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动态交互式路线纵断面设计软件的研制开发
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摘 要：路线纵横面设计是影响道路建设质量的重要因素，本文介绍了研制开发的动态交互式路线纵断面设计软件在道路工程中的应用，以及所具有的主要特点。
关键词：道路 纵断面 动态交互式设计 计算机应用
路线纵断面设计，关系到道路线形的优劣、路基的稳定性好坏、路基土石方及防护工程量的大小、路基路面排水是否顺畅等诸多问题，对于道路建设质量有着重要的影响。改革开放以来，我国公路交通事业得到迅猛发展，现代科技特别是计算机技术也得到飞速进步，如何利用计算机技术迅捷地完成技术经济比较合理的路线纵断面设计，对于道路建设质量，尤其是对于道路立交、山区道路等地形较为复杂、高程控制要求较高的工程设计来说，是一个很有意义的课题。目前，国内外许多专家同行都在致力于道路设计软件的研制和开发。
目前，国内使用的路线纵断面设计软件，大多为静态交互式软件。在设计过程中，设计者通过不断地修改数据文件或通过键盘输入命令或数据，实现人机对话，使得设计不断地得到完善，从而完成一项设计的。这和手工设计相比，虽然有很大的进步，但仍然不能令设计人员感到满意。其主要缺点是：第一，修改数据工作量大。设计者往往要通过几十次，甚至上百次地修改数据，才能完成设计。第二，输入数据的合理性无法预料。即便是对一个有经验的设计者来说，在修改设计的过程中，对于输入的数据可能会产生的相邻曲线"穿袖"等不合理的情况也往往无法预料。即使没出现这种情况，设计者也不能保证其技术指标就一定能得到满足，等到发现输入数据不合理时，设计者又要再次修改输入数据，这无疑明显地增加了设计者的工作量。
本人所作的路线纵断面设计软件的研制开发工作，是以实现动态交互设计功能为目标。所谓动态交互设计功能，是设计者可通过鼠标选择命令和操作对象(变坡点、坡度线或竖曲线等)，然后通过鼠标来拖动操作对象，实现连续不断的人机对话，每一次人机对话都可以实现操作对象及其技术参数(坡长、坡度、竖曲线半径、设计高程等)连续的动态显示，设计者可以从计算机屏幕上动态地连续观察到设计的修改动态、相应的输入数据和路线技术指标的变化情况，直到比较满意为止。这样，一次动态交互设计操作就相当于几次甚至于十几次静态交互设计操作，从而使设计人员感到非常方便，明显地提高了设计效率。在程序研制过程中，本人结合参与山区公路和平原地区高等级公路及立交设计的经验，尽量使程序功能贴近设计者的需要，通过几项实际工程设计的考验，证明该软件具有较好的实用价值和广泛的适用性。
本软件采用ADS-C语言编制，在AutoCAD for Windows12.0版以上的环境下运行。软件的主要特点如下：
1 充分利用AutoCAD软件的强大功能
Aut0CAD是由美国的Autodesk公司推出的计算机辅助设计软件，是目前在各设计单位非常流行的应用软件。AutoCAD实质上是一个图形数据库，它有非常完善的数据结构和图形算法。设计者所作的每一次图形建立或修改操作，实际上就是通过AutoCAD的各项功能来修改图形数据库，而屏幕上所看到的图形只不过是数据库的一种图形反映而已。因此，AutoCAD软件实际上是采用"事件型"应用程序的开发来实现各项功能的。所谓"事件型"程序就是各应用程序分别从图形数据库提取数据，然后又将计算结果放回到图形数据库中去，使图形数据库中的相应记录得到修改，从而使屏幕上的图形同时得到修改。各应用程序只对某一个"事件"即某一项功能负责，而各应用程序相对独立，它们之间不发生直接的联系，这就使应用程序的开发只需考虑如何从图形数据库提取数据，如何修改图形数据，而不受其他应用程序的影响，给软件开发工作带来很大的便利。AutoCAD软件还允许用户采用Autolisp语言和C语言等开发应用程序，允许用户在图形数据库的记录中写入用户外部数据，进行二次开发工作，正是由于AutoCAD软件具有上述优点，因此，全世界有数以万计的用户在AutoCAD平台上进行专业CAD软件的开发工作。
2 较强的设计管理能力
