鐵路既有線路的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究

劉小會(huì)

摘 要：文章研究了鐵路既有線路中計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的應(yīng)用，將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)應(yīng)用其中，相比于傳統(tǒng)的測(cè)量方式，能夠簡(jiǎn)化鐵路既有線路測(cè)量的操作方式，提高測(cè)量效率和準(zhǔn)確度。鐵路既有線路測(cè)量結(jié)果能夠給管理者掌握鐵路運(yùn)行狀態(tài)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，并且這些數(shù)據(jù)結(jié)果直接和鐵路安全性有關(guān)。所以文章分析了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在線路測(cè)量中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：鐵路既有線路;計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì);測(cè)量;應(yīng)用

中圖分類號(hào)：U469.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2021）06-0183-04

Abstract：This paper studies the application of computer-aided design in existing railway lines. CoMPared with traditional measurement methods， the application of computer-aided design can simplify the operation of existing railway line measurement and improve measurement efficiency and accuracy. The measurement results of existing railway lines can provide a data basis for managers to grasp the operating status of railways， and these data results are directly related to railway safety. So the paper analyzes the application of computer-aided design in line measurement.

Key words：existing railway lines; computer-aided design; measurement; application

計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在鐵路既有線路中的應(yīng)用比較廣泛，比如可以應(yīng)用于既有線路恢復(fù)設(shè)計(jì)、改建設(shè)計(jì)和測(cè)量等方面，文章將主要研究將其應(yīng)用到既有線路中的測(cè)量方面[1-2]。鐵路既有線路進(jìn)行測(cè)量的主要內(nèi)容是獲取測(cè)量線路的現(xiàn)狀，然后通過(guò)得到的數(shù)據(jù)繪制線路縱斷面圖[3-4]。鐵路既有線路測(cè)量結(jié)果能夠直接反映運(yùn)行線路的技術(shù)狀況，在一定程度上也和鐵路運(yùn)行安全和生產(chǎn)有直接的關(guān)系，所以既有線路測(cè)量結(jié)果是鐵路局科學(xué)管理的基礎(chǔ)資料[5]。但是由于鐵路既有線路測(cè)量的工作強(qiáng)度非常大，而其具有很強(qiáng)的時(shí)效性，所以每年需要進(jìn)行好幾次的測(cè)量[6]。使用傳統(tǒng)的測(cè)量方式需要消耗大量的人力、物力和材料，而其檢測(cè)效率和準(zhǔn)確度都比較低。所以為了能夠提高檢測(cè)效率和精確度，保證我國(guó)鐵路運(yùn)行的安全性和有效性，需要使用新技術(shù)，如當(dāng)前使用較為頻繁的航測(cè)技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，通過(guò)使用這些技術(shù)，能夠有效提高鐵路既有線路的測(cè)量效率和準(zhǔn)確度，而且還能夠降低工人的勞動(dòng)力，促進(jìn)我國(guó)鐵路快速發(fā)展[7-8]。于是文章將主要研究計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在鐵路既有線路中的應(yīng)用。通過(guò)使用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，首先獲取相關(guān)信息數(shù)據(jù)，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，最后得到鐵路既有線路的縱斷面圖，其程序如圖1所示。

1 數(shù)據(jù)輸入和預(yù)處理

鐵路既有線路縱斷面圖能夠綜合反映出線路的狀況，其中存在非常多復(fù)雜且豐富的內(nèi)容，因?yàn)樵趫D上能夠反映出所有測(cè)量的結(jié)果數(shù)據(jù)，必然會(huì)導(dǎo)致原始數(shù)據(jù)在輸入過(guò)程中的誤差增大。所以在數(shù)據(jù)輸入之前需要對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，從而增加數(shù)據(jù)輸入的準(zhǔn)確度。其中預(yù)處理程序流程圖如圖2所示，預(yù)處理的主要內(nèi)容有以下2點(diǎn)。

1.1 檢查并修改錯(cuò)誤數(shù)據(jù)

由于數(shù)據(jù)過(guò)多，就會(huì)存在一些問(wèn)題。在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查時(shí)，主要會(huì)存在以下4點(diǎn)錯(cuò)誤：①邊坡點(diǎn)坡度代數(shù)差大于2%，在這種情況之下，沒(méi)有給出豎曲線半徑或者每20m變坡率;②輸出的測(cè)點(diǎn)里程沒(méi)有按照一定的順序進(jìn)行排列，可能是因?yàn)槔锍替I入的錯(cuò)誤造成，還可能是因?yàn)槠露扔?jì)算表上沒(méi)有按照順序進(jìn)行排列;③在檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)易出錯(cuò)的接坡段中有鍛煉時(shí)，就會(huì)顯示出警告信息。④如果斷鏈長(zhǎng)度大于50m，如果將斷鏈編碼漏掉，就會(huì)導(dǎo)致其計(jì)算出現(xiàn)問(wèn)題。

