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。     

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。     

铁路选线三维联动可视化CAD系统的开发与应用

在分析英国的MOSS、美国的InRail与InRoad、德国的CARD/1等选线软件及澳大利亚旷达线路三维优化规划系统的基础上,开发了具有实时平纵横三维联动和动态仿真可视化的计算机辅助选线系统。介绍系统的主要功能及关键技术:快速整体构建数字地面模型算法,夹点驱动平纵断面设计参数与平纵横实时三维联动显示,线路三维可视化与虚拟场景仿真。在武广、郑西客运专线勘测设计中,该系统发挥了重要的作用,已成为客运专线选线设计必不可少的设计平台。     

基于三维空间场景的铁路选线技术研究

利用先进的机载激光雷达和数码航摄仪采集的高分辨率海量影像数据资源,建立三维空间场景。在"铁路线路虚拟踏勘系统"的海量数据管理平台上,结合CAD平面设计进行铁路选线。研究采用三维虚拟现实技术和CAD平面设计,将基础地形和线路方案相结合,实现基于三维空间场景的铁路选线,使设计方案更加合理,并在一定程度上解决了野外现场调查的人员和设备等投入大的问题。     

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。     

新建铁路线路计算机辅助设计研究与开发

研究目的:铁路工程建设进入快速发展期,项目规模大,建设标准高,为了满足项目设计的需要,迫切需要更新设计手段,有必要开展以矢量地形图为选线参照物,充分利用三维数据研究开发计算机辅助选线设计系统软件.达到提高生产效率,提高设计质量的目的.研究结论:在综合分析各等级新建铁路线路勘测设计流程的基础上,开发了线路计算机辅助设计软件系统,解决了软件系统开发的数字地面建模、图形与数据联动、线路平纵横联动,铁路Ⅱ线的动态交互设计、线路方案管理、线路设计的实时三维可视化等关键技术.开发成果的应用表明,利用这些技术开发的线路计算机辅助设计系统可以在工程设计中推广应用.     

基于GIS的铁路线路设计系统研究与开发

将地理信息系统技术应用于铁路线路设计,开发基于GIS技术的铁路线路设计系统.介绍系统设计的总体思路,对铁路线路设计GIS的建立、基于GIS的铁路选线交互设计方法以及铁路选线设计应用分析模型等关键技术进行详细研究.     

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。     

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。     

Google Earth数据精度分析及在铁路选线设计中的应用

铁路建设在可研阶段常存在资料收集困难、纸质地图陈旧、线路方案比选缺乏直观性等问题,通过对Google Earth免费提供的卫星影像和三维地形数据进行正确性、可靠性及精度的分析比较,以确定Google Earth资源应用于铁路选线设计的可行性、有效性及具体范围,从而有效地解决当前铁路选线设计中存在的问题。充分利用Google Earth资源,可帮助设计人员实现二维选线向三维选线转变,大大提高了铁路设计效率和设计铁路的综合指标,有着广泛的应用前景。     

基于三维场景的铁路车站列车运行联锁控制仿真研究

联锁控制对铁路车站的调度指挥和列车的有序安全运行起着非常关键的作用。为保证铁路车站联锁控制及列车运行演练的真实性和安全性,提出铁路车站联锁控制及列车运行三维虚拟仿真的总体框架。从铁路车站联锁功能入手,设计车站联锁控制的数据结构、功能逻辑和联锁控制仿真算法,实现了铁路车站联锁的逻辑控制及人机交互仿真。采用面向对象的层次分级法,设计铁路车站设备三维模型的层次结构。通过创建预制体并修改其组件的方式,构建铁路车站列车运行三维虚拟场景模型。结合铁路线路逻辑模型,提出了面向联锁控制的列车运行虚拟寻路算法和列车运动驱动算法,利用该算法进行列车各车辆空间位置和姿态的连续计算,实现了在三维场景下铁路列车的启动,加减速运动,定点停车、换道等功能。在此基础上,在Unity引擎环境下开发了基于三维场景的铁路车站列车运行联锁控制虚拟仿真系统,该系统支持铁路车站联锁控制人机交互仿真,并可在铁路车站三维场景中的不同视角下,以可视化方式观察信号设备状态变化以及列车的动态运行情况。通过给定的站内列车调度计划表,利用所开发的系统进行了铁路车站联锁控制及列车运行三维仿真。仿真实例表明,所采用的方法及技术方案在车站联锁的仿真...     

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.     

基于实景三维铁路选线的空间控制要素研究

随着选线环境日渐复杂，约束种类日益多样，空间约束逐渐成为影响线路方案最终决策的关键因素，但现有的数字化选线软件缺少对空间控制要素的自动提取和位置分析。针对上述问题，提出“矢量面提取-简化-单体化”的方法从倾斜摄影模型中自动提取空间约束；对线路设计过程中涉及的多种空间约束进行归纳、分类，定制支持参数化修改的约束实体；确定各类空间约束与线路的碰撞检测规则，优化检测过程中的求交算法，完成约束和线路空间位置关系的快速分析，实现实景三维铁路线路调整过程中空间约束的实时检测、预警。根据上述方法在大场景铁路线路设计系统中开发空间约束处理模块，通过实际案例分析验证本文所提方法的可靠性和高效性。     

基于虚拟环境系统的铁路选线设计技术

介绍了一种基于虚拟环境系统的铁路选线设计技术，即在室内模拟现实环境，让师对线路行经地区的环境进行动态观察和分析，从而进行铁路选线设计。     

铁路线路三维设计研究与开发

铁路选线技术与数字地面模型技术的结合，促使铁路设计向三维设计方向发展，大幅提高了设计效率与质量。概括介绍了铁路三维设计关键的理论研究及开发方法。     

基于BIM+GIS的城市轨道交通选线应用研究

基于GIS信息开展城市轨道交通BIM选线设计是发展智慧交通的必然产物.为了实现线路BIM+GIS正向设计,在分析城市轨道交通正向设计特点基础上,首先提出一种结构化三维环境模型数据标准并形成模型结构树,基于Openrail软件开发了一种兼容多源数据的BIM选线设计平台,生成标准化、结构化三维环境实体模型,结合地理信息模型...     

基于高分辨率影像和大比例地形图快速创建三维模型的方法研究

三维数据的制作在模型方法和软件方面存在一定的限制,利用二维数据快速创建三维地形场景,一直是三维GIS面临的挑战。以SketchUp三维建模软件为基础,在大比例地形图上叠加影像数据生成三维模型,获取影像完整的纹理信息,快速生成逼真的三维场景模型,并探讨其中的技术方法和流程。试验表明,该方法可快速得到纹理、色泽均较为满意的三维地形场景。     

GIS环境下铁路选线设计应用分析模型研究

在分析传统铁路选线设计方法的基础上,对基于GIS的铁路选线设计应用分析模型及其意义进行探讨;提出了铁路选线设计影响因素信息分析提取模型及定线方案综合分析评价模型,介绍了两种模型的建立方法和步骤,并将其应用于基于GIS的铁路选线设计系统。