鐵路既有線路的計算機輔助設計及應用研究

劉小會

摘 要：文章研究了鐵路既有線路中計算機輔助設計的應用，將計算機輔助設計應用其中，相比于傳統的測量方式，能夠簡化鐵路既有線路測量的操作方式，提高測量效率和準確度。鐵路既有線路測量結果能夠給管理者掌握鐵路運行狀態提供數據基礎，并且這些數據結果直接和鐵路安全性有關。所以文章分析了計算機輔助設計在線路測量中的應用。

關鍵詞：鐵路既有線路;計算機輔助設計;測量;應用

中圖分類號：U469.7 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）06-0183-04

Abstract：This paper studies the application of computer-aided design in existing railway lines. CoMPared with traditional measurement methods， the application of computer-aided design can simplify the operation of existing railway line measurement and improve measurement efficiency and accuracy. The measurement results of existing railway lines can provide a data basis for managers to grasp the operating status of railways， and these data results are directly related to railway safety. So the paper analyzes the application of computer-aided design in line measurement.

Key words：existing railway lines; computer-aided design; measurement; application

計算機輔助技術在鐵路既有線路中的應用比較廣泛，比如可以應用于既有線路恢復設計、改建設計和測量等方面，文章將主要研究將其應用到既有線路中的測量方面[1-2]。鐵路既有線路進行測量的主要內容是獲取測量線路的現狀，然后通過得到的數據繪制線路縱斷面圖[3-4]。鐵路既有線路測量結果能夠直接反映運行線路的技術狀況，在一定程度上也和鐵路運行安全和生產有直接的關系，所以既有線路測量結果是鐵路局科學管理的基礎資料[5]。但是由于鐵路既有線路測量的工作強度非常大，而其具有很強的時效性，所以每年需要進行好幾次的測量[6]。使用傳統的測量方式需要消耗大量的人力、物力和材料，而其檢測效率和準確度都比較低。所以為了能夠提高檢測效率和精確度，保證我國鐵路運行的安全性和有效性，需要使用新技術，如當前使用較為頻繁的航測技術和計算機輔助技術，通過使用這些技術，能夠有效提高鐵路既有線路的測量效率和準確度，而且還能夠降低工人的勞動力，促進我國鐵路快速發展[7-8]。于是文章將主要研究計算機輔助技術在鐵路既有線路中的應用。通過使用計算機輔助技術，首先獲取相關信息數據，然后對數據進行分析處理，最后得到鐵路既有線路的縱斷面圖，其程序如圖1所示。

1 數據輸入和預處理

鐵路既有線路縱斷面圖能夠綜合反映出線路的狀況，其中存在非常多復雜且豐富的內容，因為在圖上能夠反映出所有測量的結果數據，必然會導致原始數據在輸入過程中的誤差增大。所以在數據輸入之前需要對其進行預處理，從而增加數據輸入的準確度。其中預處理程序流程圖如圖2所示，預處理的主要內容有以下2點。

1.1 檢查并修改錯誤數據

由于數據過多，就會存在一些問題。在對數據進行檢查時，主要會存在以下4點錯誤：①邊坡點坡度代數差大于2%，在這種情況之下，沒有給出豎曲線半徑或者每20m變坡率;②輸出的測點里程沒有按照一定的順序進行排列，可能是因為里程鍵入的錯誤造成，還可能是因為坡度計算表上沒有按照順序進行排列;③在檢查過程中發現易出錯的接坡段中有鍛煉時，就會顯示出警告信息。④如果斷鏈長度大于50m，如果將斷鏈編碼漏掉，就會導致其計算出現問題。

1.2 數據處理

對數據進行檢測并修改之后，然后再對數據進行相應的處理工作，比如分類、排序和計算等。因為原始的數據輸入量過多，為了簡化輸入量，對于有些數據可以通過使用其他數據進行計算得出，所以這些數據可以不用輸入，比如坡度值、坡段長度等。該部分數據處理的主要內容包含自動處理斷鏈樁，從而能夠計算出測點的連續里程;自動識別非整數測點和整50m里程測點，從而能夠計算出測點設計標高;將設計標高和實際標高的差值大于0.05m的測點檢測出來。

