改建铁路线路数字化辅助设计方法与系统研究

论文摘要

本文综合分析铁路既有线改建设计的特点,综合应用线路勘测设计基本理论,计算几何及几何造型学,计算机图形学,科学计算可视化以及CAD技术等,较系统和全面地研究了现代路线CAD系统中数字地面模型、图形与数据互动式交互设计、铁路既有线线形模型与交互设计、拢口查询等关键技术的原理、方法及应用。主要取得了如下研究成果：1.研究采用实现了一种快速整体构建DTM的算法,该算法基于逐点插入算法的主要思想,在海量数据管理、内存优化、快速构网及地性线处理等关键过程作了大量优化和改进,并研究了整体建网技术,使得一次处理的点数无上限,生成整体连续无缝的三角网,避免了以往算法在处理海量地形点数据时的分块处理,建网速度在普通PIV微机上达到了80000-85000个三角形／秒,同时考虑了地性线的处理,保证了数模的精度。实践证明,该算法具有整体性好、速度快、网形优、精度高、用途广等优点。2.基于既有线改建设计涉及线路多,参照关系复杂的特点提出了分段参照设计方法,并建立了基于分段参照设计方法的线形模型。在该模型中充分考虑改建线路之间及其与既有线的关系,只需要简单的输入设计线交点相关数据便可快速自动地生成全线贯通的设计线。3.应用最优化原理,实现了适用于偏角法与坐标法的单、复曲线拨量的自动优化计算,解决了既有线曲线整正优化问题。4.应用二阶差商方法和最小二乘原理,利用三步循环法进行变坡点的自动识别的方法。根据轨面线数据快速准确的识别出变坡点的位置,拟合出既有线坡度,具有速度快、效果优的特点。5.参考传统纵面设计模型,结合既有线改建的特点开发了既有线改建纵面设计模块,除实现传统纵断面计算机辅助设计功能外,还实现了自动提取既有线纵断面数据、抬落道量信息动态显示、最小道床厚度动态检测等既有线纵面改建特有的功能。6.根据改建既有铁路设计的特点开发了拢口计算机辅助设计模块,实现了拢口范围自动搜索、拨接段平、纵信息查询、拢口平而图绘制、拢口详细横断面图绘制等计算机辅助设计功能。7.根据研究成果,研发了“改建铁路线路数字化辅助设计系统”（ERDAS）,并成功应用于实践。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究概况
• 1.3 主要研究内容及技术路线
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 研究的技术路线
• 第二章 数字地面模型的构建理论和方法
• 2.1 数字地面模型回顾
• 2.1.1 方格网式数字地面模型
• 2.1.2 鲱鱼骨式数字地面模型
• 2.1.3 离散型数字地面模型
• 2.1.4 分块离散型数字地面模型
• 2.1.5 三角网式数字地面模型
• 2.2 Delaunay三角网基本理论
• 2.3 D —三角网生成算法回顾
• 2.3.1 分治算法
• 2.3.2 逐点插入法
• 2.3.3 生长算法
• 2.4 逐点插入法算法设计
• 2.5 本章小结
• 第三章 既有线平面重构的理论和方法
• 3.1 曲线整正
• 3.2 直线拟合原理和方法
• 3.3 既有线里程的恢复
• 3.4 本章小结
• 第四章 既有线平面改建的理论和方法
• 4.1 传统既有线平面的改建方法
• 4.2 基于Ⅱ线设计方法进行既有线平面改建的理论和方法
• 4.2.1 传统Ⅱ线设计方法
• 4.2.2 参照法
• 4.2.3 分段参照法
• 4.2.4 基于Ⅱ线设计思想的理论基础
• 4.2.5 平面改建情况及处理方法
• 4.2.6 生成贯通设计线
• 4.3 线路平面模型
• 4.4 平面设计的主要计算模型及方法
• 4.5 本章小结
• 第五章 纵断面、横断面改建及拢口设计的理论和方法
• 5.1 既有纵断面的恢复
• 5.2 既有线改建纵断面设计
• 5.3 横断面改建设计
• 5.4 拢口设计方法
• 5.5 本章小结
• 第六章 系统的开发和算例
• 6.1 概述
• 6.2 基本目标
• 6.3 总体结构设计
• 6.4 基本设计概念和处理流程
• 6.5 系统数据结构设计
• 6.5.1 逻辑结构及设计要点
• 6.5.2 物理结构及设计要点
• 6.6 数据结构与程序的关系
• 6.7 系统的主要功能特点
• 6.8 算例分析
• 6.8.1 项目管理
• 6.8.2 数模的建立
• 6.8.3 拨量计算
• 6.8.4 既有线平面恢复
• 6.8.5 平面增改建设计
• 6.8.6 既有线纵断面恢复
• 6.8.7 纵面改建设计
• 6.8.8 路基横断面设计
• 6.8.9 拢口查询设计
• 6.8.10 用地设计
• 6.8.11 图表输出
• 6.8.12 三维可视化展示
• 6.9 成果应用情况
• 6.10 本章小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介
• 攻读硕士期间发表的论文及科研情况