9 - 2003

IndorCAD/Road — система проектирования автомобильных дорог

Владимир Бойков

Бурная «автомобилизация», обусловленная в первую очередь нарождающимися рыночными отношениями, вынуждает Россию бороться хотя бы с одной из двух своих традиционных бед — с плохими дорогами. Объемы работ по строительству и реконструкции автомобильных дорог за последние годы в стране значительно выросли, что не могло не вызвать рост объема проектно-изыскательских работ, которые должны, по мнению заказчиков, выполняться в кратчайшие сроки и с высоким качеством. Совокупность этих обстоятельств обусловила высокий спрос на системы автоматизированного проектирования автомобильных дорог.

Еще пять лет назад рынок мог предложить лишь одну САПР дорог (CAD CREDO, г.Минск, «Кредо-Диалог»), соответствующую отечественным нормам, а главное — сложившейся технологии проектирования. В феврале 2002 года ассоциация дорожных проектных организаций РОДОС проводила учебу ведущих проектировщиков-дорожников уже по пяти системам проектирования дорог отечественного и зарубежного производства, сертифицированным Госстроем РФ. На этих же курсах было проведено анкетирование, в котором предлагалось оценить представленные системы по целому ряду параметров. Наивысший средний балл получила система ReCAD (г.Томск, «Индор»), о которой и будет рассказано ниже.

САПР ReCAD развивалась с середины 90-х годов и реализовывала научные и инженерные идеи автоматизированного проектирования дорог, сложившегося к тому времени в МАДИ и в инженерном дорожном центре «Индор» благодаря прежде всего усилиям и энтузиазму проф. Г.А.Федотова. Эта система на начальном этапе своего развития выполняла исследовательские функции и в практическом проектировании применялась ограниченным числом проектных организаций. Изначально в основу системы были положены расчетные схемы для проектирования реконструкции дорог, тогда как новое проектирование понималось как частный случай реконструкции. Об этом говорит и аббревиатура названия системы (ReCAD — РеКонструкция Автомобильных Дорог). Интересно, что «Кредо-Диалог» начинал свою автоматизацию с программы капитального ремонта дорог (CREDO — Капитальный РЕмонт Дорожной Одежды).

В 2001 году благодаря плодотворному сотрудничеству инженерного дорожного центра «Индор» с факультетом информатики Томского государственного университета система ReCAD получила новый импульс развития. Windows-версия этой системы уже разрабатывалась как коммерческий продукт для широкого применения в проектной дорожной практике.

С марта 2003 года система ReCAD переименована в IndorCAD/Road и передана для дальнейшего развития во вновь созданную специализированную фирму по разработке программного обеспечения ООО «ИндорСофт. Инженерные сети и дороги». Наряду с геоинформационной системой IndorGIS система IndorCAD/Road является базовым продуктом фирмы и служит ядром для развития новых программных продуктов по проектированию линейно-протяженных объектов (ЛЭП, трубопроводов, железных дорог, городских дорог и генеральных планов).

О форме и содержании системы IndorCAD/Road

Работа в системе IndorCAD/Road начинается с создания цифровой модели местности (ЦММ). ЦММ можно загрузить из текстового файла или получить посредством обработки в системе данных тахеометрической съемки, нивелирной съемки или GPS. Источником ЦММ также могут быть растровые подложки, которые векторизуются инструментальными средствами самой системы. По ЦММ строится поверхность в виде триангуляции Делоне. В системе предусмотрены всевозможные средства редактирования как ЦММ, так и порожденной ею поверхности.

Поверхность можно визуально анализировать как посредством изолиний, так и градиентов стока, а также собственно в виде совокупности треугольных плоскостей. Последние, благодаря эффекту «псевдо-3D», создающемуся за счет направленного источника света (рис. 1), позволяют различать на поверхности понижения-повышения, экспозиции склонов и пр.

Благодаря широкому применению разнообразных структурных и ситуационных линий и контуров ЦММ-поверхности приобретают привычный вид карты (топоплана).

Следующий шаг в проектировании дорог с помощью системы IndorCAD/Road — трассирование. Проект может содержать множество трасс (основная, вспомогательные, примыкания, пересечения и т.п.). С каждой трассой связана карточка объекта, где могут задаваться индивидуальные параметры трассирования. В системе реализованы как традиционные схемы трассирования дорог посредством тангенциального хода с вписыванием закруглений типа «клотоида — круговая кривая — клотоида», так и схемы на основе кубических сплайнов и кривых Безье 3-го, 5-го порядков. Последние позволяют осуществлять пространственное трассирование дорог, что особенно эффективно при проектировании транспортных развязок в разных уровнях.

По каждой запроектированной трассе автоматически строится продольный профиль. Проектирование проектной линии продольного профиля осуществляется или традиционным тангенциальным методом, или с помощью сглаживающих сплайнов. Оптимизация проектной линии посредством сглаживающих сплайнов чрезвычайно эффективна при реконструкции и ремонте автомобильных дорог, когда в узкой полосе варьирования удается найти наиболее плавные очертания проектной линии и в то же время обеспечить прохождение проектной линии через контрольные точки (рис. 2). Геологические разрезы формируются на продольном профиле, если на плане нанесены скважины и заполнены карточки выработки, литологии и уровней грунтовых вод.

