CN107609213A

CN107609213A - 一种基于静平衡的接触网线索三维动态建模方法

Info

Publication number: CN107609213A
Application number: CN201710654526.5A
Authority: CN
Inventors: 刘志刚; 廖峰; 韩志伟
Original assignee: Southwest Jiaotong University
Current assignee: Southwest Jiaotong University
Priority date: 2017-08-03
Filing date: 2017-08-03
Publication date: 2018-01-19
Anticipated expiration: 2037-08-03
Also published as: CN107609213B

Abstract

本发明公开了一种基于静平衡的接触网线索三维动态建模方法，利用有限元理论，使用空间内二节点非线性单元构建接触网，采用基于索、杆组合结构的非线性有限元建模方法，根据接触网结构拓扑关系组装刚度矩阵和不平衡力矩阵，建立整体非线性平衡方程；运用牛顿‑拉夫逊方法，求解建立接触网加载后的静态几何参数；基于求解获得的接触网静平衡参数，采用三角面片构造法表示接触网三维模型；运用三维空间解析几何方法，对法向量、三角顶点换算矩阵等模型数据进行计算；最终通过实时渲染自动生成高精度接触网三维数字模型。本发明方法大量减少了接触网设计人员手工建模工作，生成的高精度三维模型为后期设计校验提供了精确模型源。

Description

一种基于静平衡的接触网线索三维动态建模方法

技术领域

本发明涉及电气化铁路接触网三维模型建模领域，特别是一种基于静平衡的接触网线索三维动态建模方法。

背景技术

目前接触网三维BIM(Building Information Modeling)设计中，接触网线索结构一般通过人工建模方式构建近似的三维模型。人工建模方法工作量大，未考虑接触网加载后的导高、拉出值等参数受力后的变化情况，且一旦设计参数变更需重新人工修改模型费时费力。因此，接触网线索建模已成为制约接触网BIM设计发展的瓶颈环节，行业亟需研究能够满足设计数据关联、模型自动变更、符合后期设计参数校验精度要求的接触网线索数据驱动型自动建模方法。

目前的铁路建模研究主要集中在对现实世界中铁路实物的现场数据采集和根据采集数据重建铁路实物的方法研究，而且铁路实物对象大多集中在铁路线路、建筑、地质地形等模型，罕有针对接触网的三维参数化动态建模研究。例如：

铁路线路三维设计模型建立方法的研究一文中，作者利用航测或外业勘测地形数据，建立设计线路行经地区的三维地形模型以及利用平、纵、横设计数据，建立三维线路模型(详见蒋红斐、蒲浩、詹振炎：铁路线路三维设计模型建立方法的研究，铁道学报，2000)。

铁路线路构造物模型(RLBIM)参数化建模方法研究一文中，作者采用铁路线路构造物的建筑信息模型参数化建模方法，建立了铁路线路中路基、桥梁、隧道和其他典型的结构物的三维模型(详见曹琨：铁路线路构造物模型(RLBIM)参数化建模方法研究，西南交通大学，2016)。

基于Delaunay三角网数字地面模型的路线三维建模方法一文中，作者采用Delaunay三角网构建地表曲面模型，采用双三次混合孔斯曲面片构建设计表面的三维模型，保证了地面模型的精度及设计面的光顺性(详见蒲浩、宋占峰、詹振炎：基于Delaunay三角网数字地面模型的路线三维建模方法，铁道学报，2001)。

面向实体选线设计的铁路线路BIM与地理环境建模方法与应用一文中，作者基于海量离散点云地形数据和海量影像信息，提出了一种适合铁路线路设计与漫游的、面向GPU的铁路带状三维地形环境建模方法，最后集成数字地形，数字地质，数字地物，数字自然现象等信息，建立了一个多源空间信息集成的选线系统虚拟地理环境(详见聂良涛：面向实体选线设计的铁路线路BIM与地理环境建模方法与应用，西南交通大学，2015)。

基于三维模型的接触网检测技术研究一文中，作者利用光学扫描仪采集接触网零部件点云数据，并运用点云配准匹配算法将不同视角下的点云数据转换合并到同一坐标系下形成一个完整的点云，然后经曲面重建和渲染获得各部件三维模型，进而对接触网不良状态进行检测(详见徐建芳：基于三维模型的接触网检测技术研究，西南交通大学，2014)。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于静平衡的接触网线索三维动态建模方法，该建模方法将有限元理论和三维参数化建模技术结合进行数据驱动型接触网自动化建模；其能够实现接触网三维模型的快速、稳定和自动化建模，非常便于接触网模型的建立和修改。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于静平衡的接触网线索三维动态建模方法，包括以下步骤：

