信息化技術(shù)對提升鐵路選線設(shè)計的應(yīng)用體會

廖 錦

(中鐵二院（成都）建設(shè)發(fā)展有限責(zé)任公司， 成都 610000)

前言

我國鐵路事業(yè)快速發(fā)展，目前我國鐵路交通已經(jīng)建立起非常完善的網(wǎng)絡(luò)體系，與航空和公路等一般的交通方式相比，鐵路交通運輸具有污染小、成本低以及運力強大、能耗低等優(yōu)點和特點，因此在鐵路建設(shè)蓬勃發(fā)展的時代背景下，國家對于鐵路選線設(shè)計要求也在不斷提高[1]。而以往在鐵路交通選線設(shè)計時，大多在二維平面地圖上進(jìn)行操作，缺乏對水文以及相關(guān)地質(zhì)災(zāi)害的全面了解和把握，所以無法實現(xiàn)設(shè)計信息的交互、修改與瀏覽等。對此，本文采用Google Earth信息化軟件，對鐵路設(shè)計選線工作進(jìn)行應(yīng)用分析。

1.Google Earth數(shù)據(jù)分析處理介紹

Google Earth是一種信息化集成設(shè)計軟件，其集成了遙感數(shù)據(jù)、衛(wèi)星影像資料以及航拍、GIS等柵格數(shù)據(jù)和矢量信息化數(shù)據(jù)資料，并采用分辨率“Rg”作為描述其影像的常用參數(shù)。通常而言，Google Earth視圖高度與分辨率成反比，以Google Earth為代表的信息化設(shè)計軟件信息真實、覆蓋面廣、精度高，其能夠獲取各種數(shù)字化與信息化相關(guān)數(shù)據(jù)資料。所以，將這一技術(shù)應(yīng)用到當(dāng)前我國鐵路交通選線設(shè)計中，能夠借助虛擬的地理環(huán)境建模平臺，對鐵路交通線路進(jìn)行合理設(shè)計與優(yōu)化[2]。

2.分析鐵路選線設(shè)計信息化系統(tǒng)及技術(shù)

Google Earth技術(shù)也被簡稱為“GE”，其提供的是開放、高度集成與共享的地理信息數(shù)據(jù)。在采用GE技術(shù)進(jìn)行鐵路交通選線設(shè)計時，首先需借助GE技術(shù)進(jìn)行視圖切換，獲取鐵路沿線相關(guān)線路地理坐標(biāo)信息數(shù)據(jù)，并進(jìn)行批量化處理。一般而言，視高越大，視圖窗口內(nèi)數(shù)據(jù)量也就越大，則一次性批量能夠提取的數(shù)據(jù)也就越多。但在鐵路選線設(shè)計時，為了提高數(shù)據(jù)獲取效率與精度，必須要選取適宜的視高，減少對視圖的切換次數(shù)，可采用的信息化系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)如下：

2.1 選線設(shè)計信息化系統(tǒng)

2.2.1 AOCAD

AOCAD是一種用于鐵路選線設(shè)計前期規(guī)劃階段的三維空間線路優(yōu)化系統(tǒng)，基于AOCAD計算機信息化技術(shù)可制定鐵路選線設(shè)計初步優(yōu)化技術(shù)方案。為了確保設(shè)計的相關(guān)技術(shù)方案能夠滿足鐵路選線設(shè)計相關(guān)優(yōu)化約束條件，需通過標(biāo)準(zhǔn)化接口經(jīng)過對鐵路選線設(shè)計方案進(jìn)行共享式交互性修改，使之與鐵路精細(xì)化選線設(shè)計實現(xiàn)無縫銜接。

常見的鐵路三維空間線路選線優(yōu)化系統(tǒng)包含的信息化數(shù)據(jù)有環(huán)境數(shù)據(jù)、地質(zhì)信息以及數(shù)字地形信息等。在具體設(shè)計時，需要根據(jù)不同的鐵路線路區(qū)域設(shè)計方案，確定最佳的限度坡度技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、夾直線長、最小曲線半徑等，進(jìn)而對設(shè)計方案中所涉及到鐵路橋涵、隧道路基以及征地拆遷等實際工程費用進(jìn)行準(zhǔn)確計算，由此在鐵路線路設(shè)計中體現(xiàn)其終點、起點及位置和方向甚至途經(jīng)區(qū)域等。

2.2.2 RACAD

RACAD這一信息化技術(shù)主要用于對新建鐵路進(jìn)行數(shù)字化選線，其中包括預(yù)留二線設(shè)計以及新建鐵路雙線設(shè)計和單線設(shè)計等。通過對新建鐵路線路的橫斷面設(shè)計線以及線路平縱動態(tài)設(shè)計線、用地設(shè)計線等進(jìn)行實時聯(lián)動設(shè)計，能夠大規(guī)模實現(xiàn)對新建鐵路三維場景的實時設(shè)計情況進(jìn)行動態(tài)瀏覽。

2.2.3 EACAD

在對既有鐵路空間線位進(jìn)行自動重構(gòu)二線設(shè)計時，需要采用EACAD二線數(shù)字選線系統(tǒng)進(jìn)行鐵路改建與重構(gòu)設(shè)計。基于這一軟件及信息化技術(shù)主要是針對既有完整的鐵路線位進(jìn)行增線貫通設(shè)計與改建全線設(shè)計，進(jìn)而實現(xiàn)對整個鐵路地理信息的平、縱、橫交互關(guān)聯(lián)設(shè)計。

