Ревякин А.А. Изыскания и проектиров. ж.д. Для самостоят. раб. 2017

Рис. 1.9. Основное окно интерфейса программного комплекса Kaprem

Рис. 1.10. Проектирование земляного полотна (система MXRail)

12

Автоматизированная система проектирования AutoCADCivil 3D (Autodesky США) – программный комплекс нового поколения, работающий на платформе AutoCAD и предназначенный для проектирования различных инженерных сооружений, обладающий широким функционалом для обработки данных инженерных изысканий, работы с поверхностями, профилями, сечениями и т.д. Это позволяет проектировать в Civil и линейные объекты, в т. ч. автомобильные и железные дороги.

Отличительные особенности AutoCADCivil 3D:

–работа с 3D-моделью проектируемого объекта с автоматическим получением требуемых проекций, разрезов, профилей и т.п. (рис. 1.11);

–наличие механизма создания стилей, обеспечивающего возможность настройки внешнего вида объектов проектирования в соответствии с национальными стандартами;

–наличие динамической связи между объектами;

–возможность использования ГИС-технологий при проектировании;

–широкие возможности ЗО-визуализации и анимации (рис. 1.12).

Рис. 1.11. План и продольный профиль (AutoCADCivil 3D)

13

пользованием других программных средств. Основная задача, решаемая САПР данного типа, – автоматизация подготовки проектных данных для чертежных работ, массовых и трудоемких.

Научным агентством Правительства Австралии около десяти лет назад была разработана система Quantm. Это, вероятно, первая разработка информационных технологии и методологии (запатентованная), специально ориентированная на автоматизацию выбора направления трассы линейных сооружений.

Система Quantm предназначена для поддержки принятия управленческих решений в процессе выбора полосы варьирования и направлений проектируемых линейных сооружений (железных и автомобильных дорог, трубопроводов и т.п.) с учетом мер по охране окружающей среды, параметров проектирования, пересечений с другими сооружениями.

Варианты направления трассы генерируются в пределах заданной полосы варьирования (между начальным и конечным пунктами) случайным образом. Число рассмотренных вариантов измеряется многими десятками миллионов (используются мощный сервер и суперкомпьютер, находящиеся в Австралии; связь с сервером устанавливается через Интернет). Лучшие варианты (точнее, коридоры, в пределах которых целесообразно проложить трассу варианта) определяются методом статистических испытаний.

Выбранные конкурентоспособные варианты направления трассы затем корректируются в пределах намеченных коридоров также методом статистических испытаний (рис. 1.13). В качестве критерия оптимальности проектного решения по трассе линейного сооружения принимается стоимость его строительства.

Рис. 1.13. Варианты направления проектируемой дороги (система Quantm)

Система Quantm является инструментом планирования и не заменяет систем автоматизированного проектирования на стадии детальной проработки проекта.

15

1.4 Автоматизированное проектирование реконструкции железных дорог

Проектирование реконструкции трассы железной дороги и ее элементов носит комплексный характер и состоит в последовательно-цикличной разработке проектов реконструкции. За ведущий элемент обычно принимается план, при этом последовательность разработки следующая: план продольный профиль поперечные профили (с возвратами).

Для получения информации о геометрических параметрах существующего пути обычно используют геодезическую съемку электронными тахеометрами, автоматически фиксирующими на машинных носителях результаты измерений, которые затем автоматически преобразуются в исходные данные для проектирующих программ.

Использование координатной съемки обеспечивает:

–повышение точности съемки;

–сокращение сроков камеральной обработки;

–четкую ориентацию снятых объектов в координатном пространстве;

–создание ЦММ по результатам съемки.

Кодирование данных съемки производится или непосредственно за прибором, или в камеральных условиях. Код каждой точки определяет ее принадлежность определенному объекту (железнодорожный путь, опора контактной сети, светофор, бровка земляного полотна и т.д.). Наличие кодов точек позволяет использовать их для последующей автоматической обработки результатов съемки, с формированием всех необходимых исходных данных для проектирующих и чертежных программ.

Технология координатной съемки (рис. 1.14) совместно с системой кодирования была разработана для повышения уровня автоматизации проектноизыскательских работ, повышения точности цифрового моделирования объектов проектирования и сокращения времени камеральной обработки данных съемки. Эта технология потенциально несет в себе много возможностей, которые будут открываться вместе с ее развитием.

