Головна

Історична довідка

  1.  Взаємодія природи і суспільства. Історична еволюція характеру соціоприродних відносин.
  2.  Внутриними та зовнішньо-політичне становище Ка-на в другій половині XVIII ст. Історична роль Абилай хана.
  3.  Високі культури »О. Шпенглера // В. а. Афанасьєв Історична соціологія. М., 2009.
  4.  Гуманістичних футуролог О. К. ФЛЕХТГЕЙМА // В. а. Афанасьєв Історична соціологія. М., 2009.
  5.  Історична детермінація рівневої організації систем
  6.  історична обстановка
  7.  Історична основа і проблематика роману.

Система автоматизованого проектування автомобільних доріг «IndorCAD / Road» розвивається з 1991 р До 2003 р система розроблялася в Інженерному дорожньому центрі «Індор» (Томськ) і називалася ReCAD (по абревіатурі слів реконструкція автомобільних доріг). На початковому етапі розвитку система ReCAD представляла собою дослідницьку систему, на якій відпрацьовувалися нові підходи і алгоритми автоматизованого проектування автомобільних доріг. До 2001 р система обмежено застосовувалася у виробничій практиці в ряді дорожніх проектних організацій Західного Сибіру.

У 2001 р була завершена розробка системи ReCAD 3-го покоління під управлінням ОС Windows, яка була анонсована і сертифікована як програмний продукт для масового застосування. З цього часу система ReCAD знайшла широке застосування у виробничій практиці в Росії і в країнах СНД.

У березні 2003 р система ReCAD була передана для подальшого розвитку в спеціалізовану фірму по розробці програмного забезпечення «ІНДОРСОФТ. Інженерні мережі та дороги », яка поряд з системами автоматизованого проектування розробляє і геоінформаційні системи (ГІС). З цього часу система ReCAD була перейменована в систему «IndorCAD / Road».

Теоретичні основи і практичні методи, а також розрахункові схеми і алгоритми для системи «IndorCAD / Road» були розроблені д-ром техн. наук., проф. Г. а. Федотовим, д-ром техн. наук В. н. Войкова, д-ром техн. наук А. в. Скворцовим, д-ром фіз.-мат. наук Б. м. Шуміловим, канд. техн. наук С. п. Щурячим, інженерами С. р. ЛЮСТ, Д. а. Петренко, М. о. Івановим та ін.

Система IndorCAD / Road дозволяє проектувати автомобільні дороги усіх категорій на стадії їх будівництва, реконструкції та ремонту. В основу ідеології системи покладені, в першу чергу, розрахункові схеми для реконструкції доріг. Нове будівництво тут слід розуміти як окремий випадок реконструкції, тобто у відсутності фактора обліку елементів існуючої дороги.

У системі реалізований принцип єдиної моделі дороги, тобто будь-які зміни в одній з проекцій дороги (план, поздовжній і поперечні профілі) приведуть до негайних змін в інших проекціях. Такий підхід дозволяє отримувати несуперечливі проектні рішення, дає можливість одночасно коригувати поперечний і поздовжній профілі і забезпечує організацію колективної роботи над одним проектом.

Мал. 27.1. Формат обробки даних з тахеометрического журналу. Загальний вигляд

Інструментальні засоби системи надають можливість:

обробляти геодезичну інформацію, отриману різними методами: нівелювання, тахеометрическая зйомка (рис. 27.1), GPS-зйомка;

на основі оброблених даних формувати цифрові моделі місцевості (ЦММ), редагувати їх, відображати в різних уявленнях (ізолінії, твердотільна модель, ухили і т. д.) для візуального аналізу;

трассіровать автомобільні дороги в плані і поздовжньому профілі як із застосуванням традиційних геометричних елементів (дуги кіл і клотоїди), так і з застосуванням сучасного апарату обчислювальної математики (криві Безьє і сплайни);

об'єднувати кілька проектів в один, що дозволяє легко розбивати складний проект на кілька дрібніших проектів, обробити їх і потім виробляти склейку проектів в один;

здійснювати паралельний перенесення траси, змінювати азимут її початкового напрямку;

проектувати верх земляного полотна (віражі), в тому числі і з урахуванням сплайновой природи трас;

конструювати дорожній одяг і поперечні профілі як типові, так і індивідуальні;

відображати 3D-вид як існуючої поверхні, так і проектованої; одночасно відображати на екрані все проекції проектованого об'єкта (рис. 27.2);

Мал. 27.2. Система «IndorCAD / Road» в режимі поліекрана. Загальний вигляд

формувати креслення, відомості і таблиці для подальшого їх редагування відповідно в IndorDrawing і Microsoft Excel;

багатий ActiveX-інтерфейс дозволяє створювати власні модулі розширення і надбудови системи для виконання окремих завдань.

