¿Por qué hay cristales, mangas y espirales en el trazado ferroviario? ¿Cuál es la base?
Revista de la Sociedad de Ferrocarriles de China
Volumen 22, 2000, páginas 20-24
-
Método CAD inteligente para seleccionar la dirección local de líneas ferroviarias
Yi Sirong y Deng Yucai
Resumen: combinando tecnología de base de conocimiento, tecnología de gráficos interactivos, métodos de optimización y tecnología de base de datos, desarrollamos tecnología inteligente Sistema de creación de prototipos CAD para el diseño de nuevas líneas ferroviarias. Este artículo presenta el método CAD inteligente que utiliza este sistema para seleccionar la dirección local de las líneas ferroviarias.
Palabras clave: selección de rutas ferroviarias; selección de tendencias; base de conocimientos CAD inteligente
Número de clasificación de la Biblioteca de China: U212.32 Código de identificación del documento: b.
Número de artículo: 1001-8360(2000)S0-0020-05.
Método CAD inteligente para la selección parcial de líneas ferroviarias
Iss-Deng Rongyucai
(Facultad de Ingeniería Civil; Ingeniería de la Construcción. Universidad Southwest Jiaotong, Chengdu, 610031, China)
Resumen: Al integrar una base de conocimientos, gráficos interactivos, métodos de optimización y tecnología de bases de datos, desarrollamos un prototipo de un sistema CAD inteligente para la selección de líneas ferroviarias. Este artículo presentará en detalle un método CAD inteligente para la selección parcial de líneas ferroviarias utilizando PIRLCAD.
Palabras clave: selección del sitio ferroviario; selección de rutas; base de conocimientos CAD inteligente
La investigación sobre el diseño asistido por computadora de líneas ferroviarias en mi país se ha llevado a cabo durante más de 20 años y es importante. se han logrado resultados. Especialmente en el diseño detallado de planos y secciones longitudinales generados por computadora, cada unidad ha logrado resultados prácticos. Pero en la actualidad, el plano de línea se diseña básicamente manualmente. Algunos incluso la alineación de la pendiente longitudinal la completa el diseñador en el posicionamiento del dibujo. El resultado se ingresa en la computadora y la computadora genera el dibujo de diseño, con poco. o ninguna modificación. Sin embargo, en la etapa de estudio del programa del estudio de viabilidad, una gran cantidad de trabajo de selección de líneas aún no ha logrado los resultados correspondientes. La implementación de la integración de estudios y diseños demuestra la necesidad de desarrollar sistemas CAD inteligentes para nuevos ferrocarriles. El problema de la selección de rutas ferroviarias para las grandes regiones es extremadamente complejo. Para explorar el método, el objetivo de la investigación se fijó en el área de Qiuping con puntos de control principales, estándares técnicos principales y buenas condiciones del terreno, y se utilizó un método CAD inteligente para resolver el problema de selección de líneas locales. A partir del método de investigación propuesto, se desarrolló un prototipo de sistema CAD inteligente para el diseño de nuevas líneas ferroviarias, denominado PIRLCAD.
1 Modelo de sistema CAD inteligente para la selección de líneas ferroviarias
Para el complejo problema de selección de planes de ruta, con el fin de completar todo el trabajo desde la generación de planes de ruta hasta la selección de los El mejor plan que utilizamos Incluye una variedad de tecnologías y métodos que incluyen base de conocimientos, base de datos, método de optimización, método de toma de decisiones multiobjetivo, modelado de superficies y simulación de movimiento, tecnología de gráficos por computadora, etc.
Estas tecnologías informáticas se integran a través de tecnología orientada a objetos para formar un entorno de diseño virtual para el sistema CAD inteligente para el diseño de selección de líneas ferroviarias, como se muestra en la Figura 1.
Figura 1 Modelo de sistema CAD inteligente orientado a objetos para la selección de líneas ferroviarias
Selección de tendencia local de la línea 2
En PIRLCAD, mediante simulación en el diseño de líneas virtuales entorno Proceso de posicionamiento manual del papel para lograr la selección de línea. Al analizar el proceso de alineación tradicional, el proceso de selección de tendencias se puede dividir en: (1) combinar datos de mapeo geológico con el entorno de diseño gráfico (como método de estudio, PIRLCAD actualmente solo considera algunas condiciones geológicas simples (2) seleccionar puntos de control; (3) Generar un plan de tendencias razonable; (4) Diseño del plano horizontal y vertical de la línea (5) Plan de selección integral.
