ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы.
Повышенная потребность в расширении политико-экономических связей между странами и регионами, глобализация мировой экономики требуют развития транспортной сети в глобальном масштабе. Например, соединение транскорейской и транссибирской магистралей по мнению многих авторитетных политиков и экономистов /3, 52, 59, 81, 82/ может сыграть положительную роль в развитии стран азиатско-тихоокеанского региона, так как время на транспортирование грузов в Европу и обратно будет уменьшено с 45 дней до 20 дней.
Развитие экономики любого района начинается с транспортной инфраструктуры /2,3,10, 41, 66/. В настоящее время транспортные сети отдельных стран объединяются в международные, создаются транспортные коридоры, проходящие через континенты /5, 6, 10, 16, 36, 38, 59, 61, 64/. Развитие транспортной сети выполняется за счет строительства новых и реконструкции существующих железных и автомобильных дорог. Для развития сети дорог КНДР остро стоит проблема строительства новых и реконструкция существующих дорог с учетом повышенных требований для международных магистралей /98, 99/. Эти работы весьма капиталоемки и длительны по времени исполнения. Принятию решения о крупном и долговременном вложении средств предшествует проработка различных вариантов инвестиционных проектов (ИП) и выбор наилучшего /63/.
Эффективность ИП в значительной мере определяется качеством решений, принимаемых при выполнении проектно-изыскательских работ. При использовании традиционных технологий разработка проектов в транспортном строительстве растягивалась на годы. Сейчас такие сроки неприемлемы.
Сокращение трудозатрат и сроков разработки проектно-сметной документации достигается за счет применения новых технических средств изысканий и систем автоматизации проектных работ (САПР) /1, 9,19,22, 23,27-29, 35,45,46, 53/
Повышение качества проектных решений и снижение затрат труда особенно заметно при использовании современных информационных технологий, в частности, геоинформационных систем (ГИС), цифровых моделей рельефа и местности (ЦМР, ЦММ) /15, 32-34, 59, 65/. Они широко применяются при проектировании, строительстве и эксплуатации автомобильных дорог /7, 8, 9, 22/. Исследования по разработке методов решения отдельных задач проектирования железных дорог на новой информационной базе ведутся в университетах путей сообщения и в проектных организациях РФ /1, 18, 19, 24, 25, 27, 36, 41, 42, 44-48, 50, 56/. Однако, комплексной САПР на основе ЦМР и ЦММ для железных дорог в настоящее время нет. В КНДР в настоящее время также нет полноценных решений в этой области /99/. Отсюда
вытекает вывод об актуальности адаптации имеющегося программного обеспечения к задачам проектирования железных дорог с использованием ЦММ, создания на их основе САПР и разработки метода выполнения проектных работ на новой информационной базе для России и особенно для КНДР. Решение этой проблемы требует проведения многогранных исследований.
Целью настоящей работы является разработка метода многовариантного проектирования трассы железных дорог с использованием современных информационных систем и цифровых моделей местности (ЦММ).
Для достижения указанной цели потребовалось решить следующие задачи.
1. Исследовать состояние и перспективы развития систем автоматизированного проектирования железных и автомобильных дорог, определить возможность и целесообразность адаптации имеющихся в других отраслях программных продуктов для расширения круга задач, решаемых с применением персональных электронных вычислительных машин (ПЭВМ) при проектировании, строительстве и эксплуатации железных дорог с использованием ЦММ.
2. Рассмотреть инвестиционный проект и его жизненный цикл применительно к строительству новых железных дорог и определить место применения современных информационных технологий для повышения эффективности ИП.
3. Разработать проект метода решения задач проектирования железных дорог с использованием современных информационных технологий и ЦММ с позиции формирования и управления ИП.
Объектом исследования является проект участка новой железной дороги в сложных горных условиях, которые характерны для КНДР.
Предмет исследования - методы автоматизированного решения задач проектирования железных дорог.
Теоретической и методологической основой диссертации являются системный подход к разработке и реализации инвестиционных проектов в железнодорожном строительстве, современные информационные технологии, действующие стандарты, нормативные и методические документы, используемые при проектировании железных дорог, работы российских и зарубежных ученых в этой сфере.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
1. Разработана технология автоматизированного проектирования новой железной дороги с использованием ЦММ. В ней особое внимание уделено методам решения задач, которые не рассмотрены в имеющихся системах проектирования этих объектов;
2. Подготовлены методические указания по проектированию железных дорог на основе ЦММ.
