專利名稱：專用鐵路道岔群下開采沉陷預計與治理專家系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本系統(tǒng)涉及一種礦山開采專用鐵路運輸系統(tǒng)，更具體地說，是涉及一種專用鐵路道岔群下開采沉陷智能預計與治理安全運輸系統(tǒng)，屬于鐵路運輸技術領域。
背景技術：
目前，國內外大型現(xiàn)代化的礦山開采，綜合機械化程度均較高。隨著礦山開采工作的不斷推進，工作面逐漸接近到礦區(qū)專用鐵路下部。這些工作面的開采，將會直接威脅到礦區(qū)專用鐵路運輸生產(chǎn)的安全。同時，特厚礦層開采時期內鐵路下沉區(qū)地表變量大，下沉速度快，且鐵路運輸不能中斷，線路維修復雜，工作量大；對鐵路線路以及站場道岔群的變形維護治理及安全運輸要求更高，如何解決上述問題，至今仍是一個技術難題。
目前的相關技術主要是針對薄礦層的分層開采，現(xiàn)有開采技術方案能夠治理開采沉陷的僅是專用鐵路線路及曲線地段。我國在開采沉陷基本理論方面雖然取得了長足的進步，但主要是基本理論、模擬模型、計算方法等方面，計算機軟件開發(fā)也都是依據(jù)部分理論進行模擬的設計；在開采沉陷預計技術方面，目前主要是根據(jù)相關礦區(qū)的實際情況，在預計方法中選擇合適的預計模型，且僅對一般地質開采條件下的預計，而對于存在特殊地質與采礦條件時，目前的軟件沒有較成熟的預計方法和技術系統(tǒng)對應；目前的軟件系統(tǒng)一般具有觀測站數(shù)據(jù)管理以及數(shù)據(jù)處理功能、求參功能、預計功能以及圖形繪制功能，雖然也涉及到計算機技術和專家系統(tǒng)理論的應用，但都基本停留在單一的地表變形預計和建筑物的變形治理；開采沉陷信息系統(tǒng)也僅是利用信息系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的基本理論形成的，僅僅是參數(shù)預計與預測系統(tǒng)的管理，利用專家系統(tǒng)基本理論形成的開采沉陷專家系統(tǒng)，也僅僅定位于地表建筑物和地下開采工作的布置以及開采工藝的研究；利用ANASYS軟件和MATLAB軟件進行的非線性擬合也主要研究從開采礦層到地表的巖層破壞和移動情況。
目前國內外相關技術成果所關注的目標是地表變形預計系統(tǒng)的應用和上覆巖層的破壞規(guī)律技術的研究，而對礦區(qū)的鐵路尤其是車站站場道岔群下開采沉陷預計及治理系統(tǒng)均未進行相關的研究，尚未見到特厚礦層綜放開采條件下鐵路站場變形預計與治理以及安全運輸技術相關研究的報導。
本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術存在的不足，提出了一項專用鐵路及站場道岔群下特厚礦層綜放開采技術，鐵路站場道岔群的變形智能預計與治理維護及安全運輸技術，建立了一種涉及開采沉陷，鐵路運輸，人工智能等技術的集成化的智能預計與治理專家系統(tǒng)。通過本系統(tǒng)的應用，可以高效率高效益的開采專用鐵路及站場道岔群下部礦床資源，并可保障專用鐵路采礦時期內的正常生產(chǎn)及安全運輸；打破了專用鐵路站場道岔群下特厚礦層不能進行開采的行業(yè)界限，解放了專用鐵路及站場下部資源，實現(xiàn)了資源的有效利用。

發(fā)明內容
本發(fā)明結合我國專用鐵路及站場道岔群受其礦區(qū)開采工作影響的具體情況和礦床的基本條件，通過建立地表、鐵路及站場的沉陷變形實時動態(tài)預計系統(tǒng)，進而構建專用鐵路與站場道岔群下開采沉陷預計及治理專家系統(tǒng)。
本發(fā)明為實現(xiàn)上述提出的目的，可通過以下技術方案實現(xiàn)。
本發(fā)明所述的專用鐵路道岔群下開采沉陷預計與治理專家系統(tǒng)，是由地下開采條件下地表沉陷實時預計系統(tǒng)，礦區(qū)專用鐵路及站場在開采時期內的變形實時預計系統(tǒng)，礦區(qū)專用鐵路變形智能化預計及治理專家系統(tǒng)和專用鐵路及站場道岔群沉陷安全運輸保障技術組成；礦區(qū)專用鐵路路基是隨著地表下沉而下沉，鐵路上部建筑物是緊貼著路基下沉的，線路軌道的下沉與地表的下沉基本上是一致的，故地表下沉和鐵路及站場道岔群下沉的變形預計方法是相同的；鐵路及站場道岔群的預計與治理專家系統(tǒng)(RES)是基于地表預計系統(tǒng)與鐵路及站場道岔群變形預計系統(tǒng)而建立的。通過建立知識數(shù)據(jù)庫提出鐵路及站場道岔群變形規(guī)律及治理措施，建立特厚礦層綜放開采時鐵路變形預計及治理專家系統(tǒng)，根據(jù)預計的鐵路線路或道岔的變形特點及規(guī)律，利用鐵路治理措施知識庫進行治理報告技術文檔的智能化預生成，為綜放面上鐵路變形預計及治理提供技術決策；鐵路及站場道岔群的變形治理及安全運輸技術是結合RES專家系統(tǒng)，提出特厚礦層綜合放開采條件下鐵路及站場道岔群的變形維護技術和安全保障措施，可有效的解決綜放開采條件下采礦工作面所影響的鐵路及站場咽喉區(qū)的預計、維護及治理問題，保證行車安全；上述各系統(tǒng)之間均有系統(tǒng)接口相連接，建立起人機交互的實用性強的專用鐵路道岔群下開采沉陷智能預計與治理專家系統(tǒng)。
地下開采條件下地表變形預計系統(tǒng)，是應用概率積分法研究地表移動規(guī)律，完成基于概率積分法的動、穩(wěn)態(tài)預計計算機實時模擬，建立地表沉陷預計系統(tǒng)。在初始化時，將地表預計所需要的相關基礎參數(shù)，開采工作面基本參數(shù)，地表預計范圍數(shù)據(jù)，開采工作面角點坐標，地表預計特殊點數(shù)據(jù)，工作面拐點偏移距和下沉預計原始參數(shù)送入系統(tǒng)，然后系統(tǒng)根據(jù)建立的開采沉陷模型與概率積分法的算法原則，進行地表下沉參數(shù)下沉量、下沉速度、縱向水平變形、縱向水平位移、縱向傾斜曲線、縱向曲率、橫向水平變形、橫向水平位移、橫向傾斜曲線、橫向曲率的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)預計；預計結果提供對每一種數(shù)據(jù)的曲線輸出和數(shù)據(jù)報表等模式，完成預計后下沉等值線、剖面曲線和各種預測參數(shù)曲線等的繪制。
礦區(qū)專用鐵路線路及站場道岔群在開采期內的變形實時預計系統(tǒng)，由于鐵路變形的預計系統(tǒng)涉及到的對象是受到開采影響的地表以及相關建筑物、專用鐵路線路、鐵路站場和站場道岔，不同對象需要設計不同的預測參數(shù)。
