Автоматизация трассирования железных дорог

Глава 11

Автоматизация проектирования железных дорог

Основные понятия и определения

С развитием средств вычислительной техники и переходом проблемы автоматизированного проектирования (АПР) в область реальной проектной практики (60-е годы XX в.) воз­никла необходимость исследования са­мого процесса проектирования как вида чело­веческой деятельности, его мо­делирования, что наряду с гумани­тарным ас­пектом предполагает и решение конкретной практической задачи - рацио­нальное распределение функций че­ловека и машины в рамках АПР, имеющее важное значение для обоснован­ного распределения ресурсов (люди, время, деньги) на разработку средств АПР и их результативность.

Рис.11.1

В настоящее время процесс проектирования обычно формулируют в терминах правил и рассматривают в общем виде как последовательно–цикличное выполнение операций синтеза (распознание ситуации и выделе­ние подмножества приложимых правил из множества известных), анализа (при­менение данного подмножества правил для создания модели объекта) и оценки  – при соответствии полученной модели заданию на проектирование процесс завершается; в противном случае проектное решение корректируют (корректируют выделенное на ста­дии синтеза подмножество приложимых правил как за счет удаления из него правил являющихся вероятной причиной такого несоответствия, так и за счет его расширения с вводом дополнительного подмножества правил), анализируют и вновь оценивают. Завершающая стадия процесса проектиро­вания – представление (рис. 11.1).

Считается, что человек, как «информационный процессор», может при­ступить к работе без предварительной формализации всего объ­ема исходной информации, в то время как вычислительная машина мо­жет обрабатывать информацию, представленную только в формальном виде и только в объеме доступном формализации. Человек легко справляется с за­да­чей «распознания ситуации», выполняемой на стадиях синтеза и оценки про­ектного решения, которая обычно создает трудности при ее постановке в автоматическом режиме. При этом отмечают высокую эффективность ра­боты вычислительной техники с фиксированными моделями на стадии ана­лиза [1].

В соответствии с этим общий подход к использованию методов АПР на различных стадиях процесса проектирования можно свести к двум основ­ным положениям:

· на стадии синтеза проектного решения обычно преду­сматривается диа­логовый режим работы, обеспечивающий взаимосвязь средств вычислительной техники и проектировщика на уровне «распознания ситуации» и формирования подмножества правил, приложимых для ее раз­решения;

· анализ проектного решения выполняется преимущественно в автомати­ческом режиме;

· оценка проектного решения не поддается формализации и всегда реали­зуется в режиме диалога;

· представление проекта (разработка документации, чертежные работы) должно выполняться на максимально доступном уровне автоматизации, что является первоочередной задачей при разработке средств АПР.

На этом подходе основана работа практически всех известных в настоящее время систем автоматизированного проектирования (САПР) новых же­лезных и автомобильных дорог. Проектные решения по плану и про­доль­ному про­филю – трассе линии, формируются (синтезируются) проекти­ров­щиком пре­имущественно в интерактивном режиме на интуитивном уровне (распозна­ние ситуации). Информационная поддержка его работы на ста­диях их оценки и корректировки (изменение подмножества применимых правил и возврат на стадию синтеза) обеспечивается оперативным пред­ставлением результатов разностороннего и содержательного анализа этих решений, вы­полняемого преимущественно в автоматическом режиме.

Графические работы полностью автоматизированы.

Логическая обоснованность такого подхода к АПР проектирования новых железных дорог исходит из ясного понимания (в том числе и на интуи­тивном уровне) практической невозможности полной формали­зации этой многокритериальной задачи, требующей учета строительных, эксплуатацион­ных, экономических, экологических и других показателей, как в части исход­ной информации, так и в части методов (знаний, правил) ее решения.

Автоматизация трассирования железных дорог

Трассирование железных дорог в интерактивном режиме (синтез проект­ного решения) состоит в последовательной укладке на экране монитора (или на специальном планшете) элементов плана линии – прямых и кривых – с опера­тивным расчетом продольного профиля поверхности земли по выбран­ному на­правлению (рис.11.2,3).

Недостатком данного, общепринятого технологического приема – последовательной укладки элементов плана от начала к концу расчетного уча­стка – является отсутствие у проектировщика, на момент укладки текущего эле­мента плана, представления об его увязке с последующим элементом и, тем более, с общим начертанием плана линии на всем расчетном участке.

Таким образом, предпо­лагается, что общее проектное решение по начертанию плана линии уже суще­ствует (было получено, например, с использо­ванием традиционных технологий), решены вопросы увязки положе­ния вольных и напряженных ходов, размещения раздельных пунктов и другие, и автоматизируется лишь процесс точной привязки дан­ного проектного реше­ния к местности с его анализом, оценкой и корректи­ровкой. В тра­диционной терминологии — это отделка трассы с разработкой проектной до­кументации, чертежей на стадии представления проекта.

Рис.11.2 Рис.11.3

Эффективность использования САПР в отношении общей обоснованности проектных реше­ний по трассе железной дороги (и стоимость кон­крет­ной САПР) зависит от уровня поддержки функций анализа проектных ре­шений в рамках данной сис­темы. Например, решение задач конструирова­ния земля­ного полотна, расчета водоотводов, расчета эксплуатационных, эколо­гиче­ских и других показателей вариантных проектных решений, может быть включено или не включено в состав САПР трассирования. В первом случае комплексный анализ вариантных проектных решений выполняется в опера­тивном информационном взаимодействии с их синтезом, что обеспе­чивает и максимальную оперативность оценки таких решений с точки зре­ния необ­хо­димости и способов их корректировки.

В простейших САПР под трассированием понимают расчет геометрических параметров элементов трассы, формируемой проектировщиком в инте­рактивном режиме на экране монитора с определением объемов земля­ных работ в выемках и насыпях. Другие функции анализа принимаемых про­ект­ных реше­ний не поддерживаются и должны выполняться за пределами таких САПР с использованием других программных средств. Основная за­дача, ре­шаемая САПР рассматриваемого типа – автоматизация чертежных работ, мас­совых и трудоемких. Особенно эффективно их применение для плановой компоновки проектных решений при проектировании станций, узлов, развя­зок, прежде всего, в условиях плотной застройки.

Автоматизированное проектирование трассы новых железных дорог основано на математическом моделировании объекта проектирования – желез­ной дороги и тех элементов окружающей среды, с которыми данный объ­ект взаимодействует в процессе строительства и эксплуатации.

Рис.11.4

Основным компонентом модели окружающей среды является цифро­вая модель местности (ЦММ), включающая цифровые модели ее рельефа (ЦМР) и геологического строения. По ЦММ ведут системное, автомати­зированное проектирование всех конкурирующих вариантов трассы (рис.11.4).