3. Впервые проект, разработанный специалистами по традиционной технологии, сопоставлен с вариантами, разработанными по ЦММ с использованием программного комплекса CREDO.
На защиту выносятся: метод решения основных задач проектирования железных дорог с использованием ЦММ, метод комплексного проектирования железных дорог с
использованием современных информационных технологий.
Практическая ценность. Предлагаемый метод позволяет решать задачи автоматизированного проектирования железных дорог с применением современных информационных технологий и ЦММ, что обеспечивает снижение трудоемкости и сокращение сроков разработки проектов в несколько раз. Практически один специалист заменяет целый отдел, работающий по традиционной технологии. Это позволяет в условиях острого дефицита времени увеличить количество рассматриваемых при проектировании вариантов и выбирать среди них наиболее эффективный.
Реализация исследований. Результаты исследований используются в учебном процессе СГУПСа, принято решение об их использовании в КНДР - в Пхеньянском железнодорожном институте и в Государственном институте проектирования транспорта министерства железных дорог.
Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и обсуждены в 2004 году на научно-технической конференции в СибЦНИИТС, в 2005 году на семинаре при кафедре «Изыскания, проектирование и постройка железных и автомобильных дорог» СГУПС, на объединенном семинаре шести кафедр СГУПС.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 4 печатных работах. Одна работа подготовлена в соавторстве.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованной литературы. Общий объем диссертации содержит 94 страниц машинописного текста, 27 таблиц, 27 рисунков. Список использованных источников включает 1 ООнаименование.
1. Анализ современных систем автоматизированного проектирования, используемых при проектировании железных дорог.
1.1. Краткая история создания систем автоматизированного проектирования.
В современных условиях интенсификации всех видов производства резко повысились требования к качеству проектов, срокам разработки проектно-сметной документации. Эти цели достигаются через применение современных технических средств и автоматизацию проектирования. Она началась в 60-х годах 20 века с разработки программ решения отдельных задач при проектировании /1, 17, 18, 19, 24, 25,49, 58, 64/. По ним решались наиболее сложные и трудоемкие с точки зрения расчетов задачи. Полученные результаты не находили непосредственного применения в проектной документации, так как отражали лишь определенный этап решения задачи. Получение законченных документов оставалось в ведении специалистов - проектировщиков и оформителей проектов. В проектных институтах были целые отделы, занятые этой работой.
Большой вклад в разработку программ решения на ЭВМ отдельных задач проектирования железных дорог внесли ЦНИИС, МИИТ, институт кибернетики АН УССР, проектные институты Мосгипротранс, Ленгипротранс, Киевипротранс, Сибгипротранс и другие организации Советского Союза /1,17,18, 19, 64/. У истоков теории стояли крупные ученые В.М. Глушков, B.C. Михалевич, Б. К. Малявский, А.В Горинов, И. И. Кантор, И.В. Турбин, Г.Л.Аккерман, А.В. Гавриленков, В. И. Струченков /4, 18, 19, 27, 28, 29, 48, 49, 65/. По цифровым моделям местности следует отметить работы Н.Е. Коновалова и В. П. Гуленко/19/.
В 70-х годах от автоматизации решения отдельных задач перешли к разработке технологических линий проектирования (ТЛП) железных дорог, решающих комплексы задач по отдельным разделам проекта. В это время появились технические средства для оформления графических материалов. Результатом решения задач на ТЛП стали готовые чертежи и другая проектная документация по отдельным частям проекта дороги /8, 27-29/. Часть из этих разработок и сегодня после привязки к новым вычислительным машинам применяется в проектных организациях /25,35,/.
С появлением персональных электронных вычислительных машин (ПЭВМ) на базе ТЛП стали разрабатываться автоматизированные рабочие места (АРМ)/4, 23,26, 35, 40/.
По ряду причин рассматриваемые задачи не получили комплексного решения в виде САПР. Разработки в области комплексной автоматизации процессов проектирования железных
дорог после начала экономической реформы в 90-х годах прошлого века в РФ были практически прекращены.