鐵路線路預計主要是根據(jù)有關基礎參數(shù)開采工作面基本參數(shù)、線路基本參數(shù)、開采工作面角點坐標、線路上觀測點數(shù)據(jù)、工作面拐點偏移距和下沉預計原始參數(shù)，進行動態(tài)和穩(wěn)態(tài)參數(shù)預計，同時對預計結果進行規(guī)整，為線路治理提供相關的數(shù)據(jù)信息。
專用線路站場預計提供的參數(shù)，除開采工作面基本參數(shù)、角點坐標和拐點偏移距外，它還包括站場基本數(shù)據(jù)、站場設置觀測點數(shù)據(jù)和下沉預計原始參數(shù)等數(shù)據(jù)信息，系統(tǒng)對站場所有設施的位置進行下沉參數(shù)動態(tài)和穩(wěn)態(tài)預計，同時提供各種數(shù)據(jù)報表和繪圖功能。
道岔作為整體設備，其預計提供的參數(shù)除工作面基本參數(shù)，角點坐標和拐點偏移距外，還需要提供道岔前端基本軌接頭線路中心點、道岔理論中心點、道岔跟端直股線路中心點、轍叉理論尖端點、道岔跟端曲股線路中心點和下沉預計原始參數(shù)等數(shù)據(jù)信息，系統(tǒng)對道岔進行下沉參數(shù)動態(tài)和穩(wěn)態(tài)預計，給出各種參數(shù)預計結果，能夠保證道岔正常使用。
礦區(qū)專用鐵路線路及站場道岔群在開采期內的變形實時預計系統(tǒng)，提出了特厚礦層開采綜放工作面與鐵路線路的空間位置關系布置的三種模式，研究綜采工作面對鐵路線路及站場道岔群的影響，建立了三種模式下的鐵路線路及站場道岔群沉陷實時預計系統(tǒng)，揭示了不同模式下的鐵路及站場道岔群變形規(guī)律。通過對預計結果分析，提出綜合工作面與鐵路線路的空間位置關系布置模式，主要具有如下三類(1)垂直布置當線路方向與綜采工作面推進方向呈75°～90°夾角時，可視為垂直布置模式；(2)斜交布置當線路方向與綜采工作面推進方向呈15°～75°夾角時，可視為斜交布置模式；(3)平行布置當線路方向與綜采工作面推進方向呈0°～15°夾角時，可視為平行布置模式。
斜交布置模式中線路的變形較為復雜，其變形是垂直布置模式與平行布置模式的綜合，它的變形規(guī)律是垂直方向的變形即下沉首先從靠近綜采工作面的一側開始，隨著開采工作面向前推進而向前發(fā)展，但下沉的最大值出現(xiàn)在受影響線路的中部。地表水平移動的方向是朝向采空區(qū)的，當線路與采區(qū)走向斜交時，地表橫向移動將使線路的橫向變形最終呈“S”形狀。
礦區(qū)專用鐵路變形智能化預計及治理專家系統(tǒng)(RES)，它是以現(xiàn)行規(guī)程、規(guī)范為依據(jù)，以隨機介質理論和概率積分法的數(shù)學方法為基礎，以現(xiàn)代計算機技術為手段的軟件系統(tǒng)，它包括礦區(qū)基本地質信息庫、開采工作面信息庫、礦區(qū)專用鐵路信息庫數(shù)據(jù)提取至下沉參數(shù)預計，經(jīng)過動態(tài)預計和穩(wěn)態(tài)預計模塊進行預計，并對預計結果進行合理的處理和規(guī)整，輸出各種數(shù)據(jù)曲線和數(shù)據(jù)報表。根據(jù)預計的鐵路線路或道岔的變形特點，利用鐵路治理措施知識庫中的各類知識庫、信息庫、數(shù)據(jù)庫、規(guī)程庫、模式庫等數(shù)據(jù)提取至專家系統(tǒng)模式識別、知識學習、自動推理和決策支持，最后提出線路和站場道岔群綜合治理施工組織設計。鐵路及站場道岔群變形預計與治理專家系統(tǒng)(RES)是基于地表預計系統(tǒng)及鐵路和站場道岔群變形預計系統(tǒng)，通過建立知識庫，提出鐵路及站場道岔群變形規(guī)律及治理措施，建立特厚礦層綜放開采時鐵路變形預計及治理專家系統(tǒng)，為綜放面上鐵路變形預計及治理提供技術決策。它可以根據(jù)預計的鐵路線路或道岔群的變形特點，利用鐵路治理措施知識庫進行治理報告文檔的智能化預生成，是一種以計算機技術為基礎和工具，應用決策科學及其有關理論和方法、輔助決策者進行決策的計算機綜合信息處理系統(tǒng)。它主要用于支持半結構和非結構化決策問題，它能把模型或分析技術與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存取和檢索功能結合起來，并通過人機交互接口為決策者提供輔助決策功能。
鐵路及站場道岔群變形預計及治理專家系統(tǒng)的知識庫，給系統(tǒng)提供了下沉區(qū)鐵路變形治理的基本經(jīng)驗和標準，而且這些知識庫具有普通專家系統(tǒng)知識庫的共有特點，便于用戶或知識工程師根據(jù)與人類專家面對面的交流記錄和人類專家通過著作、文章等知識傳播，保存媒體所保存的知識進行專家系統(tǒng)知識庫的更新、修改、刪除等經(jīng)常性的維護操作。
鐵路及站場道岔群變形預計及治理專家系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，有些是知識工程師或軟件開發(fā)人員建立供用戶使用(進行數(shù)據(jù)的錄入、刪除、修改)的，有些是鐵路專家系統(tǒng)根據(jù)用戶的要求進行計算或整理得到的。
鐵路及站場道岔群變形預計及治理專家系統(tǒng)的推理機，是根據(jù)用戶提供的要求和通過鐵路專家系統(tǒng)的操作，已經(jīng)產(chǎn)生和整理得到的數(shù)據(jù)庫信息、知識庫中的知識等信息，采用一定的策略(主要變形模式的限制和判斷等)進行推理計算，產(chǎn)生了線路、道岔治理等具有專家特點和人工智能機理的線路、道岔治理等功能模塊，通過這些功能模塊的操作和前期一些必要的數(shù)據(jù)庫整理模塊的操作，將產(chǎn)生下沉區(qū)線路、道岔治理的文檔報告等，供用戶進行交流。
鐵路及站場道岔群變形預計及治理專家系統(tǒng)的知識獲取是一個與領域專家、專家系統(tǒng)建造者以及專家系統(tǒng)中的知識獲取機構共同完成的，知識工作師負責從領域專家那里抽取知識，并用適當?shù)哪Ｊ桨阎R表示出來，而專家系統(tǒng)中的知識獲取機構負責把知識轉換為計算機可存儲的內部形式，然后把它存入知識庫。鐵路及站場道岔群變形預計及治理專家系統(tǒng)要求用戶輸入開采工作面的基本情況，工作面與礦區(qū)鐵路的基本空間位置關系，鐵路基本情況等有關參數(shù)。輸入主要采用中文屏幕顯示，以人機對話方式實現(xiàn)。該系統(tǒng)接受用戶輸入的條件后，經(jīng)過一系列的運算和判斷，可輸出鐵路變形基本情況及相應的變形治理與維護技術措施。
