基于三维大场景的铁路数字勘察与设计优化技术研究及应用

结合铁路设计人员对三维大场景应用需求不断提升,以及铁路三维GIS技术研究及三维可视化平台开发在勘察设计多专业综合应用方面尚存在不足的现状,开展了基于三维大场景的铁路数字勘察与设计优化技术研究,提出了不同阶段铁路三维大场景的制作方法,构建了铁路勘察设计数据库并开发了后台数据管理系统,研发了大场景铁路线路设计优化与决策系统(简称“大场景平台”),实现了铁路三维大场景网络化构建、多源数据管理以及三维虚拟踏勘、专业调查、线路优化、专业设计验证、成果展示等应用功能。经过铁路工程项目实际应用,大场景平台能够满足铁路勘察设计人员室内开展三维数字勘察与设计优化的应用需求,可明显提高铁路勘察设计作业效率及数字化技术水平,并为设计成果数字化交付打下了良好基础。

铁路三维大场景虚拟踏勘及线路设计要素系统研究

为解决在二维矢量图中进行铁路选线设计工作时缺乏立体感、不直观的问题,基于SuperMap iObjects.Net GIS组件,采用组件式开发技术研制了铁路三维大场景虚拟踏勘及线路设计优化系统。围绕该系统的设计思路,详细介绍了系统的架构、数据库、功能及界面设计;围绕系统开发关键技术,分别阐述了三维场景中线路方案显示及参数化交互技术、基于最小影响域的线路平纵断面及三维中心线自动更新方法、系统与CAD动态联动实现原理、基于WebService的三维地形模型高程计算、GIS三维模型快速生成方法。该系统综合运用了BIM与GIS技术,采用航测影像、卫星影像、激光雷达点云等多种数据源对铁路沿线及周边的三维大场景进行构建,通过系统研发的各个功能模块能在构建的三维大场景中开展线路虚拟踏勘、专业调查、二三维联动设计、GIS三维模型快速布设、成果展示汇报等工作。系统的应用可以满足铁路设计人员三维选线设计的基本需求,能够进一步提高铁路选线设计效率。

基于三维大场景的铁路线路方案优化技术研究及应用

随着正射影像采集、无人机倾斜摄影、点云激光扫描等技术的发展,在GIS平台中构建三维场景的方法日趋成熟,现有的数字化选线软件多为图形、数据分离的二维设计软件,在GIS平台下开发的具备符合线路设计业务且勘察设计流程的软件较为欠缺,因此,从统筹规划、数据筛选和利用服务进行铁路选线的角度出发,开发GIS平台下的人机交互线路方案优化功能势在必行。将目前三维GIS领域的新技术应用于系统开发中,结合铁路选线的常规调整优化作业流程,提出基于GIS三维大场景中的线路方案优化流程、三维单一及二、三维组合场景下的线路方案优化方法。通过集成线路表达参数、平面交点、断链、纵断面等线路走向控制数据,对优化区域内的线路方案进行空间变换及同步调整,为线路设计提供更加直观、全面的环境信息,以及与之契合的线路空间实体。在铁路大场景系统中开发线路方案优化模块,通过对2.3 km线路方案进行功能应用,验证了本文所提方法的科学性和实用性。

基于空天地多源数据的铁路三维大场景构建与应用系统

针对常规平面地形图二维场景存在的缺乏立体感、不直观的问题,提出基于多源空间数据的铁路三维大场景构建方案、铁路三维大场景构建技术流程及数据格式标准化、数据预处理、数据轻量化处理和数据组织管理方法。同时,设计研发了铁路三维大场景应用系统,阐述了系统研发目标、总体架构和系统功能。实践证明,所设计的系统可以为铁路设计人员提供一个更加直观、全面、真实的三维空间设计环境,能够满足铁路工程线路三维虚拟踏勘、专业设计验证和方案三维展示分析等勘察设计工作需要,提升铁路勘察设计数字化、智能化水平。

三维“大场景”遥感技术在西康高铁地质勘察中的应用

包家山越岭段地形地质条件复杂、岩石软硬不均、不良地质和断裂构造发育,为西康高铁地质选线带来较大的困难。为提高勘察效率和质量,根据区域地质资料、三维大场景遥感影像特征及野外调查,建立工作区地质构造解译标志,对其地质构造、地层岩性及不良地质体进行遥感判释。综合三维大场景立体遥感技术和野外调查手段,建立岩类基本的遥感影像解译标志,以便对岩性进行综合判释;调查验证测区的地质构造及不良地质体的分布状态及规模,分析滑坡等不良地质现象的分布、规模及其特征。取得了较高精度的遥感地质解译信息,判释准确率较高,为铁路选线方案提供重要依据。

大场景三维激光扫描仪在研究生实践教学培养中的应用

在当今社会对高素质、复合型人才的需求愈加强烈的同时,也对高层次人才的综合素质提出了更高的要求。组织开展课外实践教学既能培养究生解决实际问题的能力,又能将原本枯燥的理论知识与实践结合起来,不仅让学生学会用理论来指导实践,又能够让学生在实践中加深对理论的认识。本文以大场景三维扫描仪在机器视觉课外实践教学中的应用为例,让学生独立使用大场景仪器对上课所在实验室进行数据扫描采集并对原始数据进行处理重建。在使用仪器的过程中,加深学生对机器视觉理论的理解,并提升学生的工程实践能力、独立创新能力和今后解决综合性重大社会问题的能力。

利用DOM及DEM数据进行输电工程勘测设计研究

依据山东省地理信息中心已有1/10 000比例尺的DOM(数字正射影像图,Digital Orthophoto Map)和DEM(数字高程模型,Digital Elevation Model)数据,通过核线共线方程恢复生成大场景三维立体模型,然后进行架空输电线路路径优选、测量平断面图,再进行外业采集交叉跨越和重要断面数据,并用外业实际测量数据对原数据进行拟合修正,最后生成三维漫游。研究将标准测量4D数据应用到架空输电工程勘测设计全过程,通过工程实际应用,提出了应用方法及注意事项等。

利用山东省第二次土地调查数据进行送电工程勘测设计

依据已有山东省第二次土地调查DOM和DEM数据,通过核线共线方程原理恢复生成大场景三维立体模型,然后进行架空送电线路路径优选、测量平断面图及外业采集交叉跨越和断面数据精确拟合等数据处理、进行三维漫游等,主要研究将测量标准4D数据应用到中架空送电工程勘测设计全过程中,该文通过工程实际应用,提出了应用方法及作业注意事项等。