步骤1：根据接触网几何拓扑结构，利用有限元方法对接触网进行离散，采用空间内二节点非线性索单元模拟接触线和承力索，采用杆单元模拟吊弦；

步骤2：以单元长度和节点坐标为接触网初始平衡态中的未知量，构建结构平衡方程；

步骤3：采用牛顿-拉夫逊方法迭代求解结构平衡方程，计算得到接触网静态平衡参数，建立接触网静态平衡模型；

步骤4：对接触网静态平衡模型数据按承力索、吊弦、接触线三类进行分割和格式转换处理，为后续数据提取和接触网三维模型数据计算做准备；

步骤5：采用三角面片法表达接触网三维模型，即：

步骤5.1：将接触网的承力索、吊弦无限细分，等效成N个圆柱体单元模型相接；圆柱体单元模型的底面圆采用12个顶点构建，通过24个三角顶点来绘制圆柱体单元模型三角面；

步骤5.2：在承力索和吊弦的圆柱体单元模型表达方法的基础上，采用具有线槽的圆柱体单元模型表示接触线三维模型；

步骤6：根据接触网静态平衡模型数据获得圆柱体单元模型两底面圆心坐标，由两底面圆心坐标三轴向的差值计算任意圆柱体单元模型两底面的法线，轴向差值最大的方向为法线方向；

步骤7：推导得到各法线情况下的圆柱体单元模型三角顶点三维坐标换算矩阵，再根据接触线的结构参数，计算得到接触网三维模型的三角顶点坐标；

步骤8：推导得到接触网三维模型顶点索引存储矩阵的自动计算矩阵，通过动态读取计算所得接触网三维模型相关数据，采用三角面片法实时绘制渲染得到接触网线索结构三维模型。

进一步的，所述步骤5.1具体为：

圆柱体单元模型底面圆a圆周上12个顶点弧距为等弧间距，圆周上任意相邻两点分别与圆心连线所构成夹角均为30°；设圆a半径为r，圆心a坐标为(x，y，z)，则得到a点与圆周上点a0～a11在Y-Z平面上的关系式为：

其他平面上a点与圆周上点a0～a11关系式同理。

进一步的，所述步骤5.2具体为：

圆柱体单元模型底面圆a中，B为a0、a6两点距离，C为a2、a4两点距离，D为a1、a5 两点距离，K为a1在Y轴投影到a3的距离；在点a0、点a6～a11中，任意相邻两点分别与圆心连线所构成夹角均为30°；设圆a半径为r，圆心a坐标为(x，y，z)，则得a点与圆周上点a0～a11在Y-Z平面上的关系为：

其他平面上a点与圆周上点a0～a11关系式同理。

进一步的，所述步骤6具体为：

步骤6.1：将三维空间中所有圆柱体两底面的法线划分成三类：X轴向法线、Y轴向法线、 Z轴向法线；

步骤6.2：由接触网静态平衡模型数据得到圆柱体单元模型两底面圆心a、b坐标分别为 a(x1，y1，z1)、b(x2，y2，z2)；

步骤6.3：计算各轴向差值，X轴向差值Xgap＝|x1-x2|，Y轴向差值Ygap＝|y1-y2|，Z轴向差值Zgap＝|z1-z2|；

步骤6.4：比较各轴向差值，轴向差值最大的方向为法线方向；若X轴向差值大于或等于 Y轴向和Z轴向的差值，即Xgap大于或等于Ygap和Zgap，则圆柱体单元模型法线为F＝(1， 0，0)；若Y轴向差值大于或等于X轴向和Z轴向的差值，即Ygap大于或等于Xgap和Zgap，则圆柱体单元模型法线为F＝(0，1，0)；若Z轴向差值大于或等于X轴向和Y轴向的差值，即Zgap大于或等于Xgap和Ygap，则圆柱体单元模型法线为F＝(0，0，1)。

