9 - 2008

Программные разработки компании Real Geo Project

Виталий Бучкин (Эксперт-консультант, доктор технических наук, профессор.)

INVEST: трассирование линейных сооружений в режиме реального времени

KORWIN: реконструкция продольного профиля железнодорожного пути

AQUILA: расчет параметров элементов плана железнодорожного пути и его реконструкция

SLAVIA: обработка данных координатной съемки железнодорожных путей

При автоматизации организационного управления на основе использования ЭВМ следует помнить, что главным залогом её успеха является коренное изменение традиционной технологии организационного управления.
Академик В.М.Глушков

В настоящее время компания «Риэл Гео Проджект» особое внимание уделяет разработке специализированных модулей для различных отраслей промышленности и транспорта. Это специальное программное обеспечение (СПО), предназначенное для решения прикладных задач пользователей. В настоящей статье речь пойдет о некоторых таких разработках:

  • программа INVEST предназначена для автоматизированного проектирования трассы железных дорог. Процесс проектирования состоит в укладке проектировщиком на экране монитора в диалоговом режиме плана линии на подложке, отображающей район проектирования;
  • программа KORWIN создана для проектирования реконструкции продольного профиля существующих железных дорог и проектирования продольного профиля дополнительных (второго и т.д.) путей;
  • программа AQUILA предназначена для расчета и реконструкции параметров элементов плана существующих железных дорог; 
  • программа SLAVIA обеспечивает автоматизированную обработку данных кодированной координатной съемки существующих путей железных дорог.

INVEST: трассирование линейных сооружений в режиме реального времени

Анализ программных средств, применяемых при проектировании дорог и других линейных сооружений, показал, что их работа основана на использовании компьютерных систем управления информационными процессами и моделями, характерными для традиционного проектирования. В первую очередь это относится к организации процесса трассирования. Копирование традиционной технологии укладки трассы в период создания первых САПР предопределялось уровнем развития вычислительной техники того периода, однако этот же принцип сохраняется и в более поздних разработках.

Целесообразность и актуальность перехода от копирования традиционных технологических схем к реализации собственно машинных технологий опирается на существенный рост мощности вычислительной техники, однако требует одновременного привлечения наукоемких средств поддержки процесса проектирования в рамках его автоматизированных реализаций.

В программе INVEST в качестве аппарата поддержки современной технологии трассирования применяется проектирующий луч (рис.   1), положением которого проектировщик может управлять с помощью манипулятора типа «мышь». Задачей проектировщика является укладка плана линии на информационной картине (подложке), отображающей район проектирования. На вид подложки ограничения не налагаются. Подложкой может быть карта с изображением рельефа, полученная тем или иным образом, аэрофото- или космический снимок и т.п.

В памяти ЭВМ хранится цифровой аналог подложки (цифровая модель местности), содержащий информацию о районе проектирования в объеме, подлежащем учету при трассировании, — рельеф, геология, ситуация и т.п. По мере укладки (корректировки) плана линии на панели «Профиль» автоматически (в режиме реального времени) строятся совмещенные продольный профиль земли и проектная линия продольного профиля, оптимальная по выбранному критерию с учетом всех нормативных ограничений (см. рис. 1).

Рис. 1. Трассирование железной дороги в режиме реального времени

Рис. 1. Трассирование железной дороги в режиме реального времени

Для объединения дискретных изображений на панели «Профиль» частота их обновления по ходу проектирования должна быть не менее 10 кадров в секунду. Именно этим и определяются чрезвычайно высокие требования к быстродействию расчетных алгоритмов и в первую очередь к алгоритму построения продольного профиля земли. В связи с этим применено моделирование рельефа местности методом нейронных сетей на основе радиальных базисных функций.

Использование описанной технологии эффективно при составлении инвестиционных проектов, разрабатываемых по картам более или менее мелкого масштаба, с оценкой проектных решений по укрупненным показателям.

KORWIN: реконструкция продольного профиля железнодорожного пути

При реконструкции существующего продольного профиля железнодорожного пути проектное решение должно удовлетворять, помимо обычных нормативных требований и ограничений (уклон, разность уклонов, длина элемента, взаимное размещение элементов плана и профиля), жестким ограничениям на его отклонения от существующего продольного профиля в целях предотвращения реконструкции существующего земляного полотна.

В этом состоит принципиальное отличие проектирования реконструкции профиля существующих железных дорог от проектирования профиля новых железных дорог, где главной задачей является поиск общего очертания профиля и увязка его с планом линии, допускающим корректировку.

При проектировании реконструкции продольного профиля общее его очертание предрешено (существующим профилем) и задача состоит в предельной детализации подхода не только к размещению каждого перелома профиля, но и к оптимизации их общей композиции.

В соответствии с этим в программе KORWIN использован развитой математический аппарат. Для размещения переломов профиля используется вариантный подход на основе метода неявного (частичного) перебора.

Программа KORWIN позволяет получить на участках длиной до 50 км в автоматическом режиме исходное проектное положение с учетом всех формализованных ограничений и норм проектирования (рис. 2).