Во второй половине 90-х годов в других отраслях стали создаваться программные продукты по автоматизации изысканий и проектирования различных объектов. В это время стали доступны и зарубежные комплексы программ. В настоящее время широко используются системы автоматизированной обработки материалов изысканий, проектирования генпланов и автомобильных дорог /7, 8, 54/. Ниже приведена краткая характеристика наиболее распространенных программных продуктов.
1. Robur-rail — это совместная разработка научно-производственной фирмы ТОПОМАТИК и проектно-изыскательского института ЛЕНГИПРОТРАНС. Областями применения программы являются следующие:
• Обработка материалов изысканий,
• Проектирование железных дорог и станций,
• Вынос проекта в натуру,
• Контрольно-исполнительные съемки.
Этот комплекс программ российских производителей совсем недавно появился для проектирования железных дорог. Он в настоящее время находится в стадии адаптации к применению в проектных организациях, в виду чего его детальное рассмотрение в работе было невозможно/91/.
2. RGS (GeoniCS Изыскания") - это пакет программ для решения геодезических задач. Он предназначен для автоматизации процесса обработки полевых измерений и рассчитан на специалистов, работающих в области геодезии (инженерные изыскания, строительство, кадастр и др.), и стремящихся автоматизировать и существенно упростить трудоемкий процесс обработки полевых измерений/87/.
Пакет программ разработан учеными одного из ведущих институтов в области геодезии (МИИГАиК) совместно с предприятием по геодезическим работам "Румб". Пакет работает в Windows 98/NT/2000. Вывод результатов решения для визуализации предусмотрен в AutoCAD(oT 2000), AutoDesk Land Desktop, программном комплексе GeoniCS Генплан/Топоплан, Panorama, Geod.
Основные особенности программы RGS следующие:
• решение всех видов геодезических задач;
• простота использования, не требующая специальной подготовки для пользователей;
• легкость настройки под конкретного пользователя;
• абсолютно произвольный ввод данных для всех видов задач, что позволяет избежать трудоемкой систематизации полевых материалов;
7
• возможность свободно передавать исходные данные между различными задачами;
• полученные в результате расчетов данные легко редактируются и представляются в виде отчетных ведомостей;
• вывод на экран графического изображения решаемой задачи непосредственно в процессе ввода и обработки.
Пакет программ состоит из шести модулей, работающих независимо друг от друга: Плановые сети, Высотные сети, Съемочные работы, Проектные данные, Каталог опорных пунктов, RGS_PL (пакет программ для работы в среде AutoCAD).
Исходная информация для программы может быть представлена в виде полевых журналов, файлов произвольного формата или файлов, полученных с накопителей различных электронных тахеометров, список которых может быть легко расширен по заявкам пользователей.
Результатами работы системы RGS являются:
- таблицы результатов вычислений;
- файлы графического изображения в форматах AutoCAD(SCR,DXF), содержащие схемы, чертежи и планы, дающие наглядность при представлении рабочих материалов/80/. Файл графического изображения создается в процессе обработки. Изображение автоматически размещается в соответствующих слоях различными цветами и условными знаками. Обеспечена возможность экспорта данных в программы PANORAMA, GEOD, программный комплекс GEONICS.
3. Программа CAD GEO - это пакет программ для обработки результатов инженерно-геологических изысканий (включая лабораторные исследования)_/65/. CAD GEO включает:
- базу данных результатов инженерно-геологических изысканий и исследований на платформе Microsoft Access 97/2000, в состав которой включены таблицы лабораторных исследований физико-механических свойств грунтов (сдвиговые, компрессионные, консолидационные испытания грунтов, испытания грунтов на уплотнение), полевых испытаний (статического и динамического зондирования, штамповых испытаний и испытаний крыльчаткой, радиоактивного каротажа, геологического описания грунтов по результатам бурения, гидрогеологических наблюдений и исследований и др.), результаты химанализа воды;
-программы, позволяющие обрабатывать результаты инженерно-геологических изысканий и исследований в соответствии с действующими нормативными документами;
- лаборатория — обработка результатов лабораторных исследований физико-механических свойств грунтов и выдачей конечных результатов в виде таблиц и графиков, готовых к включению в отчет;
- зонд-С - обработка и представление результатов статического зондирования;
- зонд-Д— обработка и представление результатов динамического зондирования;
- каротаж - обработка и представление результатов каротажных исследований;
- карты физических данных - построение карты фактического материала с нанесением условных знаков инженерно-геологических выработок, точек зондирования и каротажа и других необходимых условных обозначений;
- изолинии показателей',
- ГеоКолонка - построение геологической колонки по результатам лабораторных исследований и визуальному описанию грунтов;
- Разрез — построение инженерно-геологических разрезов;
- Гео-ЗЭ - создание трехмерной модели геологического пространства и получение сечений в любом заданном направлении;
- Тренд - анализ пространственной изменчивости показателей физико-механических свойств грунтов, одномерные и многомерные сравнения с помощью статистических критериев.
