基于粒子群算法的复杂山区铁路土方调配与取弃土场选址协同优化

复杂山区铁路线路土方调配及取弃土场选址对铁路项目的成本、工期、安全性、环境影响程度等产生长久深远影响,二者之间存在着复杂关联耦合关系。然而,既有方法忽略了上述联系,难以实现铁路线路土方调配与取弃土场选址协同优化。对于复杂山区铁路线路,构建了融合调配段落划分点、土方调配量、取弃土场的统一自变量集合,考虑了土方调配、取弃土场选址复杂约束,以土方调配成本、取弃土场建设成本及便道建设成本的综合费用为目标函数,集成综合基础信息子系统、土方调配优化子系统与取弃土场选址优化子系统,建立了土方调配与取弃土场选址的协同优化模型。为求解此协同优化模型,提出一种基于粒子群算法的累进求解策略。首先根据线路划分土方调配段落,进入土方调配优化子系统求得土方调配解,借助移动窗口法构建取弃土场备选池,进入取弃土场选址优化子系统求得取弃土场址解;其次,基于粒子群算法通过更新线路土方调配段落划分来累进迭代寻求最优解。以某复杂山区铁路为例,对铁路线路土方调配及取弃土场选址协同优化模型进行案例验证,与人工方案相比,最终机选最优方案可节省13.77%的综合费用。测试结果表明本方法的有效性,可提高铁路土方调配与取弃土场选址求解效率,为设计人员提供参考。

铁路线路与地形三维模型实时动态融合方法研究

铁路线路与地形三维模型的融合是实现铁路线路三维正向设计的瓶颈之一。线路设计过程中,需要实时更新三维场景。现有的静态融合方法会修改原始的地形数据,且计算量大,耗时过长,无法满足动态交互式设计的需求。对此,提出一种铁路线路与地形三维模型实时动态融合方法。基于铁路三维场景,在每帧显示前动态提取视相关地形瓦片模型和线路三维模型,在内存中基于线程池并行对地形瓦片裁剪,实现二者的实时融合,并构建缓存队列,重复利用融合结果。为了提升单块地形瓦片和线路三维模型的融合效率,提出了“超挖-回填”的融合思想。借助高效的三角形空间网格索引,快速删除融合边界内及相交网格涉及到的三角形,虽然“超挖”部分三角形,但避免了繁杂的三角形定位、调整计算。依据超挖三角形外边界和融合边界构建“回填”区域,再采用剪耳法对“回填”区域重构三角网,实现铁路线路与地形三维模型的无缝融合。基于该方法开发了铁路线路三维设计系统,对一条104.9 km铁路案例进行了实验,结果表明:其显示帧率可以保持在35~45 fps,且能够实时更新三维场景。相较于传统的静态融合方法,该方法将长时间的全局模型融合转化为帧前的局部视相关动态融合,减少了线路方案修改时更新的融合数据量及计算量,从而满足了动态交互式设计的需求,提升了三维正向设计的效率。

基于边界投射与GPU解析的铁路线路LoD网格场景建模方法

层次细节(LoD)网格地形模型是构建铁路线路三维可视化场景的重要基础。然而,受制于LoD网格模型多层次、多尺度表达的复杂动态特征,以及经典LoD四叉树三维网格地形的独立、分块结构形式,在全球数字地形平台上进行铁路线路建模时,地形裁剪开孔、线路地形融合等环节面临诸多难题。对此,提出全球LoD网格地形上基于外边界投射的铁路线路开孔建模方法,以及利用GPU顶点解析的铁路线路LoD地形动态融合叠置方法,从而实现铁路线路LoD网格地形三维场景高效建模。采取GPU与CPU相结合的办法,首先对地形裁剪区域进行过滤,屏蔽区域内的冗余三角形,留下开孔区域,对区域外围顶点通过投射到区域边缘的修正方式实现点位移动以完成边缘填充,从而避免规则网格上的三角网整合建模,实现复杂地形的规则网格兼容表达。然后,在为地形顶点设置全球统一纹理坐标的基础上,在GPU中对地形纹理与叠置图像分别建立不同的纹理坐标转换关系,实现两者的同模无缝表达,其中针对叠置图像的交互,采用仿射变换的方法突破多重空间非线性变换的困难,解决交互时纹理坐标转换的不同步问题。最终,通过某段184 km铁路线路三维建模案例进行有效性验证。研究结果表明:本文方法可对特定地形区域进行开孔裁剪,再利用GPU顶点解析使铁路线路与LoD地形叠置融合,实现外部铁路模型与真实地形的高效融合,铁路大场景三维建模的渲染效率可由40~70帧提升至55~77帧,优化比率约为30%。

