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。     

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WebGL引擎的铁路工程BIM+GIS平台研发及(设计阶段)应用

随着铁路行业BIM设计软件和二次开发插件的不断完善，铁路工程中的BIM设计方法正日趋成熟。为了更好地解决BIM软件自身在整体组装、周边地理信息融合、模型尺度表达、一致分析、全局定位存在的不足，提升设计模型集成和信息共享的效率，解决设计人员对设计区域场景立体感不足、多源信息获取不直观、设计专业间交互欠缺及汇报展示过程效率低等问题，依托某铁路项目，开展了针对铁路工程的BIM+GIS平台研究。平台整体采用B/S模式，后台通过融合多源GIS数据、多专业BIM设计模型数据和项目专业人员角色权限数据的综合数据应用构建方案，实现了多源数据的融合与入库；前端以WebGL引擎为底座，开发实现基于设计阶段的场景应用。在此基础上，平台实现了基于人员角色权限的多源异构GIS数据和多专业BIM模型数据的整合与共享，实现了场景数据基础管理、三维空间分析、三维标注与绘制、定位展示查询和快速建模等功能。通过某铁路实际应用验证表明，该BIM+GIS平台准确还原线路周边地理、地质环境，在方案优化、专业接口优化、专业设计优化、差错漏碰冲突检查及可视化交付方面提高了专业内部和专业间的协同设计效率，减少了设计中的差错漏碰及丰富...     

基于SketchUp和ArcGIS的三维GIS开发技术研究

三维GIS是目前GIS科学发展的新趋势之一,针对目前二维GIS数据丰富,三维建模耗时长、三维分析功能不足等现状,提出一条利用SketchUp批量处理二维GIS数据,快速实现三维场景建模;利用ArcGIS平台进行二次开发,实现三维场景驱动,从而完成三维GIS开发的技术路线,并设计开发了相应的实验系统,展示了该路线的可行性与实际应用效果.     

基于GIS的数字铁路选线在工程设计中的应用

研究目的:基于GIS的铁路选线设计,关键的技术实现是空间数据的统一与转换,建立在地理元数据标准之上的统一空间数据架构,是实现从工程数据到地球空间数据转换的依据,通过空间变换机制,实现工程数据与GIS空间数据的统一,并运用GIS的空间数据组织能力、空间分析与三维建模表达技术,为工程设计提供作业数据与直观的分析应用平台。研究结论:基于GIS的铁路选线设计,不仅为基于空间分析的方案策划、工程设计、数据获取、数量统计与三维展示提供了广泛地面向空间信息技术的应用平台,也为大区域的空间工程建设提供了更为合理的数据组织基础,展现出与传统平面设计的优势,为大区域工程设计提供了一种更科学的设计手段。     

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。     

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.     

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GIS的不良地质区域线路方案优选方法研究

现代铁路选线设计特别注重复杂地质条件下的线路方案设计及比选问题,而地质问题涉及因素众多,线路方案决策具有较强综合性特点。利用GIS的数据管理和空间分析决策功能可以实现线路方案行经区域不良地质特性的有效表达和提取,并且可以分析出不同线路之间行径区域的不良地质情况对比。通过利用ArcGIS构建不良地质区域铁路走向辅助决策的层次分析模型,并且结合层次分析法,实现基于地质选线的方案优选。     

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。     

基于数字地球的铁路三维空间选线技术研究

研究目的:基于数字地球建立铁路三维空间选线平台.研究结论:系统充分利用了数字地球软件提供的数字地形及高清影像等基础地理信息资源,建立了三维空间选线平台,并在"安康至张家界"、"郑州至万州"等项目中成功应用,应用表明该系统具有以下特点: (1) 实现了从Google Earth中的实时批量提取数字地形与影像数据;(2) 利用Google Earth的KML技术实现在Google Earth进行铁路平面定线,使Google Earth成为铁路的三维空间选线平台;(3) 建立了一个铁路线路及沿线自然环境的属性信息录入和查询机制;(4) 在传统AutoCAD平台下构建了新建铁路线路平、纵、横设计模块,满足铁路线路精细设计阶段的的各种功能,重点解决了纵断面优化问题;(5)实现了铁路设计成果在Google Earth中的三维可视化.     

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GIS的风沙铁路选线地理环境数据库设计

研究目的:地理环境数据是铁路选线设计的基础。为解决风沙地区铁路选线中多源数据的存储管理、空间分析和选线应用,利用GIS在空间数据管理及应用系统构建方面的优势,建立基于GIS的风沙地区铁路选线地理环境空间数据库系统,提升多源异构数据在线路设计中的应用水平和工作效率。研究结论:(1)根据选线影响因子的特征,从数据的组织分类、数据库总体结构设计等方面研究了风沙地区选线地理环境空间数据库的设计思路和关键技术;(2)借助VS编译环境和AE技术,利用C#语言开发了集线路地理环境空间数据与融合应用于一体的数据库系统;(3)实现了风沙地区线路设计中多源异构空间数据与属性数据的存储、统一管理和空间分析,增强了数据的应用能力;(4)本文研究成果可为风沙地区铁路减灾选线设计工作提供有效的技术支撑。     

基于AI的桥梁自动布跨及三维可视化技术研究

在铁路桥梁布跨设计过程中，存在工作量大、自动化水平不高、方案展示不直观等问题。为优化桥梁方案设计、提高桥梁布跨设计效率，提出一种基于AI的桥梁自动布跨及三维可视化方法。针对桥梁人工布跨效率低的问题，引入强化学习的人工智能算法，根据桥梁布跨原则，自动计算桥墩位置，优化桥梁设计方案，提高桥梁布跨效率；针对方案展示不直观的问题，基于Cesium平台，构建三维地理环境场景，读取线路数据，定制桥梁参数模板，创建和展示桥梁方案模型。基于上述方法，开发了桥梁自动布跨及三维可视化软件，实现了AI自动布跨及真实环境场景下的桥梁方案展示。在某城际铁路中，应用桥梁自动布跨和三维可视化技术进行桥梁设计方案的比选和优化，为设计决策提供技术依据，证明该方法在实际工程项目中具备可行性和实用性，有助于减少人力资源的浪费，提高设计效率。