Все промежуточные и конечные результаты имеют законченный для включения в отчетные документы вид.
Программы могут работать в составе оболочки CAD GEO, а также в виде отдельных программ. Всем программам доступны данные, накапливаемые в базе данных, а также файловые структуры. Все графические программы имеют выход в AutoCAD, в формате DXF.
4. GEONICS состоит из трех частей; GEONICS-ТОПОПЛАН, GEONICS-ГЕНПЛАН и GEONICS-РЕЛЬЕФ /34,94/.
GEONICS-ТОПОПЛАН — это автоматизированная система создания топографических планов. Она предназначена для создания в среде AutoCAD (от 2000) крупномасштабных (М 1:500 - М 1:5000) топографических планов в стандартных условных знаках и для создания цифровых моделей местности (ЦММ). Используя эту систему, можно устранять искажения в полученных методом сканирования растрах в результате их нелинейной трансформации. Это позволяет в последующем привязать их к системе координат, использовать в качестве подложки для векторизации. Эта система позволяет получать карты в условных знаках непосредственно в процессе дигитализации или путем накладки (картирования) на контура, полученные после векторизации данные. Она позволяет формировать цифровую модель (абрис) и полное картографическое изображение.
GEONICS-ГЕНПЛАН - это автоматизированная система создания генеральных планов. Программный пакет GEONICS-ГЕНПЛАН предназначен для проектирования генеральных планов объектов промышленного и гражданского назначения, в том числе городской застройки, специальных объектов, автомобильных дорог в среде пакета AutoCAD 2000/2000i/2002/2004
(или систем AutoCAD Map 2000(i), R5, R6; AutoCAD Land Development Desktop R2(i) или AutoCAD Land Desktop).
Система GEONICS-ГЕНПЛАН позволяет быстро разбить улично-дорожную сеть, нанести на генплан здания и сооружения, площадки и пешеходные дорожки, разбить строительную геодезическую сетку, проставить все необходимые координаты и размеры. Он состоит из нескольких функциональных разделов, каждый из которых соответствует строго определенным задачам проектирования генеральных планов (горизонтальная планировка, вертикальная планировка, инженерные сети и благоустройство).
Система GEONICS — РЕЛЬЕФ предназначена для построения трехмерной модели рельефа или произвольной поверхности на основе массива нерегулярно расположенных исходных точек, взятых из полевых журналов или полученных методом дигитализации топографических планов и карт. Исходные данные для построения трехмерной триангуляции можно получить из различных источников (текстовые файлы, примитивы чертежа, горизонтали, различные сочетания источников) и использовать их непосредственно либо создать на их основе базы геоточек, в которых можно создавать группы и подавать на вход. Кроме того, имеется возможность получения пикетов по чертежам топоосновы программы GEONICS-ТОПОПЛАН. Это позволяет использовать эти чертежи для построения моделей рельефа. При считывании пикетов из файла возможно устанавливать номера колонок для считывания номеров пикетов и координат X,Y,Z, а также устанавливать тип разделителя. Практически сняты ограничения на число пикетов, на точность координат.
Пакет GEONICS - РЕЛЬЕФ позволяет строить модель поверхности с учетом множества границ и структурных линий различных типов (откосы, тальвеги, хребты, озера, острова, реки, дороги, канавы, границы перепланировки территории и т.д.). В качестве структурных линий могут использоваться горизонтали. Построенная поверхность редактируется быстро и наглядно, с использованием предварительных, динамически изменяющихся, несглаженных горизонталей, позволяя перебрасывать ребра смежных треугольников (флип), чтобы рисунок горизонталей точнее соответствовал реальному рельефу, а также добавлять, изменять (в план и по высоте) и удалять точки и грани.
Пакет позволяет строить сглаженные различными способами высококачественные горизонтали (изолинии) любого сечения, размещенные на соответствующих уровнях, надписать их, проставлять бергштрихи . Пакет понимает модели рельефа, созданные в чертеже Автокада, системами Land Desktop, CREDO и др.