專用鐵路及站場道岔群變形治理及安全運輸保障系統(tǒng)是基于鐵路及站場道岔群變形預計及治理專家系統(tǒng)的知識庫、數(shù)據(jù)庫、推理機制等信息，從開采工藝方法和采礦工作及綜合條件出發(fā)，研究合理的采礦方案，以減少鐵路沉陷變形及維護工程量。根據(jù)鐵路沉陷預計結果及測量結果，通過專家系統(tǒng)的推理機制，提出鐵路及站場道岔群沉陷后采動路基及線路維護技術措施，包括路基垂直變形及水平變形維護保障技術，以及合理填充材料和填充方式；線路的綜合治理技術、道岔群的綜合治理技術、通信、電力、信號線路治理技術、輔助設施的治理技術等。
線路治理技術主要包括起道、拔道的基本要求、路基沉陷情況、順坡處理、豎曲線處理、線路縱斷面調整、線路圓順、軌縫調整、矸石填注、沉陷疏干排水等；道岔治理技術主要包括巡查制度落實檢查、尖軌災害處理、整體病害的整治維修措施、轉轍器病害處理、尖軌與基本軌不密貼或較長距離不密貼、尖軌跳動、尖軌扎傷與側面磨耗、尖軌中部軌距小、尖軌拱彎、尖軌搬動不靈、尖軌和滑床板不密貼、尖軌動程過小、三道縫、導曲線軌距擴大，導曲線鋼軌側面磨耗、導曲線不圓順、連接部分鋼軌不等高、岔枕間隔不合規(guī)定，支距墊板離縫，轍叉垂直磨耗與壓潰，轍叉偏磨、固定型鈍角轍叉撞尖、轍叉軌距不符合標準等；通訊、電力治理主要包括通訊信號的臨時鋪設、現(xiàn)場維護工作；輔助設施治理主要指涵洞、道口、給排水等維護工作。
本發(fā)明的特點和效果是建立了特厚礦層條件下綜放開采時期內的礦區(qū)鐵路線路及站場道岔群的變形預計及治理專家系統(tǒng)，揭示了鐵路下沉變形特點及動態(tài)變化規(guī)律，從而提出合理的鐵路維護措施尤其是鐵路站場道岔群變形的治理技術。
本發(fā)明應用操作簡便，流程清晰，可對專用鐵路線路及站場道岔群開采沉陷動態(tài)、穩(wěn)態(tài)預計，預計結果精度高，提出維護治理預案，供生產(chǎn)管理者進行決策。本發(fā)明的應用可保障鐵路運輸生產(chǎn)在開采期內的正常進行及行車安全，顯著減少路基和鐵路站場維護維修費用，提高礦區(qū)專用鐵路下特厚礦層綜放開采的總體經(jīng)濟效益和社會效益。


圖1為本發(fā)明地表預計業(yè)務流程圖；圖2為本發(fā)明鐵路線路預計業(yè)務流程圖；圖3為本發(fā)明鐵路站場預計業(yè)務流程圖；圖4為本發(fā)明道岔預計業(yè)務流程圖；圖5為本發(fā)明專用鐵路道岔群下開采沉陷預計與治理專家系統(tǒng)(RES)的業(yè)務流程圖；圖6為本發(fā)明線路維修業(yè)務流程圖；圖7為本發(fā)明道岔(群)維修業(yè)務流程圖；圖8為本發(fā)明鐵路與站場變形預計及治理軟件系統(tǒng)集成圖；圖9為本發(fā)明鐵路沉陷預計及治理系統(tǒng)總體結構圖；圖10為本發(fā)明鐵路專家系統(tǒng)基本參數(shù)錄入界面圖；圖11為本發(fā)明線路自動預測人機界面圖；圖12為本發(fā)明線路預測整理人機界面圖；圖13為本發(fā)明線路工程量計算人機界面圖；圖14為本發(fā)明線路治理措施交互界面圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的描述地表開采沉陷變形預計實施如圖1所示。地表開采沉陷變形預計是以隨機介質理論為基礎，采用概率積分法進行預計的。圖1為本發(fā)明地表開采沉陷變形預計業(yè)務流程，主要是體現(xiàn)在礦床開采過程的地表移動和變形規(guī)律，因此，在系統(tǒng)初始化時將地表預計所需要的相關基礎參數(shù)，如開采工作面基本參數(shù)，地表預計范圍數(shù)據(jù)，開采工作面角點坐標、地表預計特殊點數(shù)據(jù)、工作面拐點偏移距、下沉預計原始參數(shù)等數(shù)據(jù)提取送入變形預計系統(tǒng)，然后系統(tǒng)根據(jù)建立的開采沉陷模型和概率積分法的算法原理，進行地表下沉參數(shù)，如下沉量，下沉速度，縱向水平變形，縱向水平位移，縱向傾斜曲線，縱向曲率，橫向水平變形，橫向水平位移，橫向傾斜曲線，橫向曲率的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)預計，系統(tǒng)自動對預計參數(shù)數(shù)據(jù)進行規(guī)整處理后，輸出預計結果。系統(tǒng)提供了每一類數(shù)據(jù)的曲線輸出和數(shù)據(jù)報表等模式，繪制動態(tài)曲線，制作數(shù)據(jù)報表，繪制圖形顯示，系統(tǒng)還可以完成預計后下沉等值線、剖面曲線等所需要的相關平面圖形的繪制。
專用鐵路線路、站場及道岔群開采沉陷變形預計實施，為了有效的保護地面鐵路，在地下礦層開采之前，需要預計開采后地表移動值和變形值及其分布，從而預計鐵路路基和軌道的變形規(guī)律，以便采取相應的措施，保證地面列車安全運行和建筑物的正常使用。
鐵路下采礦時，當路基和道床隨著地表下沉以后，在鋼軌的自重以及軌枕和扣件重量載荷作用下，在垂直面內產(chǎn)生一個撓曲。鐵路下采礦所引起的地表曲率半徑一般都在千米以上，而在開采過程中因為線路要進行起道順坡，所以道床實際出現(xiàn)的曲率半徑往往在萬米以上。這種使鋼軌能在很小的曲率半徑內接近于道床上，即鋼軌緊貼于道床上。
鐵路變形預計系統(tǒng)正是基于此，在研究地表移動值和變形值及其分布規(guī)律的基礎上，尋找路基和軌道變形規(guī)律。由于路基由完整的地層支托，其堅固性和穩(wěn)定性在礦床開采過程中未受到破壞，所以路基的變形規(guī)律與地表的變形規(guī)律是一致的。
路基是鐵路的基礎，也是承受和傳播列車應力的構筑物。當路基下方的礦層被采出后，必然要引起路基的移動和變形，并使線路上部產(chǎn)生一系列變形。
通過試驗與觀測可知，路基是隨著巖層的下沉呈現(xiàn)大范圍整體下沉，與地表的下沉是完全一致的。鐵路下采礦實測資料表明路基隨著地表下沉而下沉，線路上部建筑是緊貼著路基下沉的，故線路軌面的下沉與地表的下沉基本上是一致的，即軌道的變形與路基的變形、地表的變形是一致的，利用地表預計的方法對鐵路路基的變形預計同樣適用于軌道預計。
專用鐵路線路、站場及道岔群開采沉陷變形預計過程。如圖2、圖3及圖4所示。鐵路下采礦對鐵路的影響在時間上是一個緩慢的漸變過程。鐵路變形的預計系統(tǒng)，只對變形的最終結果作出預計是遠遠不夠的，必須對鐵路變形的全過程進行實時預計，以便維修治理人員能隨時掌握變形量的大小及變化規(guī)律，制定相應的維修治理措施。為此，本發(fā)明利用專家系統(tǒng)的基本原理和計算機的強大運算及數(shù)據(jù)處理功能，根據(jù)開采影響的地表、鐵路線路、站場和道岔群的特點，編制了鐵路變形一體化實時預計系統(tǒng)軟件。