2 生成縱斷面圖

通過使用計算機輔助設計技術，其中包含自動繪圖軟件，通過軟件進行布置縱斷面圖比傳統的設計方式更加方便。能夠按照習慣的方式自動繪制出卷圖，還能夠根據圖紙大小將縱斷面圖進行分幅處理。

2.1 布置縱斷面圖

在縱斷面圖的布置過程中，其中使用到的各種圖例符號和圖式都需要按照相關規定標準進行設定，不然布置的圖容易看不懂。縱斷面圖的橫縱方向的比例尺不能一致，因為要使得線路坡度變化情況更加明顯。一般情況下，鐵路既有線路測量時的橫縱比例之間相差50倍，即縱向比例尺為1∶200，橫向比例尺為1∶10000。縱向比例尺設置得比較大，繪圖過程中可能就會出現問題，因為一旦坡段較長或者坡度過大，圖形就會超過指定的范圍。出現這種情況時的解決方式是將超出邊界的部分斷開，然后進行向上或者向下平移，最后將高程尺寸修改即可繼續繪圖。其中打斷點的位置不能隨意設置，需要根據相關經驗進行設置，打斷點的次數要盡可能的少，但同時又要滿足不會偏上也不會偏下。這樣的處理方式比較復雜，而且僅僅憑借經驗判斷的準確度較低。

使用計算機輔助技術進行設計，將會具有比較多的優勢，能夠快速、準確的獲取打斷點位置，其具體操作如下所示：首先使用計算機掃描功能將所有相關數據進行掃描，并且確定一個起始位置，如圖3所示，于是可以得到總的打斷次數;然后再確定如圖3的起始位置2，即可得到打斷次數，依據該步驟最終將會得到一個打斷次數最少的其實位置。所以通過使用計算機輔助設計將會非常的快捷。

在進行縱斷面線打斷位置和圖紙分幅計算時，需要注意的是要保證該圖中的符號和標注完整性，即不同從符號或者標注中間斷開。所以在使用計算機輔助設計過程中，需要將所有符號和標注的里程疊加，并且繪制出一個數據表，從而有助于隨時進行檢索，看符號和標記是否從中間斷開。

在布置縱斷面圖時，還會出現一個問題就是不同的標注和符合會出現重疊的情況。所以就會增加各種標記位置的布置難度，甚至和縱斷面線相關的所有標記，發生重疊現象的情況包含所有。對于這種問題，使用計算機輔助設計技術，其中包含各種標注互相避讓的功能，即該位置已經有標注，其他的標記就不會出現在此處。這種功能能夠實現兩點作用，首先就是能夠合理對不同標記和符號在圖面上進行合理位置布置，比如將同側內容分別置于上面和下面進行區別;然后就是能夠對已經有標注和符號的位置進行記憶，從而可以避免下次在該位置出現符號或者標記。

布置圖面雖然會出先重疊現象，但是由于計算機輔助技術的利用，能夠消除95%以上的重疊現象。然后剩余一部分重疊的問題，可以將其留到屏幕編輯的階段中進行交互式處理。

2.2 圖例符號、線型和文字標記的處理

鐵路既有線路進行測量獲得的圖形，為了增加其可移植性，所以在繪制過程中需要使用子程序中的各種圖例符號和線性，雖然這種處理方式的速度不是很快，但是有利于將程序向其他類型計算機移植。

2.2.1 按比例繪制的圖例符號處理

在測量過程中，存在某些符號需要按照比例進行繪制，比如隧道、大于一百米的橋、斷鏈標等，由于要按照一定的比例進行繪制，就會增加其處理難度。另外，其中的隧道和橋梁符號還需要隨著線路坡度的變化而保持變化，其目的在于將隧道和橋梁與線路保持平行狀態，如圖4所示。