27.2. Функціональна структура системи автоматизованого проектування «IndorCAD / Road».
 Розділ «План»

Система IndorCAD / Road складається з п'яти основних розділів: «План», «Поздовжній профіль», «Верх земляного полотна», «Поперечний профіль», «3D-вид».

Розділ «План» включає в себе:

різні форми подання рельєфу;

побудова поверхонь з урахуванням ліній структури рельєфу (рис. 27.3);

Мал. 27.3. Розділ «План» системи «IndorCAD / Road». Загальний вигляд

можливість «підфарбовувати» поверхню, редагувати ребра тріангуляції в ручному режимі;

можливість побудови різниці поверхонь;

отримання перетинів поверхонь по довільним лініях;

можливість роботи з декількома поверхнями;

можливість відключення непотрібних елементів відображення;

можливість використання спеціалізованих бібліотек умовних знаків, ліній, заливок;

можливість широкого вибору інструментів для роботи з об'єктами: полігонами, точками, лініями, трасами і т. д .;

можливість одночасного використання декількох растрових підкладок (скановані карти, креслення, аерознімки).

27.3. Розділ «Поздовжній профіль»

Розділ (підсистема) «Поздовжній профіль» системи IndorCAD / Road при автоматизованому проектуванні забезпечує:

класичне і сплайнова проектування поздовжнього профілю (рис. 27.4);

Мал. 27.4. Розділ «Поздовжній профіль» системи «IndorCAD / Road»

здійснення мікропрофілірованія;

відображення робочих, проектних, інтерпольованих відміток землі, графіка кривизни, ухилів;

закріплення точок проектної лінії різними типами фіксації;

сплайн-згладжування з подальшим ручним редагуванням проектної лінії як профілю всієї траси, так і заданого фрагмента;

можливість формування креслення поздовжнього профілю різного ступеня деталізації як для реконструкції, так і для нового проектування.

27.4. Розділ «Верх земляного полотна»

Розділ «Верх земляного полотна» системи IndorCAD / Road при автоматизованому проектуванні забезпечує:

формування проїзних частин і узбіч, розділових смуг, бордюрів із застосуванням як лінійного, так і синусоїдального інтерполяції;

моделювання відгону віражу, врожай, розширень проїжджої частини на кривих;

формування автобусних кишень і перехідно-швидкісних смуг;

аналіз відповідності віражу розрахункової швидкості автомобіля при заданому коефіцієнті поперечної сили;

локальну псевдо-3D візуалізацію формованого полотна.

27.5. Розділ «Поперечний профіль»

Розділ «Поперечний профіль» системи IndorCAD / Road при автоматизованому проектуванні забезпечує:

формування конструкцій поперечного профілю і дорожнього одягу як для конкретного профілю, так і для групи профілів (рис. 27.5);

Мал. 27.5. Розділ «Поперечний профіль» системи «IndorCAD / Road»

розрахунок обсягів дорожнього одягу, площ укосів, видачу результатів у вигляді таблиць Microsoft Excel;

роботу з бібліотеками типових діаметрів і конструкцій дорожнього одягу;

автоматичне доведення проектної лінії до перетину з реальною або інтерпольованої землею за вибором проектувальника;

формування своїх власних бібліотек поперечних профілів і конструкцій дорожнього одягу;

формування креслень поперечних профілів в заданому масштабі по одному або кілька діаметрів на лист;

відображення точкових об'єктів: дерева, опори ЛЕП, вуличні ліхтарі, світлофори і т. д. (рис. 27.6);

Мал. 27.6. Розділ «3D-вид» системи «IndorCAD / Road»

відображення майданних об'єктів: будівлі, водойми, лісові масиви і т. д .;

відображення лінійно-протяжних об'єктів: мости, огорожі, шумозахисні екрани і т. д.

відображення в реальному часі всіх вироблених змін;

інтерактивне переміщення за вільною траєкторією;

імітацію «проїзду» по автомобільній дорозі (вид з точки зору водія);

запис проїзду в AVI-файл будь-якого формату;

«Врізку» проектної поверхні в існуючу, відображення результату врізки;

можливість створення сторонніми розробниками модулів розширення можливостей 3D-виду, використовуючи технологію ActiveX;

моделювання потоку автомобілів в русі з урахуванням заданої для кожної траси інтенсивності і можливих напрямків руху.

По завершенню роботи з моделлю проектованого об'єкта (дороги) в системі IndorCAD / Road проекції моделі на рівні креслень передаються в спеціалізований графічний редактор IndorDrawing (рис. 27.7).