2.1 Integración de datos de estudios geológicos y entorno de diseño gráfico
Para determinar un plan de ruta razonable, los ingenieros de rutas a menudo necesitan consultar datos geológicos y otros datos de estudios de rutas para comprender la geología y la hidrología. , recursos y uso de la tierra. La herramienta de levantamiento inteligente (IIT) del sistema PIRLCAD combina la información anterior con un entorno de diseño de líneas virtuales (mapa de terreno de contorno 2D o modelo de simulación de terreno 3D). Con la ayuda de IIT, los ingenieros pueden modificar dinámicamente la información del mapeo de líneas cuando sea necesario.
ⅱT también puede proporcionar "guía de alineación" a los ingenieros.
Las funciones principales de ⅱT son las siguientes:
(1) Utilice polígonos para dibujar áreas de ajuste de líneas (áreas geológicas defectuosas) en el "mapa topográfico electrónico" y generar datos de vértices de polígonos. subcadenas;
(2) Ingrese la información de conocimiento del área correspondiente, incluido el tipo, nombre, factor de riesgo, atributos y descripción del área
(3) Edite el conocimiento; del área seleccionada.
La información de "mapeo de líneas" anterior se almacenará automáticamente en la base de conocimiento dinámica. Sobre la base de esta base de conocimiento dinámica, con la ayuda de los mecanismos de consulta y razonamiento correspondientes, los diseñadores pueden consultar fácilmente la información geológica del área por donde pasa la línea durante el proceso de selección de la línea. La base de conocimiento dinámica también se puede utilizar para obtener la información y las restricciones de generación necesarias para la generación de soluciones.
2.2 Puntos de control secundarios seleccionados
El primer paso en la selección de línea es determinar los posibles puntos de control de la línea en el "mapa topográfico electrónico". Los puntos de control de selección de línea se pueden dividir en dos categorías: puntos de control iniciales y puntos de control adicionales. Los puntos de control inicial incluyen los puntos de inicio y fin de la línea, grandes centros de transporte intermedio, etc. Estos puntos se determinan durante la fase de estudio de prefactibilidad. La tarea del sistema PIRLCAD es determinar otros puntos de control dentro del área de planificación factible, como puertas de entrada y puntos principales de control del terreno, casas, centros de puentes, centros de alcantarillas, centros de túneles, intersecciones de carreteras, terrenos y áreas geológicas desfavorables, centros de estaciones de Zhonghui. , etc. . Los pasos para determinar los puntos de control basados en el sistema PIRLCAD son los siguientes:
(1) Analizar el "mapa electrónico del terreno" y seleccionar posibles puntos de control;
(2) Capturar el coordenadas planas de los puntos seleccionados, modificar la base de datos dinámica;
(3) Determinar los atributos del punto de control seleccionado (como el tipo de punto de control, información sobre los objetos existentes alrededor del punto de control seleccionado, etc. .);
(4) El sistema captura la información seleccionada por el diseñador, consulta la base de datos correspondiente y obtiene información de control
(5) Activa la interfaz de diseño de información de control correspondiente; , y el diseñador selecciona los parámetros de diseño;
(6)Finalmente, modifica la base de conocimientos y la base de datos dinámica.
2.3 Formular planes alternativos para la tendencia de línea quebrada.
En el entorno de diseño virtual, los ingenieros combinan los puntos de control iniciales con otros puntos de control en diferentes combinaciones y los conectan con líneas rectas para formar diferentes polilíneas en cadena, generando así varios esquemas de alineación de rutas posibles. Este proceso se llama "Alineación de pantalla" en PIRLCAD. El proceso de calibración de pantalla incluye las siguientes funciones:
(1) Conectar todos los puntos de control con líneas rectas para generar un grupo de polilíneas;
(2) Determinar la ubicación y el tipo estructural de un proyecto único;
(3) Establecer restricciones.
Debido a las limitaciones de la pantalla de la computadora, el alcance del análisis gráfico alineado en la pantalla está limitado a un cierto rango alrededor del punto de control. Con la ayuda de equipos de proyección electrónicos, este rango se puede ampliar enormemente. En las condiciones actuales, analizar un mapa topográfico a gran escala en una pantalla sólo puede ser muy aproximado, y el análisis detallado requiere la ayuda de mapas en papel.
