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鐵路勘測設計一體化、智能化研究

鐵路勘測設計一體化、智能化是系統地研究和建立以數字化信息為基礎，以計算機應用技術拉通勘測設計全過程為主要特征的新的生產作業模式。所以，該系統應將使用各種勘察手段所采集的鐵路線路及其相關的地形、地理、地質、水文等資料加工成數字化信息，通過接口界面進行信息處理并傳輸到工程數據庫中。先進的計算機網絡必須覆蓋各專業CAD終端，各專業在集成化設計環境中共享工程數據的信息，完成本專業設計，同時輸出數字化和可視化的設計成果，供后序專業應用。設計完成后，全部CAD設計電子文件通過網絡直接歸檔，從而實現鐵路勘測設計一體化。隨著各專業設計專家系統的建成與不斷完善，再實現勘測設計智能化。在一體化新的作業模式下，勘測設計的全過程可以理解為對一般數字化信息流的采集、加工和擴充的過程。外業的勘測和勘探資料是這股數字化信息流的源頭，各專業的設計工作是對信息流的加工和擴充。最終完成的數字化信息就是設計成果和歸檔資料。設計與管理所面向的不再是原來的書面資料和圖紙，而是在工程數據庫統一管理下，在網絡的終端上有序受控流動的數字化信息流。所以，實現勘測設計一體化的過程就是從以非數字化為基礎的現有作業模式向以數字化為基礎的新的作業模式轉化的過程。實現這一轉化需要建立新的勘測設計流程，研究解決新模式帶來的一系列技術層面和管理層面的關鍵問題。 1)勘測設計資料數字化是新的生產作業模式的基礎，只有后道工序需用計算機處理的資料是數字化的資料，才能保證整個設計過程形成數字化的信息流。這就需要外業勘測時盡量利用各種測量儀器的數字化功能，使第一手資料即是數字化的形式，同時資料整理必須利用計算機來完成，才能獲得滿足內業設計要求的數字化勘測成果。為了實現外業數字化勘測，重點應研究以下問題：充分開發利用航測、全站儀及各種遙感設備的數字化功能；研究既有地圖如何實現高精度、高清晰度掃描數字化處理；開發在勘測現場的鐵路線路初步設計方案比選系統，改變外業隊的作業方式，建立與數字化勘測相適應的裝備水平、勞動組織、作業內容和管理制度。 2)建立工程數據庫是新的生產作業模式的核心，新模式與原有模式的重大區別之一就是外業與內業之間、各專業這間需要共享的數據都要通過數據進行存取，所有的設計成果都由數據進行保存與管理。所以，如何開發一個符合鐵路勘測設計行業特點、功能強大的工程數據庫管理系統是本項目研究的一個重點。為此，需要研究與解決以下關鍵技術問題：做好標準化工作，制定鐵路勘測設計一體化數據格式標準，規定每個專業的哪些數據需要進；如何處理非結構化數據；如何制定適應鐵路勘測設計特點的數據結構。 3)建立鐵路勘測設計集成化設計環境是新的生產作業模式的關鍵，新模式與原有模式的重大區別之一，就是全部內業設計均在集成化設計環境中進行。設計集成化環境是以計算機網絡為平臺，工程數據為核心，設計流程管理為主線，各專業設計軟件與程序數據庫接口為主要內容的計算機集成應用體系。為此，需要研究與解決以下關鍵技術頭題：建設技術先進的計算機網絡系統；研究出一種適應各種軟件和各種數據需求的專業設計軟件與工程數據庫的接口方案；開發設計流程管理系統，保證整個設計在受控，有序的條件下進行。從而實現完全消除專業間書面資料的往來傳動，每個設計人員在自己的計算機站點上就可完成設計和前后工各種間的信息交換。 4)建成計算機檔案管理系統是新的生產作業模式的重要內容，新模式與原有模式的重大區別之一，就是全部電子設計文件采用光盤存儲并由計算機管理。計算機檔案管理可實現在網絡環境下直接檢索、查詢、瀏覽和下載電子檔案文件，并為電子設計文件重復利用提供了極大的方便。為此，需要研究與解決以下關鍵技術問題。正確處理管理型軟件與管理方式之間的關系，就是說，所編的檔案管理軟件應滿足行業的需要，適應各設計院在檔案管理上存在種種差別的實際情況，而不是讓各設計院改變檔案管理方式來適應所編的軟件；能瀏覽各種格式的電子文件，使軟件具有良好的實用性。 5)采用人工智能技術是實現鐵路勘測設計智能化的主要途徑。傳統CAD技術的特點是輔助設計人員進行計算與繪圖，沒有智能功能。總結國內外經驗后，我們認為，以專家系統、智能CAD為主要內容的人工智能技術在鐵路設計中的應用是實現鐵路勘測設計智能化的主要途徑。鐵路選線是帶全局性的非常錯綜復雜的設計問題，一直以人工以驗為主進行設計，只能對有限的方案進行研究，設計周期長，推薦方案往往不是最優的。所以，必須要研究鐵路新線設計智能CAD系統，以提高設計質量。采用綜合地質勘探方法來解決特定的工程地質問題被證明是行這有效的。由于綜合地質勘探模式有幾十種，采用哪一種模式來解決某一個具體工程地質問題往往是很復雜的、模糊的。采用的模式不適合，就不能有效地解決問題，所以要研究鐵路地質綜合勘探方法專家決策支持系統，以顯著提高地質工作質量

西南交通大學 2021-04-13

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