进一步的，所述步骤7具体为：

步骤7.1：承力索和吊弦三维模型顶点计算

设由接触网静态平衡模型数据得到圆柱体单元模型底面圆心a点坐标为(x，y，z)，设置圆a半径为r；则若计算所得法线为F＝(1，0，0)，对于承力索和吊弦三维模型，通过三维空间几何原理和二维平面三角形边角关系，根据接触网三维模型表达中所得二维平面上a点与圆周上点a0～a11关系式，推导得到圆柱体单元模型底面圆a三角顶点a0～a11的三维坐标换算矩阵为：

若计算所得圆柱体单元模型法线为F＝(0，1，0)，则推导得到圆柱体单元模型底面圆a 三角顶点a0～a11的三维坐标换算矩阵为：

若计算所得圆柱体单元模型法线为F＝(0，0，1)，则推导得到圆柱体单元模型底面圆a 三角顶点a0～a11的三维坐标换算矩阵为：

同理，能够得到在各模型法线情况下，承力索和吊弦圆柱体单元模型底面圆b三角顶点 a0～a11的三维坐标换算矩阵；

步骤7.2：接触线三维模型顶点计算

设由接触网静态平衡模型数据得到接触线圆柱体单元模型底面圆心a点坐标为(x，y，z)，设置圆a半径为r；则若计算所得法线为F＝(1，0，0)，对于接触线三维模型，通过三维空间几何原理和二维平面三角形边角关系，根据接触网三维模型表达中所得二维平面上a点与圆周上点a0～a11关系式，推导得到接触线圆柱体单元模型底面圆a三角顶点a0～a11的三维坐标换算矩阵为：

若计算所得接触线圆柱体单元模型法线为F＝(0，1，0)，则推导得到其圆柱体单元模型底面圆a三角顶点a0～a11的三维坐标换算矩阵为：

若计算所得接触线圆柱体单元模型法线为F＝(0，0，1)，则推导得到其圆柱体单元模型底面圆a三角顶点a0～a11的三维坐标换算矩阵为：

同理，能够得到在各模型法线情况下，接触线圆柱体单元模型底面圆b三角顶点a0～a11 的三维坐标换算矩阵。

进一步的，所述步骤8中推导接触网三维模型顶点索引存储矩阵的自动计算矩阵具体为：

步骤8.1：将圆柱体单元模型中圆a、圆b上共24个点进行连续编号，索引值由0开始，圆a上点的索引值为0～11，圆b上点的索引值为12～23；

步骤8.2：根据模型顶点索引存储矩阵的曲面封闭性和索引值循环性要求开始新的循环计算；所述要求具体是：顶点索引矩阵应满足使绘制出来的三角面最终两两形成封闭的曲面，以及当计算得到的索引值超出索引范围时，其应能自动回归至最小的索引值；推导得到模型顶点索引存储矩阵的自动计算矩阵为：

上式中，n为第一个三角面绘制点索引值，其取值范围为0～11，符号“％”表示取模运算。

进一步的，步骤2中，所述结构平衡方程为：ΔP_c＝P-F＝K_cΔX+K_gΔL₀，其中，ΔP_c为结构不平衡力，P为所施加的外力，F为单元端点力，K_c为整体切线刚度、K_g为单元端点力与索长的切线关系、ΔX为三维坐标增量、ΔL₀为单元索长增量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、相对传统建模方法，本发明能够实现接触网三维模型的快速、稳定和自动化建模，大量减少了接触网设计人员手工建模工作，有利于提高接触网研究设计团队的工作效率，生成的高精度三维模型为后期设计校验提供了精确模型源；具有效率高、人力耗费低、建模耗时短等特点。

2、本发明通过接触网设计参数，进行静态平衡找形计算，在此基础上计算接触网三维模型数据，实时渲染得到三维模型。通过该方法，接触网参数研究设计人员在计算出接触网参数之后，能够快速的得到与参数匹配的接触网三维数字模型，可以在设计过程中根据设计需要和实际情形进行实时的修改调整；解决了传统方法中，一旦参数修改则需耗费很长时间重新开始人工绘制模型、模型交接方等待时间长等问题。