Пакет позволяет решать различные задачи на основании построенной модели рельефа:
- определение отметки Z в любой точке в пределах модели рельефа;
10
- расстановка пикетов в узлах заданной регулярной сетки. При этом у пикетов автоматически интерполируются и проставляются их «черные», «рабочие» и «красные» отметки (после построения модели проектного рельефа), если они расставляются в пределах моделей рельефа;
- выполнение различных видов раскраски построенной модели рельефа для быстрой и наглядной визуальной оценки ее высотных характеристик;
- «поднятие» плоских 2Б-линий и точечных объектов на трехмерную модель рельефа с целью получения их реальных ЗО-аналогов, например, получение трехмерной границы участка или трехмерных границ грунтовой дороги, не зная ни одной отметки на ее краях;
- построение трехмерных макетов существующей (или проектируемой) городской застройки на трехмерном рельефе с автоматической посадкой зданий на рельеф «выдавливанием» на положенное количество этажей и отрисовкой крыш;
-определение траекторий стока и областей накопления жидкости на модели рельефа. Моделирование стока ведется с учетом коэффициентов впитывания в грунт. Данная задача может использоваться, например, при мониторинге аварий на нефтепроводах.
5. AutoDesk Land Desktop включает в себя AutoCAD 2004 (базовую трехмерную систему проектирования), ГИС-функции AutoDesk Map 2004 и специфические функции для работы с точками съемки, построения трехмерных моделей поверхностей, плановой укладки трасс/77/.
Программа AutoDesk Land Desktop является также платформой, позволяющей объединять данные изыскателей и проектировщиков таким образом, чтобы самые последние изменения (в базе съемочных данных, в созданных моделях поверхностей, в характеристиках проектируемых трасс, в границах участков собственников) были доступны всем специалистам, работающим над данным проектом.
В этой программе можно использовать все возможности AutoDesk Map (т.е. создание и редактирование карт; автоматическое создание чертежей, разбивка на листы, оцифровка и очистка; привязка данных к объектам AutoDesk и дальнейшая обработка этой информации; работа с топологиями и т.д.).
6. AutoDesk Survey является дополнительным модулем для AutoCAD Land Development Desktop/33, 81/. Она предназначена для автоматизации ввода и обработки данных геодезических наблюдений и решения геодезических задач. Используя AutoDesk Survey, можно работать более чем с 60 типами геодезических инструментов, включая накопители данных, электронные тахеометры и цифровые нивелиры таких фирм, как Trimble, Topcon, Leica, Nikon и др. По мере создания данных съемки и инженерных данных проекта параллельно создаются DWG файлы. Следовательно, не надо делать трансляцию между данными и чертежом. Система AutoDesk Survey имеет средства обработки полевых данных, средства анализа и импорта,
11
включая табличный ввод, а также создания полевого журнала и редактирования. После завершения фазы проектирования, полевая бригада может загрузить необходимую информацию назад в накопитель данных для осуществления наблюдений .
7. Система Autodesk Civil Design (дополнительный модуль к AutoDesk Land Development Desktop) - инструмент для проектирования гражданских объектов, сооружений транспорта, разработки строительных площадок и гидрологического анализа /32, 78/.
Программа AutoDesk Civil Design имеет в своем составе набор программных инструментов, позволяющих пользователю значительно ускорить процесс разработки проектов и изготовление чертежей по организации прокладки и строительства дорог, включая проекты для всех категорий и диапазонов дорог, рельсовых путей, проходов, проездов и каналов. Кроме этого, программа позволяет работать с проектами освоения и застройки строительных площадок. В ней реализована возможность планирования объемов земляных работ, планировки территорий для строительства коммерческих, промышленных, государственных и общественных зданий и сооружений. В процессе проектирования возможности программы AutoDesk Civil Design позволяют учитывать особенности гидрологии в проектах различного типа дорог, парковочных стоянок и проч.