Рис. 2. Реконструкция профиля железной дороги

Рис. 2. Реконструкция профиля железной дороги

Для учета неформализованных ограничений реализован развитой аппарат интерактивной корректировки. В случае ее реализации предусмотрен автоматический ввод минимальной поправки, компенсирующей нарушения норм проектирования в результате выполненной корректировки — проектировщик не может нарушать нормы проектирования.

Основные исходные данные формируются автоматически при обработке данных координатной съемки (программа SLAVIA). Данные по плану линии создаются в автоматическом и полуавтоматическом режимах программой для расчета параметров элементов плана (программа AQUILA).

AQUILA: расчет параметров элементов плана железнодорожного пути и его реконструкция

Расчет параметров элементов плана — одна из наиболее трудоемких и массовых задач в практике проектирования реконструкции железных дорог, содержания и ремонта железнодорожного пути.

В программе AQUILA, предназначенной для выполнения такого расчета, реализованы следующие принципы:

  • длина расчетного участка ограничивается исключительно технологическими условиями, обычно это 15-25 км (до 60  км);
  • число прямых и кривых обосновывается автоматическим расчетом;
  • выполняется совместный расчет всех элементов плана участка как единой системы;
  • для описания элементов плана и расчета проектных сдвигов используются точные геометрические модели (включая операции оптимизационных процедур).

Исходное проектное решение формируется автоматически с учетом всех нормативных требований в пределах заданной полосы отклонений проектного решения от существующего. Результатом является точная координатная модель плана линии, состоящая из допустимой последовательности прямых, круговых и переходных кривых, оптимальной (в математическом смысле) в отношении объема работ по реконструкции плана железнодорожного пути.

В сложных (для реализации на ЭВМ) случаях, при больших сдвигах по ходу расчета выводятся сообщения о промежуточном результате, и пользователю предлагается решить, продолжить автоматический расчет или перейти к интерактивному режиму работы. В интерактивном режиме можно быстро решить практически любую проектную задачу, однако в автоматическом режиме ЭВМ иногда находит нестандартные и очень эффективные решения.

На всех этапах корректировки (рис. 3) сохраняется целостность и нормативная приемлемость геометрического очертания плана.

Рис. 3. Панель интерактивной корректировки проектных сдвигов

Рис. 3. Панель интерактивной корректировки проектных сдвигов

Окончательные результаты расчета:

  • точная, геометрически правильная математическая модель плана на расчетном участке с учетом всех пространственных и нормативных ограничений;
  • геометрические параметры элементов плана. Структура плана (положение кривых и прямых, их число, деление кривых на одно- и многорадиусные и т.д.) распознается автоматически и оптимизируется;
  • точные значения проектных сдвигов и координат оси пути в точках съемки и/или на протяжении всего участка с выбранным шагом дискретности.

SLAVIA: обработка данных координатной съемки железнодорожных путей

Особенностью современной технологии производства геодезических работ на существующих железнодорожных путях является отказ от выборочно-последовательной схемы съемки, характерной для традиционной технологии.

Положение железнодорожных путей, как и всех других сооружений и устройств, фиксируется с каждой стоянки инструмента в произвольной последовательности, исходя из соображений минимизации перемещений работников с отражателями. То же относится и ко всем другим линейным и точечным объектам и их элементам. В этих условиях конечным результатом съемки является неупорядоченное множество точек с известными координатами.

Таким образом, обработка данных координатной съемки состоит в первую очередь в выделении из исходного множества точек съемки подмножеств точек, описывающих объекты, подлежащие учету при проектировании, для чего используются коды точек, которые могут быть заданы непосредственно в процессе съемки или в камеральных условиях.

Гораздо более сложной задачей является распознавание последовательностей точек, описывающих отдельные линейные объекты, — при обработке данных съемки возникает необходимость не только выделить из массива точек подмассив, характеризующий конкретный объект проектирования (например, точки, определяющие положение оси пути), но и распознать фактическую последовательность этих точек по ходу пикетажа.

После распознавания последовательности точек, определяющих положение оси пути, создается математическая модель плана существующей линии. Для этого отрезки пути между точками съемки должны быть описаны некоторыми кривыми.

Рис. 4. Координатная модель объекта проектирования

Рис. 4. Координатная модель объекта проектирования

Наличие математической модели оси существующего пути между точками съемки позволяет автоматически:

  • разбить аналитический пикетаж и привязать к нему положение любого объекта с известными координатами;
  • определить расстояние от оси пути и по нормали к ней до объектов с известными координатами типа опор контактной сети, светофоров, платформ и  т.п. (габарит);
  • определить в заданной в пикетаже точке существующего пути расстояние от его оси и по нормали к ней до соседнего пути (междупутье).

Изложенные положения реализованы в программе SLAVIA (рис.  4). Длина расчетного участка практически не ограничена.

В данный момент идет работа над переносом программ INVEST и SLAVIA на платформу AutoCAD Civil 3D.

В начало В начало

САПР и графика 9`2008