铁路三维建模实现意义及路基可视化研究.doc

铁路三维建模实现意义及路基可视化研究.doc铁路三维建模实现意义及路基可视化研究
近年来,随着我国铁路尤其是高速铁路的大批量铺设,铁路行业已经进入了一个快速扩张阶段。高速铁路的发展的同时直接加快了中国铁路系统的信息化改进,铁路部门为实现信息化而建立MIS ,即TMIS、 DMIS等大型管理信息系统。使用GIS (地理信息系统)来实现信息系统中与地理空间相关的数据的分析和管理,并建立了各自的GIS子系统,MIS在铁路建设运营管理中发挥着重要作用。
一、铁路三维建模的改善作用
在我国的铁路系统中已经广泛应用GIS技术,但相关数据的可视化显示仍存在缺陷,例如以二维地图为其图形界面,在利用铁路空间数据的高程信息以及遥感影像信息上同样存在劣势,再如铁路各部门仍以文本形式来表达各种信息系统中的数据,其扩展性劣势凸显,未对数据充分利用和信息表达的模糊,都无法满足现代铁路管理部门对运营、空间数据、设计方案评价等多方面的要求。所以创建三维可视化、可交互的信息工具显示铁路空间数据十分关键。铁路线路的三维模型在数字高程模型(DEM)的基础上表达,即铁路线路的三维可视化,是"数字铁路"的重要组成部分。
(一)铁路线路三维整体模型包含了所有空间信息,根据线路上的位置索引信息数据,可以为建立完整的铁路信息模型服务,实现铁路信息化,为信息资源的共享创造条件。
(二)铁路线路三维模型的另一特点是逼真的虚拟场景,根据铁路部门管理技术人员的需要在电脑屏幕上显示直观场景,打破二维模型抽象的工作环境,包括工程的建设阶段和铁路的运营管理阶段,极大的提高人员的工作效率。
(三)铁路线路三维整体模型在铁路施工前的选线阶段发挥作用,辅助铁路选线设计人员根据不同的地理环境,自动生成相应的设计,在不同方案的提出、比选、决策阶段都能提供方便、直观的虚拟环境,改善精确度和提高了效率。
二、铁路线路路基三维可视化方法
三维铁路线路的实现基于平面设计的结果,计算出中线主点的大地坐标,以里程为单位,把平、纵设计结果及横断面地面线联系起来,按路基标准横断面的设定,计算出线路左、右两侧路肩边缘点和路基边坡与地面线交点的三维空间坐标。
(一)首先每隔10米取以线路里程为基准的点三维坐标的集合,然后利用线路中心线坐标点计算两侧的特征点坐标
(二)判断路基两侧填挖类型,有挖方和填方两种类型,需要挖方的计算排水沟各特征点的坐标,生成路堑边坡;需要填方的直接生成路堤边坡。
(三)通过纹理贴图,实现具有较强真实感的三维路基模型。
三、实现难点及技术方案
(一)边坡是线路路基的路堤和路堑,其中路堑还需要设置水沟。在生成边坡模型前,需要预先设定对应的参数,如道床顶面宽度,道床边坡坡率,道床厚度,路肩宽度,排水沟的相关参数,一级边坡相关参数,二级边坡相关参数,护墙相关参数等。根据线路两侧填挖类型的不同,边坡分为路堑边坡和路堤边坡,对应的边坡生成算法分为路堑边坡生成算法和路堤边坡生成算法。
(二)线路任一点里程大地坐标的计算。在曲线平面设计的过程中应先算出线路各主点里程的大地坐标,根据要求的任一里程点是在哪一段直线或者曲线或者缓和曲线上,分别根据大地坐标与局部坐标的转换来计算。
(三)路基边坡与地面交点的计算。中桩处填、挖不能完全反应断面的填挖情况,须由路肩边缘点与相应地面线的高程关系分别确定路基两侧的填挖情况,这就需要用到DEM内插高程来判断。以