在虛擬中設計鐵路

地理信息系統平臺與衛星影像地圖軟件可提供便利的、開放式、豐富的真實地理環境信息資源。鐵路研究單位可通過真實地理環境與設計方案有效地結合，并應用在城際鐵路、客運專線隧道與橋梁等項目中，利用虛擬現實技術直觀地展現設計方案，評價相應工程設計方案對沿線地區所產生的影響，實現工程前期設計方案的優化和論證。

場景再現

在鐵路工程方案前期策劃和論證的過程中，需要直觀地表現出設計方案與既有線路周邊環境和地貌的融合，為方案選型提供重要的決策依據，而三維虛擬現實技術能夠將工程建成后的情況生動真實地展現出來。但是在實際項目中，時間緊、工作量大和基礎數據缺乏，往往使得鐵路項目的虛擬展現非常困難。

首先，由于鐵路線路跨度大，野外環境沿線的三維地形數據又不完備，所以無法準確真實地表示沿線地形的趨勢、地貌植被等信息; 其次，出于真實性的要求，制作工程項目的三維虛擬現實場景需要大量的建模和渲染工作，尤其是與城市環境相關的三維模型，但是如果沒有現成的數字城市模型可利用，那么只通過傳統的AutoCAD和3DMax建模再現沿線建筑環境的工作量將會非常大。所以，鐵路工程項目的虛擬展現需要在一個具備完整三維地形數據的平臺上，摸索出一套高效、準確、真實的工程方案場景展示方法。

結合地理信息系統與衛星影像信息服務軟件，可以通過地圖、衛星圖片和三維實景等不同的方式展示地球上任何一個區域的圖像和信息。對于工程方案的前期而言，這些系統提供的坐標、高程、地貌等免費的信息完全能夠滿足要求，在某些發達地區，甚至城市的三維模型都已建立，完全可以用三維的視角查看。另外通過快速三維建模工具，重點關注于在建模過程中如何快速展現建筑物的外部形狀和材質，用戶通過直觀的界面和拉伸、掏空等簡單的操作，就可以很快地在地圖上疊加建筑物的三維模型，達到實景展示的目的，其建模效率比在3DMax等傳統軟件下的繁瑣的建模方法要提高很多。

所以，鐵路線路工程方案的展示，應該采用基于地理信息展示平臺，通過快速建模技術在衛星影像圖上進行周邊環境的建模，再將建好的模型和三維工程設計方案模型一并導入到地理信息系統平臺當中去，這樣與工程相關的建筑、線路及地形環境就會“拔地而起”，可以通過指定的線路進行環境瀏覽，從而使實現直觀地對虛擬環境線路方案進行論證成為可能。

但是，由于快速建模技術的精度還不能完全作為詳細工程方案設計的依據，而是比較適合前期概念設計和方案選型，這也是應用中需要注意的一點。

虛擬漫游

京津城際(天津段)是在地形信息相對比較平緩的基礎上選線論證的實例，主要涉及城市路網、立交橋和地標建筑，特點是大部分建筑工作是規則模型，而虛擬漫游的路徑比較平滑。

首先，在系統中將線路方案以及沿線需要展示的環境和建筑物標注出來，對于需要以三維形式展示的環境建筑，還要現場拍攝建筑物的實體照片，將建筑物表面的圖片作為模型渲染貼圖的材質。

其次，通過建模軟件在衛星影像圖上進行三維建模，沿線樓房大部分是規則建筑，可以直接在建模軟件中建立矩形實體，并貼好材質，進行真實感處理，再把建好的模型導入到系統當中。

在此基礎上，將京津城際的線路設計方案中的軌道、路基、橋墩等三維模型也按照線路走向導入到系統中，并定好路徑和調整攝像機位置與高度，然后進行三維動畫漫游，從而把京津城際線路與和沿線地形、地物及地貌以真實的三維模型展現在面前。游覽方式可采用人機交互與自動方式，全面準確地展現鐵路設計方案與沿線環境、建筑之間的關系和相互產生的影響。

充分論證

在某個穿越山區的客運專線項目中，需要論證長隧道、橋梁等關鍵控制工程的可行性，就需要在真實野外場景之上建立隧道、高架橋梁的模型，并將模型與地形融合后，利用地理信息系統的全方位、多視角的演示來充分論證線路選擇的合理性，從而實現在多山復雜地形上的應用。

由于在地理信息系統中具備準確的坐標、高度等信息，而衛星圖片上也能反映出當地的地貌、植被特點，這為我們展示工程項目的野外環境提供了完整的基礎信息。首先，以三維地形為平臺，通過線路坐標將二維的線路平面圖疊加到真實位置; 第二步，通過快速建模軟件建立隧道、橋梁等控制工程的三維模型; 第三步，將工程模型放置到設計的線路坐標上，將工程方案與三維地形進行合成，就可以在三維的實景下展示設計方案。

通過虛擬現實技術手段，可以充分論證隧道或橋梁等工程設計方案的合理性、完美性以及準確性，全面和準確地評價隧道與橋梁相應工程設計方案對沿線地區所產生的影響。盡可能協調、避免及解決隧道與橋梁相應工程設計方案中出現大量切割山坡、開挖山岳崗地、填平溝壑、砍伐樹林、侵占濕地、分割草地等侵害自然地貌與生態環境的問題，使鐵路的設計充分考慮到與周圍環境之間的相互融合與協調。

以往在進行工程項目的虛擬現實展示的過程中，面臨著兩大難題，一是環境與地貌的數字化基礎資料不夠準確和全面，造成環境失真; 二是環境建筑需要大量、長期的建模工作，效率低、投入大、時間長。而本方法以具備三維數字化地形的地理信息系統平臺作為基礎，運用快速建模技術，可以快速、高效地形成工程方案的實景，對于鐵路工程項目前期進行方案論證、比選，準確評估工程與周邊環境的影響方面具有重要的實用意義。

鏈 接

鐵路設計的發展趨勢

鐵路線路設計是涉及面廣、技術性強、關系全局的總體性工作，也是一項復雜的系統工程。最早的鐵路線路設計手段以人工與圖板為主，逐漸發展成為甩掉圖板，運用計算機輔助設計的階段，后來又朝著平面、縱斷面、橫斷面優化設計的方向發展。實踐證明，鐵路設計應盡快由三維設計環境向多維設計環境發展，由計算機輔助設計向人工智能設計發展，應建成數字鐵路線路的專家系統，這必將大大提高鐵路線路設計的生產效率，縮短工程周期，提高質量。

單從虛擬現實技術來說，主要應用在該領域中的四個方面，即實施虛擬設計環境、實施鐵路設計中多專業協同設計、實施鐵路設計方案綜合評價、實施鐵路設計智能化。