Мал. 27.7. Спеціалізований редактор IndorDrawing

27.6. Графічний редактор «IndorDrawing»

Редактор IndorDrawing забезпечує:

можливість вбудовування документів і компонування креслень будь-якої складності;

можливість використання бібліотек умовних позначень знаків, ліній, заливок, відповідних ГОСТ, що значно спрощує процес оформлення креслення;

використання вбудованих в редактор форм стандартних штампів, що роблять зручним оформлення листів креслень;

необхідну структуру креслення і дозволяє зберігати дані в різних шарах, що дає можливість легко відключати непотрібну інформацію. Частина шарів може бути заблокована від зміни користувачем;

експорт креслень в стандартні растрові і векторні формати, в тому числі AutoCAD, що дозволяє передавати креслення користувачам, що працюють на іншій платформі;

використання технології ActiveX, що дозволяє стороннім розробникам створювати свої інструменти і модулі для вирішення спеціалізованих завдань;

використання бібліотек, часто необхідних при оформленні креслень, елементів, що значно скорочує час створення креслення. Користувачі можуть створювати свої власні бібліотеки.

Крім того, що IndorDrawing має досить розвинені функції та інструментальні засоби, характерні для векторних графічних редакторів, до його складу входить також ряд спеціалізованих модулів, що значно розширюють можливості редактора з підготовки дорожньої проектної документації.

Система автоматизованого проектування автомобільних доріг IndorCAD / Road спільно зі спеціалізованим графічним редактором IndorDrawing є універсальним програмним комплексом з проектування автомобільних, міських доріг і генеральних планів.

ГЛАВА 28. АВТОМАТИЗОВАНЕ ПРОЕКТУВАННЯ ПЛАНУ АВТОМОБІЛЬНИХ ДОРІГ

Автоматизоване проектування плану та поздовжнього профілю. Загальний методологічний підхід

В основі дій проектувальника при проектуванні плану і поздовжнього профілю автомобільних доріг завжди лежать певні способи (принципи). І якщо спосіб дії комп'ютера вдається передбачити досить точно, то вибір способу дії людини не є настільки ж певним. В даний час, коли в проектуванні все більш активно застосовують комп'ютерні техніку і технологій, можна говорити про способи і діях «людино-машинних» систем. Питання оптимального співвідношення складових таких систем залишається недостатньо вивченим.

В свою чергу метод як наукова категорія лежить в основі усвідомленого раціонального способу дії. Для існування методу необхідні:

правила поведінки як опис способу дії;

усвідомлення використання методу як основи дії;

суворе підпорядкування правилам поведінки;

опис ситуацій, в яких даний метод доцільний.

Аналізуючи проектну діяльність з позицій приватного і загального, можна сказати, що в її основі лежать, дії, способи (принципи), методи.

Залежно від засобів реалізації творчого процесу розрізняють:

евристичні методи;

алгоритмічні методи.

У евристичних методах визначальне значення мають:

асоціативні здібності;

інтуїтивне мислення;

способи управління мисленням.

евристичні методи засновані на використанні загальних правил і рекомендацій. Вони допомагають при пошуку різних понять і тверджень, які дозволяють завдяки випадковим або логічним асоціаціям відкрити або створити абстрактне співвідношення, здатне дати рішення задачі.

алгоритмічні методи засновані на алгоритмах, які можна визначити як послідовність вказівок, що стосуються процедур (операцій), що дозволяють вирішити задачу. Можна виділити:

логічні алгоритми;

математичні алгоритми.

Традиційний принцип трасування доріг, який прийнято називати принципом «тангенціального трасування», до сих пір є домінуючим в практиці проектування в переважній більшості проектних організацій. Методи, які засновані на цьому принципі, відносяться до евристичних. Суть цих методів полягає в тому, що призначають тангенціальний хід, в кожен злам якого послідовно вписують заокруглення певних параметрів. І якщо розрахунок заокруглень містить певний математичний алгоритм, то спосіб призначення самого тангенціального ходу грунтується лише на інтуїції і професійний досвід інженера-проектувальника.

Трасування за принципом «гнучкою лінійки» (див. Розділ 9) містить величезний потенціал розвитку, оскільки при цьому здійснюють безпосередню укладку траси автомобільної дороги, а розрахунок базису (тангенціального ходу для виносу траси в натуру) не впливає на формування ергономічних і естетичних властивостей самої траси. З цієї ж причини тип заокруглень може бути як завгодно складним в розумінні комбінації геометричних елементів трасування.

Методи трасування, що містять етап графічної опрацювання траси на картах або топографічних планах місцевості, відносяться, безумовно, до евристичних, оскільки містять операції інтуїтивного характеру. І в цьому сенсі ряд методів трасування за принципом «гнучкою лінійки» також слід відносити до евристичних. Це і проектування поздовжнього профілю за методом Союздорпроекту і поширений метод «опорних елементів» для трасування автомобільних доріг в плані.