基于广义距离变换算法的高铁施工便道智能优化方法研究

针对复杂地质条件下高铁施工便道的选线问题,基于绿色建造视角,引入广义距离变换算法,将空间距离拓展为包含便道线路方案长度、各类工程量和土地占用影响等多目标的广义距离,构建便道线路优化模型,应用距离变换算法,采用双向扫描策略进行施工便道线位搜索,基于弦切支距法和方向加速法优化获得最终线路方案。通过实际案例分析,验证了方法的有效性,为类似施工便道的选线和优化提供理论与方法参考。

马尼拉俯冲带北段增生楔前缘构造变形和精细结构

马尼拉俯冲带是南海的东部边界,记录了南海形成演化的关键信息,同时也是地震和海啸多发区域.本文利用过马尼拉俯冲带北段的高分辨率多道地震剖面,分析了研究区内海盆和海沟的沉积特征,精细刻画了区内增生楔前缘的构造变形、结构以及岩浆活动特征.研究区内增生楔下陆坡部分由盲冲断层、构造楔和叠瓦逆冲断层构成,逆冲断层归并于一条位于下中新统的滑脱面上,滑脱面向海方向的展布明显受到增生楔之下埋藏海山和基底隆起的影响;上陆坡的反射特征则因变形强烈和岩浆作用而难以识别;岩浆活动开始于晚中新世末期并持续至第四纪.马尼拉俯冲带北段增生楔的形成时间早于16.5 Ma,并通过前展式逆冲向南海方向扩展;马尼拉俯冲带的初始形成时间可能在晚渐新世,而此时南海海盆扩张仍在持续.南海东北缘19°N—21°N区域为南海北部陆坡向海盆的延伸,高度减薄的陆壳的俯冲造成马尼拉海沟北段几何形态明显地向东凹进.

铣削GCr15三维热力耦合加工模型仿真

以轴承钢GCr15为对象,基于ABAQUS有限元分析软件建立了铣削加工的三维热力耦合模型。模型采用D20圆角立铣刀,仿真研究了铣削加工中铣削速度和刀具每齿进给量对铣削力的影响。并以热—力共同作用下的材料相变温度作为依据,阐释了加工中工件表面形成白层的过程,分析了加工参数对白层厚度的影响。对于研究铣削加工过程以及优化加工参数有重要意义。结果表明:随着铣削速度与每齿进给量的增大,铣削力呈上升趋势,工件表面白层厚度逐渐增加,但增加的速率随着铣削速度与每齿进给量的增大而逐渐降低。

南海北部洋-陆过渡带深部结构与岩石圈破裂过程

洋-陆过渡带是理解大陆岩石圈破裂和海底初始扩张的关键位置,但是在南海北部地区仍然存在关于相关地质过程的诸多疑问.通过近年开展的国际大洋发现计划航次以及深部地质地球物理探测,取得以下4个方面的认识.(1)南海北部的洋-陆边界一般与自由空间重力异常的正-负值过渡位置对应,而更加准确地限定需要结合反射、折射地震资料.稳定大洋岩石圈生成与大陆岩石圈最终破裂之间的洋-陆过渡边界的位置比以往认为的还应往深海盆方向移动.(2)洋-陆过渡带代表了远端带构造作用减弱和岩浆作用逐渐增强的区域.陆坡地壳发育扩张后岩浆底侵、洋-陆过渡带发育同破裂期岩浆喷出结构和侵入反射体.(3)在中生代的古俯冲带弧前区域,新生代的断裂沿着早期的构造开始活动,岩石圈多处发生强烈的共轭韧性剪切作用.随着大陆岩石圈的进一步拉伸减薄,部分靠陆一侧的裂谷中心停止张裂,成为夭折裂谷,以台西南盆地南部凹陷、白云凹陷、西沙海槽为代表,而南海陆缘异常伸展和最终破裂的地方集中在南侧裂谷中心.夭折裂谷下亦发现地幔蛇纹石化,进一步反映了较弱的同破裂岩浆活动.(4)南海初始洋壳的增生沿着大陆边缘走向具有显著的变化,南海东北部洋-陆过渡带下伏地幔明显抬升和部分蛇纹石化,地震纵、横波速度以及折射波衰减特征都支持此观点,反映南海东北部是一个贫岩浆型大陆边缘.未来,南海北部洋-陆过渡带有望成为南海“莫霍钻”的理想备选钻探区.