本软件能在同一图形文件中同时设计多条道路及其立交匝道，每一条道路或匝道都由设计者赋予一个道路名称，并且可根据需要随时改名。每 条道路的设计互不干扰，并且每一个图形文件可随时存盘，下一次设计时只需将图形文件调入AutoCAD即可继续进行。每一个图形文件同时能设计的道路长度及道路条数只和计算机内存大小有关，和软件本身无关。为此，曾在一台具有32M内存的普通586微机上进行试验，结果表明，软件能处理一条具有1万个变坡点和10万个地面高程点的道纵断面设计，这相当于一条1000公里以上长度的道路纵断面设计，完全能满足各种道路工程设计的需要。
3 灵活的动态交互功能
软件充分体现了动态交互的特点，凡修改设计的命令均采用选取操作对象，然后用动态拖动操作对象的方式进行。动态拖动可以沿任意方向或沿设计者指定的桩号、高程或纵坡方向拖动，并可以按照设计者指定的桩号、曲线半径或纵坡的变化及步长进行拖动。操作对象的拖动幅度相对于鼠标移动距离的比例也可任意调整，从而使设计者可以精确地进行设计的微调，直到满意为止。拖动方式及步长的调整可以在拖动过程中利用热键和对话框的方式进行，非常方便。为适应不同设计者和不同场合的需要，在拖动过程中也可以利用热键方式完成设计参数的键盘交互输入。当设计者对所作的设计修改不满意时，使用程序专门设计的撤消功能，可以很方便地撤消前一次修改，直到恢复原有设计为止。
4 比较完善的动态数据检查和动态高程控制检查功能
在拖动设计过程中，程序随时检查数据(坡度、坡长或竖曲线半径)的合理性，自动防止相邻竖曲线出现"穿袖"等不合理情况，并作相应的提示。
设计者可以根据需要，在任意桩号设置高程控制点。在拖动过程中，可通过热键动态显示拖动范围内各控制点桩号的设计高程、控制高程及它们之间的差值，使设计者很快作出满足高程控制点要求的设计。高程控制点可采用拖动方式进行移动，不需要时可随时删除。
5 内容丰富的信息查询功能
程序还具备了丰富的信息查询功能，其内容有设计线要素表、技术指标查询、控制点查询表，设计高程、地面高程和填挖高度等内容的动态查询，查询指定桩号之间的路基土石方数量等。
6 适应能力强的绘图功能
用户可自行定义纵断面设计图的幅面大小、标注栏的顺序和栏宽、字体大小、标注内容及其精度等多项要求，并可以工作文件的形式储存定义信息，便于日后使用。
7 友好的用户界面
操作命令的选取均用鼠标在下拉式菜单中进行，人机对话在弹出式对话框中进行，所有屏幕揭示均采用汉字揭示。 来源: 《建筑中文网》.
关键词：道路 纵断面 动态交互式设计 计算机应用
路线纵断面设计，关系到道路线形的优劣、路基的稳定性好坏、路基土石方及防护工程量的大小、路基路面排水是否顺畅等诸多问题，对于道路建设质量有着重要的影响。改革开放以来，我国公路交通事业得到迅猛发展，现代科技特别是计算机技术也得到飞速进步，如何利用计算机技术迅捷地完成技术经济比较合理的路线纵断面设计，对于道路建设质量，尤其是对于道路立交、山区道路等地形较为复杂、高程控制要求较高的工程设计来说，是一个很有意义的课题。目前，国内外许多专家同行都在致力于道路设计软件的研制和开发。
目前，国内使用的路线纵断面设计软件，大多为静态交互式软件。在设计过程中，设计者通过不断地修改数据文件或通过键盘输入命令或数据，实现人机对话，使得设计不断地得到完善，从而完成一项设计的。这和手工设计相比，虽然有很大的进步，但仍然不能令设计人员感到满意。其主要缺点是：第一，修改数据工作量大。设计者往往要通过几十次，甚至上百次地修改数据，才能完成设计。第二，输入数据的合理性无法预料。即便是对一个有经验的设计者来说，在修改设计的过程中，对于输入的数据可能会产生的相邻曲线"穿袖"等不合理的情况也往往无法预料。即使没出现这种情况，设计者也不能保证其技术指标就一定能得到满足，等到发现输入数据不合理时，设计者又要再次修改输入数据，这无疑明显地增加了设计者的工作量。
本人所作的路线纵断面设计软件的研制开发工作，是以实现动态交互设计功能为目标。所谓动态交互设计功能，是设计者可通过鼠标选择命令和操作对象(变坡点、坡度线或竖曲线等)，然后通过鼠标来拖动操作对象，实现连续不断的人机对话，每一次人机对话都可以实现操作对象及其技术参数(坡长、坡度、竖曲线半径、设计高程等)连续的动态显示，设计者可以从计算机屏幕上动态地连续观察到设计的修改动态、相应的输入数据和路线技术指标的变化情况，直到比较满意为止。这样，一次动态交互设计操作就相当于几次甚至于十几次静态交互设计操作，从而使设计人员感到非常方便，明显地提高了设计效率。在程序研制过程中，本人结合参与山区公路和平原地区高等级公路及立交设计的经验，尽量使程序功能贴近设计者的需要，通过几项实际工程设计的考验，证明该软件具有较好的实用价值和广泛的适用性。