Методи «граничних ітерацій» Е. л. Фільштейн і «проекції градієнта» В. і. Струченкова для проектування поздовжнього профілю слід по цій же логіці віднести до алгоритмическим. Зауважимо, що перехід до алгоритмическим методам став можливим лише завдяки переходу до нової математичної (геометричної) сутності траси. І в тому і в іншому випадку в якості математичної моделі траси застосовують однорідну полілінію, Що складається з відрізків прямих. Очевидно, що полілінія, що складається з відрізків кривих високої гладкості склейки, буде ще більш прийнятною в якості моделі траси автомобільної дороги. Але і в тому і в іншому випадку мова йде про сплайн-функції.

Суть алгоритмічних методів полягає, як правило, в тому, що створюється область можливих рішень і далі здійснюється процес пошуку найкращого рішення за деяким критерієм оптимізації. Якщо поширити цей принцип на трасування автомобільних доріг в плані, то це означає, що проектувальник повинен обґрунтувати зону (смугу) варіювання траси, задати умови (цільову функцію або функціонал) оптимізації та застосувати певний математичний апарат оптимізації.

З позиції надійності кінцевого результату, як показує практика, вибір траси за допомогою призначення зони варіювання з подальшою оптимізацією положення проектованої траси є більш ефективним, ніж призначення одного або декількох варіантів траси на основі евристичного підходу.

28.2. Методи «однозначно певної осі»

Методи «однозначно певної осі» реалізують, як правило, на основі принципу «тангенціального трасування». Феномен широкої застосовності цього принципу можна пояснити тим, що для проектувальників цей принцип звичний і тому більш зрозумілий, методи на його основі прості в розрахунках і забезпечують граничну економічність польового етапу робіт.

Розглядаючи детально цей принцип трасування, можна помітити, що при «тангенціальному трасуванні» траса характеризується ламаною лінією, в злами якої вписані криві. Відрізки прямих є дотичні до кривих, тому можна говорити про ламаної як про тангенциальном ході (полігоні). Польове трасування полягає, при цьому, в послідовному вешенность прямих ліній тангенціального ходу, знаходженні і закріпленні його вершин, вимірах кутів повороту і розрахунках пікетажного положення головних точок траси (НК - початок кривої, КК - кінець кривої, СК - середина кривої і т. Д .) при заданих значеннях радіусу заокруглення. Раціональним в такому підході є те, що помилки, можливі при вписування тих чи інших кривих, не впливають на достовірність розрахунків наступних кривих.

З принципом «тангенціального трасування» практично однозначно пов'язане то обов'язкова умова, що геодезичні вишукування виконують по «пікетні методу». Його суть полягає в наступному: при вимірюванні ліній теодолітного ходу за допомогою мірної стрічки на цій лінії закріплюють, як правило, пікети (стометрові відрізки) і характерні точки траси (вододіли, балки, перетину з автомобільними дорогами та інженерними комунікаціями і т. Д.) і головні точки траси. На кожному наступному відрізку ламаної пікетажне положення точок траси встановлюють з урахуванням величини Домера для кожної вписаної кривої у відповідний кут повороту траси. Далі перпендикулярно закріпленим точкам здійснюють зйомку поперечних профілів на ширину смуги відводу. Таким чином, тангенціальний хід зумовлює обриси траси і є основою для всіх наступних геодезичних робіт. Природно, що зміна або коригування цієї основи на етапі камеральних робіт практично неможлива.

Окремого розгляду потребує процедура вписування кривих в злами тангенціального ходу. Випадок, коли заокруглення є кругові криві, є найпростішим і його застосовують для доріг II-V категорій при R> 2000 м і при R> 3000 м - для доріг I-ї категорії. Для розрахунку такого заокруглення при відомому куті повороту (q) І радіусі кривої (R) Необхідно обчислити значення тангенса (Т), Домера (Д), Довжини кривої (К) І бісектриси (Б) (Див. Розд. 8.1). Коли заокруглення представлені круговими кривими з перехідними кривими, розрахунок не таке однозначне, як в першому випадку. При рівній довжині вхідний і вихідний перехідної кривої закруглення є симетричним і необхідно розраховувати ті ж елементи заокруглення, що і в першому випадку. Якщо довжини вхідний і вихідний перехідних кривих не рівні між собою, то це випадок несиметричного заокруглення. При його розрахунку вже відсутнє поняття бісектриси заокруглення, що ускладнює процес закріплення і подальшої розбивки такого заокруглення (див. Розд. 9.2). В окремому випадку, якщо відсутня кругова вставка між перехідними кривими, то таке закруглення називають біклотоідой (Симетричною або несиметричною, відповідно).

