Сегодня такие слова, как «Наири», «Минск», ЕС, вызывают у отечественных проектировщиков со стажем легкую улыбку, в которой сочетаются ностальгия по безвозвратно ушедшей молодости и опыт, обретенный за годы работы со стремительно развивающимся ПО. И действительно, небольшие возможности техники, давно канувшей в Лету, позволяли решать лишь локальные, в основном расчетные (в том числе оптимизационные) задачи. О работе с графикой не могло быть и речи.

Только с появлением персональных компьютеров ситуация коренным образом изменилась. И прежде всего благодаря мощнейшему универсальному редактору AutoCAD, который мгновенно завоевал весь мир. Конечно, у него есть свои недостатки, и главный из них — отсутствие ориентации на конкретную предметную область. Однако этот пробел с лихвой компенсируется феноменальной, беспрецедентной открытостью системы, под которую написаны тысячи приложений.

Именно поэтому, задумав создать специальный пакет для проектирования железных дорог, мы решили не тратить время и средства на «изобретение велосипеда» — собственной платформы, а остановились на AutoCAD. Чем же была обусловлена необходимость в новом ПО? Прежде всего тем, что геометрическое моделирование для железных дорог характеризуется целым рядом особых, нигде больше не встречающихся объектов и задач. К тому же необходимо было учесть и отечественную специфику проектирования железных дорог: наши школа и методология проектирования совсем не похожи на западные, многие технологические процессы имеют свои особенности. И, безусловно, есть кардинальные отличия в документировании проекта (например, совершенно разные продольные и поперечные профили и многое другое). Поэтому адаптация западных продуктов в наших условиях сродни новой разработке. Кроме того, планировалось создание пакета, значительно отличающегося от уже существующих: поскольку железная дорога — сооружение комплексное, следовало обеспечить возможность дальнейшей адаптации продукта для проектирования автомобильных дорог и других линейных сооружений (систем связи, контактной сети, искусственных сооружений, переездов и др.).

Нами была определена и разработана объектная модель, призванная полностью закрыть предметную область (проектирование плана, продольного профиля, поперечных профилей, выдачу всей необходимой проектной документации (в том числе ведомостей объемов работ) и т.д.).

Среди основных особенностей этой модели — ее иерархичность: изменение, внесенное в какой-либо объект, вызывает немедленное изменение связанных с ним дочерних объектов. Так, при изменении положения бровки земляного полотна автоматически должна измениться и подошва, а с ней и привязанные положения, например, водоотводной канавы. Тем самым достигается максимальная автоматизация редактирования проекта. Поскольку зачастую положение трассы приходится изменять даже на поздних этапах проектирования, эту особенность объектной модели трудно переоценить. В противном случае пришлось бы полностью перепроектировать изменяемый участок железной дороги. Но и это еще не всё: все произведенные изменения автоматически отражаются в выходных документах. Таким образом, затраты времени, труда и средств при проектировании железных дорог сводятся к минимуму.

Охарактеризуем основные объекты модели, к которым относятся трасса, проектная поверхность и проектные объемы.

Рис. 1. План трассы
Рис. 1. План трассы

Трасса — это корневой и самый главный объект, в конечном итоге определяющий поведение всех остальных объектов системы. В нем хранится геометрия (структура, последовательность и координаты всех линий, круговых кривых, переходных кривых), пикетажное положение, наличие или отсутствие резаных пикетов и т.д.

Рис. 2. Оформление плана трассы
Рис. 2. Оформление плана трассы

Следующий объект — проектная поверхность, состоящая из поименованного списка струн. В проекте может существовать неограниченное количество поверхностей, с помощью которых моделируются объекты (такие как откосы земляного полотна, верхнее строение пути и т.д.), а впоследствии рассчитываются площади и объемы работ.

Последний объект — проектные объемы — обеспечивает возможность расчета объемов работ между двумя любыми заданными поверхностями. Например, мы имеем возможность рассчитать объемы вырезки плодородного слоя и балласта, а также объемы земляного полотна по водоотводным сооружениям. Объектная модель хранит правила построения участка железной дороги с определенной конструкцией, то есть сформированный однажды шаблон можно применять к любой трассе. Все элементы конструкции, такие как верхнее строение пути, земляное полотно, необходимые водоотводные сооружения, будут отрисованы автоматически. В случае привязки к новой трассе также появятся и другие включенные в шаблон элементы (например, кабели связи, водопровод). Это обеспечивает типизацию проектирования железных дорог и позволяет значительно сократить трудозатраты.