鐵路變形預計系統(tǒng)涉及到的對象主要是受到開采影響的地表及相關建筑物、專用鐵路線路、鐵路站場和站場道岔。由于不同的對象需要設計不同的預測參數(shù)，如圖2所示，為本發(fā)明鐵路線路預計業(yè)務流程。鐵路線路預計主要是根據(jù)有關基礎參數(shù)如開采工作面基本參數(shù)、線路基本數(shù)據(jù)、開采工作面角點坐標、線路上觀測點數(shù)據(jù)、工作面拐點偏移距和下沉預計原始參數(shù)的數(shù)據(jù)提取，送入預計系統(tǒng)，進行動態(tài)和穩(wěn)態(tài)參數(shù)預計，對同方向及不同方向的預計參數(shù)數(shù)據(jù)值進行處理，對預計結果進行規(guī)整，繪制出動態(tài)曲線，制作出數(shù)據(jù)報表，繪制成圖形顯示，為線路治理提供相關的數(shù)據(jù)信息，如最大下沉量、最大下沉速度，橫向水平移動，縱向水平移動值等。
專用鐵路站場是礦區(qū)鐵路運輸?shù)年P鍵場所，它的治理尤為重要，相應提供的預計及治理參數(shù)較為復雜，包括站場的范圍參數(shù)，各個道岔的位置參數(shù)，道岔的型號參數(shù)，通訊設施位置參數(shù)，站場輔助設施位置參數(shù)等數(shù)據(jù)信息，如圖3所示，為本發(fā)明的鐵路站場預計業(yè)務流程。它除提供開采工作面基本參數(shù)，角點坐標和拐點偏移距外，還要提供站場基本數(shù)據(jù)，站場設置觀測點數(shù)據(jù)和下沉預計原始參數(shù)等數(shù)據(jù)信息，系統(tǒng)對站場所有設施的位置進行下沉參數(shù)動態(tài)穩(wěn)態(tài)預計，同樣提供各種數(shù)據(jù)報表和圖形繪制功能。
道岔作為一個整體設備，其預計提供的參數(shù)除開采工作面基本數(shù)據(jù)、工作面角點坐標和工作面拐點偏移距外，在給定道岔位置參數(shù)和型號的基礎上，可以計算出道岔前端基本軌接頭處線路中心點，道岔理論中心點，道岔跟端直股線路中心點，轍叉理論尖端點，道岔跟端曲股線路中心點以及下沉預計原始參數(shù)等數(shù)據(jù)信息提取，送入預計系統(tǒng)，系統(tǒng)對道岔進行下沉參數(shù)動態(tài)和穩(wěn)態(tài)預計，給出各種參數(shù)的預計結果，確保道岔正常使用。如圖4所示為本發(fā)明道岔預計業(yè)務流程。
系統(tǒng)預計包括兩方面的內容一次預測(人工預測)和多次預測(動態(tài)預測)。
一次預測即按用戶要求對某一具體時間進行預計，用戶可根據(jù)需要輸入任意時間(段)，系統(tǒng)即可得出在該時間(段)內鐵路道岔變形的各種預測結果。
多次預測即動態(tài)預測，用戶需輸入預計起止日期和選定預計間隔時間(如5天、10天、15天、30天等)可得到在該時間段內動態(tài)預計曲線和極值數(shù)據(jù)，包括下沉量、下沉速度、水平位移和水平變形、傾斜、曲率、矸石用量、道渣用量等的動態(tài)曲線極值數(shù)據(jù)和最終預計結果，使用戶對變形規(guī)律和最終變形結果詳細掌握。
本發(fā)明主要通過所建立的專用鐵路及站場道岔群變形預計與治理專家系統(tǒng)(RES)進行鐵路及站場道岔群治理技術的具體實施。RES系統(tǒng)是以現(xiàn)行規(guī)程，規(guī)范為依據(jù)，以隨機介質理論和概率積分法等數(shù)學方法為基礎，以現(xiàn)代計算機技術為基礎平臺的軟件系統(tǒng)；它可以對下沉區(qū)鐵路變形進行高效、準確的動態(tài)、穩(wěn)態(tài)預計，并對預計結果進行合理的處理和規(guī)整，方便的輸出各種預計及治理數(shù)據(jù)曲線和數(shù)據(jù)報表；還可以根據(jù)預計和鐵路線路或道岔的變形特點，利用鐵路治理措施知識庫進行治理技術報告文檔的智能化預生成，是一種以計算機技術為基礎和工具，應用決策科學及其有關理論和方法、輔助決策者進行決策的計算機信息處理系統(tǒng)。它主要用于支持半結構和非結構化決策問題，它能把模型或者分析技術與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存取和檢索功能結合起來，并通過人機交互接口為決策者提供輔助決策功能。
本發(fā)明RES系統(tǒng)業(yè)務流程圖如圖5所示，它是由礦區(qū)基本地質信息庫，開采工作面信息庫(包括工作面基本參數(shù)，角點坐標和拐點偏移距)，礦區(qū)專用線路信息庫(包括線路預測點和道岔預測點基本參數(shù))數(shù)據(jù)提取至下沉參數(shù)預計，系統(tǒng)進行動態(tài)和穩(wěn)態(tài)預計，并對預計結果進行合理的處理和規(guī)整，預計結果輸出、整理、打印(動態(tài)曲線、極值報表曲線、工程量計算)，根據(jù)預計的鐵路線路或道岔變形特點，利用鐵路治理措施知識庫中的線路綜合治理措施知識庫、道岔綜合治理知識庫、線路列車運行信息庫、礦區(qū)專用鐵路站場基本參數(shù)庫、動態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫、專用鐵路基本規(guī)程庫、國有鐵路基本規(guī)程庫、線路和道岔施工組織設計模式庫和已用施工組織設計模式庫等，數(shù)據(jù)提取至專家系統(tǒng)進行模式設計、知識學習、自動推理、決策支持，最后提出線路、站場道岔群綜合治理技術施工組織設計。
鐵路及站場(道岔群)變形預計與治理是一次非常復雜的系統(tǒng)工程，它涉及大量數(shù)據(jù)信息和安全生產(chǎn)規(guī)程，因此，本發(fā)明RES專家系統(tǒng)中共設計了以下數(shù)據(jù)庫、知識庫和推理機制模式知識庫，它包括1.礦區(qū)基本地質狀況數(shù)據(jù)庫包括礦區(qū)的基本要素，采區(qū)分布情況，工作面布置情況，礦床賦存條件，地形地貌、地層巖性、地質構造、水文地質條件、覆蓋層描述等；2.礦區(qū)線路基本數(shù)據(jù)庫它包括線路基本布置情況與工作面的布置關系，線路的型號規(guī)格、線路的組成情況、材質、變形參數(shù)等；3.線路列車運行狀況歷史數(shù)據(jù)庫包括日通過列車對數(shù)、線路運輸能力、機車型號、機車重量、車輛的基本信息等；4.站場的基本參數(shù)數(shù)據(jù)庫包括站場的布置位置，道岔的布置情況、道岔的型號、分布狀況等；5.線路綜合治理措施知識庫包括起道、撥道等基本要求、路基沉陷情況、順坡處理、豎曲線處理、線路縱斷面調整、線路圓順、軌縫調整、矸石填注、沉陷疏干排水等；6.道岔綜合治理措施知識庫包括巡查制度、尖軌災害處理、整體病害的治理維修措施、轉轍器病害處理、尖軌與基本軌的密貼或較長距離不密貼、尖軌跳動、尖軌扎傷與側面磨耗、尖軌中部軌距小、尖軌拱彎、尖軌搬動不靈、尖軌和滑床板不密貼、尖軌動程過小、三道縫、導曲線軌距擴大、導曲線鋼軌側面磨耗、導曲線不圓順、連接部分鋼軌不等高、岔枕間隔面不合規(guī)定、支距墊板離縫、轍叉垂直磨耗與壓潰、轍叉偏磨、固定型鈍角轍叉撞尖、轍叉軌距不符合標準等；7.