випадки Коробової клотоїди і комбінованого заокруглення є універсальними і служать для підбору будь-яких обрисів заокруглення (див. розділ 9). Розрахунок таких заокруглень являє собою досить складну аналітичну задачу. Основи рішення для складових заокруглень відомі, проте на практиці реалізація цих рішень є завданням вкрай непростою.

Заокруглення у вигляді класичного поєднання геометричних елементів «клотоїда - кругова крива - клотоїда» найбільш поширені в практиці дорожнього проектування, але знаходять застосування і інші типи заокруглень (геометричних елементів). Наприклад: кадіоіди 1-го і 2-го типів (проф. А. а. Белятинскій), гіперболи і поліклотоіди (канд. Техн. Наук Ю. а. Фортуна), кубічні параболи (канд. Техн. Наук В. а. Федотов ), криві Безьє (д-р техн. наук В. н. Бойков). Застосування цих елементів обгрунтовано відповідними чисельними і натурними експериментами і результатами порівняльного аналізу.

Найбільш перспективними геометричними елементами для проектування заокруглень траси в складі тангенціального ходу є криві Безьє, які здатні приймати форми і властивості усіх вищенаведених елементів. До того ж криві Безьє є в загальному випадку просторовими функціями і здатні, як буде показано далі, забезпечувати просторове (тривимірне) трасування автомобільних доріг в єдиному класі функцій.

У 1970 році П. Безьє (французький математик) підібрав складові параметричного кубічного многочлена таким чином, що їх фізичний зміст став дуже наочним і досить підходящим для цілей проектування доріг за принципом «тангенціального трасування».

Формула Безьє для кубічного многочлена (n = 3) має наступний вигляд:

нехай i = 0, 1, 2, 3 - тоді для 0 # t # 1

r(t) = r0(1 - t)3 + 3r1t(1 - t)2 + 3r2t2(1 - t) + r3t3

або в матричної формі:

матрицю М називають базисної матрицею кубічної кривої Безьє.

Крім кривої Безьє 3-го порядку (кубічної) для цілей трасування доріг можливе застосування також кривих Безьє 2-го, 4-го і 5-го порядків. Відповідні формули для обчислення радіусів-векторів (і їх похідних) для цих кривих наведені нижче.

Крива Безьє 2-го порядку:

r(t) = r0(1 - t)2 + 2r1t(1 - t) + r2t2.

Крива Безьє 4-го порядку:

r(t) = r0(1 - t)4 + 4r1t(1 - t)3 + 6r2t2(1 - t)2 + 4r3t3(1 - t) + r4t4.

Крива Безьє 5-го порядку:

r(t) = r0(1 - t)5 + 5r1t(1 - t)4 + 10r2t2(1 - t)3 + 10r3t3(1 - t)2 + 5r4t4(1 - t) + r5t5.

Криві Безьє, що володіють особливими властивостями, як зазначалося вище, дозволяють застосовувати їх в якості універсальних кривих для проектування заокруглень трас автомобільних доріг. Зокрема, побудова кривої Безьє спирається на характеристическую ламану, яка й зумовлює її властивості, деякі з яких наведено нижче:

крива Безьє є гладкою кривою;

дотичні на початку і кінці кривої збігаються за напрямком з першим і останнім відрізками ламаної;

крива Безьє лежить в опуклій оболонці, породженої масивом точок (опорних вершин) ламаної;

крива симетрична - зберігає свою форму при зміні порядку вершин ламаної;

в разі, якщо вершини ламаної лежать в одній площині, то крива Безьє лежить в цій же площині;

ступінь функціональних коефіцієнтів кривої на одиницю менше кількості вершин ламаної;

зміна положення хоча б однієї з вершин ламаної веде до зміни обрисів кривої Безьє.

Оскільки характеристичний ламана і крива Безьє асоціативно і функціонально знаходяться в тій же взаємозалежності, що і тангенціальний хід з трасою автомобільної дороги, то вельми привабливо побудова кривої Безьє інтерпретувати в термінах принципу "тангенціального трасування".

На рис. 28.1, а представлена ??розрахункова схема традиційного заокруглення «клотоїда - кругова крива - клотоїда», вписаного в злам тангенціального ходу з вершиною в точці Т і кутом повороту q. Відстань від початку кривої до вершини - тангенс Т1. Відстань від вершини до кінця кривої - тангенс Т2. тангенси Т1 и Т2 являють собою дотичні на початку і кінці складеного заокруглення, перетин яких в точці Т і породжує характеристическую ламану ATF. Якщо провести дотичні в вузлах стикування елементів (точки N, М), То отримаємо допоміжну ламану ANTMF.

