铁路枢纽线路CAD关键技术研究
|
摘要
铁路枢纽选线设计过程中涉及到大量的线路,线路之间的关系错综复杂,且存在大量约束。我国各铁路设计单位面临的枢纽设计任务日益繁重,传统的设计方法在设计过程中需要进行大量而繁琐的检算,已不能满足实际生产的需要,而国内对于铁路枢纽选线设计CAD技术方面的研究仍较少。因此,本文通过深入分析铁路枢纽中各类线路的设计方法,针对枢纽选线中线路数量多、线路关系复杂、多约束并存等问题,在既有的新建铁路、改建铁路设计软件系统的基础上,开发了铁路枢纽线路设计CAD系统,主要完成了以下工作：
(1)深入研究铁路枢纽中各类线路的特点及其之间的相互关系。在纵向建立了“群-类-组-线”的层次结构对线路进行快速的索引和分类,在横向建立关联图存储和管理线路关系,实现了对枢纽中线路极其复杂关系的高效组织管理。
(2)综合应用实例化技术,按需创建常驻内存的线路实例,以供随时取用,并根据实例被引用的频数和时间动态卸载引用概率较小的线路实例,有效地减少系统时间开销,并将内存开销控制在合理范围。
(3)基于ObjectARX自定义实体技术,定制了平纵面一体的纵坡平面自定义实体。在此基础上研究了存在道岔引出、接入约束时的线路纵面自动接坡算法,线路间交叉约束的实时检算方法。实现了线路的实时动态耦合约束定线。
(4)深入研究了线路中各类线元之间的交点坐标计算方法,提出了基于经纬距坐标区间预判、线元包络图形预判的二级线元交点坐标预判策略,大大减少线路交点坐标计算的时间。实现了线路交点坐标的实时动态解算。
(5)利用VC++.net2002和ObjectARX2006开发工具,开发了铁路枢纽线路设计CAD系统,并通过工程实例验证了程序的正确性和实用性。
The route design of railway hub is involved with numerous routes, the relations of which are extremely complicated, along with many restrictions. Railway design institutes are faced with increasingly heavy mission of route hub design, for traditional design methods can not meet the need of practical production for the massive and intricate calculation, while internal research on CAD technique of railway hub route design remain quite lacking yet.
Therefore, aiming such problems in hub route selection as massive lines, complcated relation and coexisting restrictions, on basic of existing design software systems of newly-built and rebuilt railway, a CAD system on railway hub route design is provided in this paper by deeply analysis on design methods of different routes of railway hubs. The main work are as follows:
The characters and relations of different routes of railway hubs are deeply studied. Longitudinally, framewok of cluster-type-group-line is established for swift index and classification, as well as respectly chat for memory and administration of routes relations latitudinally, by which efficient organization and administration on hub routes and their extremely complex relations are realized.
By application of instantiation techtique comprehensively, routes cases of resident memory are created on demand for calling anytime. Acording to the calling frequence and time, the cases with a lower reference probability are to be unloaded dynamicly so as to induce the time occupied and to control the memory cost within a reasonable range.
Longitudinal slope selfdefinition object with horizontal and vertical alignment is defined on basic of ObjectARX selfdefinition technique. Followed by research on automatic contact solution of route longitudinal plane with restriction of turnout or turnin, and realtime solution of routes reciprocal bond, which has brought realtime dynamic couple definiton of routes into reality.
Coordinate calculation methods on intersection among line elements are widely studied, prejudge strategy on second class line elements intersection based on longitude and latitude coordinate interval prejudge and line elements prejudge is purposed, by which time on calculation of routes intersection coordinates is greatly induced, and realtime dynamic solution of routes intersections coordinates come true.
A railyway hub route design CAD system is programmed with tools such as VC++.net2002 and ObjectARX2006, and engineering cases are conducted to testify the precision and practicability of the process.