2.2.2 不按照比例的圖例符號處理

在測繪過程中存在比較多圖例符號不需要依據比例進行繪制，比如車站、小橋涵、道口、信號車、水準既定等，因其不需要按照比例進行繪制，所以其記錄方式會比較簡單，只需要記錄符號的中心位置。但是在繪制過程中需要將同類型的符號標記大小相等。并且其中也需要進行標注“避讓”，且其判斷標準都是一樣。另外，如果遇到多個連續相同符號，為了簡化操作，使用“鏡箱”操作將會非常方便，能夠快速對相同符號進行繪制，比如，在圖中測量繪制多孔涵洞符號時，就可以使用這種繪制方式。

2.2.3 漢子標記處理

對鐵路既有線路進行測量，然后將所得到的數據進行測繪，為了對縱斷面圖進行說明，其中涉及到很多漢字標注，在計算機輔助設計技術中，其中使用的系統會提供兩種類型漢字，分別為矢量型漢字和圖形漢字，其中第一種類型的的優勢在于生成速度快，但是字庫比較小，后面一種類型漢字優勢和劣勢正好與之相反。在實際使用過程中，矢量型漢字的使用較為頻繁，然后另外一種類型可以作為矢量型漢字的補充。

另外，對漢字進行標注時有兩種不同的標記，其中一種為該標記有規律性，而且會重復使用，比如涵洞等，為了提高標記的效率，可以預先生成節點子圖。子圖表示的是將圖像預先設計好，然后將其存放到子圖名下，這樣在使用時不需要對圖形重復設計，只需要執行插子圖命令。其中每一個子圖只能對應一種涵洞類型或者孔跨形式，如表1所示。

另外一種標記就是使用比較少，又屬于沒有規律的標記，比如車站、隧道、水準基點等，該類型的標記大致有40%，其中標注字數最多的就是水準基點標注，于是對其同樣使用子圖方式，然后剩余的漢字標記占比就比較少，大致只有15%，于是在后續的屏幕編輯中進行解決。

2.2.4 線型處理

只使用計算機輔助設計中系統提供的基本直線類型，然后自行對各種線進行編制，這種做法有利于移植性。

3 屏幕編輯及成果存儲輸出

3.1 屏幕編輯

完成上述數據處理、縱斷面圖生成之后，其中還存在一些問題，如少數的標記和符號重疊現象和漢字標注問題。當然，還可能出現其他問題，于是在此板塊中主要對這些問題進行處理，使用交互式圖形編輯進行處理工作。計算機輔助設計技術中，存在一種具有很強圖形編輯能力的系統，能夠完成分層顯示和存儲，所以能夠比較快速的將重疊部分區分開。該系統中還具有其他的圖形編輯功能，比如刪除、旋轉、修建、放大、剪裁、傳輸等。較為強大的編輯功能有助于對縱斷面圖進行處理，從而得到準確的圖形。

3.2 成果存儲和輸出

通過在計算機上完成各種準備工作，對鐵路既有線路經常測量，然后繪制成縱斷面圖，最終需要將其進行存儲和輸出。對圖形進行保存時需要以數據庫的方式存儲在系統中，只需要通過使用計算機輔助設計技術中的存儲和輸出功能即可完成。圖5即為使用計算機輔助設計技術于鐵路既有線路測量中的結果，該圖的比例即按照上述所說明的常見比例，縱向為1：200，橫向為1：10000。

4 結語

如今計算機輔助設計技術的應用非常廣泛，將其應用于鐵路既有線路測量中具有較為成熟的應用效果。相比于傳統的測量方式，使用這種先進的技術，能夠很大程度上提高測量和繪圖的效率和準確度，而且在使用計算機輔助設計技術時，其中對圖形進行修改、創建方式比較簡單，總之能夠在鐵路既有線路中發揮重要應用價值。

參考文獻

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