2.4 Investigación preliminar de la racionalidad del plan de tendencia
Basándose en los canales de línea planificados y los puntos de control, generalmente se pueden elaborar muchos planes de línea. La selección final del plan de ruta se basa en una evaluación integral de múltiples planes de ruta. Si una solución es obviamente errónea desde el punto de vista técnico, ningún diseño detallado será un desperdicio. Por lo tanto, es necesario realizar algún análisis de viabilidad técnica y evaluación preliminar en la etapa inicial de selección del programa. Este sistema prototipo considera principalmente la investigación preliminar de la racionalidad del espaciamiento de las estaciones y el sitio del puente, la inspección de áreas geológicas adversas y la prueba de pendiente longitudinal.
(1) Comprobación de distancia entre estaciones
La distancia entre dos estaciones cualesquiera debe cumplir los siguientes requisitos
Li≥Lmin
Donde Lmin es la distancia mínima permitida entre estaciones.
(2) Inspección in situ del puente
El objetivo principal es comprobar el ángulo de intersección entre la línea central de la línea y la línea central del río para controlar la elevación.
(3) Inspección de áreas geológicas malas
Determinar si la polilínea de la línea intersecta el polígono de la zona geológica mala.
De ser así, la línea pasa por el área geológica desfavorable, y las medidas de remediación para el área geológica desfavorable se pueden inferir con base en los atributos y coeficientes de riesgo del área geológica desfavorable, y el precio unitario del proyecto por unidad de área se superpone al terreno. modelo de precios.
(4) Prueba de pendiente de la sección longitudinal
Para ayudar a los diseñadores a analizar la racionalidad del esquema de línea propuesto, el sistema proporciona funciones de análisis de prueba rápidas y convenientes, incluido el dibujo automático de la pendiente de la sección longitudinal. pendientes , Cálculo aproximado de los costos del proyecto, visualización aproximada de la sección longitudinal, etc. Si no se puede extraer una sección longitudinal razonable de acuerdo con el plan de ruta propuesto, el sistema indicará el motivo del fallo y solicitará al diseñador que modifique el plan.
3 Elección en el proceso de expresión del conocimiento
En la base de conocimientos de selección de ruta, la relación entre el plan de ruta y el área geológica desfavorable está representada por una tabla de características y una red semántica. El plan de ruta y su tabla de características se pueden definir como una red. La línea discontinua y sus puntos de control adyacentes, las áreas geológicamente desfavorables y sus tamaños son nodos en el diagrama, y todas las características relevantes están marcadas como arcos. La Figura 2 muestra una red semántica correspondiente a varios estados en el dominio del problema de selección del esquema de enrutamiento.
Figura 2 Red semántica del estado de selección del plano de línea
Al mismo tiempo, en la base de conocimientos, el estado del problema de "evitar áreas geológicamente pobres" consiste en áreas geológicamente pobres, ríos y puntos de control descripción de la tabla de características, como se muestra en la Tabla 1.
Características de la tabla 1 línea evitando el tramo geológico malo de la derecha
Línea AF del tramo geológico malo
Valor nominal característico
Tipos de deslizamientos
Posición de los ríos
Deslizamientos
Cruce intermedio-
Paso-
Problema-
Alguien-
Error trasero
Estable Falso Cruzar el río Verdadero
Pase-
Difícil-
Error línea por línea
En el proceso de diseño CAD inteligente, los diseñadores mueven el mouse en la pantalla para realizar operaciones simples como seleccionar puntos, dibujar líneas y seleccionar elementos de menú. Sin embargo, la generación y las limitaciones del plan. Las inspecciones y las operaciones de los objetos están automatizadas mediante procesos inteligentes internos.
Para expresar el estado inicial, operaciones y operadores de solución en el problema de selección de tendencias se aplican expresiones de lógica de predicados. La Figura 3 muestra el dominio del problema a modelar.
Defina los predicados requeridos dando una instancia de cada predicado.
Punto de partida (A) A es el punto de partida.
Punto final (B) B es el punto final.
G es la parte más destacada de la margen izquierda del río.
Puente (D) D es el punto de control de posición del puente.
En (río, D)
Punto de control (F)
Punto de control (G)
Pasando por (problema
Área geográfica, F) F está fuera del área geológica mala.