本软件采用ADS-C语言编制，在AutoCAD for Windows12.0版以上的环境下运行。软件的主要特点如下：
1 充分利用AutoCAD软件的强大功能
Aut0CAD是由美国的Autodesk公司推出的计算机辅助设计软件，是目前在各设计单位非常流行的应用软件。AutoCAD实质上是一个图形数据库，它有非常完善的数据结构和图形算法。设计者所作的每一次图形建立或修改操作，实际上就是通过AutoCAD的各项功能来修改图形数据库，而屏幕上所看到的图形只不过是数据库的一种图形反映而已。因此，AutoCAD软件实际上是采用"事件型"应用程序的开发来实现各项功能的。所谓"事件型"程序就是各应用程序分别从图形数据库提取数据，然后又将计算结果放回到图形数据库中去，使图形数据库中的相应记录得到修改，从而使屏幕上的图形同时得到修改。各应用程序只对某一个"事件"即某一项功能负责，而各应用程序相对独立，它们之间不发生直接的联系，这就使应用程序的开发只需考虑如何从图形数据库提取数据，如何修改图形数据，而不受其他应用程序的影响，给软件开发工作带来很大的便利。AutoCAD软件还允许用户采用Autolisp语言和C语言等开发应用程序，允许用户在图形数据库的记录中写入用户外部数据，进行二次开发工作，正是由于AutoCAD软件具有上述优点，因此，全世界有数以万计的用户在AutoCAD平台上进行专业CAD软件的开发工作。
2 较强的设计管理能力
本软件能在同一图形文件中同时设计多条道路及其立交匝道，每一条道路或匝道都由设计者赋予一个道路名称，并且可根据需要随时改名。每 条道路的设计互不干扰，并且每一个图形文件可随时存盘，下一次设计时只需将图形文件调入AutoCAD即可继续进行。每一个图形文件同时能设计的道路长度及道路条数只和计算机内存大小有关，和软件本身无关。为此，曾在一台具有32M内存的普通586微机上进行试验，结果表明，软件能处理一条具有1万个变坡点和10万个地面高程点的道纵断面设计，这相当于一条1000公里以上长度的道路纵断面设计，完全能满足各种道路工程设计的需要。
3 灵活的动态交互功能
软件充分体现了动态交互的特点，凡修改设计的命令均采用选取操作对象，然后用动态拖动操作对象的方式进行。动态拖动可以沿任意方向或沿设计者指定的桩号、高程或纵坡方向拖动，并可以按照设计者指定的桩号、曲线半径或纵坡的变化及步长进行拖动。操作对象的拖动幅度相对于鼠标移动距离的比例也可任意调整，从而使设计者可以精确地进行设计的微调，直到满意为止。拖动方式及步长的调整可以在拖动过程中利用热键和对话框的方式进行，非常方便。为适应不同设计者和不同场合的需要，在拖动过程中也可以利用热键方式完成设计参数的键盘交互输入。当设计者对所作的设计修改不满意时，使用程序专门设计的撤消功能，可以很方便地撤消前一次修改，直到恢复原有设计为止。
4 比较完善的动态数据检查和动态高程控制检查功能
在拖动设计过程中，程序随时检查数据(坡度、坡长或竖曲线半径)的合理性，自动防止相邻竖曲线出现"穿袖"等不合理情况，并作相应的提示。
设计者可以根据需要，在任意桩号设置高程控制点。在拖动过程中，可通过热键动态显示拖动范围内各控制点桩号的设计高程、控制高程及它们之间的差值，使设计者很快作出满足高程控制点要求的设计。高程控制点可采用拖动方式进行移动，不需要时可随时删除。
5 内容丰富的信息查询功能
程序还具备了丰富的信息查询功能，其内容有设计线要素表、技术指标查询、控制点查询表，设计高程、地面高程和填挖高度等内容的动态查询，查询指定桩号之间的路基土石方数量等。
6 适应能力强的绘图功能
用户可自行定义纵断面设计图的幅面大小、标注栏的顺序和栏宽、字体大小、标注内容及其精度等多项要求，并可以工作文件的形式储存定义信息，便于日后使用。
7 友好的用户界面
操作命令的选取均用鼠标在下拉式菜单中进行，人机对话在弹出式对话框中进行，所有屏幕揭示均采用汉字揭示。 来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200811/12032.htm
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