線路施工組織設計模式庫包括三種基本布置模式以及相關的技術處理工作，如曲線圓順度的保證、反超高現(xiàn)象的杜絕、掉道事故的避免、線路的起道、撥道操作以及相關規(guī)定；8.道岔施工組織設計模式庫包括道岔綜合維修的基本作業(yè)如道岔的起道、搗固、撥道、改道，零部件的維修工作如滑床板、尖軌與夾板、軌撐、鋼軌接頭錯牙等，防爬設備的安裝，道岔整理的基本作業(yè)如整理夯實道床、刷新或噴寫各部技術尺寸、整理外觀等；9.已用施工組織設計模式庫針對不同的線路地段、不同的變形模式、不同的病害，采取過的各種施工組織設計，為新的施工組織設計提供參考；10.動態(tài)數(shù)據(jù)檢測數(shù)據(jù)庫各種需要動態(tài)檢測數(shù)據(jù)，如下沉量、下沉速度曲線、縱向水平變形、縱向水平位移、縱向傾斜曲線、縱向曲率、橫向水平變形、橫向水平位移、橫向傾斜曲線和橫向曲率等；11.國有鐵路基本規(guī)程庫行車組織、線路維修以及日常安全管理；12.礦區(qū)專用鐵路基本規(guī)程庫礦區(qū)專用鐵路行車組織、軌道維修以及日常安全管理；13.線路各種病害推理機制知識庫主要解決根據(jù)不同的病害，指出不同的產(chǎn)生原因，并給出不同的整改措施；14.道岔各種病害推理機制知識庫內容同13；15.礦區(qū)安全生產(chǎn)規(guī)程庫主要包括采區(qū)布置、工作面布置以及其它日常管理等。
本發(fā)明線路維修業(yè)務流程如圖6所示，礦區(qū)專用鐵路線路及站場道岔群在開采區(qū)內的變形實時預計系統(tǒng)，提出了特厚礦層開采綜放工作面與鐵路線路的空間位置關系布置的平行、斜交和垂直布置的三種模式，線路維修治理需要從線路基本信息庫中提取數(shù)據(jù)送至平行、斜交、垂直三種布置模式預測點選取進行預測，得出預測結果信息庫，如下沉量、下沉速度、橫向水平移動、縱向水平移動、橫向水平位移、縱向水平位移、橫向傾斜、縱向傾斜，橫向曲率和縱向曲率等，掌握變形特點(包括垂直方向，橫向水平方向和縱向水平方向)，從線路綜合治理措施知識庫進行知識提取和線路施工組織設計模式庫進行模式選擇，從線路曲線維修措施知識庫中含有曲線處理和已用施工組織設計庫的經(jīng)驗參考、以及線路列車運行信息庫、礦區(qū)專用線路基本信息庫、專用鐵路基本規(guī)程庫、國用鐵路基本規(guī)程庫和動態(tài)數(shù)據(jù)檢測信息庫的數(shù)據(jù)倉庫支持，從而提出線路維修治理施工組織設計報告(包括損傷部件更換，順坡、起道、撥道、圓順，軌縫調整和路基維護等)。
本發(fā)明站場(道岔群)維修業(yè)務流程圖如圖7所示，從鐵路站場(道岔群)基本信息庫數(shù)據(jù)提取至道岔連接部分、轍叉和護軌預測點選取(道岔前端基本軌接頭處線路中心點，道岔理論中心點，道岔跟端直股線路中心點、轍叉理論尖端點、道岔跟端曲股線路中心點)，進行預測，建立預測結果信息庫，如下沉量、下沉速度、橫向和縱向水平移動、橫向和縱向水平位移、橫向和縱向傾斜、橫向和縱向曲率等。掌握變形特點(包括垂直方向，橫向和縱向水平方向)，從道岔綜合治理措施知識庫知識提取和道岔施工組織設計模式庫模式選擇，進行系統(tǒng)決策，經(jīng)過人機交互知識學習和已用施工組織設計庫的經(jīng)驗參考，以及線路列車運行信息庫、礦區(qū)專用線路基本信息庫、專用鐵路基本鐵路基本規(guī)程庫、國有鐵路基本過程庫和動態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測信息庫的數(shù)據(jù)倉庫支撐，從而提出道岔維修治理施工組織設計報告(包括損傷部件更新，道岔方向不良，爬行，零件松動，尖軌跳動和尖軌扎傷等)，并將已用施工組織設計庫系統(tǒng)更新。
本發(fā)明鐵路與站場變形預計及治理軟件系統(tǒng)集成圖，如圖8所示，它包括信息管理系統(tǒng)、開采沉陷預計系統(tǒng)和RES專家系統(tǒng)三部分系統(tǒng)集成。
信息管理系統(tǒng)中利用數(shù)據(jù)倉庫進行數(shù)據(jù)存儲和轉換，同時利用數(shù)據(jù)倉庫對數(shù)據(jù)和知識進行管理和清洗。數(shù)據(jù)倉庫將操作型環(huán)境和分析型環(huán)境分離，劃清了數(shù)據(jù)處理的分析環(huán)境和操作環(huán)境之間的界限，從而由原來的以單一數(shù)據(jù)庫為中心的數(shù)據(jù)環(huán)境發(fā)展為以數(shù)據(jù)倉庫為中心的一種新的體系化環(huán)境。數(shù)據(jù)倉庫以改進后的數(shù)據(jù)庫技術作為存儲數(shù)據(jù)和管理資源的基本手段，以統(tǒng)計分析技術作為分析數(shù)據(jù)和提取信息的有效方法，通過人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡、知識推理等數(shù)據(jù)挖掘方法來發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)背后隱藏的規(guī)律，從而實現(xiàn)從“數(shù)據(jù)—信息—知識”的過程，為生產(chǎn)管理提供各個層面的決策支持。
根據(jù)開采沉陷變形預計系統(tǒng)這個業(yè)務型操作系統(tǒng)進行日常的數(shù)據(jù)管理和參數(shù)預計，如根據(jù)不同的推進速度(3米/天，4米/天，5米/天，6米/天，7米/天)，不同的開采工藝(炮采、普采、高檔普采、分層綜合機械化開采、綜合機械化開采)，不同的礦層賦存條件(礦層厚度、礦層走向于礦層傾角以及礦層埋藏深度)，不同采區(qū)布置和開采順序(重復采動和首次開采)等信息，進行合理的預計，并將預計結果存入數(shù)據(jù)倉庫。
RES專家系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)提取，對數(shù)據(jù)倉庫按分析的主題對數(shù)據(jù)進行組織。專家系統(tǒng)可以根據(jù)鐵路下沉量、下沉速度(毫米/天)，橫向水平移動速度(毫米/天)、縱向水平變形、縱向水平位移，縱向傾斜、縱向曲率，橫向水平變形、橫向傾斜、橫向曲率以及相關的數(shù)據(jù)進行分析整理，形成面向主題的數(shù)據(jù)倉庫。系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)清洗和轉換來支撐專家系統(tǒng)決策的正確性，為確保數(shù)據(jù)倉庫中的數(shù)據(jù)準確，對前面業(yè)務數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)必須進行清洗和轉換，將錯誤、不一致的數(shù)據(jù)在進入數(shù)據(jù)倉庫之前，進行更正和刪除。