1.2 數(shù)據(jù)處理

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)并修改之后，然后再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理工作，比如分類、排序和計(jì)算等。因?yàn)樵嫉臄?shù)據(jù)輸入量過(guò)多，為了簡(jiǎn)化輸入量，對(duì)于有些數(shù)據(jù)可以通過(guò)使用其他數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得出，所以這些數(shù)據(jù)可以不用輸入，比如坡度值、坡段長(zhǎng)度等。該部分?jǐn)?shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容包含自動(dòng)處理斷鏈樁，從而能夠計(jì)算出測(cè)點(diǎn)的連續(xù)里程;自動(dòng)識(shí)別非整數(shù)測(cè)點(diǎn)和整50m里程測(cè)點(diǎn)，從而能夠計(jì)算出測(cè)點(diǎn)設(shè)計(jì)標(biāo)高;將設(shè)計(jì)標(biāo)高和實(shí)際標(biāo)高的差值大于0.05m的測(cè)點(diǎn)檢測(cè)出來(lái)。

2 生成縱斷面圖

通過(guò)使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，其中包含自動(dòng)繪圖軟件，通過(guò)軟件進(jìn)行布置縱斷面圖比傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式更加方便。能夠按照習(xí)慣的方式自動(dòng)繪制出卷圖，還能夠根據(jù)圖紙大小將縱斷面圖進(jìn)行分幅處理。

2.1 布置縱斷面圖

在縱斷面圖的布置過(guò)程中，其中使用到的各種圖例符號(hào)和圖式都需要按照相關(guān)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)定，不然布置的圖容易看不懂?？v斷面圖的橫縱方向的比例尺不能一致，因?yàn)橐沟镁€路坡度變化情況更加明顯。一般情況下，鐵路既有線路測(cè)量時(shí)的橫縱比例之間相差50倍，即縱向比例尺為1∶200，橫向比例尺為1∶10000。縱向比例尺設(shè)置得比較大，繪圖過(guò)程中可能就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，因?yàn)橐坏┢露屋^長(zhǎng)或者坡度過(guò)大，圖形就會(huì)超過(guò)指定的范圍。出現(xiàn)這種情況時(shí)的解決方式是將超出邊界的部分?jǐn)嚅_(kāi)，然后進(jìn)行向上或者向下平移，最后將高程尺寸修改即可繼續(xù)繪圖。其中打斷點(diǎn)的位置不能隨意設(shè)置，需要根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)置，打斷點(diǎn)的次數(shù)要盡可能的少，但同時(shí)又要滿足不會(huì)偏上也不會(huì)偏下。這樣的處理方式比較復(fù)雜，而且僅僅憑借經(jīng)驗(yàn)判斷的準(zhǔn)確度較低。

使用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，將會(huì)具有比較多的優(yōu)勢(shì)，能夠快速、準(zhǔn)確的獲取打斷點(diǎn)位置，其具體操作如下所示：首先使用計(jì)算機(jī)掃描功能將所有相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行掃描，并且確定一個(gè)起始位置，如圖3所示，于是可以得到總的打斷次數(shù);然后再確定如圖3的起始位置2，即可得到打斷次數(shù)，依據(jù)該步驟最終將會(huì)得到一個(gè)打斷次數(shù)最少的其實(shí)位置。所以通過(guò)使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)將會(huì)非常的快捷。

在進(jìn)行縱斷面線打斷位置和圖紙分幅計(jì)算時(shí)，需要注意的是要保證該圖中的符號(hào)和標(biāo)注完整性，即不同從符號(hào)或者標(biāo)注中間斷開(kāi)。所以在使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要將所有符號(hào)和標(biāo)注的里程疊加，并且繪制出一個(gè)數(shù)據(jù)表，從而有助于隨時(shí)進(jìn)行檢索，看符號(hào)和標(biāo)記是否從中間斷開(kāi)。

