设计及成果输出等工作，提高了系统的运行效率。

系统总体框架模块如图1所示。

2.2 系统优化流程图

本系统优化流程如图2所示。

图1 系统总体框架模块图

图2 铁路三维空间智能选线系统操作流程图

3 案例分析

选取四川山岭重丘区规划研究铁路甘石线对系统进行验证，选线区域位于四川盆地南缘向云贵高原过渡地带，境内岭高谷深，岭谷相间，河流纵横，最高海拔5 793 m，最低海拔780 m，为典型西南复杂山区的选线设计。利用Google定位至该地区，影像风貌如图3所示。

图3 甘石线影像图

用开发的铁路三维空间智能选线系统进行优化选线，该铁路为Ⅲ级单线铁路，起点与终点的直线航空距离约为28 km，人工设计线路长度约为51 km，展线系数为1.8，主要技术标准如表1。

表1 甘石线优化主要技术标准

分别设置线路起终点坐标为：起点(3207449.934，34574028.482，1040)，终点(3217951.982，34547204.953，2022)。

初选优化控制参数设置情况如表2。

表2 甘石线优化控制参数设置

优化选线在惠普Z600工作站(4核2.13G CPU，4G内存，1T硬盘)上进行，搜索区域的范围约为36 km×33 km。自动选线过程中，建立铁路综合地理信息模型的格网规模为1 317×1 216，建模时间约为2分钟，优化总计耗时2小时，生成322个具有差异的方案。选取具有代表性的走向进行线路拟合，人工方案与系统生成方案的平面如图4。

图4 甘石线系统生成方案与人工方案平面图

为了证明系统生成方案的合理性，将人工方案与系统生成最优方案导入RLDVS中，在该系统下将人工方案与机选最优方案进行对比，结果如表3所示。

表3 甘石线人工方案与系统生成最优方案对比表

由表3可知，机选方案线路长度比人工选线长度短1 500 m，桥隧比相对较低，共节省投资费用4.4%。说明开发的三维空间智能选线系统在山岭重丘区能够依据地形合理展线，搜索出具有研究价值的线路方案群。

4 结论

开发的铁路三维空间智能选线系统能够在给定选线参数、约束条件的基础上，在选线区域快速优选多个走廊带，并给出可提供设计人员参考、甚至决策的线路方案群，尤其在选线环境高度复杂的情况下，还能克服高差大、展线难，难以找到可行性通道的问题，搜索出多样化的线路方案。同时系统实现了与铁路线路规划、精细设计软件系统GERail及RLDVS的无缝衔接，优化成果可在这两个设计软件中完成进一步设计和成果输出，显著提高了设计人员的设计效率与质量。

[1] Easa, S. M., Mehmood, A. "Optimizing design of highway horizontal alignments: new substantive safety approach." Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering 2008, 23(7): 14.

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[3] Samanta, S., Jha M. K. "Identifying feasible locations for rail transit stations: two-stage analytical model." Transportation Research Record 2008, 2063: 81-88.

[4] 韩春华.基于GIS的铁路选线系统智能环境建模方法研究[D].成都：西南交通大学，2008. HAN Chunhua. Research on modeling method of GIS-Based railway location systemintelligentenvironment[D]. Southwest jiaotong university, 2008.

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[6] 韩春华,易思蓉,杨扬.基于最优路径分析的线路初始平面自动生成方法[J].西南交通大学学报,2011,46(2):252-258. HAN Chunhua, YI Sirong, YANG Yang. Automatic generation of railway initial horizontal alignment based on optimal rote analysis. Journal of Southwest Jiaotong University, 2011,46(2):252-258.

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[8] 龙喜安.基于改进遗传算法的铁路三维空间线路智能优化方法研究[D].长沙: 中南大学, 2013. LONG Xian.Research on Railway Line Intelligent Optimization Method in Three-Dimensional Space Based on the Improved Genetic Algorithm[D]. Central South University 2013.

Development and Application of Intelligent Railway Route Selection System

LIU Wei HU Guangchang TANG Wenjian MA Dingyi

(China Railway Eryuan Engineering Group Co. , Ltd. ,Chengdu 610031, China)

At present, railway alignment design mainly depends on knowledge and experience of the engineers, and combining with the landform of the survey region where exist defects such as more amount of labour, less scheme and longer decision period. With the rapid development of high-speed railway and the construction locations transform from plains in the east China to mountainous areas in the west China which makes it difficult to design the alignment. Therefore, this paper deeply studies the intelligent optimization technology by combining the artificial intelligence, GIS and related technologies. Based on this paper the intelligent railway route selection system is developed and is applied on the railway alignment planning. The practice shows that the developed system can search corridor zones and give the recommended schemes in both plains and mountainous areas under theconstrains and the related technical parameters which is important to improve the quality, working efficiency and investment.

railway; alignment design; alignment networks planning; intelligent railway route selection

2015-08-12

刘威(1987-)，男，助理工程师。

1674—8247(2016)02—0054—04

TP391.72

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