9 - 2006

GeoniCS Желдор

Предложение компании CSoft1 для проектирования железных дорог

Валентина Чешева, Светлана Пархолуп

Сегодня такие слова, как «Наири», «Минск» и ЕС, вызывают у отечественных проектировщиков со стажем легкую улыбку, в которой сочетаются ностальгия по безвоз-вратно ушедшей молодости и опыт, обретенный за годы работы со стремительно развивающимся ПО. Действительно, небольшие возможности техники, давно канувшей в Лету, позволяли решать лишь локальные, в основном расчетные (в том числе оптимизационные) задачи. О работе с графикой не могло быть и речи.

Только с появлением персональных компьютеров ситуация коренным образом изменилась. И прежде всего благодаря мощнейшему универсальному редактору AutoCAD (www.autocad.ru), который мгновенно завоевал весь мир. Конечно, у него есть свои недостатки, и главный из них — отсутствие ориентации на конкретную предметную область. Однако этот пробел с лихвой компенсируется феноменальной, беспрецедентной открытостью системы, под которую написаны тысячи приложений.

План трассы

План трассы

 

Оформление плана трассы

Оформление плана трассы

Именно поэтому, задумав создать специальный пакет для проектирования железных дорог, мы решили не тратить время и средства на «изобретение велосипеда» — собственной платформы, а остановились на AutoCAD. Чем же была обусловлена необходимость в новом ПО? Прежде всего тем, что геометрическое моделирование для железных дорог характеризуется целым рядом особых, нигде больше не встречающихся объектов и задач. К тому же необходимо было учесть и отечественную специфику проектирования железных дорог: наши школа и методология проектирования совсем не похожи на западные, многие технологические процессы имеют свои особенности. И, безусловно, есть кардинальные отличия в документировании проекта (например, совершенно разные продольные и поперечные профили и многое другое). Поэтому адаптация западных продуктов в наших условиях сродни новой разработке. Кроме того, планировалось создание пакета, значительно отличающегося от уже существующих: поскольку железная дорога — сооружение комплексное, следовало обеспечить возможность дальнейшей адаптации продукта для проектирования автомобильных дорог и других линейных сооружений (систем связи, контактной сети, искусственных сооружений, пере-ездов и др.).

Нами была определена и разработана объектная модель, призванная полностью закрыть предметную область (проектирование плана, продольного профиля, поперечных профилей, выдачу всей необходимой проектной документации, в том числе ведомостей объемов работ, и т.д.).

Среди основных особенностей этой модели — ее иерархичность: изменение, внесенное в какой-либо объект, вызывает немедленное изменение связанных с ним дочерних объектов. Так, при изменении положения бровки земляного полотна автоматически должна измениться и подошва, а с ней и привязанные положения, например, водоотводной канавы. Тем самым достигается максимальная автоматизация редактирования проекта. Поскольку за-час-тую положение трассы приходится изменять даже на поздних этапах проектирования, эту особенность объектной модели трудно переоценить. В противном случае пришлось бы полностью перепроектировать изменяемый участок железной дороги. Но и это еще не все: произведенные изменения автоматически отражаются в выходных документах. Таким образом, затраты времени, труда и средств при проектировании железных дорог сводятся к минимуму.

Охарактеризуем основные объекты модели, к которым относятся трасса, проектная поверхность и проектные объемы.

Трасса — это корневой и самый главный объект, в конечном счете определяющий поведение всех остальных объектов системы. В нем хранится геометрия (структура, последовательность и координаты всех линий, круговых кривых, переходных кривых), пикетажное положение, наличие или отсутствие резаных пикетов и т.д.

Оформление поперечных профилей

 

Оформление поперечных профилей

Оформление поперечных профилей

Следующий объект — проектная поверхность, состоящая из поименованного списка струн. В проекте может существовать не-ограниченное количество поверхностей, с помощью которых моделируются объекты (такие как откосы земляного полотна, верхнее строение пути и т.д.), а впо-следствии рассчитываются площади и объемы работ.

Последний объект — проектные объемы — обеспечивает возможность расчета объемов работ между двумя любыми заданными поверхностями. Например, мы имеем возможность рассчитать объемы вырезки плодородного слоя и балласта, а также объемы земляного полотна по водоотводным сооружениям. Объектная модель хранит правила построения участка железной дороги с определенной конструкцией, то есть сформированный однажды шаблон можно применять к любой трассе. Все элементы конструкции, такие как верхнее строение пути, земляное полотно, необходимые водоотводные сооружения, будут отрисованы автоматически. В случае привязки к новой трассе также появятся и другие включенные в шаблон элементы (например, кабели связи, водопровод). Это обеспечивает типизацию проектирования железных дорог и позволяет значительно сократить трудозатраты.