在布置縱斷面圖時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題就是不同的標(biāo)注和符合會(huì)出現(xiàn)重疊的情況。所以就會(huì)增加各種標(biāo)記位置的布置難度，甚至和縱斷面線相關(guān)的所有標(biāo)記，發(fā)生重疊現(xiàn)象的情況包含所有。對(duì)于這種問(wèn)題，使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，其中包含各種標(biāo)注互相避讓的功能，即該位置已經(jīng)有標(biāo)注，其他的標(biāo)記就不會(huì)出現(xiàn)在此處。這種功能能夠?qū)崿F(xiàn)兩點(diǎn)作用，首先就是能夠合理對(duì)不同標(biāo)記和符號(hào)在圖面上進(jìn)行合理位置布置，比如將同側(cè)內(nèi)容分別置于上面和下面進(jìn)行區(qū)別;然后就是能夠?qū)σ呀?jīng)有標(biāo)注和符號(hào)的位置進(jìn)行記憶，從而可以避免下次在該位置出現(xiàn)符號(hào)或者標(biāo)記。

布置圖面雖然會(huì)出先重疊現(xiàn)象，但是由于計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的利用，能夠消除95%以上的重疊現(xiàn)象。然后剩余一部分重疊的問(wèn)題，可以將其留到屏幕編輯的階段中進(jìn)行交互式處理。

2.2 圖例符號(hào)、線型和文字標(biāo)記的處理

鐵路既有線路進(jìn)行測(cè)量獲得的圖形，為了增加其可移植性，所以在繪制過(guò)程中需要使用子程序中的各種圖例符號(hào)和線性，雖然這種處理方式的速度不是很快，但是有利于將程序向其他類型計(jì)算機(jī)移植。

2.2.1 按比例繪制的圖例符號(hào)處理

在測(cè)量過(guò)程中，存在某些符號(hào)需要按照比例進(jìn)行繪制，比如隧道、大于一百米的橋、斷鏈標(biāo)等，由于要按照一定的比例進(jìn)行繪制，就會(huì)增加其處理難度。另外，其中的隧道和橋梁符號(hào)還需要隨著線路坡度的變化而保持變化，其目的在于將隧道和橋梁與線路保持平行狀態(tài)，如圖4所示。

2.2.2 不按照比例的圖例符號(hào)處理

在測(cè)繪過(guò)程中存在比較多圖例符號(hào)不需要依據(jù)比例進(jìn)行繪制，比如車站、小橋涵、道口、信號(hào)車、水準(zhǔn)既定等，因其不需要按照比例進(jìn)行繪制，所以其記錄方式會(huì)比較簡(jiǎn)單，只需要記錄符號(hào)的中心位置。但是在繪制過(guò)程中需要將同類型的符號(hào)標(biāo)記大小相等。并且其中也需要進(jìn)行標(biāo)注“避讓”，且其判斷標(biāo)準(zhǔn)都是一樣。另外，如果遇到多個(gè)連續(xù)相同符號(hào)，為了簡(jiǎn)化操作，使用“鏡箱”操作將會(huì)非常方便，能夠快速對(duì)相同符號(hào)進(jìn)行繪制，比如，在圖中測(cè)量繪制多孔涵洞符號(hào)時(shí)，就可以使用這種繪制方式。

2.2.3 漢子標(biāo)記處理

對(duì)鐵路既有線路進(jìn)行測(cè)量，然后將所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)繪，為了對(duì)縱斷面圖進(jìn)行說(shuō)明，其中涉及到很多漢字標(biāo)注，在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)中，其中使用的系統(tǒng)會(huì)提供兩種類型漢字，分別為矢量型漢字和圖形漢字，其中第一種類型的的優(yōu)勢(shì)在于生成速度快，但是字庫(kù)比較小，后面一種類型漢字優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)正好與之相反。在實(shí)際使用過(guò)程中，矢量型漢字的使用較為頻繁，然后另外一種類型可以作為矢量型漢字的補(bǔ)充。

另外，對(duì)漢字進(jìn)行標(biāo)注時(shí)有兩種不同的標(biāo)記，其中一種為該標(biāo)記有規(guī)律性，而且會(huì)重復(fù)使用，比如涵洞等，為了提高標(biāo)記的效率，可以預(yù)先生成節(jié)點(diǎn)子圖。子圖表示的是將圖像預(yù)先設(shè)計(jì)好，然后將其存放到子圖名下，這樣在使用時(shí)不需要對(duì)圖形重復(fù)設(shè)計(jì)，只需要執(zhí)行插子圖命令。其中每一個(gè)子圖只能對(duì)應(yīng)一種涵洞類型或者孔跨形式，如表1所示。