Paso (problema
Zona geográfica, C) El punto C pasa por una zona geológica mala.
Enlace (A,c) el punto A está conectado al punto c.
Utilice una tabla de propuestas para describir el estado actual del problema de dirección de la ruta. Si describimos el estado que se muestra en la Figura 3, la línea comienza desde el punto A, construye un puente a través del río en el punto D, pasa por alto la sección geológicamente desfavorable desde el punto F y luego se conecta a la terminal B. La base de datos que describe este estado es la siguiente: sigue:
Punto inicial (A)
Punto final (B)
Enlace (A, D)
Enlace (D, F)
Enlace (F, B)
Pasando (problema con la geografía de una determinada zona, F)
Puente (D)
En (río, D)
Punto de control (F)
Punto de control (G)
Fórmula de dirección de línea de la Figura 3
En la base de datos anterior, la mayoría de las declaraciones permanecen constantes. Cada acción realizada en el dominio del problema cambia sólo unas pocas declaraciones en la base de datos.
El plan de ruta de la aviación se utiliza como estado inicial de la ruta. En este momento, la ruta pasa por una mala geología.
Si la línea debe evitar la sección geológica defectuosa y pasar por el punto correcto F de la sección geológica defectuosa, el proceso de selección del plano de línea se puede describir mediante la siguiente declaración:
Eliminar: Directo (Fallo)
Zona Geográfica, C)
Enlace (A, C)
Enlace (C, B)
Suplemento: Pasando por (problema )
Campo geográfico, F)
Puente (D)
Sobre (río, D)
Enlace (A, D)
Enlace (D, F)
Enlace (F, B)
En este problema, cada operación que desee realizar se puede representar mediante una tabla de suma y una tabla de eliminación. Una tabla de eliminación indica qué declaraciones se eliminarán de la base de datos para completar una acción específica, mientras que una tabla de adición indica qué declaraciones se agregarán a la base de datos. Por el mismo principio se pueden expresar conocimientos de diseño para otras cuestiones en la selección de tendencias.
Comparación y selección integral de 4 alineaciones horizontales y verticales y planes de ruta
Primero, simule el principio de "línea guía" de la alineación artificial y utilice la polilínea de aviación del avión como cuasi- plano para generar el plano de la línea de cadena, como el contorno del plano de diseño. Tomando el plano de la línea de cadena como "línea guía", se utiliza el método de ajuste de curva de restricción para generar el valor inicial del plano de diseño. Con base en el valor inicial del plano lineal, el diseño alternativo del plano lineal y el plano vertical se realiza mediante diseño interactivo. Primero, diseñe el plano de línea. De acuerdo con el plano lineal diseñado, la computadora completa automáticamente la alineación de la pendiente de la sección longitudinal, muestra la sección longitudinal y verifica el efecto de alineación del plano. Cuando la cantidad de excavación sea grande, mueva la línea a un área baja; de lo contrario, mueva la línea a un área alta. Una vez completado el movimiento, tire de la pendiente y vuelva a centrar. Repita el proceso anterior hasta que el diseñador esté satisfecho. Durante el proceso de diseño, los diseñadores también pueden llamar al módulo de optimización conjunta del plano y el plano longitudinal [3] en una etapa determinada para realizar la optimización local del plano de línea.
Basado en el sistema CAD inteligente de diseño de líneas, se propone un modelo de toma de decisiones de correlación gris multiplan y multiobjetivo que considera la información de preferencia del plan. Primero, se construye una matriz de juicio de correlación multiobjetivo del sistema de evaluación integral de múltiples soluciones de selección de ruta, y se calcula la cantidad de información de preferencia y el valor de la solución de entropía de información objetiva de cada solución. Luego, con base en la matriz de juicio de correlación multiobjetivo del plan y considerando la preferencia subjetiva y la autenticidad objetiva del plan, se establece el modelo óptimo de toma de decisiones. Finalmente, se adoptó la idea del proceso de jerarquía analítica para resolver el problema de la selección integral ascendente de indicadores multicapa.
5 Ejemplos
Para verificar la corrección del método propuesto y el funcionamiento del sistema prototipo, después de varios ejemplos de verificación, los resultados son satisfactorios, se enumera uno de ellos aquí la sección de Ejemplos.