В программе реализован инструмент совместной работы над проектом одного или нескольких коллективов пользователей. Программа AutoDesk Civil Design позволяет использовать в процессе проектирования команды Auto CAD и других приложений с целью получения комплексного решения, не требующего уточнений и доработок. Таким образом AutoDesk Civil Design значительно расширяет возможности специалистов в сфере гражданского проектирования. Все проектные данные - планы дорог, профили и сечения по земле, направление трубопроводов, результаты гидравлических исследований, профилированные планы, хранятся в базе основного проекта. Программа AutoDesk Civil Design поможет проектировщикам реализовать проекты любого масштаба или размера, от простых строительных площадок и подъездных путей до сложных секционных планов и переустройства сложных скоростных магистралей.
8. Программа PLATEIA предназначена для проектирования новых и реконструкции старых дорог, пересечения и примыканий, плотин и искусственных водоемов. Кроме этого, есть возможность анализировать рельеф местности, рассчитывать объемы работ, моделировать процессы, создавать и визуализировать трехмерные модели /95, 96/.
Интеграция PLATEIA с AutoDesk Land Desktop 3 дает новые возможности управления проектом, стандартизирует проектирование дорожного полотна, содержит систему контроля норм проектирования, связь с ГИС. Указанные положительные качества обеспечивают гибкость
12
системы, надежность хранения данных и интерактивные объектно-ориентированные функции, делают этот комплекс мощным и удобным инструментом инженера.
Предлагаемые PLATEIA решения весьма полно отвечают потребностям инженеров-проектировщиков:
-PLATEIA имеет богатый набор инструментов для проектирования, понятный интерфейс и отличную документацию на русском языке;
-PLATEIA позволяет вносить изменения проекта стандартными средствами операционной системы Microsoft Windows;
-в модулях PLATEIA предусмотрены функции для проектирования автомобильных и железных дорог, а также мостовых переходов.
С использованием программы PLATEIA можно решить следующие задачи:
1) расчет объемов работ;
2) проектирование плана дороги;
3) построение поперечных сечений;
4) проектирование продольного профиля;
5) расстановка дорожных знаков и разметка;
6) построение трехмерных моделей и их визуализация.
PLATEIA 5.0 состоит из пяти модулей: Местность, Оси, Продольные профили, Поперечные сечения и Транспорт /96/.
Модуль PLATEIA Местность необходим при работе с координатной геометрией, картами и цифровыми моделями местности и рельефа. Он автоматически генерирует трехмерную модель рельефа и карты в изолиниях и содержит библиотеку топографических условных знаков, используемых при работе с картами, средства импорта данных из электронных геодезических приборов и из файлов различных форматов.
Модуль PLATEIA Оси предназначен для отрисовки эскизов, осей и разбивки дороги в плане. Имеет средства для параметрической отрисовки элементов осей (тангенсы, круговые кривые и клотоиды. В нем реализованы автоматическое определение минимальных радиусов, контроль соответствия нормам при работе с радиусными кривыми и клотоидами. При работе с кривыми автоматически рассчитывается уширение на виражах, оси проецируются на трехмерную модель рельефа.
Назначение модуля PLATEIA Продольные профили - построение продольных профилей и вписывание вертикальных кривых. Вписывание кривых возможно как вручную, так и в автоматическом режиме. Автоматически отрисовываются линии рельефа. Уникальные средства редактирования позволяют задавать собственные типы таблиц-сеток ("шапки") с произвольным набором граф. "Шапки" заполняются автоматически при отрисовке любых элементов профиля.
13
При проектировании трассы PLATEIA Продольные профили осуществляет контроль соответствия принятым нормам. Модуль осуществляет расчет поперечных уклонов, подъемов виража, приблизительных объемов земляных масс. Предусмотрены функции для проектирования реконструируемых участков автомобильных дорог.
Модуль PLATEIA Поперечные сечения предлагает широкий выбор инструментов и функций для быстрой и удобной работы с поперечными сечениями. Автоматически отрисовываются линии рельефа и поверхности дорожной одежды. Так же, как и в модуле PLATEIA Продольные профили, можно задавать собственные типы таблиц-сеток, которые автоматически заполняются по мере отрисовки "поперечников". Среди средств редактирования "поперечников" есть функции отрисовки типовых элементов поперечного сечения (откосы, кюветы, дорожная одежда, бордюрный камень и т.д.). Для ускорения работы с поперечными сечениями предусмотрена синхронная обработка нескольких "поперечников". Например, при отрисовке откоса выемки на одном "поперечнике" возможна автоматическая, без участия проектировщика отрисовка аналогичных откосов на любых других "поперечниках". PLATEIA Поперечные сечения позволяет создавать библиотеки (шаблоны) типовых решений для поперечных сечений. Модуль осуществляет расчет объемов земляных масс, растительного слоя, подсыпки, слоев дорожной одежды, бордюрного камня и других элементов дороги.
