铁路三维大场景虚拟踏勘及线路设计要素系统研究

为解决在二维矢量图中进行铁路选线设计工作时缺乏立体感、不直观的问题，基于SuperMap iObjects. Net GIS组件，采用组件式开发技术研制了铁路三维大场景虚拟踏勘及线路设计优化系统。围绕该系统的设计思路，详细介绍了系统的架构、数据库、功能及界面设计；围绕系统开发关键技术，分别阐述了三维场景中线路方案显示及参数化交互技术、基于最小影响域的线路平纵断面及三维中心线自动更新方法、系统与CAD动态联动实现原理、基于WebService的三维地形模型高程计算、GIS三维模型快速生成方法。该系统综合运用了BIM与GIS技术，采用航测影像、卫星影像、激光雷达点云等多种数据源对铁路沿线及周边的三维大场景进行构建，通过系统研发的各个功能模块能在构建的三维大场景中开展线路虚拟踏勘、专业调查、二三维联动设计、GIS三维模型快速布设、成果展示汇报等工作。系统的应用可以满足铁路设计人员三维选线设计的基本需求，能够进一步提高铁路选线设计效率。     

铁路线路设计中三维实时交互式仿真研究

基于分割—归并思想将线路三维实体分为现状景物实体和虚拟景物实体,分别研究各子实体的三维造型方法,并应用约束Delaunay三角化理论研制拼合算法,实现将各子实体快速拼合成三维整体模型。在此基础上,提出并实现铁路线路三维模型的视相关简化算法,该算法首先应用累进网格技术构建出网格顶点的层次结构,然后依据视锥截取,背面剔除和屏幕投影误差三个视相关简化准则,从层次结构中实时计算出当前视相关简化网格,最后应用真实感图形绘制技术实现铁路线路三维场景的实时交互式仿真。实践证明,该技术可实时生成具有高度真实感的铁路线路三维场景并可通过鼠标或键盘操控浏览路径,从而实现设计成果与设计过程的可视化。     

基于三维大场景的铁路数字勘察与设计优化技术研究及应用

结合铁路设计人员对三维大场景应用需求不断提升，以及铁路三维GIS技术研究及三维可视化平台开发在勘察设计多专业综合应用方面尚存在不足的现状，开展了基于三维大场景的铁路数字勘察与设计优化技术研究，提出了不同阶段铁路三维大场景的制作方法，构建了铁路勘察设计数据库并开发了后台数据管理系统，研发了大场景铁路线路设计优化与决策系统(简称“大场景平台”),实现了铁路三维大场景网络化构建、多源数据管理以及三维虚拟踏勘、专业调查、线路优化、专业设计验证、成果展示等应用功能。经过铁路工程项目实际应用，大场景平台能够满足铁路勘察设计人员室内开展三维数字勘察与设计优化的应用需求，可明显提高铁路勘察设计作业效率及数字化技术水平，并为设计成果数字化交付打下了良好基础。     

基于Revit的铁路线路三维信息平台开发

智能高铁是我国高速铁路发展的趋势,BIM技术融合智能化、信息化等手段,可实现铁路项目的全生命周期管理,提高管理水平和工作效率。根据BIM技术特点,基于Autodesk Revit建立铁路线路三维信息平台,为铁路项目信息化管理提供参考。首先,利用PowerCivil并根据线路平、纵断面等资料,生成线路中心线三维线形,为后续线路三维信息模型建立提供基础条件;随后,将线路中心线三维线形导入Revit平台,利用二维构筑物图纸创建各种构筑物族,再通过Dynamo编写命令将各种构筑物族沿线路里程布置,从而完成线路三维信息平台的构建。研究发现:三维信息平台可满足铁路线路模型三维可视化要求,并将铁路线路设计、施工、运维各阶段的信息进行融合,为铁路项目信息化管理搭建可操作的平台基础。     

基于Unity3D的地铁线路三维模型自动生成的研究

地铁线路三维模型的自动生成有助于快速实现三维视景仿真。以线路平面和纵断面数据为基础,研究了线路路径点的坐标计算方法;采用Unity3D和C#程序,结合数据库技术,实现了数据读取与路径生成;采用线渲染器组件和生成Mesh网格的方法,实现了轨道、道岔等模型的创建;并通过Douglas–Peucker算法,实现对轨道三维模型的简化,有效提升了画面渲染速度和帧率;运用碰撞检测、消息广播等技术,实现了虚拟场景漫游和列车运行模拟。基于该研究开发的软件可快速构建地铁线路模型并进行驱动,为地铁运营场景仿真提供三维视景基础。     