(1)深入研究铁路枢纽中各类线路的特点及其之间的相互关系。在纵向建立了“群-类-组-线”的层次结构对线路进行快速的索引和分类,在横向建立关联图存储和管理线路关系,实现了对枢纽中线路极其复杂关系的高效组织管理。
(2)综合应用实例化技术,按需创建常驻内存的线路实例,以供随时取用,并根据实例被引用的频数和时间动态卸载引用概率较小的线路实例,有效地减少系统时间开销,并将内存开销控制在合理范围。
(3)基于ObjectARX自定义实体技术,定制了平纵面一体的纵坡平面自定义实体。在此基础上研究了存在道岔引出、接入约束时的线路纵面自动接坡算法,线路间交叉约束的实时检算方法。实现了线路的实时动态耦合约束定线。
(4)深入研究了线路中各类线元之间的交点坐标计算方法,提出了基于经纬距坐标区间预判、线元包络图形预判的二级线元交点坐标预判策略,大大减少线路交点坐标计算的时间。实现了线路交点坐标的实时动态解算。
(5)利用VC++.net2002和ObjectARX2006开发工具,开发了铁路枢纽线路设计CAD系统,并通过工程实例验证了程序的正确性和实用性。
The route design of railway hub is involved with numerous routes, the relations of which are extremely complicated, along with many restrictions. Railway design institutes are faced with increasingly heavy mission of route hub design, for traditional design methods can not meet the need of practical production for the massive and intricate calculation, while internal research on CAD technique of railway hub route design remain quite lacking yet.
Therefore, aiming such problems in hub route selection as massive lines, complcated relation and coexisting restrictions, on basic of existing design software systems of newly-built and rebuilt railway, a CAD system on railway hub route design is provided in this paper by deeply analysis on design methods of different routes of railway hubs. The main work are as follows:
The characters and relations of different routes of railway hubs are deeply studied. Longitudinally, framewok of cluster-type-group-line is established for swift index and classification, as well as respectly chat for memory and administration of routes relations latitudinally, by which efficient organization and administration on hub routes and their extremely complex relations are realized.
By application of instantiation techtique comprehensively, routes cases of resident memory are created on demand for calling anytime. Acording to the calling frequence and time, the cases with a lower reference probability are to be unloaded dynamicly so as to induce the time occupied and to control the memory cost within a reasonable range.
Longitudinal slope selfdefinition object with horizontal and vertical alignment is defined on basic of ObjectARX selfdefinition technique. Followed by research on automatic contact solution of route longitudinal plane with restriction of turnout or turnin, and realtime solution of routes reciprocal bond, which has brought realtime dynamic couple definiton of routes into reality.
Coordinate calculation methods on intersection among line elements are widely studied, prejudge strategy on second class line elements intersection based on longitude and latitude coordinate interval prejudge and line elements prejudge is purposed, by which time on calculation of routes intersection coordinates is greatly induced, and realtime dynamic solution of routes intersections coordinates come true.
A railyway hub route design CAD system is programmed with tools such as VC++.net2002 and ObjectARX2006, and engineering cases are conducted to testify the precision and practicability of the process.
引文
[1]陈白磊.现代交通运输背景下大城市铁路枢纽规划研究[博士论文].上海：同济大学.2009
[2]铁路“十一五”规划.中国铁路.2006,11：1-6
[3]蒲浩.现代路线CAD系统关键技术研究：[博士论文].长沙：中南大学.2002
[4]詹振炎.线路规划与设计原理.中南大学出版社.2004.162-170
[5]詹振炎.铁路选线设计的现代理论与方法.中国铁道出版社.2001.43-56
[6]符锌砂.公路计算机辅助设计.人民交通出版社.