Модуль PLATEIA Транспорт предназначен для разметки дорог, расстановки дорожных знаков, проектирования щитов. Специально разработанный инструмент позволяет производить проверку любых транспортных средств (легковые автомобили, автобусы, грузовые автомобили с прицепами и без и т. д.) на вписывание в проектируемое пересечение или примыкание дорог. При этом рассчитываются заносы как по передней, так и по задней части автотранспорта, производится отрисовка опасных зон.
В 1989 году на рынке программного обеспечения по автоматизированному проектированию появились первые программные продукты НПО «Кредо-Диалог» /36, 54, 85/. Они предназначены для решения задач по проектированию автомобильных дорог /54/. Однако с самого начала эксплуатации комплекса CREDO делались попытки ее применения при проектировании железных дорог /20, 36/. С появлением второго поколения CREDO возможности применения при проектировании железных дорог существенно расширились.
Но и продукты второго поколения CREDO не всегда позволяют решать железнодорожные задачи, так как имеются существенные отличия в нормах и технологии проектирования железных дорог от автомобильных. Есть определенные сложности в проектировании продольного профиля с соблюдением требований по руководящему уклону (смягчение уклона в кривых), по переломам профиля и размещению раздельных пунктов. Практически невозможно задать существующее верхнее строение пути и толщину балласта в отдельных точках.
14
Проектирование реконструкции продольного профиля и земляного полотна существующих железных дорог также вызывает серьезные проблемы.
В настоящее время готовится к массовому распространению третье поколение CREDO. В связи с этим у проектировщиков железных дорог появляется уникальная возможность получить на платформе CREDO полноценный пакет САПР с учетом специфики проектирования железных дорог/41,42,45,46,47,48/.
Для решения информационных и управленческих задач железнодорожного транспорта необходима пространственная и семантическая информация результатов исполнительных съемок по железным дорогам в виде географических информационных систем (ГИС). Она послужит основой для железнодорожного кадастра, позволит быстро рассчитывать эксплуатационные характеристики маршрутов, оценивать экологическое воздействие транспорта. Эта же информация позволит существенно сократить расходы на проектирование, строительство и реконструкцию транспортных объектов за счет использования готовых цифровых моделей местности, а также за счет применения САПР. Таким образом, будет реализован электронный обмен информацией в цепочке «изыскания - проектирование -строительство - эксплуатация - ремонт - реконструкция».
Эта концепция предполагает, что результаты работы проектных организаций передаются в электронном виде строителям, затем в эксплуатирующие органы управления дорог, где они периодически обновляются и используются как при последующем проектировании ремонта или реконструкции участков дороги, так и при решении эксплуатационных задач.
Измерения, которые проводятся в процессе эксплуатации пути путеизмерителями и инструментальной съемкой, должны вноситься в общую базу данных. Наличие информации о реальном положении пути в плане и профиле позволит выполнять тяговые расчеты с определением по Инструкции ОСЖД очень важного на сегодня показателя - плавности хода, на качественно ином уровне решать вопросы анализа тягово-эксплуатационных характеристик трассы, паспортизации путей и многие другие.
Наиболее актуально для управления дорогами определение допускаемой скорости движения на кривых. Порядок решения этой задачи следующий. Берется бумажная копия профиля, и с нее переписываются данные о кривых участках пути. По этим данным рассчитываются ограничения как для геометрически правильной кривой. Реальное положение пути зачастую отличается от теории. Наличие сквозного программного комплекса позволит вводить информацию о текущем состоянии кривой в единую базу и использовать на всех уровнях для различных эксплуатационных расчетов.
Разработка шаблонов для новых линий, реконструкции, электрификации и для строительства вторых путей позволит получать в CREDO объемную модель запроектированной
15
дороги и реализовывать творческие возможности проектировщиков на качественно новом уровне. Введение в шаблон габарита приближения строений позволит строить объемную модель и наглядно видеть все «узкие» места.