附图说明

图1是单跨接触网索、杆单元示意图。

图2是非线性平衡方程求解流程图。

图3是接触网三维模型构建流程示意图。

图4是三角面片构成的三维数字模型图。

图5是承力索、吊弦三维单元模型绘制示意图。

图6是承力索、吊弦单元模型底面绘制示意图。

图7是接触线三维单元模型绘制示意图。

图8是接触线单元模型底面绘制示意图。

图9是模型法线计算流程图。

图10是接触网三维线框模型侧视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，本发明方法详述如下：

1、接触网静态平衡找形计算

1)根据接触网几何拓扑结构，利用有限元方法对接触网进行离散，采用空间内二节点非线性索单元模拟接触线和承力索，用杆单元模拟吊弦。如图1所示，两吊弦之间的接触线、吊弦与定位器之间的接触线均视为索单元，两吊弦之间的承力索、支撑杆与吊弦之间的承力索也视为索单元，而每个吊弦被等效为一个杆单元。

2)以单元长度和节点坐标为接触网初始平衡态中的未知量，构建结构平衡方程。

ΔP_c＝P-F＝K_cΔX+K_gΔL₀

ΔP_c为结构不平衡力，P为所施加的外力，F为单元端点力，K_c为整体切线刚度，K_g为单元端点力与索长的切线关系，ΔX为三维坐标增量，ΔL₀为单元索长增量。

采用Newton-Raphson(牛顿-拉夫逊)方法求解平衡方程，建立接触网静态平衡模型。平衡方程求解过程如图2所示。

2、接触网静态平衡模型数据处理

接触网静态平衡模型数据按承力索、吊弦、接触线三类进行分割和格式转换等处理，为后续数据提取和三维模型数据计算做准备，如图3所示。

3、接触网三维模型表达

本发明采用三角面片法进行接触网模型表达。采用点、线和面来表示三维数据，其中点定义了模型的几何信息，线和面定义了模型的拓扑信息。其构成的三维模型通过边和顶点连接形成的三角面片拼接而成，每两个相邻三角面片共用一个边，如图4所示。

1)承力索、吊弦模型表达

将接触网的承力索、吊弦无限细分，等效成N个圆柱体单元相接而成，把承力索和吊弦三维模型的绘制转换为圆柱体单元模型的绘制问题，其中圆柱体个数N由接触网静态平衡模型节点数决定。其中，圆柱体单元模型的底面圆采用12个顶点表示，通过24个三角顶点来绘制圆柱体单元模型三角面。如图5所示，图中a、b两点为圆柱体单元模型两底面圆心，其由静态平衡模型计算数据所得，通过a、b点和法线信息计算得到两圆圆周上点的三维空间坐标。圆周上的点即为三维模型三角顶点，按规律将两圆圆周上的点绘制成三角面(如图5中三角面a3b3b4)，使之构成连续封闭曲面形成三维模型。

如图6所示，圆周上12个顶点弧距为等弧间距，圆周上任意相邻两点分别与圆心连线所构成夹角均为30°。设圆a半径为r，圆心a坐标为(x，y，z)，则可得到a点与圆周上点a0～a11 在Y-Z平面上的关系式为：

同理可得到其他平面上a点与圆周上点a0～a11关系式。

2)接触线模型表达

在承力索和吊弦的圆柱体单元模型表达方法基础上，采用具有线槽的圆柱体单元模型表示接触线三维模型，如图7所示。其中，接触线圆柱体单元模型的底面圆仍采用12个三角顶点表示，通过24个三角顶点来绘制接触线圆柱体单元模型三角面。

根据接触线结构和其结构参数来计算接触线三维模型数据，重新建立接触线三维模型。如图8所示，其中B为a0、a6两点距离，C为a2、a4两点距离，D为a1、a5两点距离，K 为a1在Y轴投影到a3的距离。在点a0、点a6～a11中，任意相邻两点分别与圆心连线所构成夹角均为30°。设圆a半径为r，圆心a坐标为(x，y，z)，则可得到a点与圆周上点a0～a11 在Y-Z平面上的关系为：

同理可得到其他平面上a点与圆周上点a0～a11关系式。

4、接触网三维模型法线计算

根据接触网静态平衡模型数据获得圆柱体单元模型两底面圆心坐标，由两底面圆心坐标三轴向的差值计算任意圆柱体单元模型两底面的法线，轴向差值最大的方向为法线方向，如图9所示。具体计算过程如下：