[7]陈鹏.铁路既有线及增建Ⅱ线平面计算方法的研究及软件研制[硕士论文].成都：西南交通大学.2005
[8]丁建明,杨顺新,王富民.动态、交互道路CAD平面设计系统研究.东南大学学报.1998
[9]杨东援,朱熙宏.关于路线CAD系统中平面线形模型的研究.华东铁路.1991(8)：36-40
[10]韩峰.既有线改建设计三维CAD系统研究.兰州铁道学院学报(自然科学版).2002,21(1)：41-43
[11]王磊.既有铁路平面改建CAD系统理论与方法的研究[硕士论文].长沙：中南大学.2008
[12]蒲浩,宋占峰,詹振炎.公路路线设计的一体化与可视化.中南大学学报(自然科学版).2004
[13]潘登.计算机辅助设计在公路平面选线初期的应用.中国高新技术企业.2008
[14]张玥.公路路线计算机辅助设计系统研究与开发[硕士论文].西安建筑科技大学.2004
[15]辛强.浅谈公路CAD技术的现状与发展.辽宁交通科技2005
[16]熊斌.基于4D模型的高速公路施工进度仿真[硕士论文].长沙：中南大学.2008
[17]钟晶.城市轨道交通线路CAD系统研究与开发[硕士论文].长沙：中南大学.2008
[18]彭利辉,蒲浩.道路平面线型交互式设计方法研究.铁路计算机应用2006
[19]李伟,蒲浩.一种求解2条任意类型缓和曲线交点的通用算法.铁道科学与工 程学报.2007
[20]宋占峰.道路线路实时动态三维可视化设计理论和方法的研究[博士论文].长沙：中南大学2003
[21]陈开周.最优化计算方法.西安：西北电讯工程学院出版社,1985
[22]薛嘉庆.最优化原理与方法.北京：冶金工业出版社,1992
[23]郝瀛.铁道工程.北京：中国铁道出版社,2000
[24]王怀.数字铁路选线系统的研究及实现[D].西南科技学院：陕西西安,2002
[25]郭荣杰,王松民.既有线纵断面优化及自动出图[J].兰州铁道学院学报,1995,(09)
[26]王齐荣,马讳.缓和曲线和曲线线间距加宽标准的指定[J].铁道标准设计,1998(4)
[27]徐成贤,陈志平.近代优化方法.西安：西安交通大学出版社,2002
[28]李明华.既有线改造的过渡与拨接施工[J].铁道标准设计,2000(01)
[29]张文波.铁路既有线曲线拨接施工[J].铁道建筑,2004(07)
[30]邓小春.浅谈公路的线性设计[J].黑龙江交通科技,2010(04).
[31]徐志飞.铁路曲线拨正优化计算综合程序[J].上海铁道大学学报,1996(9).
[32]邵明亮.旧路加宽改建设计与施工技术研究[D].长安大学：陕西西安,2009
[33]丰立柱.铁路线路平面平顺性拟合及线间距计算模型研究[D].西南交通大学：四川成都,2007
[34]丁克良,刘大杰,周全基.既有铁路曲线整正平差算法[J].测绘学报,2004,33(3)：195-199.
[351谢政,李建平,汤泽滢.非线性最优化[M].长沙：国防科技大学出版社,2003：209-238.
[36]石星,蒋红斐,孙晓丽.基于单元的铁路线路平面设计及其数据管理方法[J].铁路计算机应用,2010,19(9)：49-51.
[37]程军民.浅谈高速铁路线路平面设计[J].甘肃科技,2003,19(7)：28-30.
[38]王福军,张志民,张师伟AutoCAD2000环境下C/Visual C++应用程序开发教程.北京：北京希望电子出版社
[39]彭先宝.计算机辅助铁路选线设计理论与方法研究[硕士论文].长沙：中南大学2008
[40]刘毅.基于满意度优化的线路平面优化技术研究及CAD系统研制[硕士论文].成都：西南交通大学2010
[41]郑艳.道路三维可视化研究[硕士论文].辽宁工程技术大学2006
[42]唐利民.道路地形动态三维可视化及相关属性查询研究[硕士论文].长沙理工 大学2005
[43]吕希奎.基于遥感信息的选线系统地理环境建模方法及应用研究[博士论文].成都：西南交通大学2008
[44]罗斌.铁路线路三维选线设计中静观建模方法的研究[硕士论文].成都：西南交通大学.2002
[45]聂良涛.虚拟环境铁路选线系统的静观环境建模方法研究[硕士论文].西南交通大学.2009
[46]李妍.地铁线路纵断面计算机辅助设计研究[硕士论文].北京交通大学.2006
[47]杨长根.基于虚拟环境选线系统的航测选线方法研究[硕士论文].成都：西南交通大学.2009
[48]段晓峰.基于满意优化的铁路新线纵断面优化方法及CAD系统研究[硕士论文].成都：西南交通大学.2006
[49]詹振炎.梯度投影法及其在铁路纵断面设计中的应用.长沙铁道学院学报,1979,26(4)：32-37
[50]何莉.铁路线路构造物三维模型库的研究[硕士论文].成都：西南交通大学.2007
[51]缪鹃,詹振炎.基于直线约束的铁路线形设计通用方法.中国铁路学报,2002
[52]刘传朋.长昆客运专线引入贵阳枢纽方案评价探讨[硕士论文].成都：西南交通大学.2009
[53]秦仁杰,张映雪,符锌砂.基于数据库的路线平面设计系统.交通与计算机,1999,17(4)：45-48