Мал. 28.1. Розрахункові схеми заокруглень траси в плані
 а - традиційна; б - Безьє-3; в - Безьє-5

Припустимо, що в кут повороту q, Утворений сторонами тангенціального ходу, потрібно вписати закруглення траси за допомогою кривої Безьє 3-го ступеня (Безьє-3). Поставимо (див. Рис. 28.1, б) початкову А і кінцеву F точки кривої відповідно на 1-й і 2-й сторонах тангенціального ходу. Внутрішні точки (В, Е) характеристичного багатокутника розмістимо в вершині утла. Відстані від заданих точок до вершини будемо називати, слідуючи сформованої дорожньої термінології, великими тангенсом (Т1 и Т2). По трьох заданих точках буде побудована кубічна крива Безьє з подвійною вершиною в точці Т. Якщо отримані обриси кривої з яких-небудь міркувань не влаштовують інженера-проектувальника, то варіювати обрисами кривої можна за рахунок зміни положення точок В і Е. При цьому точки будуть переміщатися уздовж відповідних сторін тангенціального ходу. Відстані від вершини до цих точок домовимося називати малими тангенсом кривої (t1, t2). Таким чином, варіюючи значеннями малих і великих тангенсов, можна отримувати криві різного обриси і різних диференціальних властивостей. Зокрема, як буде показано нижче, крива Безьє-3 може з успіхом моделювати пряму, дугу кола, клотоїди і відрізок клотоїди.

Недоліком Безьє-3 є те, що при моделюванні заокруглення єдиної кривої в середній частині заокруглення неможливо домогтися ділянки постійної кривизни.

Щоб отримати фрагмент дуги окружності в середній частині заокруглення, слід звернутися до кривої Безьє 5-го ступеня (Безьє-5), характеристичне ламана якої складається з 6-и точок. На рис. 28.1, в ця ламана утворена точками А, В, С, D, Е, F. У термінах тангенціального ходу побудова Безьє-5 виглядає наступним чином. Початкова точка А знаходиться на відстані Т1 від вершини, точка В - на відстані t1. Дотична на початку Безьє-5 буде збігатися з напрямком АВ. Положення третьої точки С домовимося відміряти також від вершини Т тангенсом т ,, Але якщо точки А і В можуть переміщатися лише вздовж боку тангенціального ходу, тим самим задаючи напрямок дотичній на початку кривої, то точка С може зміщуватися на Д, вліво і вправо від сторони тангенціального ходу, формуючи різноманітні обриси гладких кривих. Розташування точок D, Е, F на 2-й стороні тангенціального ходу схоже розташуванню точок А, В, С і, тому, не вимагає додаткових пояснень.

Єдиної кривої Безьє-5 можна також моделювати серпантини 1-го і 2-го роду, лівосторонні і правосторонні сполучні рампи на перетинах в різних рівнях.

28.3. Метод «опорних елементів»

Основні принципи, яких дотримуються при автоматизованому проектуванні плану траси, полягають у наступному: обов'язкове використання принципів клотоідного трасування (принцип «гнучкою лінійки»); детальна, многовариантная опрацювання траси з зіставленням варіантів за основними показниками і вибором найкращого рішення; забезпечення зорової плавності і ясності траси і узгодження її з ландшафтом.

При системно автоматизованому проектуванні власне етап трасування нерозривно пов'язаний з усіма наступними етапами проектування автомобільної дороги і в значній мірі від них залежить. Загальна етапна послідовність автоматизованого проектування плану автомобільних доріг полягає в наступному:

відпрацювання ескізного варіанту траси. За допомогою гнучкої лінійки - сплайна або від руки по рельєфу і ситуації на великомасштабному плані наносять плавну лінію чергового варіанту траси;

автоматизоване проектування плану траси. Виконують комп'ютерний розрахунок геометричних елементів плану, координат магістрального ходу, координат головних точок (НК, СК, КК і т. Д.), Пікетів і проміжних точок і т. Д .;

підготовка чорного профілю землі по осі дороги. Чорний профіль готують по фіксованому плану варіанти траси з використанням цифрової моделі місцевості ЦММ;

проектування поздовжнього профілю. Використовуючи профіль землі по осі дороги, а також інші необхідні дані, встановлюють комп'ютерним розрахунком оптимальне (або раціональне) положення проектної лінії поздовжнього профілю;

оцінка отриманого рішення за основними показниками. Варіант оцінюють за обсягами робіт, будівельної вартості, транспортно-експлуатаційних витрат, вартості відведення земель, витрат на боротьбу зі снегозаносамі, рівням зручності і безпеки руху, естетичним критеріям і т. Д .;

коригування плану траси з подальшим повторним проектуванням. На основі всебічної оцінки запроектованого варіанта траси, коли проектувальник не задоволений тими чи іншими показниками (великі обсяги робіт, висока будівельна вартість, незабезпечена на деяких ділянках зорова плавність і ясність траси, високі транспортно-експлуатаційні витрати, незабезпечена видимість, неприпустимо високі значення підсумкових коефіцієнтів аварійності або занадто низькі значення коефіцієнтів безпеки і т. д.), недоліки проектного рішення усувають шляхом коригування плану траси (в окремих випадках тільки поздовжнього профілю) з подальшим повторним проектуванням варіанти дороги.