系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)/知識獲取系統(tǒng)/數(shù)據(jù)展現(xiàn)系統(tǒng)(沉陷治理專家系統(tǒng))，這是用戶操作的平臺和界面，通過這個界面，進行面向主題的數(shù)據(jù)展現(xiàn)，如進行開采工藝、推進強度、通信模式的決策。
信息管理系統(tǒng)、開采沉陷預計系統(tǒng)與RES專家系統(tǒng)之間均有系統(tǒng)接口連接，并有系統(tǒng)支持平臺進行決策支持。
本發(fā)明鐵路變形預計及治理系統(tǒng)總體結構如圖9所示，系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)錄入、曲線輸出、數(shù)據(jù)報表、信息處理、參數(shù)繪圖和系統(tǒng)管理等六部分，專家系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫包括許多的內容，主要包括1.各類基本參數(shù)數(shù)據(jù)庫，如工作面基本參數(shù)、工作面拐點偏移距、工作面角點坐標數(shù)據(jù)庫，線路預測基本參數(shù)和道岔基本參數(shù)數(shù)據(jù)庫等；2.各類預測結果數(shù)據(jù)庫，如線路當日預測參數(shù)數(shù)據(jù)庫，線路最終預測參數(shù)數(shù)據(jù)庫，線路自動預測參數(shù)數(shù)據(jù)庫、道岔當日預測參數(shù)數(shù)據(jù)庫、道岔最終預測參數(shù)數(shù)據(jù)庫，道岔自動預測參數(shù)數(shù)據(jù)庫等；3.各類預測結果整理數(shù)據(jù)庫，如線路預測整理報表、線路預測整理極值、線路預測整理動態(tài)曲線數(shù)據(jù)庫，道岔預測整理報表、道岔預測整理極值、道岔參數(shù)整理動態(tài)曲線數(shù)據(jù)庫等；4.各類計算結果數(shù)據(jù)庫，如線路維護工程量數(shù)據(jù)庫、道岔維護工程量數(shù)據(jù)庫等。
參數(shù)繪圖包括參數(shù)預測、數(shù)據(jù)準備、繪圖模型和參數(shù)繪圖；系統(tǒng)管理包括用戶注冊、用戶注銷、用戶密碼修改、系統(tǒng)密碼修改等。
專家系統(tǒng)具體實施步驟如下第一步進行各類基本參數(shù)的錄入和知識庫的建立，主要包括工作面基本參數(shù)錄入、工作面拐點偏移距的錄入、工作面角點坐標錄入、預測點基本參數(shù)以及道岔基本參數(shù)的錄入，如圖10所示為本發(fā)明RES專家系統(tǒng)基本參數(shù)錄入界面圖，特別應該注意工作面拐點偏移距參數(shù)是每個工作面4個數(shù)據(jù)，而工作面角點坐標是4-8個數(shù)據(jù)，而且根據(jù)需要每個工作面的數(shù)據(jù)要一一對應起來。
第二步進行鐵路線路下沉參數(shù)的智能預計，如圖11所示，為本發(fā)明線路自動預測人機界面圖，在這里需要指定影響鐵路的開采工作面坐標、自動預測的開始時間、終止時間、預測的類型(動態(tài)/穩(wěn)態(tài))、預測的時間間隔等信息，系統(tǒng)會自動在相應的位置獲得數(shù)據(jù)，并進行自動預計，建立并產(chǎn)生一個自動預計結果的數(shù)據(jù)庫。
第三步根據(jù)自動預測的結果，進行數(shù)據(jù)庫的整理和分類，如圖12所示，為本發(fā)明線路預測整理人機界面圖，自動預測結果整理，形成了自動預測的動態(tài)曲線數(shù)據(jù)、極值曲線數(shù)據(jù)、極值報表數(shù)據(jù)及算量數(shù)據(jù)。
第四步根據(jù)整理的數(shù)據(jù)進行線路工程量的計算，如圖13所示，為本發(fā)明線路工程量計算人機界面圖，線路工程量計量，如矸石用量、道渣用量、起道次數(shù)和撥道次數(shù)等。
第五步進行線路治理的數(shù)據(jù)準備完畢，可以進行線路治理的智能化處理，如圖14所示，為本發(fā)明線路治理措施交互界面圖，輸出線路治理措施，標明工作面名稱，下沉量數(shù)據(jù)、線路工程量，動態(tài)曲線數(shù)據(jù)、治理措施文件，產(chǎn)生技術報告文檔，供用戶交流。
權利要求
1.一種專用鐵路道岔群下開采沉陷預計與治理專家系統(tǒng)，其特征在于它是由地下開采條件下地表沉陷實時預計系統(tǒng)、礦區(qū)專用鐵路及站場道岔群在開采期內的變形實時預計系統(tǒng)、礦區(qū)專用鐵路變形智能化預計及治理專家系統(tǒng)和專用鐵路及站場道岔群沉陷安全運輸保障技術組成，礦區(qū)專用鐵路路基是隨著地表下沉而下沉，鐵路線路上部建筑物是緊貼著路基下沉的，線路軌面的下沉與地表的下沉基本上是一致的，而且是連續(xù)漸變的，故地表下沉和鐵路及站場道岔群下沉的變形預計方法是相同的；鐵路及站場道岔群變形預計與治理專家系統(tǒng)(RES)是基于地表預計系統(tǒng)和鐵路及站場道岔群變形預計系統(tǒng)，通過建立知識數(shù)據(jù)庫，提出鐵路及站場道岔群變形規(guī)律及治理措施，建立特厚礦層綜放開采時鐵路變形預計及治理專家系統(tǒng)，根據(jù)預計的鐵路線路或道岔的變形特點及規(guī)律，利用鐵路治理措施知識庫進行治理技術報告文檔的智能化預生成，為綜放面上鐵路變形預計及治理提供技術決策；鐵路及站場道岔群的變形治理及安全運輸技術是結合RES專家系統(tǒng)，提出在特厚礦層綜放開采條件下鐵路及站場道岔群的變形維護技術與安全保障措施，可有效的解決綜放開采條件下采礦工作面所影響的鐵路及站場咽喉區(qū)的預計、維護及治理問題，保障行車安全；上述各系統(tǒng)之間均有系統(tǒng)接口相連接，建立起人機交互的實用性強的專用鐵路道岔群下開采沉陷智能預計與治理專家系統(tǒng)。
