проектирование реконструкции продольного профиля существующего пути и вторых путей;
расчет объемов работ.
1.2.Создание цифровой модели местности
Обязательным для проектирования в САПР новых и реконструкции существующих железных дорог является наличие цифровой модели местности (ЦММ).
Обработка материалов изысканий и создание ЦММ – одни из наиболее ответственных процессов. Соответствие модели реальному рельефу в значительной степени определяет достоверность последующих результатов проектирования.
ЦММ – это информационная база, элементами которой является то- пографо-геодезическая информация о местности, включающая в себя метрическую, синтаксическую, семантическую, структурную и общую информацию.
Топографическая ЦММ характеризует ситуацию и рельеф местности. Она состоит из цифровой модели рельефа местности (ЦМРМ) и цифровой модели контуров (ситуации) местности (ЦМКМ). ЦММ может дополняться моделью специального инженерного назначения (ЦМИН). В инженерной практике часто используют сочетание цифровых моделей, характеризующих ситуацию, рельеф, гидрологические, инженерно-геологические, тех- нико-экономические и другие показатели.
Способ создания ЦММ (или цифровой модели рельефа – ЦМР) определяется исходными данными.
Решение о способе получения исходных данных, на основе которых будет построена ЦММ, определяется, в свою очередь, объёмами работ, ситуационными условиями исследуемого района, а также необходимой точностью и стадией проекта.
Исходными данными для создания ЦММ являются результаты топографической съёмки, данные о геологии и гидрографии местности, представленные в том или ином виде в зависимости от назначения создаваемой ЦММ.
Основой для ЦММ могут служить следующие материалы:
1.Существующие графические документы – картографический материал на бумажном носителе (карты в горизонталях различного масштаба). Подобные материалы для создания ЦММ используются в основном на стадии предпроекта.
2.Натурная топографическая съёмка местности.
3.Фотограмметрия – технология дистанционного зондирования Земли, позволяющая определять геометрические, количественные и другие свойства объектов на поверхности Земли по фотографическим изображе-
5
ниям (как правило, по стереоснимкам), получаемым с помощью летательных аппаратов любых видов.
4.Радиолокационная съёмка, в основе которой лежит сбор пространственной информации с использованием радиолокаторов для определения расстояний относительно радиолокационной станции, размещённой на аэрокосмическом аппарате (спутник, космическая станция, самолёте и пр.). Полученные расстояния переводятся с помощью опорных пунктов в известную систему координат.
5.Лазерное сканирование (наземное и воздушное) представляет собой метод сбора геопространственной информации, который заключается в получении трехмерной точечной модели исследуемого объекта с помощью лазерных сканеров. Принцип их действия основан на измерении расстояний до исследуемых объектов и фиксации направлений на эти расстояния.
При создании ЦММ на основе графического материала необходимо учитывать, что их точность будет зависеть от масштаба и качества исходного материала. Как правило, моделями, созданными на основе растровых карт, пользуются на предпроектном этапе разработки проекта.
Главными этапами создания ЦММ, от которых будет зависеть качество результата, являются векторизация и введение дополнительных структурных линий.
Векторизация – это преобразование чертежей, карт, схем, представленных в растровом виде (фотография), в цифровые форматы для дальнейшей работы с ними в системах автоматического проектирования.
Существуют десятки программ, предназначенных для обработки и векторизации растровых данных, как в виде самостоятельной программы
(AutoTrace, Easy Trace, Raster to Vector и пр.), так и в виде модуля в составе программного комплекса (ArcView, AutoCAD Raster Design, Панорама и пр.).
Обработка исходных данных может осуществляться, в зависимости от возможностей программного обеспечения (ПО) и качества растровых изображений, следующими способами:
1.Ручным – этот способ поддерживается всеми программными комплексами и используется при обработке растров очень плохого качества, когда программа самостоятельно не в состоянии распознать векторизуемые объекты или при незначительных объёмах работы.
2.Полуавтоматическим, иначе называемым интерактивным. Это способ, при котором оператор в режиме реального времени контролирует работу программы, внося, по мере необходимости, исправления и корректируя ее. Данный способ применяется при работе с растрами среднего качества.
3.Автоматическим способом, при котором программа по заданным параметрам в полностью автоматическом режиме преобразует растровую информацию в векторный (цифровой) вид. В данном случае оператор не
6
контролирует процесс преобразования данных, а внесение исправлений возможно лишь после прекращения работы программного обеспечения. Автоматический метод обработки возможен только при высоком качестве исходных данных, в противном случае требуется предварительная обработка растровых изображений для повышения их качества. Автоматический режим работы поддерживают не все программные комплексы.
Порядок создания ЦММ на основе графических материалов:
1.Исправление искажений и привязка растровых материалов в требуемой системе координат.
В ряде случаев, когда для создания ЦММ используются ветхие или плохо напечатанные графические материалы, на них могут присутствовать хаотические искажения в пределах каждой ячейки сетки. В таких случаях требуется геометрическая коррекция растров с последующей привязкой. Геометрические искажения растра не всегда можно полностью исправить. Результат зависит от методики устранения искажений (методики деформации растра) и исходного состояния графических материалов.
2.Векторизация рельефа местности (горизонталей) и отдельных высотных точек с известными отметками выполняется в программе векторизации.