1)将三维空间中所有圆柱体两底面的法线划分成三类：X轴向法线、Y轴向法线、Z轴向法线。

2)由接触网静态平衡模型数据得到圆柱体单元模型两底面圆心a、b坐标a(x1，y1，z1)， b(x2，y2，z2)。

3)计算各轴向差值，X轴向差值Xgap＝|x1-x2|，Y轴向差值Ygap＝|y1-y2|，Z轴向差值 Zgap＝|z1-z2|。

4)比较各轴向差值，轴向差值最大的方向为法线方向。若X轴向差值大于或等于Y轴向和Z轴向的差值，即Xgap大于或等于Ygap和Zgap，则圆柱体单元模型法线为F＝(1，0，0)；若Y轴向差值大于或等于X轴向和Z轴向的差值，即Ygap大于或等于Xgap和Zgap，则圆柱体单元模型法线为F＝(0，1，0)；若Z轴向差值大于或等于X轴向和Y轴向的差值，即Zgap大于或等于Xgap和Ygap，则圆柱体单元模型法线为F＝(0，0，1)。

5、接触网三维模型顶点计算

1)承力索和吊弦三维模型顶点计算

设由接触网静态平衡模型数据得到圆柱体单元模型底面圆心a点坐标为(x，y，z)，设置圆a半径为r。则若计算所得法线为F＝(1，0，0)，对于承力索和吊弦三维模型，通过三维空间几何原理和二维平面三角形边角关系，根据接触网三维模型表达中所得二维平面上a点与圆周上点a0～a11关系式，可推导得到圆柱体单元模型底面圆a三角顶点a0～a11的三维坐标换算矩阵为：

若计算所得圆柱体单元模型法线为F＝(0，1，0)，亦可推导得到圆柱体单元模型底面圆a三角顶点a0～a11的三维坐标换算矩阵为：

若计算所得圆柱体单元模型法线为F＝(0，0，1)，亦可推导得到圆柱体单元模型底面圆 a三角顶点a0～a11的三维坐标换算矩阵为：

同理，可推导得到在各模型法线情况下，承力索和吊弦圆柱体单元模型底面圆b三角顶点a0～a11的三维坐标换算矩阵。

2)接触线三维模型顶点计算

设由接触网静态平衡模型数据得到接触线圆柱体单元模型底面圆心a点坐标为(x，y，z)，设置圆a半径为r。则若计算所得法线为F＝(1，0，0)，对于接触线三维模型，通过三维空间几何原理和二维平面三角形边角关系，根据接触网三维模型表达中所得二维平面上a点与圆周上点a0～a11关系式，可推导得到接触线圆柱体单元模型底面圆a三角顶点a0～a11的三维坐标换算矩阵为：

若计算所得接触线圆柱体单元模型法线为F＝(0，1，0)，亦可推导得到其圆柱体单元模型底面圆a三角顶点a0～a11的三维坐标换算矩阵为：

若计算所得接触线圆柱体单元模型法线为F＝(0，0，1)，亦可推导得到其圆柱体单元模型底面圆a三角顶点a0～a11的三维坐标换算矩阵为：

同理，可推导得到在各模型法线情况下，接触线圆柱体单元模型底面圆b三角顶点a0～a11 的三维坐标换算矩阵。

6、模型顶点索引存储矩阵及其计算矩阵

1)将圆柱体单元模型中圆a、圆b上共24个点进行连续编号，索引值由0开始，圆a上点的索引值为0～11，圆b上点的索引值为12～23。

2)根据模型顶点索引存储矩阵的曲面封闭性和索引值循环性要求，即顶点索引矩阵应满足使绘制出来的三角面最终两两形成封闭的曲面，和当计算得到的索引值超出索引范围时，其应能自动回归至最小的索引值，开始新的循环计算；推导得到模型顶点索引存储矩阵的自动计算矩阵为：

上式中，n为第一个三角面绘制点索引值，其取值范围为0～11，符号“％”表示取模运算。设n＝0，则由模型顶点索引存储矩阵的自动计算矩阵计算所得索引存储矩阵为：

上述矩阵中，每三个顶点为一组，表示一个三角面的三个顶点，每两个相邻三角面共用两个顶点。接触网设计参数如表1所示。

表1接触网设计参数

参数项	参数值
		接触悬挂类型	简单链形悬挂
跨数	10
		跨距	50m
吊弦个数	6
		拉出值	0.3m
预留驰度	0
		接触线张力	30000N
承力索张力	21000N