2.2.4 TACAD

TACAD鐵路樞紐數(shù)字選線系統(tǒng)主要用于對鐵路樞紐中多線路方案進(jìn)行關(guān)聯(lián)設(shè)計。在設(shè)計過程中，基于TACAD技術(shù)能夠通過對鐵路線路之間的相關(guān)關(guān)聯(lián)約束性關(guān)系進(jìn)行實時、動態(tài)更新和驗算等組織管理。與此同時，還可采用快捷、方便的道岔布線工具，構(gòu)建鐵路各線路之間的動態(tài)關(guān)聯(lián)性。

2.2 選線設(shè)計技術(shù)

除了上述幾種信息化系統(tǒng)工具外，在鐵路交通信息化選線優(yōu)化設(shè)計時，還需用到以下幾種關(guān)鍵技術(shù)：

首先，是能夠自動生成可供瀏覽的立體三維空間場景數(shù)據(jù)的實現(xiàn)技術(shù)。基于這一技術(shù)，能夠?qū)﹁F路線路三維與二維空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與管理，進(jìn)而實現(xiàn)對三維立體場景的動態(tài)裁剪與調(diào)度。與此同時，還可基于多處理器下的集群處理關(guān)鍵技術(shù)，對多數(shù)據(jù)源動態(tài)進(jìn)行快速管理關(guān)聯(lián)。此外，還可在設(shè)計時，通過地面DEM信息與相關(guān)遙感影像之間的相互疊加，經(jīng)過對光照以及消隱和紋理映射等相關(guān)信息參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，進(jìn)而真實再現(xiàn)鐵路線路的三維景觀。

其次，是用于鐵路選線設(shè)計時的斷面交互、平面交互設(shè)計三維選線關(guān)鍵技術(shù)。基于這一技術(shù)通過對鐵路線路平面進(jìn)行交互設(shè)計，對車站及橋隧等進(jìn)行交互設(shè)計，對排水系統(tǒng)進(jìn)行交互設(shè)計等，最終能夠確定最佳的鐵路選線設(shè)計優(yōu)化技術(shù)方案，然后，針對設(shè)計方案進(jìn)行系統(tǒng)評估、投資評估以及方案評價分析，從而提高鐵路交通選線設(shè)計優(yōu)化合理性與科學(xué)性。

此外，在鐵路線路選線設(shè)計三維虛擬勘踏選線中，需要采用數(shù)據(jù)管理與交互設(shè)計技術(shù)對海量化數(shù)據(jù)進(jìn)行快速處理與管理，進(jìn)而可以幫助勘探設(shè)計人員全面掌握和了解相關(guān)信息。在系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理平臺以及兼容性、靈活性技術(shù)平臺支撐下，可對鐵路線路選線設(shè)計相關(guān)海量化數(shù)據(jù)資料信息等進(jìn)行CAD文件導(dǎo)入與導(dǎo)出、信息資料查找以及鏈接操作等。與此同時，還能夠針對不良規(guī)模地質(zhì)地形和鐵路線路分布范圍進(jìn)行詳細(xì)分析，從而為提高鐵路選線設(shè)計方案提供有益參考。

3.三維立體選線設(shè)計的運用

在具體應(yīng)用過程中，主要包含兩方面的應(yīng)用體現(xiàn)：

一方面，基于上述相關(guān)技術(shù)可搭建能夠為鐵路選線設(shè)計提供信息化輔助依據(jù)的地理環(huán)境虛擬建模仿真平臺。其中，可以借助立體衣服以及眼睛、頭盔等在進(jìn)入式虛擬空間下對空間內(nèi)相關(guān)物體進(jìn)行交互。具體而言，有半進(jìn)入式與完全進(jìn)入式虛擬地理空間兩種虛擬地理環(huán)境。在這些環(huán)境下，通過對三維立體鏡像進(jìn)行實時更新，可采用虛擬技術(shù)以及屏幕投影技術(shù)等，搭建信息化建模仿真技術(shù)平臺，輔助立體可視化設(shè)備，虛擬工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)以及實景仿真系統(tǒng)、數(shù)字信息生成系統(tǒng)等，集交互設(shè)計、虛擬技術(shù)以及高效計算為一體，進(jìn)而更好地完成鐵路交通選線優(yōu)化設(shè)計數(shù)據(jù)采集、分析與處理工作。

另一方面，基于GE技術(shù)可分析鐵路選線設(shè)計相關(guān)影像數(shù)據(jù)精度以及坐標(biāo)信息等，并獲取水系、區(qū)域地貌地形以及城鎮(zhèn)格局分布、路網(wǎng)等，繪制不同比例的等高線地圖，進(jìn)而用于數(shù)字地形圖的制作；同時，還可構(gòu)建數(shù)字地模，將控制點貫穿于鐵路全線，通過提取GE三維坐標(biāo)用于地質(zhì)布孔和輔助測繪，通過專業(yè)的地形地貌分析，可初步獲取鐵路線路行徑區(qū)域地質(zhì)狀態(tài)[3]。

結(jié)束語

綜上所言，GE是一種典型的信息化技術(shù)，其在鐵路設(shè)計中有著非常廣泛的應(yīng)用。基于GE技術(shù)的相關(guān)設(shè)計特點及應(yīng)用優(yōu)勢，本文將這一技術(shù)應(yīng)用到鐵路選線優(yōu)化設(shè)計中，通過應(yīng)用分析，有效提升了鐵路線路設(shè)計可行性與效率，為鐵路線路三維可視化設(shè)計及實現(xiàn)奠定了良好基礎(chǔ)。