3.Векторизация гидрологической сети (ручьи, реки, водоёмы) – отличие этой стадии от векторизации горизонталей заключается в создании пространственных (трёхмерных) линий, соответствующих рекам, а не линий, лежащих на плоскости, как в случае с горизонталями. Выполняется в соответствующей программе, в случае наличия у неё функции построения трёхмерных линий, или в программе создания ЦММ путём введения структурной линии по оси водотока.
4.Восстановление форм рельефа местности по характерным формам
спомощью введения структурных линий. В первую очередь восстанавливаются линии логов и водоразделов. Выполняется в программе векторизации или программе создания ЦММ.
5.Исправление ЦММ, созданной программой, введением уточняющих структурных линий. Выполняется с целью совмещения горизонталей, рассчитанных и построенных программой, с горизонталями, восстановленными на основе графических материалов.
Таким образом, с помощью дополнительных структурных линий воссоздаётся каркас рельефа местности (ЦМР), который будет служить основой для выполнения проекта железной дороги.
В разделе 2 данных методических указаний представлен порядок выполнения работ по созданию ЦММ с помощью программного комплекса
Easy Trace v 7.99 Pro FREE.
7
1.3. Проектирование участка новой железной дороги в САПР
Основой формообразования будущей дороги является ее трасса, которая проектируется с учетом физических законов движения железнодорожных средств. Очертания этой трассы во многом предопределяют технические и транспортно-эксплуатационные качества будущей дороги.
При проектировании железных дорог применяют блочно-иерархический подход, который заключается в декомпозиции проектных задач на иерархические уровни и установлении связей между уровнями:
проектирования плана трассы;
проектирования продольного профиля;
проектирования поперечных профилей земляного полотна и ВСП. С момента появления автоматизированного проектирования были
выработаны принципиальные направления автоматизации проектных работ. Подходы к применению ЭВМ в проектной практике основывались на представлении о человеческом участии как основном критерии выбора направления автоматизации.
Положительной стороной человеческого участия является интуиция и опыт проектировщика – то, на чем основывается традиционная технология проектирования железных дорог. К отрицательным сторонам относятся невнимательность, утомляемость и другое – все, что негативно влияет на получение оптимального проектного решения.
Существуют три принципиальных направления автоматизации про-
ектных работ:
1. Использование возможностей ЭВМ для расширения круга рассматриваемых вариантов. При этом инженер-проектировщик назначает принципиальные решения, а все трудоемкие расчеты выполняются на ЭВМ.
2.Направленный поиск лучшего варианта трассы, когда инженер, пользуясь математическими методами, не просто интуитивно назначает каждый следующий вариант для рассмотрения, а постепенно, используя уже полученную информацию, приближается к лучшему решению. Все расчеты для каждого варианта выполняются на ЭВМ.
3.Оптимизация трассы, когда, игнорируя принцип варьирования и пользуясь специально разработанными методами, получают наилучшее (оптимальное) по выбранному критерию решение.
Порядок действий при трассировании в режиме диалога может быть следующий:
1.Инженер назначает вариант трассы в плане (задает координаты вершины угла (ВУ), радиусы круговых кривых, длины переходных кривых).
2.ЭВМ выполняет расчет плана – элементы кривых, координат точек деления трассы (пикеты и плюсы).
8
3.ЭВМ выполняет расчет отметок земли и строит линию земли на продольном профиле.
4.ЭВМ или инженер наносит проектную линию продольного профиля.
5.ЭВМ выполняет подбор типовых поперечных профилей земляного полотна, расчет объемов земляных работ и их стоимости, расчет эксплуатационных расходов.
6.Инженер анализирует полученные результаты, определяет необходимость и содержание корректировки назначенного решения.
7.Переход к п. 4. Если дальнейшего улучшения решения не происходит, то переход к п. 1. Если перемена положения трассы в плане не приводит к изменению критерия, то процесс закончен.
Перед проектированием инженер обрабатывает материалы изысканий и создает цифровую модель местности.
Процесс нахождения лучшего положения трассы может быть усовершенствован, если заменить в п. 4 нанесение проектной линии вручную на автоматизированное. Такая или подобная система проектирования дает возможность существенно расширить сферу варьирования. Но остается нерешенным вопрос о том, когда надо прекратить варьирование, хотя эмпирическим путем удалось установить, что варианты, близкие к оптимальному, очень незначительно отличаются один от другого по выбранным критериям.
На отечественном рынке разработчики Robur впервые реализовали такой подход к организации интерфейса. При редактировании плана изменяется продольный профиль; при изменении профиля смещаются поперечники; при модификации поперечника результат тут же отображается на плане. Robur-rail автоматически обеспечивает целостность пространственной модели. По выбранному варианту трассы железной дороги Robur-rail автоматически создает первое приближение проектного продольного профиля с соблюдением технических требований и позволяет выполнить динамический контроль геометрических параметров объекта.
В разделе 3 данных методических указаний представлен порядок выполнения работ по проектированию участка новой железной дороги с помощью программного комплекса «Топоматик Robur (ознакомительная вер-
сия) 15.0.20.8».
1.4.Выполнение тяговых расчетов в САПР
При разработке проекта новой или реконструкции существующей железной дороги тяговыми расчетами решают такие задачи, как:
выбор ограничивающего уклона;
определение энергетических показателей, связанных с движением поездов;
выбор элементов технического оснащения линии, в том числе типа локомотива;
9