通过动态加载接触网静态平衡模型数据，实时进行接触网三维模型计算，三维引擎根据顶点索引存储矩阵加载承力索、吊弦、接触线模型数据，动态绘制三角面，实时渲染得到接触网三维数字模型。如图10所示为根据接触网设计参数所建三维线框模型侧视图。实验表明，本发明能够实现接触网三维模型的快速、稳定和自动化建模，大量减少了接触网设计人员手工建模工作，解决了传统方法中一旦参数修改则需耗费很长时间重新开始人工绘制模型、模型交接方等待时间长等问题，有利于提高接触网研究设计团队的工作效率，生成的高精度三维模型为后期设计校验提供了精确模型源；具有效率高、人力耗费低、建模耗时短，易修改等特点。

Claims

1.一种基于静平衡的接触网线索三维动态建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤5：采用三角面片法表达接触网三维模型，即：

2.如权利要求1所述的一种基于静平衡的接触网线索三维动态建模方法，其特征在于，所述步骤5.1具体为：

其他平面上a点与圆周上点a0～a11关系式同理。

3.如权利要求2所述的一种基于静平衡的接触网线索三维动态建模方法，其特征在于，所述步骤5.2具体为：

圆柱体单元模型底面圆a中，B为a0、a6两点距离，C为a2、a4两点距离，D为a1、a5两点距离，K为a1在Y轴投影到a3的距离；在点a0、点a6～a11中，任意相邻两点分别与圆心连线所构成夹角均为30°；设圆a半径为r，圆心a坐标为(x，y，z)，则得a点与圆周上点a0～a11在Y-Z平面上的关系为：

其他平面上a点与圆周上点a0～a11关系式同理。

4.如权利要求1所述的一种基于静平衡的接触网线索三维动态建模方法，其特征在于，所述步骤6具体为：

步骤6.1：将三维空间中所有圆柱体两底面的法线划分成三类：X轴向法线、Y轴向法线、Z轴向法线；

步骤6.2：由接触网静态平衡模型数据得到圆柱体单元模型两底面圆心a、b坐标分别为a(x1，y1，z1)、b(x2，y2，z2)；

步骤6.4：比较各轴向差值，轴向差值最大的方向为法线方向；若X轴向差值大于或等于Y轴向和Z轴向的差值，即Xgap大于或等于Ygap和Zgap，则圆柱体单元模型法线为F＝(1，0，0)；若Y轴向差值大于或等于X轴向和Z轴向的差值，即Ygap大于或等于Xgap和Zgap，则圆柱体单元模型法线为F＝(0，1，0)；若Z轴向差值大于或等于X轴向和Y轴向的差值，即Zgap大于或等于Xgap和Ygap，则圆柱体单元模型法线为F＝(0，0，1)。

5.如权利要求3所述的一种基于静平衡的接触网线索三维动态建模方法，其特征在于，所述步骤7具体为：

步骤7.1：承力索和吊弦三维模型顶点计算

若计算所得圆柱体单元模型法线为F＝(0，1，0)，则推导得到圆柱体单元模型底面圆a三角顶点a0～a11的三维坐标换算矩阵为：

若计算所得圆柱体单元模型法线为F＝(0，0，1)，则推导得到圆柱体单元模型底面圆a三角顶点a0～a11的三维坐标换算矩阵为：

同理，能够得到在各模型法线情况下，承力索和吊弦圆柱体单元模型底面圆b三角顶点a0～a11的三维坐标换算矩阵；

步骤7.2：接触线三维模型顶点计算

同理，能够得到在各模型法线情况下，接触线圆柱体单元模型底面圆b三角顶点a0～a11的三维坐标换算矩阵。

6.如权利要求1所述的一种基于静平衡的接触网线索三维动态建模方法，其特征在于，所述步骤8中推导接触网三维模型顶点索引存储矩阵的自动计算矩阵具体为：

7.如权利要求1所述的一种基于静平衡的接触网线索三维动态建模方法，其特征在于，步骤2中，所述结构平衡方程为：ΔP_c＝P-F＝K_cΔX+K_gΔL₀，其中，ΔP_c为结构不平衡力，P为所施加的外力，F为单元端点力，K_c为整体切线刚度、K_g为单元端点力与索长的切线关系、ΔX为三维坐标增量、ΔL₀为单元索长增量。