基于WebGL的高速列车在线运行及沿线虚拟地理环境仿真

为实现Web环境下构建高速铁路沿线虚拟地理环境,模拟高速列车运行,首先确定多层次虚拟地理环境的语义组织方式并对铁路沿线地形表面进行多尺度数据建模;再基于GIS技术构建场景数据与基础地理数据的发布与分布式存储方案;最终基于WebGL技术提供集成高速铁路轨道、多尺度遥感影像、数字地表模型等多源数据的铁路沿线虚拟地理环境无插件构建方法,并提供列车信息管理及运行仿真方案。以高铁郑西线为案例线路的实践表明:方案考虑多尺度地形与地物建模、网络环境下大场景渲染、复杂地形的高效率可视化等问题,实现了铁路沿线虚拟地理环境构建和列车运行仿真,对高速铁路列车运行仿真有重要参考价值。     

基于三维大场景的铁路线路方案优化技术研究及应用

随着正射影像采集、无人机倾斜摄影、点云激光扫描等技术的发展，在GIS平台中构建三维场景的方法日趋成熟，现有的数字化选线软件多为图形、数据分离的二维设计软件，在GIS平台下开发的具备符合线路设计业务且勘察设计流程的软件较为欠缺，因此，从统筹规划、数据筛选和利用服务进行铁路选线的角度出发，开发GIS平台下的人机交互线路方案优化功能势在必行。将目前三维GIS领域的新技术应用于系统开发中，结合铁路选线的常规调整优化作业流程，提出基于GIS三维大场景中的线路方案优化流程、三维单一及二、三维组合场景下的线路方案优化方法。通过集成线路表达参数、平面交点、断链、纵断面等线路走向控制数据，对优化区域内的线路方案进行空间变换及同步调整，为线路设计提供更加直观、全面的环境信息，以及与之契合的线路空间实体。在铁路大场景系统中开发线路方案优化模块，通过对2.3 km线路方案进行功能应用，验证了本文所提方法的科学性和实用性。     

基于OSG的铁路三维实时交互式可视化技术研究

针对现有铁路三维可视化技术的局限性,深入研究了大规模地形建模、铁路建模、地形模型与铁路模型的融合等关键技术问题。基于OSG开发了铁路三维实时交互式可视化平台,该平台可以实现大规模铁路三维场景的快速构建,具有交互式漫游、场景编辑、信息查询等功能,已在成渝城际铁路项目中成功应用。     

GIS-BIM在铁路工程建设管理中的应用研究

针对当前铁路工程项目地域广泛、工程复杂,传统的管理模式不能满足多维信息的共享与管理,开展基于GIS-BIM技术在铁路工程建设管理中的应用研究。采用快速建模方法构建大范围三维铁路工程结构物;通过基于数据转换的GIS-BIM融合技术实现铁路工程建设和工程结构的精细化管理;基于倾斜摄影技术,快速真实描述客观场景。利用GIS-BIM技术,构建工程建设环境,工程模型的三维场景,工程结构物模型,实现模型和铁路工程建设项目信息共享与集成、铁路工程建设项目信息化管理。基于GIS-BIM技术构建的铁路工程建设地理信息系统在郑万（郑州南站—万州北站）铁路试点应用,效果良好,此研究可为铁路工程建设信息化、可视化管理提供参考。     

基于ArcGIS Engine的铁路线路GIS的构建与实现

传统的铁路地理信息系统多采用二维平面方式进行构建,无法再现真实世界.将三维GIS技术应用在铁路信息化系统建设中,进行有益的探索.提出铁路线路三维GIS的构建框架,分析数据库和系统功能模块体系的设计思想,并探讨基于ArcGIS Engine技术,建设铁路线路三维GIS的实现方法和关键技术.     

铁路车站三维视景生成方法

利用车站平面拓扑图,根据平面几何和立体几何知识,推导曲(直)线三维坐标和方向的计算公式;根据线路中心线的坐标和方向,推导实体顶点的三维坐标计算公式。在车站平面拓扑图上以任选的1条边作为初始边,根据边的衔接关系、道岔的辙岔号、工务及电务数据,采用曲(直)线三维坐标和方向计算公式,计算车站平面拓扑图内所有边的坐标和方向,作为线路中心线的位置和方向;以线路中心线为基准,依照轨道标准轨距、点式电务设备的尺寸和线路纵断面数据,采用实体顶点的三维坐标计算公式,计算组成轨道和设备的外表面的顶点坐标,生成铁路车站三维视景。该三维视景可用于大规模车站作业仿真的同步三维视景展示。     

