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。     

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。     

铁路数字化选线三维地质环境建模方法

铁路数字化选线设计达到实用水平的关键是复杂地质区域的数字地质选线技术。本文采用插值n次Bézier曲线和三次参数样条曲线分别实现不同类型地质对象在三维地质环境中的矢量化表达;采用CDT构建方法建立地质对象约束TIN模型,基于纹理定位和影像纹理坐标计算方法,实现栅格解译影像的定位和表达;实现将铁路数字化三维选线的矢量数据、栅格数据一体化的三维地质环境建模方法。根据直观地质遥感解译影像,建立OBB包围盒算法,自动判断线路与地质对象的空间冲突。在三维地形环境的基础上,建立超地图模型,实现三维地质环境和三维地理信息的统一集成和应用。实例表明,本文的三维地质环境模型能够较好满足复杂地质区域的数字选线要求。     

铁路工程地质选线三维可视化技术与评价方法研究

研究目的:针对山区铁路地质选线中的地质条件复杂、线路方案多、论证周期长、方案决策难的问题,研究三维可视化地质选线技术和GIS工程地质评价方法,实现地质选线和评价方法的模型化、定量化和系统化.研究结论:通过研究多源地质信息集成、遥感信息提取、三维地理建模以及工程地质评价方法,建立三维可视化GIS集成体系,实现地质资料管理、空间分析、专题图制作、三维浏览功能,从而有效提高山区铁路地质选线的效率和可靠性.     

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。     

基于OSG的铁路站场三维场景层次细节建模研究

研究目的:BIM建模的重要环节是实现三维可视化模型的创建。在铁路站场的设计工作中,实时生成的三维场景模型可为设计成果提供参照,增加设计的准确性。但站场设备众多且庞杂,如何组织数据,快速生成适应站场设计阶段方案修改要求、调度流畅的实时三维可视化模型是创建三维场景模型的难点。研究结论:(1)提出层次细节三维站场模型构建方法,解决了大数据量模型加载时间长、硬件要求高的问题;(2)提出合理的数据管理结构,创建设计数据独立于建模过程的建模方法;(3)基于本文方法完成站场三维场景平台搭建,可实现站场三维快速建模、动态加载和交互式浏览,显著提高工作效率;(4)该研究成果可广泛应用于公路、隧道、水利等其他工程领域的三维层次细节建模及三维场景管理中。     

高速铁路牵引计算与三维运行仿真研究

结合高速铁路选线设计特点,以高速列车的受力分析为基础,依据最快速度牵引策略,在满足限速约束与操控约束的条件下构建双向牵引计算单元模型,运用分单元依次连续计算的思路,实现了新建高速铁路自动连续牵引计算.通过将高速铁路牵引计算与大规模铁路三维场景构建技术有机结合,搭建铁路三维运行仿真平台,并根据选线设计与牵引计算相关成果,...     

基于GIS的风沙地区铁路选线不良地质环境建模及线路优化设计研究

风沙地区铁路选线主要受制于地质因素、环境因素，实现沿线区域地质环境建模是减灾选线及线路优化设计的基础。为提高沙害区线路方案设计的效率与水平，借助遥感技术实现铁路沿线风沙灾害信息识别与提取，设计多源异构地质数据的入库规则与存储方式，建立基于GIS的风沙地区铁路选线不良地质信息库，实现灾害数据的统一管理；利用获取的选线区域矢量、栅格、专题数据，基于GIS建模功能构建风沙区选线地质环境模型，实现不良地质信息的多维表达与空间分析，通过可视化的立体选线方法进行线路方案的优化设计。以格库铁路某沙害区选线为例，建立线路三维地质环境实体模型，通过分析风沙流对平面穿越和立体绕避2个线路方案的危害程度，得到了较为合理的设计结果。研究表明，本方法能够为今后风沙地区铁路选线设计提供一定的技术支撑。     

基于WebGIS的铁路线路三维场景构建

文章基于WebGIS技术,研究了铁路线路三维场景构建方法并将其应用于工程实践中。利用数字高程模型（DEM,Digital Elevation Model）与高分辨率遥感影像构建了铁路线路三维带状地理环境;对铁路工程要素模型进行参数化建模,并将建筑信息模型（BIM,Building Information Modeling）与三维地理环境场景进行交互定位;基于ArcGIS Online平台,实现某条铁路线路三维场景的发布、在线浏览、空间分析等功能的应用。     

基于遥感数据的选线三维地理环境建模方法

遥感技术、数字摄影测量技术可以快速获取选线区域的数字高程模型和影像数据,结合计算机图形学、科学计算可视化快速建立虚拟选线系统的三维真实地理环境,从而在该三维环境中进行选线设计。针对虚拟环境铁路选线系统大规模地形的特点,给出一个与视点相关、视线方向相关、地形起伏幅度相关、格网最小间距相关的连续多分辨率简化网格模型,克服拼接裂缝问题,实现基于四叉树的动态多分辨率三维地形实时显示与漫游。试验结果表明,该方法可以很好地满足虚拟环境选线系统大规模三维地形可视化和实时漫游的要求。     