Magnetic recording of the Cenozoic oceanic crustal accretion and evolution of the South China Sea basin

我们考察并且讨论一些在华南海(SCS ) 在磁性的数据上做的最近的科学调查结果。磁性的异例在中生代和新生代上忍受极其富有的信息构造进化。从磁性的异例计算的分析信号振幅很精确揭示的 3D 二上的中生代沉积序列的寡妇分布结合大陆人边缘，和他们也在在 SCS 海洋的外壳以内描绘以后阶段的 magmatism 和构造转变和带状配列被发现很有效。通过综合分析磁性，严肃和思考地震数据，我们在华南海大陆人边缘附近定义大陆海洋边界(圆块) ，并且发现圆块与一个转变地区与一致很好从对否定免费空气的严肃异例主要积极。COB 的这精确构画出为更好跟踪海洋的外壳导致的磁性的异例是批评的。几何上复杂的圆块和内部磁性的带状配列要求一个阵发性的洞模型，以及一个变换差错的介绍(这里作为 Zhongnan 差错制造了)在东方和西南亚盆之间在东方和西南亚盆以内，磁性的异例旁边地是相当连续的，在这些亚盆以内显示大变换差错的不存在。我们提高浅玄武岩的层经由一个通带过滤器引起的磁性的异例，并且认识到北大陆人边缘附近的多半最旧的磁性的异例根据磁性的时间规模 CK95 是 C12。在南部的大陆人边缘附近，磁性的异例是不太可认识的，异例 C12 看起来失踪。这些差别证明关于散布中心的寡妇的一种不均匀的开始式样，和北部分看起来比到南方有稍微更快传播的率。磁性的异例 C8 (M1 和 M2， 26 妈) 在海洋的盆以内代表重要磁性的边界，并且可能与在散布率和 magmatic 紧张的变化有关。为一条以前建议的山脉的磁性的证据在异例 C7 不是清楚的以后，跳。西南亚盆的年龄还得进一步被检验，最有利地与深拖引磁性的调查并且海洋钻。我们的磁性光谱最浅的居里削尖的学习表演在西南的亚盆的东方部分附近被定位，而在东方亚盆居里以内深度对传播的寡妇的北方更小，比到南方集中。居里深度的这个模式对地区性的热流动大小和以后阶段的暴烈的海底山分布一致，并且我们因此推想居里深度变化仔细与以后阶段的 magmatism，而非与外壳的年龄被联系。尽管在北大陆海洋转变地区(简易窄床) 附近定位的磁性的异例是相对安静的，自从概念上它与一个海洋的磁性的安静地区显著地不同，这个区域不是一个典型磁性的安静地区。相对安静的磁性的异例看起来在居里等温线与 shallowing 被联系并且在磁性的层，而是我们的全面观察变瘦建议保存得很好的厚中生代沉积岩石是为有磁力地安静的地区的主要原因。各种各样的低通行证的过滤水兵和在空中的磁性的异例和卫星的高类似磁性的异例清楚地证实那更深磁性的来源(在更低的外壳中并且最高披风) 有贡献到长波长的表面在区域的磁性的异例，当已经推断了从有磁力地 inversed 居里深度。近海华南磁性的异例(SCMA ) 在低通行证的过滤水兵和在空中的磁性的异例和卫星上变得更突出磁性的异例，在它下面显示很深深地埋葬的磁性的来源。