[54]缪鹍.图形屏幕上路线平面设计方法的研究及其应用软件的开发[硕士论文].长沙：中南大学.2001
[55]王卫东,詹振炎.坐标法计算线间距及其电算实践.长沙：长沙铁道学院学报.1998
[56]Eugene Olafsen著,王建华译.MFC Visual C++6编程技术内幕.北京：机械工业出版社,2000
[57]artin Heller著,祝远玲译,Win32高级程序设计.北京：电子工业出版社,1994
[58]John E. Swanke著,前导工作室译.Visual C++MFC扩展编程实例.北京：机械工业出版社,2000
[59]94]M. Gavril ova. Reliable line segment intersection testing[J]. Computers—Aided Design,2000, (32):737～745
[60]David J. Kruglinski,王国印译.Visual C++技术内幕[M].北京：清华大 学出版社,1999’
[61]Microsoft著,王命译,用Visual C++设计Win32应用程序,北京：学苑出版社,1994
[62]Esakov J, WeiSS T. Data Structures:An Advanced Approach Using C. Prentice—Hal 1, Inc.,1989
[63]Tremblay J P, Sorenson P G. An Introduction to Data Structure with Applications, Second Edition. McGraw—Hill, Inc.,1984
[64]J. D. Ullman. Principles of Database and Knowledge—base Systems, V01.1, VO1.2. Computer Science Press,1988
[65]933B. K. Roy. Geometric design of compound horizontal curves[J]. Journal of Transportation Engineering,1994
[2]铁路“十一五”规划.中国铁路.2006,11：1-6
[3]蒲浩.现代路线CAD系统关键技术研究：[博士论文].长沙：中南大学.2002
[4]詹振炎.线路规划与设计原理.中南大学出版社.2004.162-170
[5]詹振炎.铁路选线设计的现代理论与方法.中国铁道出版社.2001.43-56
[6]符锌砂.公路计算机辅助设计.人民交通出版社.
[7]陈鹏.铁路既有线及增建Ⅱ线平面计算方法的研究及软件研制[硕士论文].成都：西南交通大学.2005
[8]丁建明,杨顺新,王富民.动态、交互道路CAD平面设计系统研究.东南大学学报.1998
[9]杨东援,朱熙宏.关于路线CAD系统中平面线形模型的研究.华东铁路.1991(8)：36-40
[10]韩峰.既有线改建设计三维CAD系统研究.兰州铁道学院学报(自然科学版).2002,21(1)：41-43
[11]王磊.既有铁路平面改建CAD系统理论与方法的研究[硕士论文].长沙：中南大学.2008
[12]蒲浩,宋占峰,詹振炎.公路路线设计的一体化与可视化.中南大学学报(自然科学版).2004
[13]潘登.计算机辅助设计在公路平面选线初期的应用.中国高新技术企业.2008
[14]张玥.公路路线计算机辅助设计系统研究与开发[硕士论文].西安建筑科技大学.2004
[15]辛强.浅谈公路CAD技术的现状与发展.辽宁交通科技2005
[16]熊斌.基于4D模型的高速公路施工进度仿真[硕士论文].长沙：中南大学.2008
[17]钟晶.城市轨道交通线路CAD系统研究与开发[硕士论文].长沙：中南大学.2008
[18]彭利辉,蒲浩.道路平面线型交互式设计方法研究.铁路计算机应用2006
[19]李伟,蒲浩.一种求解2条任意类型缓和曲线交点的通用算法.铁道科学与工 程学报.2007
[20]宋占峰.道路线路实时动态三维可视化设计理论和方法的研究[博士论文].长沙：中南大学2003
[21]陈开周.最优化计算方法.西安：西北电讯工程学院出版社,1985
[22]薛嘉庆.最优化原理与方法.北京：冶金工业出版社,1992
[23]郝瀛.铁道工程.北京：中国铁道出版社,2000
[24]王怀.数字铁路选线系统的研究及实现[D].西南科技学院：陕西西安,2002
[25]郭荣杰,王松民.既有线纵断面优化及自动出图[J].兰州铁道学院学报,1995,(09)
[26]王齐荣,马讳.缓和曲线和曲线线间距加宽标准的指定[J].铁道标准设计,1998(4)
[27]徐成贤,陈志平.近代优化方法.西安：西安交通大学出版社,2002
[28]李明华.既有线改造的过渡与拨接施工[J].铁道标准设计,2000(01)
[29]张文波.铁路既有线曲线拨接施工[J].铁道建筑,2004(07)
[30]邓小春.浅谈公路的线性设计[J].黑龙江交通科技,2010(04).