另外一種標(biāo)記就是使用比較少，又屬于沒(méi)有規(guī)律的標(biāo)記，比如車站、隧道、水準(zhǔn)基點(diǎn)等，該類型的標(biāo)記大致有40%，其中標(biāo)注字?jǐn)?shù)最多的就是水準(zhǔn)基點(diǎn)標(biāo)注，于是對(duì)其同樣使用子圖方式，然后剩余的漢字標(biāo)記占比就比較少，大致只有15%，于是在后續(xù)的屏幕編輯中進(jìn)行解決。

2.2.4 線型處理

只使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中系統(tǒng)提供的基本直線類型，然后自行對(duì)各種線進(jìn)行編制，這種做法有利于移植性。

3 屏幕編輯及成果存儲(chǔ)輸出

3.1 屏幕編輯

完成上述數(shù)據(jù)處理、縱斷面圖生成之后，其中還存在一些問(wèn)題，如少數(shù)的標(biāo)記和符號(hào)重疊現(xiàn)象和漢字標(biāo)注問(wèn)題。當(dāng)然，還可能出現(xiàn)其他問(wèn)題，于是在此板塊中主要對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行處理，使用交互式圖形編輯進(jìn)行處理工作。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)中，存在一種具有很強(qiáng)圖形編輯能力的系統(tǒng)，能夠完成分層顯示和存儲(chǔ)，所以能夠比較快速的將重疊部分區(qū)分開(kāi)。該系統(tǒng)中還具有其他的圖形編輯功能，比如刪除、旋轉(zhuǎn)、修建、放大、剪裁、傳輸?shù)取］^為強(qiáng)大的編輯功能有助于對(duì)縱斷面圖進(jìn)行處理，從而得到準(zhǔn)確的圖形。

3.2 成果存儲(chǔ)和輸出

通過(guò)在計(jì)算機(jī)上完成各種準(zhǔn)備工作，對(duì)鐵路既有線路經(jīng)常測(cè)量，然后繪制成縱斷面圖，最終需要將其進(jìn)行存儲(chǔ)和輸出。對(duì)圖形進(jìn)行保存時(shí)需要以數(shù)據(jù)庫(kù)的方式存儲(chǔ)在系統(tǒng)中，只需要通過(guò)使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)中的存儲(chǔ)和輸出功能即可完成。圖5即為使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)于鐵路既有線路測(cè)量中的結(jié)果，該圖的比例即按照上述所說(shuō)明的常見(jiàn)比例，縱向?yàn)?：200，橫向?yàn)?：10000。

4 結(jié)語(yǔ)

如今計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，將其應(yīng)用于鐵路既有線路測(cè)量中具有較為成熟的應(yīng)用效果。相比于傳統(tǒng)的測(cè)量方式，使用這種先進(jìn)的技術(shù)，能夠很大程度上提高測(cè)量和繪圖的效率和準(zhǔn)確度，而且在使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)時(shí)，其中對(duì)圖形進(jìn)行修改、創(chuàng)建方式比較簡(jiǎn)單，總之能夠在鐵路既有線路中發(fā)揮重要應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]胡建平.既有線改建攏口計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法研究[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2011（10）：106-110.

[2]宋宇鵬，李鑫.計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在線路施工測(cè)量中的應(yīng)用[J].石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2014（002）：97-100.

[3]馮潔，王國(guó)輝，楊望星，等.計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量在鐵路隧道斷面測(cè)量中的應(yīng)用[J].鐵道建筑，2005（2）：15-17.

[4]胡建平.改建鐵路線路數(shù)字化輔助設(shè)計(jì)方法與系統(tǒng)研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2011.

[5]陳光金，柳世輝，周安荔，等.鐵路既有線測(cè)量及設(shè)計(jì)一體化模式研究[J].鐵道勘察，2011，37（6）：1-5.

[6]王斌，胡珠壽，金立新，等.基于GPS技術(shù)的鐵路既有線中線測(cè)量研究[J].北京交通大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006，30（1）：44-46.

[7]張沅.國(guó)外鐵路既有線應(yīng)用航測(cè)與遙感的調(diào)研報(bào)告[J].遙感技術(shù)與應(yīng)用，1987（03）：9-18.

[8]王婭娜，高亮.鐵路既有線曲率圖繪制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)[J].鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2006（6）：8-10.