Любые пакеты и системы, ориентированные на работу с графикой, в той или иной степени содержат в себе геометрический конструктор. Например, в AutoCAD заложены средства, позволяющие различными способами, в том числе и с помощью объектных привязок, строить прямые, кривые, сплайны и другие объекты. Нам удалось реализовать очень мощный и весьма гибкий конструктор, позволяющий вписывать прямые и кривые в любых их сочетаниях и по любым критериям привязки к двум любым соседним объектам. Эффективные системы редактирования в случае изменения какого-либо из объектов позволяют тут же переписать другой объект и тем самым получить непрерывный, геометрически правильный по условиям сопряжения прототип будущей оси трассы. Предусмотрены функции интерактивного редактирования, в том числе возможность изменять смещение трассы, с требуемой точностью передвигая ее влево-вправо на ограниченном отрезке. Реализованы операции макроредактирования, позволяющие разрывать, копировать, сопрягать трассы, вырезать из трассы какой-либо произвольный участок, а затем вписывать на его место другой, заготовленный заранее. Тем самым обеспечивается многовариантность проектирования. Кроме того, макроредактирование позволяет сохранять созданную геометрию трасс с соответствующими блокировками как шаблоны в библиотеку шаблонов для использования в новом проекте, самостоятельно дополнять и произвольным образом модифицировать их, постоянно расширять библиотеку проектных решений.

Рис. 3. Продольный профиль трассы
Рис. 3. Продольный профиль трассы

Система обеспечивает возможность решать задачи построения и оптимизации продольного профиля из дискретных элементов или дискретных точек (точки земли либо точки, снятые в натуре путем активизации натурного продольного профиля железной дороги) с использованием всех возможностей геометрического конструктора.

Рис. 4. Оформление профиля
Рис. 4. Оформление профиля

Алгоритм работы одного из центральных и важнейших элементов системы — модуля оптимизации трасс и продольного профиля — состоит из трех этапов. Первый, сглаживание, обеспечивает устранение мелких неточностей, допущенных при съемке, и небольших неровностей пути. Наиболее важным является второй этап — сегментация. Он заключается в структурировании полученной линии, выделении в ней прямых сегментов, сегментов круговых и переходных кривых и обеспечении корректности их сопряжения. Заключительный, третий этап — непосредственно оптимизация, обеспечивающая максимальное соответствие структурированной трассы желаемому положению. Это достигается путем изменения радиусов и положений центров кривых. Получающаяся на выходе трасса полностью соответствует требованиям нормативных документов для принятой категории линии. При этом в зависимости от поставленной задачи трасса либо с максимальной точностью повторяет точки, снятые в натуре, либо смещается влево или вправо (а в случае профиля — вверх или вниз) на заданную величину.

Система позволяет решать задачи спрямления профиля. В этот процесс может вмешиваться проектировщик, определяя компромисс между минимальным объемом работ и максимальной длиной используемых элементов. Вся работа ведется с моделью продольного профиля. И только на основании этой модели по заданному шаблону автоматически формируется чертеж. При работе с продольным профилем предусмотрена возможность гибкой настройки подпрофильных таблиц.

Кроме того, программа обеспечивает получение поперечного профиля (профилей) в любой точке трассы и по любой из трасс проекта. Проектировщику предоставляется возможность сформировать список поперечных профилей, задав их шаг.

По умолчанию все поперечники строятся под углом 90° к трассе, но для отдельных поперечников или их группы пользователь в любой момент может изменить угол вплоть до 0°.

Поперечник выводится с использованием настраиваемых шаблонов, включающих стили оформления поперечника и «шапки», которые представляют собой таблицы-сетки с произвольной дополнительной информацией (размеры, уклоны, пересекаемые коммуникации, геология и пр.). Эти шаблоны доступны для накапливания и редактирования. Кроме того, поперечники можно вычерчивать вручную по данным, вводимым в табличной форме или подгружаемым из файла.

Рис. 5. Оформление поперечных профилей
Рис. 5. Оформление поперечных профилей
Рис. 6. Оформление поперечных профилей
Рис. 6. Оформление поперечных профилей

Предусмотрена возможность интерактивной работы с полученным в какой-либо точке трассы поперечником — задание в нем положения проектных контуров (струн), ввод проектных точек, которые будут управлять этими контурами, и выполнение иных операций.

Инструменты создания коридора (3D-модели) позволяют с различных ракурсов просмотреть, как сооружение будет выглядеть после строительства.

Таким образом, GeoniCS Желдор предоставляет широкие возможности при проектировании железных дорог в строгом соответствии со стандартами России и стран СНГ, а также с учетом сложившихся здесь методик и традиций проектирования. Не сомневаемся, что наша разработка будет по достоинству оценена отечественными пользователями и станет их надежным помощником.