Сегодня одной из основных проблем является повышение скоростей движения поездов на железных дорогах. Уже при 120 км/час многие применяемые допуски на измерения и математические модели являются проблемными, а при 140, 160, 200 и 300 км/час перед проектировщиками, строителями и эксплуатационниками встанут совершенно новые задачи, решение которых без САПР и ГИС будет практически невозможно /42, 44/.
1.2. Основные модули CREDO и их функциональное назначение.
CREDO — программные продукты для обработки изысканий, проектирования генпланов и транспортных объектов /85/. Другими словами, CREDO - программный комплекс для решения задач инженерной геодезии, геологии, проектирования объектов промышленного, гражданского, транспортного строительства.
Сегодня в 25 странах мира специалисты более 500 организаций используют свыше 3500 лицензий. Пользователи работают в организациях, различных по форме собственности, численности, отраслям производства, среди них проектные и изыскательские организации, аэрогеодезические предприятия и геофизические экспедиции, земельные комитеты и архитектурно-планировочные управления, районы водных путей и строительные тресты. Программные продукты CREDO работают на собственной информационно-инструментальной платформе без использования других графических систем. При этом все системы комплекса CREDO открыты для экспорта/импорта из других проектирующих систем и ГИС, таких как Auto CAD, Intergraph и др. Они работают на всех PC-совместных компьютерах и не требуют дополнительного программного и аппаратного обеспечения.
Программный комплекс CREDO состоит из CREDO_DAT, CREDO_LIN, CREDO_TER, CREDO_GEO, CREDO_SR, CREDO_MIX, CAD_CREDO и других продуктов /86-93/.
Программный продукт CREDO_DAT /$6/ реализует обработку планово-высотных геодезических сетей, инженерно-геодезические и землеустроительные расчеты, обработку данных наземной электронной или традиционной съемки. Использование графического интерфейса позволяет упростить ввод и обработку данных, придает работе интерактивность, обеспечивает наглядность при представлении результатов. Данные можно вводить с клавиатуры в табличные редакторы из традиционных рукописных журналов, схем, ведомостей. С помощью программного продукта CREDO_DAT можно обрабатывать сети объемом до 4000 пунктов, а объем снимаемых точек (пикетов) является практически неограниченным.
16
Экспортирует данные в CREDO_TER для построения цифровой модели местности. Поэтому она используется в предварительном этапе создания цифровой модели местности.
Программный продукт CREDO_LIN предназначена для обработки линейных изысканий с целью проектирования дорог, трубопроводов, ЛЭП и т.д.
Исходными данными для работы являются данные полевых журналов и схем, а также могут быть получены в результате экспорта из других программных продуктов CREDO. Поэтому этот программный продукт не используется при проектировании новых железных дорог.
Программный продукт CREDOJGEO /88/ предназначена для формирования и использования математической пространственной модели геологического строения площадки или полосы изысканий. Позволяет создавать объемную геологическую модель местности на основе уникальной методики, дающей возможность одновременно строить и корректировать неограниченное число вертикальных инженерно-геологических разрезов произвольной топологии. Пользователю предоставляется аппарат по корректировке модели, позволяющий определять характер выклинивания слоев, разрывать или соединять слои одного типа грунта между различными скважинами.
В процессе работы пользователь-геолог мажет привести геологическое строение площадки в соответствие со своим представлением о ней, опирающимся как на исходные данные, так и на собственные интеллект и опыт. Все изменения, вводимые пользователем на разрезах, являются изменениями непосредственно объемной модели и учитываются на других разрезах, пересечения которых увязываются автоматически. Работа в модуле выполнена в едином интерфейсе с модулями CREDO_TER и CREDOJPRO.
Программный продукт CREDO_SR /91/ реализует обработку данных геодезического обеспечения 2D и 3D сейсморазведочных работ.
Программный продукт CADJCREDO /90/ выполняет конечное проектирование автодорог 2-5 категорий, обрабатывает материалы линейных изысканий, осуществляет детальное проектирование вариантов автодороги, дает оценку каждому из них и подготавливает всю рабочую документацию.
Программный продукт CREDO_TER IZ1I предназначена для создания, отображения, инженерного использования цифровой модели местности (ЦММ), создания топопланов, представления результатов площадных и линейных изысканий, ведения дежурных планов застраиваемой территории, исполнительных съемок строительства, подготовки данных для кадастровых, землеустроительных, градостроительных систем. Исходные данные: материалы обработки тахеометрической съемки, абрисы, данные систем сбора топографической
17 |