[31]徐志飞.铁路曲线拨正优化计算综合程序[J].上海铁道大学学报,1996(9).
[32]邵明亮.旧路加宽改建设计与施工技术研究[D].长安大学：陕西西安,2009
[33]丰立柱.铁路线路平面平顺性拟合及线间距计算模型研究[D].西南交通大学：四川成都,2007
[34]丁克良,刘大杰,周全基.既有铁路曲线整正平差算法[J].测绘学报,2004,33(3)：195-199.
[351谢政,李建平,汤泽滢.非线性最优化[M].长沙：国防科技大学出版社,2003：209-238.
[36]石星,蒋红斐,孙晓丽.基于单元的铁路线路平面设计及其数据管理方法[J].铁路计算机应用,2010,19(9)：49-51.
[37]程军民.浅谈高速铁路线路平面设计[J].甘肃科技,2003,19(7)：28-30.
[38]王福军,张志民,张师伟AutoCAD2000环境下C/Visual C++应用程序开发教程.北京：北京希望电子出版社
[39]彭先宝.计算机辅助铁路选线设计理论与方法研究[硕士论文].长沙：中南大学2008
[40]刘毅.基于满意度优化的线路平面优化技术研究及CAD系统研制[硕士论文].成都：西南交通大学2010
[41]郑艳.道路三维可视化研究[硕士论文].辽宁工程技术大学2006
[42]唐利民.道路地形动态三维可视化及相关属性查询研究[硕士论文].长沙理工 大学2005
[43]吕希奎.基于遥感信息的选线系统地理环境建模方法及应用研究[博士论文].成都：西南交通大学2008
[44]罗斌.铁路线路三维选线设计中静观建模方法的研究[硕士论文].成都：西南交通大学.2002
[45]聂良涛.虚拟环境铁路选线系统的静观环境建模方法研究[硕士论文].西南交通大学.2009
[46]李妍.地铁线路纵断面计算机辅助设计研究[硕士论文].北京交通大学.2006
[47]杨长根.基于虚拟环境选线系统的航测选线方法研究[硕士论文].成都：西南交通大学.2009
[48]段晓峰.基于满意优化的铁路新线纵断面优化方法及CAD系统研究[硕士论文].成都：西南交通大学.2006
[49]詹振炎.梯度投影法及其在铁路纵断面设计中的应用.长沙铁道学院学报,1979,26(4)：32-37
[50]何莉.铁路线路构造物三维模型库的研究[硕士论文].成都：西南交通大学.2007
[51]缪鹃,詹振炎.基于直线约束的铁路线形设计通用方法.中国铁路学报,2002
[52]刘传朋.长昆客运专线引入贵阳枢纽方案评价探讨[硕士论文].成都：西南交通大学.2009
[53]秦仁杰,张映雪,符锌砂.基于数据库的路线平面设计系统.交通与计算机,1999,17(4)：45-48
[54]缪鹍.图形屏幕上路线平面设计方法的研究及其应用软件的开发[硕士论文].长沙：中南大学.2001
[55]王卫东,詹振炎.坐标法计算线间距及其电算实践.长沙：长沙铁道学院学报.1998
[56]Eugene Olafsen著,王建华译.MFC Visual C++6编程技术内幕.北京：机械工业出版社,2000
[57]artin Heller著,祝远玲译,Win32高级程序设计.北京：电子工业出版社,1994
[58]John E. Swanke著,前导工作室译.Visual C++MFC扩展编程实例.北京：机械工业出版社,2000
[59]94]M. Gavril ova. Reliable line segment intersection testing[J]. Computers—Aided Design,2000, (32):737～745
[60]David J. Kruglinski,王国印译.Visual C++技术内幕[M].北京：清华大 学出版社,1999’
[61]Microsoft著,王命译,用Visual C++设计Win32应用程序,北京：学苑出版社,1994
[62]Esakov J, WeiSS T. Data Structures:An Advanced Approach Using C. Prentice—Hal 1, Inc.,1989
[63]Tremblay J P, Sorenson P G. An Introduction to Data Structure with Applications, Second Edition. McGraw—Hill, Inc.,1984
[64]J. D. Ullman. Principles of Database and Knowledge—base Systems, V01.1, VO1.2. Computer Science Press,1988
[65]933B. K. Roy. Geometric design of compound horizontal curves[J]. Journal of Transportation Engineering,1994