2.根據(jù)權利要求1所述的專用鐵路道岔群下開采沉陷預計與治理專家系統(tǒng)，其特征在于地下開采條件下地表沉陷實時預計系統(tǒng)在初始化時將地表預計所需要的相關基礎參數(shù)如開采工作面基本參數(shù)、地表預計范圍數(shù)據(jù)、開采工作面角點坐標、地表預計特殊點數(shù)據(jù)、工作面拐點偏移距和下沉預計原始參數(shù)送入系統(tǒng)，然后系統(tǒng)根據(jù)所建立的開采沉陷模型和概率積分法的算法原則，進行地表下沉參數(shù)，如下沉量、下沉速度、縱向水平變形、縱向水平位移、縱向傾斜曲線、縱向曲率、橫行水平變形、橫向水平位移、橫向傾斜曲線、橫向曲率的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)預計；預計結果提供對每一種數(shù)據(jù)的曲線輸出和數(shù)據(jù)報表等模式，完成預計后的下沉等值線、剖面曲線和各種預測參數(shù)曲線等的繪制。
3.根據(jù)權利要求1所述的專用鐵路道岔群下開采沉陷預計與治理專家系統(tǒng)，其特征在于鐵路變形預計系統(tǒng)涉及到的對象是受到開采影響的地表以及相關建筑物、專用鐵路線路、鐵路站場和站場道岔，不同對象需要設計不同的預測參數(shù)(1)鐵路線路預計主要根據(jù)有關基礎參數(shù)如開采工作面基本參數(shù)、線路基本參數(shù)、開采工作面坐標、線路上觀測點數(shù)據(jù)、工作面拐點偏移距和下沉預計原始參數(shù)進行動態(tài)和穩(wěn)態(tài)參數(shù)預計，同時對預計結果進行規(guī)整，為線路治理提供相關的數(shù)據(jù)信息；(2)專用鐵路站場預計提供的參數(shù)包括除開采工作面的基本參數(shù)、角度坐標和拐點偏移距外，它還包括站場基本數(shù)據(jù)，站場設置觀測點數(shù)據(jù)和下沉預計原始參數(shù)等數(shù)據(jù)信息，系統(tǒng)對站場所有設施的位置進行下沉數(shù)據(jù)的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)預計，同時提供各種數(shù)據(jù)報表和繪圖功能；(3)道岔作為一個整體設備，其預計提供的參數(shù)除開采工作面基本參數(shù)、角點坐標和拐點偏移距外，還需要提供道岔前端基本軌接頭處線路中心點、道岔理論中心點、道岔跟端直股線路中心點、轍叉理論尖端點、道岔跟端曲股線路中心點和下沉預計原始參數(shù)等數(shù)據(jù)信息，系統(tǒng)對道岔進行下沉參數(shù)動態(tài)和穩(wěn)態(tài)預計，給出各種數(shù)據(jù)預計結果，能保證道岔正常使用。
4.根據(jù)權利要求1、3所述的專用鐵路道岔群下開采沉陷預計與治理專家系統(tǒng)，其特征在于礦區(qū)專用鐵路線路及站場道岔群在開采期內的變形實時預計系統(tǒng)，提出了特厚礦層開采綜放工作面與鐵路線路的空間位置關系布置的三種模式，研究綜放工作面對鐵路線路及站場道岔群的影響，建立了三種模式下的鐵路及站場道岔群沉陷實時預計系統(tǒng)，揭示了不同模式下的鐵路及站場道岔群變形規(guī)律，通過對預計結果分析，提出綜放工作面與鐵路線路空間位置關系的布置模式，主要有如下三類(1)垂直布置綜放工作面與鐵路線路在空間上垂直布置，當鐵路線路方向與綜放工作面推進方向成75°～90°的夾角時，可視為垂直布置模式；(2)斜交布置綜放工作面與鐵路線路斜交，當鐵路方向與綜放工作面推進方向成15°～75°的夾角時，可視為斜交布置模式；(3)平行布置綜放工作面與鐵路線路平行布置，當鐵路線路方向與綜放工作面推進方向成0°～15°的夾角時，可視為平行布置模式；斜交布置模式中線路的變形較為復雜，其變形是垂直布置模式與平行布置模式的綜合，它的變形規(guī)律是垂直方向的變形即下沉首先從靠近綜采工作面的一側開始，隨著綜采工作面向前推進而向前發(fā)展，但下沉的最大值出現(xiàn)在受影響鐵路線路的中部；地表水平移動的方向是朝向采空區(qū)的，當線路與采區(qū)走向斜交時，地表橫向移動將使線路的橫向變形最終呈“S”形狀。
5.根據(jù)權利要求1所述的專用鐵路道岔群下開采沉陷預計與治理專家系統(tǒng)，其特征在于礦區(qū)專用鐵路變形智能化預計及治理專家系統(tǒng)(RES)，它是以現(xiàn)行規(guī)程、規(guī)范為依據(jù)，以隨機介質理論和概率積分法的數(shù)學方法為基礎，以現(xiàn)代計算機技術為手段的軟件系統(tǒng)，它是由礦區(qū)基本地質信息庫、開采工作面信息庫、礦區(qū)專用線路信息庫，數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)可自動提取至下沉參數(shù)預計系統(tǒng)，經(jīng)過動態(tài)預計和穩(wěn)態(tài)預計模塊預計后，并對預計結果進行合理的處理和規(guī)整，輸出各種數(shù)據(jù)曲線和數(shù)據(jù)報表，再根據(jù)預計的鐵路線路或道岔的變形特點，利用鐵路治理措施知識庫中各類知識庫、信息庫、數(shù)據(jù)庫、規(guī)程庫、模式庫等數(shù)據(jù)提取至專家系統(tǒng)模式識別、知識學習、自動推理和決策支持，最后建立線路和站場綜合治理施工組織設計。
6.根據(jù)權利要求1所述的專用鐵路道岔群下開采沉陷預計與治理專家系統(tǒng)，其特征在于鐵路及站場(道岔群)變形預計與治理是一項非常復雜的系統(tǒng)工程，它涉及到大量數(shù)據(jù)信息和安全生產(chǎn)規(guī)程，共設計了如下15種數(shù)據(jù)庫、知識庫和推理機制模式識別庫(1)礦區(qū)基本地質狀況數(shù)據(jù)庫包括礦區(qū)的基本要素、采區(qū)的布置情況、工作面布置情況、礦層賦存條件、地形地貌描述、地層巖性描述、地質構造描述、水文地質條件描述、覆蓋層描述等；(2)礦區(qū)線路基本數(shù)據(jù)庫；包括線路的基本布置情況和工作面的布置關系、線路的型號規(guī)格、線路的組織情況、材質、變形參數(shù)等；(3)線路列車運行狀況歷史數(shù)據(jù)庫；包括日通過列車對數(shù)、線路運輸能力、機車型號、機車重量、車輛的基本信息等；(4)站場的基本參數(shù)數(shù)據(jù)庫包括站場的布置位置、涉及到的道岔的布置情況，道岔的型號、分布狀況等；(5)線路綜合治理措施知識庫包括起道、撥道的基本要求、路基沉陷情況、順坡處理、豎曲線處理、線路縱斷面調整、線路圓順、軌縫調整、矸石填注、沉陷疏干排水等；(6)道岔綜合治理措施知識庫包括巡查制度、尖軌災害處理、整體病害的整治維修措施、轉轍器病害處理、尖軌與基本軌不密貼或較長距離不密貼、尖軌跳動、尖軌扎傷與側面磨耗、尖軌中部軌距小、尖軌拐彎、尖軌搬動不靈、尖軌和滑床板不密貼、尖軌動程過小、三道縫、曲線軌距擴大、導曲線鋼軌側面磨耗、導曲線不圓順、連接部分鋼軌不等高、岔枕間隔不合規(guī)定、支距墊板離縫、轍叉垂直