Завдання трансформації ескізної траси в послідовність пов'язаних між собою елементів клотоідной траси (клотоїд, відрізків клотоїд, кругових кривих і прямих) вирішується автоматизованим комп'ютерним розрахунком з використанням аналітичних методів, реалізованих на базі спеціального математичного апарату.

Метод «опорних елементів» є однією з різновидів «методів однозначно певної осі» вперше розроблений в 60-х роках в Німеччині. У нашій країні метод реалізований у вигляді пакета прикладних програм Союздорпроекту і полягає в тому, що за допомогою шаблонів кругових кривих і лінійки встановлюють положення опорних елементів (прямих і кругових кривих), найкращим чином апроксимуючих ескізний трасу автомобільної дороги (рис. 28.2) і в подальшій аналітичної їх ув'язці.

Мал. 28.2. Подання опорних елементів по ескізних варіантів плану траси

К опорних елементів відносять прямі і кругові криві, які сполучаються між собою за допомогою сполучних елементів - клотоїд і відрізків клотоїд. Опорні елементи можуть бути задані в загальній системі координат фіксовано, полуфіксірованно і вільно (рис. 28.3).

фіксованим вважають елемент, для якого визначено його тип (пряма, або кругова крива), радіус і положення в загальній системі координат, що не допускає його переміщення в плані (див. рис. 28.3, а).

Полуфіксірованним вважають елемент, для якого визначено його тип і положення в загальній системі координат, яка допускає обертання навколо будь-якої його точки (див. рис. 28.3, б).

вільним вважають елемент, для якого задано його тип, але не визначено положення в загальній системі координат (див. рис. 28.3, в).

Мал. 28.3. Способи завдання опорних елементів:
 а - фіксовані; б - полуфіксірованние; в - вільні

Передбачена можливість завдання опорних елементів не тільки фіксовано, але полуфіксірованно і вільно сильно полегшує завдання ув'язки суміжних елементів і дозволяє приймати округлені значення параметрів або довжин з'єднувальних кривих. Можливі 16 різних випадків сполучення опорних елементів, які за способом завдання елементів поділяють на три групи (рис. 28.4):

I група (рис. 28.4, а) - обидва елементи задані фіксовано;

II група (див. Рис. 28.4, б) - перший елемент заданий фіксовано, другий - полуфіксірованно;

III - група (див. Рис 28.4, в) - перший і третій елементи задані фіксовано, другий - вільно.

Мал. 28.4. Схеми розрахункових випадків:
 1 - траса дороги; 2 - опорний елемент траси; 3 - фіксовані точки; 4 - головні точки траси

Для забезпечення автоматизованого аналізу при виборі розрахункової схеми сполучення опорні елементи задають з урахуванням правила знаків (рис. 28.5).

Послідовність проектування плану за методом «опорних елементів» полягає в наступному:

користуючись шаблонами кругових кривих і лінійкою, за ескізним варіантом плану траси встановлюють положення опорних елементів, радіуси і способи їх завдання;

з плану знімають вихідну інформацію, необхідну для автоматичної ув'язки плану траси на комп'ютері;

здійснюють автоматичний розрахунок траси з видачею необхідної інформації.

В результаті отримують наступні дані, необхідні для подальшого проектування і для виносу траси в натуру:

параметри геометричних елементів увязанной траси;

координати магістрального ходу;

координати головних і проміжних точок;

таблиці координат для розбивки траси від магістрального ходу за методом прямокутних координат, методом зарубок і за методом полярних координат.

Одна з переваг методу «опорних елементів» полягає в можливості безпосереднього контролю за параметрами і положенням всіх елементів траси.

Мал. 28.5. Правило знаків при завданні і розрахунках елементів траси
 а - клотоїд; б - кругових кривих; в - прямих

28.4. Метод «згладжування ескізної лінії траси»

Метод «згладжування ескізної лінії траси», розроблений в кінці 60-х років в США і розвинений в Німеччині, полягає в завданні координат послідовності точок, що знімаються з ескізного варіанту траси, з подальшою аналітичної аппроксимацией допомогою алгебраїчних поліномів високих ступенів. На відміну від методів «однозначно певної осі» в методі «згладжування ескізної лінії траси» задають надмірна кількість точок ескізної лінії і в загальному випадку через всі задані точки не може бути проведена задовільна траса. Ці точки ескізної лінії тому розглядають як «наближені», поблизу яких повинна пройти траса.