面向检修的CRH_3动车组转向架虚拟仿真系统开发

针对CRH3动车组转向架的结构特点以及检修业务对虚拟仿真技术的需求,综合应用计算机仿真、建模、虚拟现实与多媒体技术,设计开发了面向检修的CRH3动车组转向架虚拟仿真系统。详细介绍了系统开发中的关键技术,包括模块化结构的CRH3动车组转向架三维建模和模型转换技术、基于虚拟现实的三维可视化浏览技术、动态装配仿真技术、检修信息查询以及多媒体实现技术。该系统可以辅助CRH3动车组设计、工艺人员制定合理、高效的检修方案,并可以应用于动车组运用、维护、检修人员的技术培训。     

轨道交通三维视景模型的建模与控制

提出了基于MSTS（Microsoft Train Simulator）平台的轨道交通三维视景建模方法，分析了其视景模型特点，介绍了静态模型、动态模型建模与导入线路的过程，并以屏蔽门模型、信号机和道岔模型为例，详细介绍了动态模型的控制方法。实践证明，基于MSTS平台的建模方法具有高效性、可扩展性与灵活性。     

预应力连续刚构桥梁BIM精细化建模实例

桥梁BIM模型构建技术是运用BIM建模软件建立参数化3D、4D乃至n D桥梁BIM模型,运用信息模型基础数据为桥梁全生命周期服务,为参与桥梁建设各方提供信息化交流平台,为实现建设对象可视化、施工进度控制动态化、信息数据采集智能化提供技术支持。以湖润1号大桥的3D、4D模型构建为例,阐述采用Revit构建大桥模型全过程,提出一种桥梁BIM模型精细化构建的方法与思路。     

列车运行三维动态视景仿真

列车运行的三维视景仿真可在设计阶段把新车外观和内饰展现给用户,并为线路规划、列车运行调度等提供依据。对列车运行视景仿真方案进行分析的基础上,建立了地形地貌、轨道、建筑物及车辆的三维视景模型。从提高动态仿真效率和渲染速度的角度出发,采用基于图形与图像的混合建模方法和LOD与纹理映射技术,实现了列车运行的三维动态视景仿真,达到具有较高逼真度的视景效果。     

铁路线路三维可视化设计方法研究

着重介绍了利用航测或外业勘测地形数据,在微机上建立设计线行经地区的三维空间的地形模型;利用平面、纵断面、横断面及桥、隧、路基等设计数据建立线路三维模型,以及将这两个模型拼合在一起形成铁路线路三维景观模型的方法.该方法的特点是在拼合地表曲面和线路表面时采用了分治算法,故计算工作量较少且速度快.在此基础上,通过集成Auto CAD及3DS即可达到对铁路线路进行三维造型的目的.     

现代路线CAD系统关键技术研究

综合应用计算机图形学、计算几何及几何造型学、科学计算可视化、人机交互、虚拟现实、计算机动画等理论和技术，针对现代路线CAD系统中的数字地面模型、路线交互设计、路线三维实体造型、路线三维模型简化、真实感图形绘制及路线三维场景的实时动态显示等关键技术进行深人细致的研究。通过深人剖析传统的路线二维平、纵、横设计与三维可视化设计之间的关系，论述二者不是互相取代、此消彼长，而是互为补充、相辅相成的关系，应紧密结合、综合运用。基于这一思想，     

虚拟钻孔技术在水利水电三维地质建模中的应用

为修正三维地质建模的结果与实际分布情况的差别,在CATIA软件基础上开发的水利水电三维地质建模平台上引进虚拟钻孔技术修正三维地质模型。系统分析三维地质模型误差的主要来源,包括建模初始资料与地质建模方法;介绍虚拟钻孔技术在水利水电三维地质模型中的适用范围,并提出虚拟钻孔技术修正三维地质模型的方法;以某大型水利工程为例,结合虚拟钻孔技术在三维地质建模平台上的建模流程,系统阐述其在三维地质建模平台上修正地质模型的过程,计算结果达到了修正的目的。研究结果表明：虚拟钻孔技术的引进能一定程度提高三维地质模型的精度,该技术可以为其它的三维建模与可视化研究所借鉴。     

城市轨道交通站台门参数化三维建模软件开发与应用

随着城市轨道交通飞速发展,站台门得到广泛运用,其设计工作量以及业主对站台门BIM(建筑信息模型)设计需求与日俱增。为了提高设计质量与效率,研究站台门系统结构组成、安装设计工艺与模型特征参数,利用遍历命名技术与基于模型特征化的三维设计技术,开发了站台门参数化三维建模软件。实现了站台门参数化建模和自动装配,提供了可视化模型,并在5 min内响应设计方案,为站台门BIM设计打下基础。     

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。     

强夯加固软土地基机理的有限元分析

利用三维有限元法模拟强夯软土地基过程，对饱和土结构在受夯击时的变形及渗流情况进行分析，计算在夯击过程中地基内应力、位移、孔隙压力的变化，分析地基表面因夯击而引起的沉降位移和接触压力。结合现场实例分析对比，证明强夯加固软土地基完全可以用三维有限元程序进行精确模拟。试验数据及有限元模拟结果说明只要在能够确保人工排水体系的可靠运作，强夯垫层完全可以用粉细砂来取代，即在饱和软土地基强夯法加固过程中使用“无垫层”技术。与传统的强夯技术相比，强夯联合塑料排水板加固地基方法可以在不破坏土体原有结构的基础上实现加固饱和软土地基的功效。