磨耗與壓潰、轍叉偏磨、固定型鈍角轍叉撞尖、轍叉軌距不符合標準等；(7)線路施工組織設計模式庫包括三種基本布置模式以及相關的技術處理工作，如曲線圓順度的保證、反超高現(xiàn)象的杜絕、掉道事故的避免、線路的起道、線路的拔道操作以及相關的規(guī)定；(8)道岔施工組織設計模式庫包括道岔綜合維修的基本作業(yè)如道岔的起道、搗固、拔道、改道，零部件的維修作業(yè)如滑床板、尖軌和夾板、軌撐、鋼軌接頭錯牙等，防爬設備的安裝，道岔整理的基本作業(yè)如整理夯實道床、刷新或噴寫各部技術尺寸、整理外觀等；(9)已用施工組織設計模式庫針對不同的線路地段、不同的變形模式、不同的病害，采取過的各種施工組織設計，為新的施工組織設計提供參考；(10)動態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫各種需要動態(tài)監(jiān)測的數(shù)據(jù)，如下沉量、下沉速度、縱向水平變形、縱向水平位移、縱向傾斜、縱向曲率、橫向水平變形曲線、橫向水平位移曲線、橫向傾斜曲線、橫向曲率等；(11)國有鐵路基本規(guī)程庫行車組織、道路維修以及日常安全管理；(12)礦區(qū)專用鐵路基本規(guī)程庫礦區(qū)專用鐵路行車組織、道路維修以及日常安全管理；(13)線路各種病害推理機制知識庫主要解決根據(jù)不同的病害，指出不同的產(chǎn)生原因，并給出不同的整改措施；(14)道岔各種病害推理機制知識庫主要解決根據(jù)不同的病害，指出不同的產(chǎn)生原因，并給出不同的整改措施；(15)礦區(qū)安全生產(chǎn)規(guī)程庫主要包括采區(qū)布置、工作面布置以及其它日常管理等。
7.根據(jù)權利要求1所述的專用鐵道道岔群下開采沉陷預計與治理專家系統(tǒng)，其特征在于專用線路及站場沉陷變形的治理維修技術，包括線路和站場(道岔群)兩部分(1)線路維修業(yè)務線路基本信息庫數(shù)據(jù)提取至平行、斜交和垂直三種布置模式預測點選取，建立預測結果信息庫，如下沉量、下沉速度、橫向水平移動、縱向水平移動、橫向水平位移、縱向水平位移、縱向傾斜、橫向傾斜、縱向曲率、橫向曲率，掌握變形特點(垂直方向、橫向水平方向、縱向水平方向)，從線路綜合治理措施知識庫中進行知識提取和線路施工組織設計模式庫中的模式選擇，從線路中曲線維修措施知識庫的含有曲線和已用施工組織設計庫的經(jīng)驗參考以及線路列車運行信息庫、礦區(qū)專用線路基本信息庫、專用鐵路基本規(guī)程庫、國有鐵路基本規(guī)程庫、動態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測信息庫的數(shù)據(jù)倉庫支持，提出線路維修治理施工組織設計技術報告，包括損傷部件更換、順坡、起道、圓順、軌縫調整、路基維護等；(2)站場道岔群的維修業(yè)務鐵路站場(道岔群)基本信息庫數(shù)據(jù)提取至道岔、連接部分、轍叉和護軌預測點選取(道岔前端基本軌接頭處線路中心點、道岔理論中心點、道岔跟端直股線路中心點、轍叉理論尖端點、道岔跟端曲股線路中心點)建立預測結果信息庫，如下沉量、下沉速度，橫向水平移動、縱向水平移動、橫向水平位移、縱向水平位移、縱向傾斜、橫向傾斜、縱向曲率、橫向曲率等，掌握變形特點如垂直方向，橫向水平方向、縱向水平方向，從道岔綜合治理措施知識庫進行知識提取和道岔施工組織設計模式庫模式選擇，進行系統(tǒng)決策，人機交互的知識學習和已用施工組織設計庫的經(jīng)驗參考以及線路列車運行信息庫、礦區(qū)專用鐵路線路基本信息庫、專用鐵路基本規(guī)程庫、國有鐵路基本規(guī)程庫、動態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測信息庫的數(shù)據(jù)倉庫支持，提出道岔維修治理施工組織設計技術報告，包括損傷部件更換、道岔方向不良、爬行、零件松動、尖軌跳動、尖軌扎傷。
8.根據(jù)權利要求1所述的專用鐵路道岔群下開采沉陷預計與治理專家系統(tǒng)，其特征在于專用鐵路開采沉陷預計及治理安全運輸技術的實施具體步驟如下第一步，進行各類基本參數(shù)的錄入和知識庫的建立主要包括工作面基本參數(shù)、工作面拐點偏移距，工作面角點坐標，預測點基本參數(shù)以及道岔基本參數(shù)等錄入；第二步，進行鐵路線路下沉參數(shù)的智能預計，需要指定影響鐵路的工作面名稱、自動預測的開始時間、終止時間、預測的類型(動態(tài)/穩(wěn)態(tài))，預測的時間間隔等信息，系統(tǒng)會自動在相應的位置獲得數(shù)據(jù)，并進行自動預計，建立并產(chǎn)生一個自動預測結果的數(shù)據(jù)庫；第三步，根據(jù)自動預測的結果，進行數(shù)據(jù)庫的整理和分類，形成了自動預測的動態(tài)曲線數(shù)據(jù)、極值曲線數(shù)據(jù)、極值報表數(shù)據(jù)、算量數(shù)據(jù)；第四步，根據(jù)整理的數(shù)據(jù)進行線路治理工程量的計算；第五步，進行線路治理的數(shù)據(jù)準備完畢，可以進行線路治理的智能化處理，產(chǎn)生報告文檔，供用戶交流。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種專用鐵路道岔群下開采沉陷預計與治理專家系統(tǒng)，它包括地下開采條件下地表沉陷實時預計系統(tǒng)、礦區(qū)專用鐵路及站場在開采期內的沉陷變形實時預計系統(tǒng)、礦區(qū)專用鐵路沉陷變形智能化預計及治理專家系統(tǒng)和專用鐵路及站場道岔群沉陷安全運輸保障技術。本發(fā)明建立了厚礦層開采條件下在開采時期內的礦區(qū)專用鐵路及站場道岔群的沉陷預計及治理專家系統(tǒng)，揭示了鐵道下沉變形特點及動態(tài)變化規(guī)律，從而提出合理的鐵路維護措施尤其是鐵路站場道岔群變形的治理技術。本發(fā)明應用操作簡便、流程清晰，可對專用鐵路線路及站場道岔群開采沉陷進行動態(tài)、穩(wěn)態(tài)預計，預計結果精度高，從而提出維護治理技術預案，方便生產(chǎn)管理者進行實時決策。本發(fā)明的應用可保障鐵路運輸生產(chǎn)在開采期內的正常進行及行車安全，顯著減少鐵路站場及路基維護費用，提高我國礦區(qū)專用鐵路下厚礦層開采的總體經(jīng)濟效益和社會效益。
文檔編號G06Q50/00GK1873674SQ200610081409
公開日2006年12月6日 申請日期2006年5月18日 優(yōu)先權日2006年5月18日
發(fā)明者王喜富, 關偉, 任遠, 馬繼輝, 彭宏勤, 單麗輝, 王強富, 張又偉 申請人:北京交通大學