基于空天地多源数据的铁路三维大场景构建与应用系统

针对常规平面地形图二维场景存在的缺乏立体感、不直观的问题，提出基于多源空间数据的铁路三维大场景构建方案、铁路三维大场景构建技术流程及数据格式标准化、数据预处理、数据轻量化处理和数据组织管理方法。同时，设计研发了铁路三维大场景应用系统，阐述了系统研发目标、总体架构和系统功能。实践证明，所设计的系统可以为铁路设计人员提供一个更加直观、全面、真实的三维空间设计环境，能够满足铁路工程线路三维虚拟踏勘、专业设计验证和方案三维展示分析等勘察设计工作需要，提升铁路勘察设计数字化、智能化水平。     

线路工程带状走廊三维地形构建及轻量化研究

基于线路工程带状走廊三维地形海量空间数据的特点,总结了线路工程数字高程模型(DEM,Digital Elevation Model)的获取方式和数据来源,对三维地形建模方法及其轻量化处理方式进行了研究。分别通过方格网和三角网2种模式对试验路段地形进行了构建,选取Delaunay算法进行三角剖分,并应用边缘收缩和点删除法对数据进行了轻量化处理。试验结果表明,不规则三角网模型能用更少的数据来合理地表达复杂的地表形态;Delaunay逐点插入算法更适用于线路工程三维地形建模;点删除法对线路走廊带曲面模型的简化效果更好,主要参数未发生改变且失真较小。     

铁路站场设计系统研究与开发

在综合分析既有铁路站场、新建铁路站场勘测设计流程的基础上,开发铁路站场设计系统软件,解决了既有线、新线底层统一建模、平纵横数据联动、站场综合管线辅助设计、站场工程数量统一计算和管理、站场三维场景展示等关键技术。开发成果的应用表明,利用这些技术开发的铁路站场设计系统可在工程设计中推广应用。     

面向铁路行业三维场景快速构建一体化技术研究

研究目的:三维GIS技术已在数字城市等领域取得成功应用,铁路行业对其应用需求也日益强烈,相关科研工作也取得了一定的突破,但仍未实现广泛和成功的应用,其主要原因之一是:如何快速、精确构建面向铁路行业呈长距离带状分布的精细三维场景,为其提供一个开展三维应用的数据支撑平台.研究结论:(1)提出了一套面向铁路行业的三维场景快速构建一体化技术;(2)研发了一套三维GIS平台和一系列软件工具;(3)通过在中老铁路三维设计工作中的成功应用,验证了技术体系的可行性,为铁路行业三维GIS应用探索了一条可供选择的解决方案.     

基于GIS的AHP区间铁路线路方案比选研究

为了确定最优线路方案，综合地形、地物和环境影响等8个因素，包括:坡度、坡向、土地利用、道路、建筑用地、水域和湿地、植物群落和文物古迹等，作为区间铁路线路方案评价指标，建立了基于地理信息系统（GIS）的层次分析法（AHP）线路方案比选模型。以辽宁省康平站—法库站区间铁路线路方案比选为例，进行了基于 GIS 的 AHP 线路方案比选评价分析。该线路方案比选模型对于铁路线路生态环境保护、降低工程造价、避免工程灾害具有重要作用。     

铁路桥梁信息化施工管理平台研发与应用

为解决现有铁路桥梁粗放式建造模式存在的资源高消耗、劳动力短缺、信息集成度不高等问题,文章基于建筑信息模型(BIM,Building Information Modeling)和地理信息系统(GIS,Geographic Information System)技术,设计开发了铁路桥梁信息化施工管理平台;实现了三维可视化的...     

区间测试评估平台的三维交互虚拟场景子系统软件设计

区间信号系统测试评估平台是对铁路区间自动闭塞信号系统进行可靠性、安全性测试及评估的平台。三维交互的虚拟场景子系统是铁路区间信号系统测试平台的一个子系统 ,它为该平台提供了一个虚拟的现场环境。场景子系统划分为 3个子模块 :底层部分、三维模型库、铁路区间仿真部分。底层部分的设计应用了一种支持三维图形重用的动态链接库 (DLL)层次设计方法 ,从而使系统的结构更为合理。基于OpenGL的DLL能提供显示三维图形所必需的各种必要条件 ;能对三维模型库中的基本三维模型进行读取 ,并在OpenGL中重现等。场景子系统的设计中 ,描述了实体的运动层次链接关系和数据结构 ,并实现了三维虚拟场景的建模和铁路区间自动闭塞的仿真。     

BIM技术在沪通铁路线路专业的应用

为推动BIM技术在铁路工程设计中的应用、方便铁路行业选线设计人员了解BIM平台进行铁路线路建模,结合上海—南通铁路（简称:沪通铁路）试点项目,详细阐述BIM平台—Bentley PowerCivil的三维地形建模模块、线路选线模块和选线设计流程。建立的三维地形模型和线路三维模型为桥梁、地质、站场等专业建模提供了基础数据。 Bentley PowerCivil平台在沪通铁路试点项目中的成功应用,可为今后基于该平台开展线路BIM设计提供参考。