Esta sección es un área plana y montañosa, y la información del terreno incluye datos digitales del terreno y mapas de bits del mapa del terreno. Primero, el sistema establece un entorno de diseño de interacción gráfica visual. El sistema PIRLCAD puede generar gráficos electrónicos de tres formas: abriendo mapas de bits, abriendo gráficos DWG y dibujando directamente mapas topográficos de contorno. En este ejemplo, se utiliza el modo Bitmap al desarrollar el esquema de dirección y el modo DWG al detallar las líneas del esquema local. En esta sección se seleccionaron un total de tres puntos de control secundarios, incluidos dos puntos de control de la estación y un punto de control del sitio del puente. Se trazan tres escenarios de tendencia entre los puntos de control A y B, denominados A1, A2 y A3 respectivamente. En las Tablas 2 y 3 se muestra una comparación completa de cada plan. El plan recomendado es el Plan 3 (0,8775438 001).
Tabla 2 Plan de polilínea de aviación
Número de serie plan a1 plan A2 plan A3
x/m y/m x/m y/m x/m y/m
0 957 3 345 1 012 3 356 976 3 297
1 2 726 3 647 3 075 3 858 3 904 4 171
2 5 009 7 736 5 139 3 438 5 488 4 371
3 13 152 3 170 7 404 3 880 7 883 3 740
4 13 152 3 181 13 188 3 170
Tabla 3 Comparación completa de las cantidades del proyecto
Plan A1, plan A2, plan A3
Tarifa de conversión de cantidad de unidad de proyecto/tarifa de conversión de cantidad de 104 yuanes/tarifa de conversión de cantidad de 104 yuanes/104 yuanes.
Excavación 104 m3 23,18 159,94 14,86 102,52 15,42 106,39.
Rellenar 104 m3 22,33 154,08 19,44 134,11 23,16 159,82.
Fijador 104m 319.18 19.18 0.15 15.28 0.23 23.43333338 0.2004338
Estructura del puente Dazhong ~ ml ~ 116 87.81 1 117 88.56 1 ~ 103 77.97
Pista km 12 725 254,50 12 368 247,37 12 854 257,10.
Cubre un área de 655.1.458.59, 637.67, 446.37, 659.5338 0.68.
El costo total del proyecto es 1.549 1.034 21.1.086.
Gastos operativos/10.000 yuanes. Año 1 92,69 107,87 88,09
Gastos operativos del proyecto de conversión 242,84 216,33 195,06.
El vector de membresía es 0,298 782 0,775 35 0,877 101.
6 Conclusión
El sistema PIRLCAD es un sistema integrado que integra diseño de interacción gráfica, análisis de optimización, tecnología de base de conocimientos, tecnología de bases de datos y funciones de toma de decisiones. El sistema se desarrolla utilizando un lenguaje de programación orientado a objetos y se pueden realizar simultáneamente procesamiento de gráficos, razonamiento de consultas de conocimiento, captura de información y diseño de optimización de líneas. Debido al uso de tecnología orientada a objetos y de prototipos, es muy conveniente para modificaciones posteriores de algoritmos, ampliación de funciones, mejora y mantenimiento del sistema. Los sistemas CAD inteligentes basados en el conocimiento han demostrado ser la mejor opción para el diseño de selección de líneas ferroviarias asistido por ordenador.
Proyecto de financiación: proyecto clave "Noveno Plan Quinquenal" del Ministerio de Ferrocarriles (96G30-G)
Sobre la autora: Yi Sirong (1957—), mujer, de Chengdu, Sichuan, profesor, Ph.D.
Yi Sirong (Facultad de Ingeniería Civil, Universidad Southwest Jiaotong, Chengdu, Sichuan 610031)
Deng Yucai (Facultad de Ingeniería Civil, Universidad Southwest Jiaotong, Chengdu, Sichuan 610031)
[Referencias]
[1] Rumbaugh J, Blaha M, Premerlani W, et al. Modelado y diseño orientado a objetos[M] Englewood Cliffs, Nueva Jersey: Prentice Hall, 1991.
〔2〕Análisis orientado a objetos〔M〕. Prensa Yourdon, 1990: 67 ~ 73.
Deng Yucai, Yi Sirong. Investigación sobre el método de optimización conjunta del plano de alineación ferroviaria y la sección longitudinal [J] Journal of Southwest Jiaotong University, 1988, (1).