Любые пакеты и системы, ориентированные на работу с графикой, в той или иной степени содержат в себе геометрический конструктор. Например, в AutoCAD заложены средства, позволяющие различными способами, в том числе и с помощью объектных привязок, строить прямые, кривые, сплайны и другие объекты. Нам удалось реализовать очень мощный и весьма гибкий конструктор, позволяющий вписывать прямые и кривые в любых их сочетаниях и по любым критериям привязки к двум любым соседним объектам. Эффективные системы редактирования в случае изменения какого-либо из объектов позволяют тут же переписать другой объект и тем самым получить непрерывный, геометрически правильный по условиям сопряжения прототип будущей оси трассы. Предусмотрены функции интерактивного редактирования, в том числе возможность изменять смещение трассы, с требуемой точностью передвигая ее влево-вправо на ограниченном отрезке. Реализованы операции макроредактирования, позволяющие разрывать, копировать, сопрягать трассы, вырезать из трассы какой-либо произвольный участок, а затем вписывать на его место другой, заготовленный заранее. Тем самым обеспечивается многовариантность проектирования. Кроме того, макроредактирование позволяет сохранять созданную геометрию трасс с соответствующими блокировками как шаблоны в библиотеку шаблонов для использования в новом проекте, самостоятельно дополнять и произвольным образом модифицировать их, постоянно расширять библиотеку проектных решений.

Система обеспечивает возможность решать задачи построения и оптимизации продольного профиля из дискретных элементов или дискретных точек (точки земли либо точки, снятые в натуре путем активизации натурного продольного профиля железной дороги) с использованием всех возможностей геометрического конструктора.

Продольный профиль трассы

Продольный профиль трассы

Алгоритм работы одного из центральных и важнейших элементов системы — модуля оптимизации трасс и продольного профиля — состоит из трех этапов. Первый — сглаживание — обеспечивает устранение мелких неточностей, допущенных при съемке, и небольших неровностей пути. Наиболее важным является второй этап — сегментация. Он заключается в структурировании полученной линии, выделении в ней прямых сегментов, сегментов круговых и переходных кривых и обеспечении корректности их сопряжения. Заключительный, третий этап — непосредственно оптимизация, обеспечивающая максимальное соответствие структурированной трассы желаемому положению. Это достигается путем изменения радиусов и положений центров кривых. Получающаяся на выходе трасса полностью соответствует требованиям нормативных документов для принятой категории линии. При этом в зависимости от поставленной задачи трасса либо с максимальной точностью повторяет точки, снятые в натуре, либо смещается влево или вправо (а в случае профиля — вверх или вниз) на заданную величину.

Система позволяет решать задачи спрямления профиля. В этот процесс может вмешиваться проектировщик, определяя компромисс между минимальным объ-емом работ и максимальной длиной используемых элементов. Вся работа ведется с моделью продольного профиля. И только на основании этой модели по заданному шаблону автоматически формируется чертеж. При работе с продольным профилем преду-смотрена возможность гибкой настройки подпрофильных таблиц.

Кроме того, программа обеспечивает получение поперечного профиля (профилей) в любой точке трассы и по любой из трасс проекта. Проектировщику предоставляется возможность сформировать список поперечных профилей, задав их шаг.

По умолчанию все поперечники строятся под углом 90° к трассе, но для отдельных поперечников или их группы пользователь в любой момент может изменить угол вплоть до 0°.

Оформление профиля

Оформление профиля

Поперечник выводится с использованием настраиваемых шаблонов, включающих стили оформления поперечника и «шапки», которые представляют собой таблицы-сетки с произвольной дополнительной информацией (размеры, уклоны, пересекаемые коммуникации, геология и пр.). Эти шаблоны доступны для накапливания и редактирования. Кроме того, поперечники можно вычерчивать вручную по данным, вводимым в табличной форме или подгружаемым из файла.

Предусмотрена возможность интерактивной работы с полученным в какой-либо точке трассы поперечником — задание в нем положения проектных контуров (струн), ввод проектных точек, которые будут управлять этими контурами, и выполнение иных операций.

Инструменты создания коридора (3D-модели) позволяют с различных ракурсов просмотреть, как сооружение будет выглядеть после строительства.

Таким образом, GeoniCS Желдор предоставляет широкие возможности при проектировании железных дорог в строгом соответствии со стандартами России и стран СНГ, а также с учетом сложившихся здесь методик и традиций проектирования. Не сомневаемся, что наша разработка будет по достоинству оценена отечественными пользователями и станет их надежным помощником.


1Подробную информацию о компании CSoft см. на сайте www.csoft.ru.

В начало В начало

САПР и графика 9`2006