Продольные профили строятся не только по трассам, но и по любой структурной линии. Таким образом, в частности, решается вопрос обеспечения продольного водоотвода.

Следующей проектной процедурой в системе IndorCAD/Road является формирование верха земляного полотна (ВЗП). Горизонтальная планировка ВЗП заключается в том, что таблично-графическими процедурами задаются параметры проезжей части, обочин, разделительных полос, бордюров, переходно-скоростных полос, карманов автобусных остановок. Эти элементы меняют свои параметры по длине дороги, что учтено в диалоге их формирования. Вертикальная планировка ВЗП состоит из расчета отгонов виражей и собственно виражей. При этом возможно осуществлять отгоны виражей не только на интервале переходной кривой в плане, но и на любом произвольном интервале. Это актуально при проектировании ремонтов и реконструкций, а также при использовании переходных кривых трассы в плане, отличных от клотоид (сплайны, кривые Безье).

Процедура формирования конструкций дорожных одежд, поперечных профилей земляного полотна и продольного водоотвода сведена в системе IndorCAD/Road в единый раздел «Поперечный профиль» (рис. 3).

Благодаря именованным структурным линиям можно задавать конструкцию дорожной одежды — как существующую, так и проектируемую (ремонт, реконструкция). В качестве элементов дорожной одежды могут устанавливаться прикромочные лотки, бордюры, конструкции уширений и др. Полезным инструментом проектирования поперечных профилей, существенно повышающим производительность труда проектировщика, являются библиотеки типовых решений, которые формируются из ранее созданных элементов. В разделе поперечных профилей также отрабатываются полосы временного и постоянного отвода земель, интерполированной земли, срезки растительного слоя. Если визуализировать продольный профиль по структурной линии дна кювета, то изменениями положения проектной линии этого профиля мы добиваемся отвода воды из кювета. Все происходящие изменения в продольном профиле кювета в реальном времени отображаются на соответствующих поперечных профилях.

Глубоко проработан в системе IndorCAD/Road вопрос 3D-представления объекта проектирования. Это стало возможно благодаря тому, что реализован принцип единой модели дороги (проекта), то есть любые изменения в одной из проекций дороги (план, продольный и поперечный профили) приведут к немедленным изменениям в других проекциях. Такой подход позволяет получать непротиворечивые проектные решения, дает возможность одновременно корректировать план, продольный и поперечные профили и получать в реальном времени трехмерное представление проектируемого объекта (рис. 4).

Проектирование инженерного обустройства (дорожные знаки, разметка, ограждения, освещение, озеленение) осуществляется в разделе «План», но вместе с условными обозначениями элементов обустройства на плане формируются их 3D-аналоги на перспективных изображениях.

В системе IndorCAD/Road можно задать траекторию проезда (пролета) по проектируемому объекту, записать проезд в файл формата AVI и в последующем осуществлять его передачу для просмотра без системы проектирования. Кроме того, в системе имеется возможность произвольного проезда по проектируемой дороге с помощью управления стандартным игровым тренажером типа «руль с педалями» (рис. 5). Это создает практически полную имитацию движения по проектируемой (виртуальной) дороге, на которой к тому же может случайным образом генерироваться транспортный поток. Такой подход способствует выработке скорректированных проектных решений, повышающих удобство и безопасность движения.

Поскольку система реализована в идеологии Windows, то проектировщик может одновременно работать со всеми проекциями проекта (рис. 6). К тому же OC Windows позволяет подключать два и более мониторов к одному системному блоку, что дает возможность инженеру-проектировщику работать не только с проекциями модели проектируемого объекта, но и одновременно на смежных мониторах с таблицами, чертежами и текстами.

К настоящему времени система IndorCAD/Road прошла широкую апробацию при проектировании объектов различной сложности. Так, например, проектирование реконструкции под 1-ю категорию участков федеральной дороги М-52 «Чуйский тракт» в Алтайском крае выявило необходимость повысить производительность работы алгоритмов по обработке ЦММ, поскольку одновременно обрабатывалось свыше 30 тыс. точек (пикетов). Благодаря оптимизации некоторых процедур производительность обработки ЦММ увеличилась в десятки раз и «торможение» не возникало даже на компьютерах средней мощности. Разбиение этой же трассы протяженностью 19 км на поперечники с шагом 10 м также не вызвало затруднений. Сейчас система IndorCAD/Road позволяет работать с реальными проектами, содержащими сотни тысяч точек (пикетов).

Проектирование дорог в горной местности (Краснодарский край) выявило преимущество и гибкость трассирования посредством сплайнов и кривых Безье по сравнению с традиционными методами трассирования.

Проектирование городских улиц и дорог в г.Томске (рис. 7) показало, что система IndorCAD/Road обладает практически всеми необходимыми инструментами для проектирования генеральных планов и сложных транспортных объектов.

«САПР и графика» 9'2003