线路设计虚拟现实模拟系统的分析

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1、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的况明并表示了谢意。学雠文作者虢蹴旖签字隅彬年∥肌同75致谢本论文的工作是在我的导师陈建春副教授的严格要求和悉心指导下完成的。从论文的构思、选题、开题到论文的每一个细节部分都凝聚着导师的心血。在两年的研究生学习期间，导师以其严谨的治学态度、渊博的学术知识、

2、科学的工作方法和积极创新的生活态度，给予我莫大的教诲和启迪。导师还给予了我很多生活上的关怀和帮助，感激之情无以言表，谨在此表示衷心的感谢!在这里，我要感谢我的同学康彦波、马长明、陈文、稔F兀坤、张健、魏广文等等，本论文能够顺利完成离不丌他们的无私帮助。他们在学习和生活中给予本人莫大的关心和支持，与他们积极热烈的探讨使我获益匪浅，本人在此深表谢意。感谢我的室友陈端春、李志强，是他们给我关心与帮助，陪我度过了美好的研究生生活。我还要感谢我的父母是他们给我的关怀和爱支持着我，鼓励着我，使我能够不断前进，并得以顺利的完成学业。感谢所有给予我帮助的老师

3、和同学们。感谢北京交通大学对我的培养和教育。1绪论1．1线路CAD的发展研究状况计算机辅助设计是近40年发展起来的一门技术，随着计算机软硬件的巨大进步，CAD技术已经成为工程设计及科学研究中不可缺少的组成部分。CAD技术充分利用了计算机的高速运算、数据处理和绘图模拟等能力，不仅可以缩短工程的设计周期，减少设计人员的繁杂劳动，而且能够提高工程质量，降低成本。计算机辅助线路勘测与设计的研究在国外先行丌始，其研究已有三十多年的历史，计算机的发展使线路勘测设计方法与手段产生了根本性的变化。1．1．1国外CAD发展现状20世纪60年代初期，道路设计中开

4、始引入计算机辅助设计，这一时期线路CAD的主要任务是将线路设计人员从繁冗重复的计算工作中解脱出来，解决了诸如平面和纵断面几何线形的计算、横断面设计及土石方计算等问题。在此基础上，为寻求合理的线路位置，开展了利用计算机进行纵断面优化的工作，经过一段时间的探索，完成了纵断面优化系统的开发工作。较成熟的软件有英国的HOPS程序、法国的Aholon程序和德国的EPOS程序等。纵断面优化程序的使用，在一定程度上提高了设计质量并相应降低了工程费用。根据联合国经济合作与开发组织在意大利西西里岛的某高速公路上进行的联合试验表明：使用纵断面优化程序可以节省土石

5、方工程量8％到17％，平均约为10％，这使得整个道路的建设费用大大降低。70年代，数字地面模型开始应用，计算机绘图技术可直接提供设计和施工图。许多国家在纵断面优化设计的基础上，将线路优化技术拓宽到线路平面。这一时期较有名的软件有英国的NOAN，美国的GCARS，OPTLOG及德国的EPOS．1等。80年代中期以来，国外的最新研究方向主要集中在线路勘测设计中智能CAD技术应用、地理信息系统(GeographicalInformationSystem，简称GIS)的应用，以及道路设计中的三维CAD技术应用与可视化技术。国外在线路CAD上推出了多种

6、商业化软件。应用较多的有美国Intergraph公司推出的InRail及InRoad软件、英国Infra公司推出的道路辅助设计软件MX(原MOSS系统)以及基于微机的德国Basedow&Tomow公司推出的CARD／1系统，这些软件代表了当今国际线路CAD的潮流与方向。InRoads、InRails系统将整个设计过程统一在数据库的基础之上，可以建立数字地面模型并支持三维的交通基础设施的设计。数字地面模型可以用三角网或等高线显示。MX系统的特点是废止了传统的纵、横断面测量方法，直接依靠航测或地面测量建立数字地面模型作为设计依据，除建立地表面三维

7、模型外，对构造物建立设计面模型，因此该软件具有完善的三维图形显示功能，对几何体的图形显示与表达有充分的灵活性。与前两个系统相比，CARD／1系统是在微机上开发的，易于推广，但三维功能较差，目前的版本只提供了制作透视图的功能，不能作三维造型渲染。国外的软件主要是集中在工作站上丌发，基于微机的软件其三维功能还不能适应三维可视化的要求，且这些软件都没有双线铁路的三维建模功能【4】【42】。1．1．2国内CAD发展现状我国线路CAD的研究工作始于70年代术，1974年，同济大学在全国率先收集和翻译国外关于道路路线优化技术和计算机辅助设计方面的资料，自

8、80年代中期起，同济大学、重庆交通学院、重庆公路研究所、交通部第二公路勘察设计院、西安公路学院等单位对公路纵断面优化技术及平面线形优化技术等进行了研究。随着CAD技