Рис. 1.14. Последовательность координатной съемки и технология обработки данных

16

Результаты съемки преобразуются в координатную модель объекта проектирования (рис. 1.15) с автоматическим формированием исходных данных для проектирующих программ.

Рис. 1.15. Координатная модель объекта проектирования (станция)

Исходными данными для проектирования реконструкции плана железных дорог являются результаты геодезической съемки, включая информацию о габаритах, междупутьях и т.п.

Возможно использование данных различных методов съемки. Основной из них – координатный, позволяющий использовать цифровые технологии при разработке проектов. Длина участка съемки для совместного расчета параметров элементов плана существующего пути обычно составляет 15–35 км.

Практикуется расчет и отдельной кривой, но после перехода к координатной съемке это не характерно.

Для расчета параметров элементов плана может использоваться координатная модель, показанная на рис. 1.16. В формализованном виде она представляет собой таблицу (матрицу, массив) данных, содержащих описание элементов плана.

Рис. 1.16. Координатная модель плана для расчета сдвигов

17

Набор данных, составляющих модель плана, разделен на две части: первичные и вторичные (расчетные).

К первым относятся: для круговой кривой – координаты центра и радиус (направление кривой определяется знаком, для левых кривых задается положительный радиус, для правых – отрицательный); для прямой – координаты ее начала и признак прямой (формально соответствует радиусу кривой, но задается равным нулю).

Первичные данные содержат минимальный объем информации, необходимой и достаточной для расчета всех параметров элементов плана, составляющих набор вторичных (расчетных) данных. К этим данным относятся: углы поворота круговых кривых, длины круговых и переходных кривых, а также прямых вставок.

Для расчета проектных координат и сдвигов используется модель другого типа (рис. 1.17). В ней все элементы плана – переходные и круговые кривые, прямые вставки – описываются последовательно.

Рис. 1.17

В набор сведений по каждому элементу плана входят:

–координаты хi, yi точки начала элемента;

–расстояние si до начала элемента от начала расчетного участка;

–угол Л поворота в начале элемента;

–радиус riкруговой кривой, для левых кривых он положительный, для правых – отрицательный; задание радиуса равным нулю – это признак прямой.

Таков минимальный объем информации, необходимый и достаточный для определения проектных координат и углов поворота, любой точки плана

18

проектного пути, положение которой определено расстоянием от начала расчетного участка.

Координатные модели плана формируются и взаимно преобразуются в процессе расчета.

Для определения величины проектного сдвига в точке с координатами хс, ус и углом поворота лежащей на существующем пути и находящейся на расстоянии от начала расчетного участка, вычисляют:

– координаты хр и yp точки на проектном пути, лежащей на расстоянии s от начала участка (используется специальный алгоритм):

– на параметрической координатной модели (см. рис. 1.16) находится точкаiдля которой

где p = ri [1– cos(a)]; q = ri [1– sin(a)]; ;

– разность длин проектного и существующего путей – расстояние от данной точки до нормали к существующему пути, восстановленной из точки с координатами xc, yc:

Δs=(yp-yc)), (1.4)

если |Δs| ≤ ε, где ε – малое число, вычисляется величина сдвига Δ, иначе sp = sp + s и расчет повторяется;

– сдвиг – расстояние от данной точки на проектируемом пути до расчетной на существующем пути (по нормали к существующему пути):

Окончательная величина s, полученная при |Δs| ≤ ε, есть разность длин существующего и проектного путей и включается в состав выходной информации.

Сами по себе все эти расчетные формулы несложны, соответствующие расчетные схемы также проще, чем в традиционных методах, и проблема их использования состоит лишь в очень большом объеме вычислений, выполнен только с использованием современной вычислительной техники.

Результаты расчета параметров элементов плана (рис. 1.18):

– точная, геометрически правильная, математическая модель плана на расчетном участке с учетом всех пространственных и нормативных ограничений. Точность модели обеспечивает корректность отображения плана линии на чертежах, создаваемых с использованием цифровых технологий, при разработке проектной документации, а затем и выносе проекта в натуру;

19