Ескізну трасу заносять в пам'ять комп'ютера координатами послідовності точок з кроком через 10-400 м (в залежності від звивистості траси), знімаються з ескізної лінії, нанесеної на великомасштабний план або аерознімок від руки, або за допомогою гнучкої лінійки - сплайна (рис. 28.6, а).

Мал. 28.6. Проектування плану за методом «згладжування ескізної лінії траси»:
 а - план траси; б - діаграма зміни кривизни; J - фактична кривизна апроксимуючої функції; 2 - вирівняна кривизна

Початкову точку і напрямок завжди задають фіксованими, оскільки здійснюють відмикання від раніше запроектованого ділянки траси або від існуючої автомобільної дороги. Кінцеву точку траси можна або фіксувати, або ставити вільно. Точок також надають різні вагові значення, які спричиняють різну ступінь наближення, або обов'язкове проходження через них апроксимуючої кривої.

Аналітичну апроксимацію ескізної траси, заданої послідовністю точок, здійснюють з використанням алгебраїчних поліномів високого ступеня (зазвичай 3-го ступеня), що мають спільну дотичну в точках сполучення.

Y = Ах3 + Вх2 + Сх + D, де

А, В, С, D - коефіцієнти апроксимуючих відрізків кривих, визначених з умови наближення до ескізної лінії за методом «найменших квадратів».

Отримана аналітична інтерпретація ескізної траси ще не дає можливості контролю за законами зміни кривизни лінії, а також за значеннями радіусів кривизни в різних її точках. Щоб такий контроль міг бути здійснений, а також з метою представлення лінії поєднанням звичайних елементів клотоідной траси (прямих, кругових кривих, клотоїд і відрізків клотоїд) будують діаграму кривизни (рис. 28.6, б). При цьому кривизну проектної лінії траси в будь-який її точці визначають:

Фактичне обрис діаграми кривизни замінюють ламаної. Тоді прямі, що збігаються з віссю абсцис, відповідають прямим ділянкам траси, прямі, паралельні осі абсцис - круговим кривим і похилі прямі - клотоїди або відрізків клотоїд. Таким чином, в кінцевому підсумку трасу представляють у вигляді звичайних елементів клотоідной траси.

Одна з різновидів методу «згладжування ескізної лінії траси» - метод «апроксимації послідовності точок» реалізований в Союзшляхпроекті у вигляді пакету прикладних програм «План». Ідея методу «апроксимації послідовності точок» полягає в комп'ютерній обробці ескізної лінії траси з метою визначення геометричних характеристик і положення елементів клотоідной траси, що відповідає певним вимогам, що пред'являються до неї.

Модель ескізної лінії траси в плані представляють впорядкованим безліччю точок, що визначаються трьома характеристиками: хi, уi, рi, (Де хi и уi - координати i-ї точки в загальній системі координат; рi - «Вага» i-ї точки). Завдання визначення геометричних характеристик елементів траси і їх положення, найкращим чином наближаються до заданої ескізної лінії, вирішується із застосуванням методів математичного програмування. При цьому в якості цільової функції прийнято вираз:

де

К - Критерій оптимальності;

zi - Відстань від i-ї точки до траси по нормалі.

Обов'язковими обмеженнями є:

Dtmin ? Dt ? Dtmax;

DRmin ? DR ? DRmax;

DLmin ? DL ? DLmax;

DAmin ? DA ? DAmax; де

Dt - Зміна центрального утла кругових кривих;

DR - Зміна радіуса кругових кривих;

DL - Зміна довжин прямих;

DA - Зміна параметрів клотоїд;

min, max - індекси, що позначають нижню і верхню межі відповідних змінних.

Пакет прикладних програм «План» Союздорпроекту, крім того, дозволяє розраховувати координати головних і проміжних точок траси, діаметрів траси, готувати таблиці для розбивки траси від довільного магістрального ходу за методами: прямокутних координат, полярних координат і зарубок. Пакет прикладних програм «План» забезпечує отримання поздовжніх і поперечних чорних профілів землі з використанням ЦММ.



 Історична довідка |  Методи «вільної геометрії». Сплайн-трасування

 Визначення ступеня забруднення придорожньої смуги сполуками свинцю |  Розрахунок забруднення атмосферного повітря викидами автомобільного транспорту |  Вплив дорожніх умов на безпеку руху |  Оцінка забезпеченості безпеки руху на пересічних в одному рівні |  Оцінка безпеки руху на пересічних в різних рівнях |  Поняття про системи автоматизованого проектування |  Засоби забезпечення систем автоматизованого проектування |  Функціональна структура САПР |  Принципи оптимізації та моделювання при проектуванні автомобільних доріг |  Гіс-технології в автоматизованому проектуванні |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати