CN115081098A - 一种参数化铁路各号数单开道岔的建模方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种参数化铁路各号数单开道岔的建模方法，包括选择若干单开道岔可变参数；选择若干单开道岔固定性参数；建立道岔系统复杂部件构建库；获取选择的单开道岔可变参数和单开道岔固定性参数，空间位置和组合关系建立钢轨层模型；进行扣件系统与轨枕系统模型坐标的修正，完成道岔系统整体模型的建立；并采用道岔系统整体模型对当前参数化铁路各号数单开道岔的建模。本发明可在指定坐标系下，快速、自动生成不同号数单开道岔的3D模型。本发明在铁路的设计与施工过程中能根据具体情况对道岔结构主要参数进行修改，对铁路道岔区段的设计与施工提供了帮助。
Description
技术领域
本发明属于轨道工程领域，具体涉及一种参数化铁路各号数单开道岔的建模方法。
背景技术
如今我国铁路建设工程发展迅猛，其中桥梁、隧道、铁路的建设施工对铁路工程建设的进度和质量起着举足轻重的作用。同时，各结构的建模工作对于铁路工程的设计、施工和运营维护阶段都有着重要意义。但是，道岔结构，因为组成结构复杂、多样、不规则，同时空间位置关系复杂，所以在针对铁路道岔的建模一直是建模工作中的难点与重点。此外，传统的铁路道岔二维设计与施工图纸阅读困难，对专业性要求很高，很多重要细节信息无法被直观地表示出来。而基于三维的道岔模型，则能很好地弥补上述问题。
传统的针对道岔结构的3D建模都是利用Bentley和Revit等BIM软件手动完成，然而现场往往难以提供精确的CAD电子底图，只能提供PDF类型的图纸，建模人员只能采用翻模的方式进行建模，这也导致了传统手动建模存在着建模精度不高、建模速度慢、修改困难、不能满足项目全生命周期管理的需要等问题，无法满足施工的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种参数化铁路各号数单开道岔的建模方法，该方法建模精度高，速度快。
本发明提供的这种参数化铁路各号数单开道岔的建模方法，包括如下步骤：
S1. 选择若干单开道岔可变参数；选择由于道岔设计、生产和敷设过程限制的若干单开道岔固定性参数；
S2. 建立道岔系统复杂部件构建库，具体包括对道岔系统中使用频繁且结构复杂，同时无法通过扫掠和拉伸方式生成3D模型的构件，建立相应的构件库；
S3. 获取选择的单开道岔可变参数和单开道岔固定性参数，空间位置和组合关系建立钢轨层模型；
S4. 进行扣件系统与轨枕系统模型坐标的修正，完成道岔系统整体模型的建立；并采用道岔系统整体模型对当前参数化铁路各号数单开道岔的建模。
所述的步骤S1具体为：确定单开道岔可变参数与道岔设计、生产、敷设过程中规定的单开道岔固定性参数，其中，单开道岔可变参数包括：基本轨直轨水平长度、基本轨曲轨水平长度、基本轨曲轨第一段水平长度、尖轨水平长度、连接曲线半径，辙叉转角，辙叉水平长度，叉心至辙叉前端水平距离，护轨长度，轨枕间距，扣件系统整体长度；单开道岔固定性参数包括：标准轨距，第一弯折点基本轨轨距，尖轨跟端处基本轨轨距，尖轨跟端与基本轨轨距，标准钢轨轨头宽度，标准钢轨轨高，尖轨尖端与基本轨轨顶高差，尖轨轨缝，标准轨缝宽度，护轨轨头最窄宽度，护轨轨头最宽宽度，护轨中间截面与基本轨轨距，轨腰宽度，轨底宽度。
所述的步骤S2具体为：建立道岔系统复杂部件构件库；复杂构件包括：曲股尖轨、直股尖轨、整体辙叉、扣件系统整体模型、扣件系统左侧模型、扣件系统右侧模型和轨枕模型；整体辙叉包括翼轨系统、叉心系统和扣件系统。
所述的步骤S3具体为：根据道岔系统实际的可变参数与铺设标准中的固定参数，完成道岔系统钢轨层各主要钢轨构件的空间位置确定与3D模型建立，具体包含如下步骤：
A1. 对于道岔系统模型的构建过程，将整个道岔系统分为最上层的钢轨层、中间扣件层、底层轨枕层，按从上至下的顺序，完成道岔系统逐层构件在空间坐标系下的位置确定、模型导入或模型建立，完成单开道岔系统参数化自动建模；钢轨层包括转辙器部分、连接部分和辙叉部分；
A2. 转辙器部分包括基本轨直轨、基本轨曲轨、曲股尖轨和直股尖轨；首先，根据参数条件对基本轨直轨、基本轨曲轨、曲股尖轨和直股尖轨的空间约束关系，确定基本轨直轨与基本轨曲轨轨底中心线在坐标系下的位置；然后，通过对钢轨横截面的沿轨底中心线的拉伸操作，完成基本轨直轨与基本轨曲轨的模型建立；最后，通过尖轨与基本轨的位置关系，在整体坐标系下利用尖轨自身特征点与指定坐标点的匹配，完成尖轨从构件库向坐标系下指定位置的导入与组装；
A3. 连接区包括两根直股连接线和两根曲股连接线；首先确定其轨底中心线在整体坐标系下的空间位置方程，然后沿着轨底中心线对钢轨完整截面进行拉伸操作；同时对根直股连接线和两根曲股连接线进行编号，分别是直股连接线甲股，直股连接线乙股，曲股连接线甲股，曲股连接线乙股；
A4. 辙叉与护轨部分包括整体辙叉、直股护轨、曲股护轨、直股连接线甲股、曲股连接线乙股；对于直股护轨与曲股护轨的建立，首先利用护轨与连接线的位置关系，确定其非作用边在整体坐标系下的空间位置方程；然后，利用变截面拉伸的方式进行建模；整体辙叉与尖轨的建立方式一致，完成辙叉从构件库向坐标系下指定位置的导入与组装，完成道岔系统钢轨层的模型建立。
所述的步骤A2，包括转辙器部分由基本轨直轨、基本轨曲轨、曲股尖轨和直股尖轨组成；整体坐标系设置如下，轨道横向设置为x轴，轨道纵向设置为z轴，垂向为y轴；
将基本轨直轨起始端轨底中心点设为坐标原点(0,0,0)；则基本轨直轨轨底中线的位置为：基本轨直轨轨底中线的横坐标x 1为0，基本轨直轨底中线的垂向坐标y 1为0，基本轨直轨轨底中线的纵向坐标z 1在0到基本轨直轨水平长度L 1之间，得到基本轨直轨的坐标方程：
对于基本轨曲轨，轨底中心线包括第一段折线和第二段折线两端，起点a1的坐标为：起点的横坐标为标准轨距W 1与轨头宽度W 5的和，起点的垂向坐标和纵向坐标均为0；折点a2的横坐标为第一弯折点基本轨轨距W 2与标准钢轨轨头宽度W 5的和，折点的垂向坐标为0，折点的纵向坐标为基本轨曲轨第一段水平长度L 2；终点的横坐标为尖轨跟端处基本轨轨距W 3减去第一弯折点基本轨轨距W 2的差与基本轨曲轨水平长度L 4减去基本轨曲轨第一段水平长度L 2的差之间的乘积，除以尖轨水平长度L 3后依次加上第一弯折点基本轨轨距W 2、标准钢轨轨头宽度W 5的和，终点的垂向坐标为0，终点的纵向坐标为基本轨曲轨水平长度L 4；第一段折线表示为：
其中，x 2表示第一段折线在x轴对应的坐标；y 2表示第一段折线在y轴对应的坐标；z 2表示第一段折线在z轴对应的坐标；W 1表示标准轨距；W 2表示第一弯折点基本轨轨距；W 3表示尖轨跟端处基本轨轨距；W 5表示标准钢轨轨头宽度；L 2表示基本轨曲轨第一段水平长度；第二段折线表示为：
其中，x 3表示第二段折线在x轴对应的坐标；y 3表示第二段折线在y轴对应的坐标；z 3表示第二段折线在z轴对应的坐标；W 2表示第一弯折点基本轨轨距；W 3表示尖轨跟端处基本轨轨距；W 5表示标准钢轨轨头宽度；L 2表示基本轨曲轨第一段水平长度；L 3表示尖轨水平长度；L 4表示基本轨曲轨水平长度；
对于基本轨直股和曲股，沿轨底中心线对轨面进行拉伸操作，完成两根基本轨3D模型在整体坐标系下的位置确定与构建；
对于曲股尖轨和直股尖轨两根尖轨的模型建立，采用建立构件库的方式，对尖轨、护轨、整体辙叉进行事先的3D模型构建并以特征点作为标靶的方式定向导入，导入至坐标系下正确位置；
对于曲股尖轨，通过曲股尖轨尖端A1、曲股尖轨跟端轨底中心点A2、曲股尖轨跟端轨顶中心点A3进行定位：曲股尖轨尖端其横坐标为0.5倍的标准钢轨轨头宽度W 5，垂向坐标为标准轨高H 1减去尖轨尖端与基本轨轨顶高差H 2，纵向坐标为L 2，曲股尖轨跟端轨底中心点横坐标为尖轨跟端与基本轨轨距W 4与标准钢轨轨头宽度W 5，垂向坐标为标准轨高H 1，纵向坐标为基本轨曲股第一段水平长度L 2加上尖轨水平长度L 3；曲股尖轨跟端轨顶中心点横坐标为尖轨跟端与基本轨轨距W 4与标准钢轨轨头宽度W 5之和，垂向坐标为标准轨高H 1，纵向坐标为基本轨曲股第一段水平长度L 2加上尖轨水平长度L 3；
对于直股尖轨，选取直股尖轨尖端上顶点、直股尖轨跟端轨底中心点、直股尖轨跟端轨顶中心点进行定位；直股尖轨尖端上顶点的横坐标为第一段弯折点基本轨轨距与0.5倍标准钢轨轨头宽度W 5之和，垂向坐标为标准轨高H 1减去尖轨尖端与基本轨轨顶高差H 2，纵坐标为基本轨曲股第一段水平长度L 2；直股尖轨跟端轨底中心点横坐标为尖轨跟端处两基本轨轨距W 3加上标准钢轨轨头宽度W 5减去尖轨跟端与基本轨轨距W 4；直股尖轨跟端轨顶中心点横坐标为与尖轨跟端轨底中心点横坐标相同，垂向坐标为标准轨高H 1，纵向坐标为基本轨曲股第一段水平长度L 2与尖轨水平长度L 3之和，对直股尖轨进行定位；W 2表示第一弯折点基本轨轨距；W 3表示尖轨跟端处基本轨轨距；W 4表示尖轨跟端与基本轨轨距；W 5表示标准钢轨轨头宽度；H 1表示标准钢轨轨高；L 2表示基本轨曲轨第一段水平长度；L 3表示尖轨水平长度；
所述的步骤A3，具体包括对于直股甲股，直股甲股起始端轨底中心点横向坐标与垂向坐标与基本轨直轨都为0，其纵向坐标为基本轨直股长度L 1与标准贵缝W 7之和，直股甲股终止端轨底中心点坐标为(0,0,L 2+L 3+W 6+Rsinθ+W 7+L 5)，根据几何关系求得直股甲股轨底中心线在坐标系下的空间位置为：
其中，x 4表示直股甲股轨底中心线的横坐标；y 4表示直股甲股轨底中心线的垂向坐标；z 4表示直股甲股轨底中心线的纵向坐标；L 1表示基本轨直轨水平长度、L 2表示基本轨曲轨第一段水平长度；L 3表示尖轨水平长度；R表示连接曲线半径；θ表示辙叉转角；L 5表示辙叉水平长度；W 6表示尖轨轨缝；W 7表示其他轨缝；
对于直股乙股，直股乙股起始端轨底中心点横坐标为尖轨跟端处两基本轨轨距W 3加上标准钢轨轨头宽度W 5减去尖轨跟端与基本轨轨距W 4，垂向坐标为0，纵向坐标为基本轨曲股第一段水平长度L 2、尖轨水平长度L 3、尖轨轨缝宽度W 6之和，直股乙股终止端轨底中心点横坐标为标准轨距W 1与标准钢轨轨头宽度W 5之和，垂向坐标为0，纵向坐标为L 2+L 3+W 6+Rsinθ；直股乙股轨底中心线，可表示为：
其中，x 5表示直股乙股轨底中心线的横坐标；y 5表示直股乙股轨底中心线的垂向坐标；z 5表示直股乙股轨底中心线的纵向坐标；R表示连接曲线半径；θ表示辙叉转角；L 2表示基本轨曲轨第一段水平长度；L 3表示尖轨水平长度；W 1表示标准轨距；W 3表示尖轨跟端处基本轨轨距；W 4表示尖轨跟端与基本轨轨距；W 5表示标准钢轨轨头宽度；W 6表示尖轨轨缝；
对于曲股连接线甲股，起始端轨底中心点横坐标为尖轨跟端与基本轨轨距W 4与标准钢轨轨头宽度W 5之和，垂向坐标为0，纵向坐标为基本轨曲股第一段水平长度L 2、尖轨水平长度L 3、尖轨轨缝宽度W 6之和，终止端轨底中心点横坐标为尖轨跟端与基本轨轨距W 4、标准钢轨轨头宽度W 5、R(1-cosθ)之和，垂向坐标为0，纵向坐标为基本轨曲股第一段水平长度L 2、尖轨水平长度L 3、尖轨轨缝宽度W 6、Rsinθ之和；曲股连接线甲股圆心坐标经计算为(R+W 4+W 5,0,L 2+L 3+W 6)；曲股连接线甲股表示为：
其中，x 6表示曲股连接线甲股轨底中心线的横坐标；y 6表示曲股连接线甲股轨底中心线的垂向坐标；z 6表示曲股连接线甲股轨底中心线的纵向坐标；R表示连接曲线半径；θ表示辙叉转角；L 2表示基本轨曲轨第一段水平长度；L 3表示尖轨水平长度；W 1表示标准轨距；W 3表示尖轨跟端处基本轨轨距；W 4表示尖轨跟端与基本轨轨距；W 5表示标准钢轨轨头宽度；W 6表示尖轨轨缝；
对于曲股连接线乙股，起始端轨底中心点坐标
，终止端轨底中心点坐标为
，曲股连接线乙股圆心坐标为
，曲股连接线乙股轨底中心线的坐标为：
其中，x 7表示曲股连接线乙股轨底中心线的横坐标；z 7表示曲股连接线乙股轨底中心线的纵向坐标；R表示连接曲线半径；θ表示辙叉转角；L 2表示基本轨曲轨第一段水平长度；L 3表示尖轨水平长度；L 4表示基本轨曲轨水平长度；L 7表示护轨长度；W 2表示第一弯折点基本轨轨距；W 3表示尖轨跟端处基本轨轨距；W 5表示标准钢轨轨头宽度；W 7为标准轨缝宽度；
所述的步骤A4，具体包括，对于A点轨底中心坐标为：(W 4+W 5+R·(1-cosθ)+W 7·sinθ,0,L 2+L 3+W 6+Rsinθ+W 7cosθ)，对于B点轨底中心坐标为(W 1+W 5,0,L 2+L 3+W 6+Rsinθ+W 7cosθ)；对于C点轨底中心坐标为：(W 1+W 2,0,L 2+L 3+W 6+Rsinθ+W 7+L 6)；A点为辙叉与连接曲线甲股连接面轨底中心点；B点为连接直线乙股连接连接面轨底中心点；C点为辙叉直线跟端轨底中线点；
整体辙叉以A、B、C三个特征点作为引导，完成模型从构建库向坐标系下的导入与定位，其中叉心轨顶点坐标为：(W 1,0,L 2+L 3+W 6+Rsinθ+W 7+L 6)；
对于直股护轨在坐标系下的定位与构建，通过以下步骤完成，直股护轨的非作用边轨底边线满足如下公式：
其中，x 8表示直股护轨的非作用边轨底边线的横坐标；y 8表示直股护轨的非作用边轨底边线的垂向坐标；z 8表示直股护轨的非作用边轨底边线的垂向坐标；W 5为标准钢轨轨头宽度；W 10为护轨中间截面与基本轨轨距；W 9为护轨轨头最宽宽度；L 2为基本轨曲轨第一段水平长度；L 3为尖轨水平长度；W 6为尖轨轨缝；R为连接曲线半径；W 7为标准轨缝宽度；
对于直股护轨，首先，选中并确定护轨作用边轨底边线中点与端点；然后，在中点导入护轨截面1，在端点导入护轨截面2；最后，采用变截面连接的方式，连接截面1与截面2的对应点，完成护轨的构建；非作用边轨底边线起始点坐标为：
，中点坐标为：
，终止点坐标为：
；
对于侧向护轨，其定位与模型建立过程与方法与直股护轨一致，其中，侧向护轨，其非作用边轨底边线所在位置：
其中，x 9表示侧向护轨的非作用边轨底边线的横坐标；y 9表示侧向护轨的非作用边轨底边线的垂向坐标；z 9表示侧向护轨的非作用边轨底边线的垂向坐标；W 1为标准轨距；W 9为护轨轨头最宽宽度；W 10为护轨中间截面与基本轨轨距；L 7为护轨长度。
所述的步骤S4具体为，以钢轨层模型为基础，根据可变参数与固定参数对道岔结构各构件间的约束关系，完成扣件系统与轨枕系统模型坐标的确定、导入与组装，完成道岔系统整体模型的建立，在岔枕铺设过程中满足，枕间距一致，对于单开道岔，岔枕必须与直股方向垂直，岔枕所在断面为每组扣件系统所在位置；具体包括计算出各组扣件在整体坐标系的坐标信息；然后利用扣件系统的坐标信息确定每根轨枕所在断面信息；最后，利用特征点定向引导的方式，完成扣件系统与轨枕系统从构件库向坐标系下的导入与组装过程，最终完成道岔结构整体模型的建立。
所述的步骤S4，具体包括：
B1. 对于扣件系统的定向导入与自动组装，采用特征点引导的方式；具体为采用枕间距等分线在y=0平面的映射方程与各钢轨轨底中心线位置方程作相交运算，得到扣件轨下垫板与轨底中心线的重合点，计算所得点作为特征点，并以特征点作为引导，完成扣件系统从构件库向道岔整体模型的导入与组装；
B2. 将扣件系统特征点的计算分为转辙器部分、连接部分、辙叉与护轨部分，获取道岔系统不同区域不同钢轨所对应的扣件系统特征，并通过同一断面的特征点x轴坐标信息判断导入的扣件模型类型，并通过特征点完成模型的定位与导入。
所述的步骤B1，包括道岔轨枕中心在轨底所在平面的映射位置表示为：
其中，y 10表示道岔轨枕中心在轨底所在平面的映射位置的垂向坐标；z 10表示道岔轨枕中心在轨底所在平面的映射位置的纵向坐标；W 12为轨腰宽度；W 11为轨枕间距；n表示道岔系统轨枕编号；N表示道岔系统轨枕总数。
所述的步骤B2，包括如下步骤：
C1. 对于转辙器部分，首先将转辙器部分分为基本轨部分，基本轨与尖轨组合部分，基本轨与连接曲线组合部分；然后，以轨枕所在位置中心线与钢轨轨底中心线进行相交，交点为特征点；最后，根据特征点所在位置，安装上与各区段相匹配的扣件模型，完成扣件系统整体的建模与组装；利用在y=0平面上的枕间距等分方程与基本轨直轨、基本轨曲轨轨底中心线位置方程作相交运算，得到转辙器区段特征点位置坐标信息，并以相应规则，导入与该区段匹配的扣件模型；对基本轨直轨、基本轨曲轨、曲股尖轨和直股尖轨进行定位；
C2. 连接部分由为直股连接线甲股，曲股连接线甲股，直股连接线乙股，曲股连接线乙股组成；扣件系统匹配规则为，直股甲股与曲股甲股轨腰间距大于扣件系统整体长度，则在直股甲股与曲股甲股两侧安装完整扣件系统；当直股甲股与曲股甲股轨腰间距小于扣件系统整体长度，则在直股甲股左侧安装扣件，在曲股甲股右侧安装扣件，在两钢轨中间安装顶铁；对于直股乙股与曲股乙股，扣件系统的安装规则一致；当两钢轨轨腰间距大于扣件系统全长，则在两钢轨安装完整扣件，当轨腰间距小于扣件全长，则在直股乙股左侧安装扣件，在曲股右侧安装扣件，中间安装顶铁；利用y=0平面上枕间距等分方程与各钢轨轨底中心线方程作相交运算，得到连接部分特征点位置坐标信息；连接部分包含基本轨直轨、基本轨曲轨、曲股尖轨和直股尖轨，每根钢轨布设扣件系统，对应的特征点分别为：直股甲股中心点A n 、直股乙股中心点B n 、曲股甲股中心点C n 、曲股乙股中心点D n ；并以相应规则，导入与该区段匹配的扣件模型；
C3. 对于辙叉部分，辙叉部分通过模型整体导入的方式，以完成辙叉部分扣件系统的整体导入，对于基本轨与护轨部分的扣件系统定位、匹配和安装，与B3、B4步骤中一致，辙叉部分采用从构件库导入的形式在道岔模型整体中完成组装，完成护轨部分的扣件定位与安装；护轨部分还包含直股甲股、直股护轨、曲股护轨、曲股乙股；若该断面包含直股甲股、直股护轨、曲股护轨、曲股乙股，则在直股甲股左侧安装扣件，在直股护轨右侧安装扣件，曲轨护轨左侧安装扣件，在曲轨乙股右侧安装扣件；若当轨枕断面仅包含直股甲股与曲股乙股，则在两根钢轨安装完整扣件；
C4. 对道岔层模型进行定位、导入、安装：首先，在构建库中建立不同长度岔枕；然后，使用相应的算法完成指定断面道岔型号的筛选；随后，选取直股甲股扣件系统特征点作为岔枕系统的匹配特征点；最后，将各断面匹配的轨枕以特征点作为引导，在道岔模型中完成导入与安装；具体为对于单开道岔自动化建模轨枕铺设过程，根据扣件所在位置进一步对轨枕位置进行定位与自动化的建模与安装。
所述的步骤C1，包括基本轨直轨轨底中心线位置方程为：
其中，x 11表示转辙器的基本轨直轨轨底中心线的横坐标；y 11表示转辙器的基本轨直轨轨底中心线的垂向坐标；z 11表示转辙器的基本轨直轨轨底中心线的纵向坐标；
基本轨曲轨轨底中心线位置方程为：
其中，x 12表示转辙器的基本轨曲轨轨底中心线的横坐标；y 12表示转辙器的基本轨曲轨轨底中心线的垂向坐标；z 12表示转辙器的基本轨曲轨轨底中心线的纵向坐标；
转辙器的基本轨和尖轨组合部分直轨轨底中心线位置方程为：
其中，x 13表示转辙器的基本轨和尖轨组合部分直轨轨底中心线的横坐标；y 13表示转辙器的基本轨和尖轨组合部分直轨轨底中心线的垂向坐标；z 13表示转辙器的基本轨和尖轨组合部分直轨轨底中心线的纵向坐标；
转辙器的基本轨和尖轨组合部分曲轨轨底中心线位置方程为：
其中，x 14表示转辙器的基本轨和尖轨组合部分曲轨轨底中心线的横坐标；y 14表示转辙器的基本轨和尖轨组合部分曲轨轨底中心线的垂向坐标；z 14表示转辙器的基本轨和尖轨组合部分曲轨轨底中心线的纵向坐标；
对于基本轨与连接曲线组合部分，确定特征点，扣件匹配规则为，直股甲股与直股乙股匹配左侧扣件系统，在曲股连接线甲股与基本轨曲轨匹配右侧扣件系统；其中特征点的确定采用道岔轨枕中心在轨底所在平面的映射位置与四根轨道的轨底中心线作相交运算，得到特征点；
连接曲线组合部分基本轨直股甲股轨底中心线位置方程为：
其中，x 15表示连接曲线组合部分基本轨直股甲股轨底中心线的横坐标；y 15表示连接曲线组合部分基本轨直股甲股轨底中心线的垂向坐标；z 15表示连接曲线组合部分基本轨直股甲股轨底中心线的纵向坐标；
连接曲线组合部分基本轨曲股甲股轨底中心线位置方程为：
其中，x 16表示连接曲线组合部分基本轨曲股甲股轨底中心线的横坐标；y 16表示连接曲线组合部分基本轨曲股甲股轨底中心线的垂向坐标；z 16表示连接曲线组合部分基本轨曲股甲股轨底中心线的纵向坐标；
连接曲线组合部分直股连接线乙股轨底中心线位置方程为：
其中，x 17表示连接曲线组合部分直股连接线乙股轨底中心线的横坐标；y 17表示连接曲线组合部分直股连接线乙股轨底中心线的垂向坐标；z 17表示连接曲线组合部分直股连接线乙股轨底中心线的纵向坐标；
连接曲线组合部分基本轨曲轨轨底中心线位置方程为：
其中，x 18表示连接曲线组合部分基本轨曲轨轨底中心线的横坐标；y 18表示连接曲线组合部分基本轨曲轨轨底中心线的垂向坐标；z 18表示连接曲线组合部分基本轨曲轨轨底中心线的纵向坐标；
所述的步骤C2包括，连接部分直股连接线甲股轨底中心线位置方程为：
其中，x 19表示连接部分直股连接线甲股轨底中心线的横坐标；y 19表示连接部分直股连接线甲股轨底中心线的垂向坐标；z 19表示连接部分直股连接线甲股轨底中心线的纵向坐标；
连接部分曲股连接线甲股轨底中心线位置方程为：
其中，x 20表示连接部分曲股连接线甲股轨底中心线的横坐标；y 20表示连接部分曲股连接线甲股轨底中心线的垂向坐标；z 20表示连接部分曲股连接线甲股轨底中心线的纵向坐标；
连接部分直股连接线乙股轨底中心线位置方程为：
其中，x 21表示连接部分直股连接线乙股轨底中心线的横坐标；y 21表示连接部分直股连接线乙股轨底中心线的垂向坐标；z 21表示连接部分直股连接线乙股轨底中心线的纵向坐标；
连接部分曲股连接线乙股轨底中心线位置方程为：
其中，x 22表示连接部分曲股连接线乙股轨底中心线的横坐标；y 22表示连接部分曲股连接线乙股轨底中心线的垂向坐标；z 22表示连接部分曲股连接线乙股轨底中心线的纵向坐标，从而得到A n 、B n 、C n 、D n 四点的坐标信息；
当
时，则在直股甲股与曲股甲股两侧安装完整扣件系统；
当
时，则在直股甲股左侧安装扣件，在曲股甲股右侧安装扣件，在钢轨中间安装顶铁；
当
时，则在直股乙股与曲股乙股两侧安装完整扣件系统；
当
时，则在直股乙股左侧安装扣件，在曲股乙股右侧安装扣件，在两钢轨中间安装顶铁；
所述的步骤C3包括当纵向坐标
时，用轨枕等分线与直股甲股、直股护轨、曲股护轨、曲股乙股轨底中心线作相交运算；
辙叉部分直股甲股轨底中心线位置方程为：
其中，x 23表示辙叉部分直股甲股轨底中心线的横坐标；y 23表示辙叉部分直股甲股轨底中心线的垂向坐标；z 23表示辙叉部分直股甲股轨底中心线的纵向坐标；
辙叉部分直股护轨轨底理论中心线位置方程为：
其中，x 24表示辙叉部分直股护轨轨底理论中心线的横坐标；y 24表示辙叉部分直股护轨轨底理论中心线的垂向坐标；z 24表示辙叉部分直股护轨轨底理论中心线的纵向坐标；
辙叉部分曲股护轨轨底中心线位置方程为：
其中，x 25表示辙叉部分曲股护轨轨底中心线的横坐标；y 25表示辙叉部分曲股护轨轨底中心线的垂向坐标；z 25表示辙叉部分曲股护轨轨底中心线的纵向坐标；
辙叉部分曲股乙股轨底中心线位置方程为：
其中，x 26表示辙叉部分曲股乙股轨底中心线的横坐标；y 26表示辙叉部分曲股乙股轨底中心线的垂向坐标；z 26表示辙叉部分曲股乙股轨底中心线的纵向坐标；
得到四个相交点，分别为直股甲股中心点A n 、直股护轨中心点E n 、曲股护轨中心点F n 、曲股乙股中心点D n ，在直股甲股左侧安装扣件，在直股护轨右侧安装扣件，曲轨护轨左侧安装扣件，在曲轨乙股右侧安装扣件；
当
时，此时在一个轨枕断面不包含护轨，仅有轨枕等分线与直股甲股与曲股乙股作相交运算，得到直股甲股中心点A n 、曲股乙股中心点D n ，并在特征点处匹配完整扣件；
扣件部分直股甲股轨底中心线位置方程为：
其中，x 27表示扣件部分直股甲股轨底中心线的横坐标；y 27表示扣件部分直股甲股轨底中心线的垂向坐标；z 27表示扣件部分直股甲股轨底中心线的纵向坐标；
扣件部分曲股乙股轨底中心线为：
其中，x 28表示扣件部分曲股乙股轨底中心线的横坐标；y 28表示扣件部分曲股乙股轨底中心线的垂向坐标；z 28表示扣件部分曲股乙股轨底中心线的纵向坐标。
本发明提供的这种参数化铁路各号数单开道岔的建模方法，利用通过输入道岔主要的参数，即可在指定坐标系下，快速、自动生成不同号数单开道岔的3D模型。本发明建模速度快，建模效率高，参数调整方便，在铁路的设计与施工过程中能根据具体情况对道岔结构主要参数进行修改，对铁路道岔区段的设计与施工提供了帮助。
附图说明
图1为本发明方法的流程示意图。
图2为本发明方法的基本轨曲轨示意图。
图3为本发明方法的基本轨直股的示意图，其中图3a为本发明方法的基本轨直股俯视图，图3b为本发明方法的基本轨直股正视图。
图4为本发明方法的辙叉区域示意图。
图5为本发明方法的护轨示意图。
图6为本发明方法的护轨示意图，其中图6a-6c为本发明方法的护轨截面示意图。
图7为本发明方法的转辙器部分参数示意图。
图8为本发明方法的连接曲线区域参数示意图。
图9为本发明方法的辙叉区域示意图。
图10为本发明实施例的单开道岔模型示意图。
具体实施方式
如图1为本发明方法的流程示意图：本发明提供的这种参数化铁路各号数单开道岔的建模方法，包括如下步骤：
S1. 选择若干单开道岔可变参数，单开道岔可变参数包括基本轨直股与曲股长度、尖轨长度、连接曲线半径、辙叉角度和枕间距；选择由于道岔设计、生产和敷设过程限制的若干单开道岔固定性参数，单开道岔固定性参数包括基本轨轨距、尖轨跟端轨距、尖轨轨缝和基本轨轨缝；
S2. 建立道岔系统复杂部件构建库，具体包括对道岔系统中使用频繁且结构复杂，同时无法通过扫掠和拉伸方式生成3D模型的构件，建立相应的构件库；
S3. 获取选择的单开道岔可变参数和单开道岔固定性参数，空间位置和组合关系建立钢轨层模型；
S4. 进行扣件系统与轨枕系统模型坐标的修正，完成道岔系统整体模型的建立；并采用道岔系统整体模型对当前参数化铁路各号数单开道岔的建模。
所述的步骤S1具体为：确定单开道岔可变参数与道岔设计、生产、敷设过程中规定的单开道岔固定性参数，其中，单开道岔可变参数包括：基本轨直轨水平长度L 1、基本轨曲轨水平长度L 4、基本轨曲轨第一段水平长度L 2、尖轨水平长度L 3、连接曲线半径R，辙叉转角θ，辙叉水平长度L 5，叉心至辙叉前端水平距离L 6，护轨长度L 7，轨枕间距W 11，扣件系统整体长度L 8。固定参数包括：标准轨距W 1=1.435m，第一弯折点基本轨轨距W 2=1.44m，尖轨跟端处基本轨轨距W 3=1.594m，尖轨跟端与基本轨轨距W 4=0.154m，标准钢轨轨头宽度W 5=0.071m，标准钢轨轨高H 1=0.176m，尖轨尖端与基本轨轨顶高差H 2=0.023m，尖轨轨缝W 6=0.006m，标准轨缝宽度W 7=0.008m，护轨轨头最窄宽度W 8=0.042m，护轨轨头最宽宽度W 9=0.08m，护轨中间截面与基本轨轨距W 10=0.042m，轨腰宽度W 12=0.0165m，轨底宽度W 13=0.15m。
所述的步骤S2具体为：建立道岔系统复杂部件构件库。针对道岔系统中使用频繁而结构复杂、无法通过扫掠、拉伸方式生成3D模型的构件，建立相应的构件库。复杂构件包括：曲股尖轨、直股尖轨、整体辙叉（翼轨、叉心、扣件系统）、扣件系统整体模型、扣件系统左侧模型、扣件系统右侧模型、24种轨枕模型。
所述的步骤S3具体为：根据道岔系统实际的可变参数与铺设标准中的固定参数，设计算法完成道岔系统钢轨层各主要钢轨构件的空间位置确定与3D模型建立。具体包含如下步骤：
A1.对于道岔系统模型的构建过程，本方法将整个道岔系统分为最上层的钢轨层、中间扣件层、底层轨枕层，按从上至下的顺序，完成道岔系统逐层构件在空间坐标系下的位置确定、模型导入或模型建立，本专利的功能在Three.JS环境下实现，通过Java Script语言实现对Three.JS环境的二次开发，完成单开道岔系统参数化自动建模，对于钢轨层按道岔系统的组成特征，将其分为转辙器部分、连接部分、辙叉部分等三个组成部分。
A2.对于转辙器部分，包含基本轨直轨、基本轨曲轨、曲股尖轨、直股尖轨等四根钢轨。首先，根据参数条件对上述四根钢轨的空间约束关系，确定基本轨直轨与基本轨曲轨轨底中心线在坐标系下的位置；然后，通过对钢轨横截面的沿轨底中心线的拉伸操作，完成基本轨直轨与基本轨曲轨的模型建立；最后，通过尖轨与基本轨的位置关系，在整体坐标系下利用尖轨自身特征点与指定坐标点的匹配，即利用三点定位原理，以三个特征点作为引导，完成尖轨从构件库向坐标系下指定位置的导入与组装。
在本实施例中，对于转辙器部分，由基本轨直轨与基本轨曲轨，曲股尖轨、直股尖轨等四根钢轨组成。整体坐标系设置如下，轨道横向设置为x轴，轨道纵向设置为z轴，垂向为y轴；
将基本轨直轨起始端轨底中心点设为坐标原点(0,0,0)。则基本轨直轨轨底中线的位置为：基本轨直轨轨底中线的横坐标x 1为0，基本轨直轨底中线的垂向坐标y 1为0，基本轨直轨轨底中线的纵向坐标z 1在0到基本轨直轨水平长度L 1之间，即：
如图2为本发明方法的基本轨曲轨示意图。对于基本轨曲轨，轨底中心线包括第一段折线和第二段折线两端，其中各点标号如图2所示，起点a1的坐标为：起点的横坐标为标准轨距W 1与轨头宽度W 5的和，起点的垂向坐标和纵向坐标均为0，即起点的坐标(W 1+W 5,0,0)；折点a2的横坐标为第一弯折点基本轨轨距W 2与标准钢轨轨头宽度W 5的和，折点的垂向坐标为0，折点的纵向坐标为基本轨曲轨第一段水平长度L 2，即折点的坐标(W 2+W 5,0,L 2)；终点的横坐标为尖轨跟端处基本轨轨距W 3减去第一弯折点基本轨轨距W 2的差与基本轨曲轨水平长度L 4减去基本轨曲轨第一段水平长度L 2的差之间的乘积，除以尖轨水平长度L 3后依次加上第一弯折点基本轨轨距W 2、标准钢轨轨头宽度W 5的和，终点的垂向坐标为0，终点的纵向坐标为基本轨曲轨水平长度L 4，即终点轨底中心坐标为
；因此，由坐标的几何关系求得第一段折线表示为：
其中，x 2表示第一段折线在x轴对应的坐标；y 2表示第一段折线在y轴对应的坐标；z 2表示第一段折线在z轴对应的坐标；W 1表示标准轨距；W 2表示第一弯折点基本轨轨距；W 3表示尖轨跟端处基本轨轨距；W 5表示标准钢轨轨头宽度；L 2表示基本轨曲轨第一段水平长度；第二段折线表示为：
其中，x 3表示第二段折线在x轴对应的坐标；y 3表示第二段折线在y轴对应的坐标；z 3表示第二段折线在z轴对应的坐标；W 2表示第一弯折点基本轨轨距；W 3表示尖轨跟端处基本轨轨距；W 5表示标准钢轨轨头宽度；L 2表示基本轨曲轨第一段水平长度；L 3表示尖轨水平长度；L 4表示基本轨曲轨水平长度；
如图3a为本发明方法的基本轨直股俯视图，如图3b为本发明方法的基本轨直股正视图。对于基本轨直股和曲股两根钢轨，钢轨横断面都是完整轨面，如图3所示。沿轨底中心线对轨面进行拉伸操作，完成两根基本轨3D模型在整体坐标系下的位置确定与构建；
对于曲股尖轨和直股尖轨两根尖轨的模型建立，因为尖轨的几何构型复杂，不宜于通过参数化的方式进行设定而自动生成，在本发明中采用建立构件库的方式，对尖轨、护轨、整体辙叉（包含叉心和翼轨）等进行事先的3D模型构建并以特征点作为标靶的方式定向导入，将此类几何构型复杂的构件导入至坐标系下正确位置。
对于曲股尖轨，通过曲股尖轨尖端A1、曲股尖轨跟端轨底中心点A2、曲股尖轨跟端轨顶中心点A3三点，对其进行定位：即曲股尖轨尖端其横坐标为0.5倍的标准钢轨轨头宽度W 5，垂向坐标为标准轨高H 1减去尖轨尖端与基本轨轨顶高差H 2，纵向坐标为L 2，该点坐标为
，曲股尖轨跟端轨底中心点横坐标为尖轨跟端与基本轨轨距W 4与标准钢轨轨头宽度W 5，垂向坐标为标准轨高H 1，纵向坐标为基本轨曲股第一段水平长度L 2加上尖轨水平长度L 3，该点坐标为的(W 4+W 5,0,L 2+L 3)；曲股尖轨跟端轨顶中心点横坐标为尖轨跟端与基本轨轨距W 4与标准钢轨轨头宽度W 5之和，垂向坐标为标准轨高H 1，纵向坐标为基本轨曲股第一段水平长度L 2加上尖轨水平长度L 3，该点坐标为(W 4+W 5,H 1,L 2+L 3)；
对于直股尖轨，因为直股尖轨与曲股尖轨为对称结构，选取直股尖轨尖端上顶点、直股尖轨跟端轨底中心点、直股尖轨跟端轨顶中心点三点，对其进行定位，上述三点在钢轨上的位置与曲股尖轨一致，即A1、A2、A3所在位置，与图2同。直股尖轨尖端上顶点的横坐标为第一段弯折点基本轨轨距与0.5倍标准钢轨轨头宽度W 5之和，垂向坐标为标准轨高H 1减去尖轨尖端与基本轨轨顶高差H 2，纵坐标为基本轨曲股第一段水平长度L 2，该点坐标为
；直股尖轨跟端轨底中心点横坐标为尖轨跟端处两基本轨轨距W 3加上标准钢轨轨头宽度W 5减去尖轨跟端与基本轨轨距W 4，该点坐标为(W 3-W 4+W 5,0,L 2+L 3)；直股尖轨跟端轨顶中心点横坐标为与尖轨跟端轨底中心点横坐标一致，垂向坐标为标准轨高H 1，纵向坐标为基本轨曲股第一段水平长度L 2与尖轨水平长度L 3之和，该点坐标为(W 3-W 4+W 5,H 1,L 2+L 3)，通过上述三个点对直股尖轨进行定位；W 2表示第一弯折点基本轨轨距；W 3表示尖轨跟端处基本轨轨距；W 4表示尖轨跟端与基本轨轨距；W 5表示标准钢轨轨头宽度；H 1表示标准钢轨轨高；L 2表示基本轨曲轨第一段水平长度；L 3表示尖轨水平长度。
A3.对于连接区，包含两根直股连接线、两根曲股连接线；上述四根连接线截面均为完整钢轨截面，可通过拉伸操作直接建立。对于上述四根钢轨模型的建立。首先确定其轨底中心线在整体坐标系下的空间位置方程，然后沿着轨底中心线对钢轨完整截面进行拉伸操作，即完成对上述四根钢轨模型的建立。
连接部分由两根直连接线和两根曲连接线组成，对其进行编号分别是直股连接线甲股，直股连接线乙股，曲股连接线甲股，曲股连接线乙股，上述四根钢轨的横截面都是常规截面，所以对上述四根钢轨在空间坐标系下位置的确定与3D模型构建，思路依旧是首先确定钢轨轨底中心线位置，然后沿着中心线将轨面进行拉伸，最终完成位置的确定与模型的构建。
对于直股甲股，直股甲股起始端轨底中心点横向坐标与垂向坐标与基本轨直轨一致都为0，其纵向坐标为基本轨直股长度L 1与标准贵缝W 7之和，该点坐标为(0,0,L 1+W 7)，直股甲股终止端轨底中心点坐标为(0,0,L 2+L 3+W 6+Rsinθ+W 7+L 5)，根据几何关系求得直股甲股轨底中心线在坐标系下的空间位置为：
其中，x 4表示直股甲股轨底中心线的横坐标；y 4表示直股甲股轨底中心线的垂向坐标；z 4表示直股甲股轨底中心线的纵向坐标；L 1表示基本轨直轨水平长度、L 2表示基本轨曲轨第一段水平长度；L 3表示尖轨水平长度；R表示连接曲线半径；θ表示辙叉转角；L 5表示辙叉水平长度；W 6表示尖轨轨缝；W 7表示其他轨缝；
对于直股乙股，直股乙股起始端轨底中心点横坐标为尖轨跟端处两基本轨轨距W 3加上标准钢轨轨头宽度W 5减去尖轨跟端与基本轨轨距W 4，垂向坐标为0，纵向坐标为基本轨曲股第一段水平长度L 2、尖轨水平长度L 3、尖轨轨缝宽度W 6之和，该点坐标为 (W 3-W 4+W 5,0,L 2+L 3+W 6)，直股乙股终止端轨底中心点横坐标为标准轨距W 1与标准钢轨轨头宽度W 5之和，垂向坐标为0，纵向坐标经计算与简化后为L 2+L 3+W 6+Rsinθ，该点坐标为(W 1+W 5,0,L 2+L 3+W 6+Rsinθ)；直股乙股轨底中心线，可表示为：
其中，x 5表示直股乙股轨底中心线的横坐标；y 5表示直股乙股轨底中心线的垂向坐标；z 5表示直股乙股轨底中心线的纵向坐标；R表示连接曲线半径；θ表示辙叉转角；L 2表示基本轨曲轨第一段水平长度；L 3表示尖轨水平长度；W 1表示标准轨距；W 3表示尖轨跟端处基本轨轨距；W 4表示尖轨跟端与基本轨轨距；W 5表示标准钢轨轨头宽度；W 6表示尖轨轨缝；
对于曲股连接线甲股，起始端轨底中心点横坐标为尖轨跟端与基本轨轨距W 4与标准钢轨轨头宽度W 5之和，垂向坐标为0，纵向坐标为基本轨曲股第一段水平长度L 2、尖轨水平长度L 3、尖轨轨缝宽度W 6之和，起始端轨底中心点坐标为(W 4+W 5,0,L 2+L 3+W 6)，终止端轨底中心点横坐标为尖轨跟端与基本轨轨距W 4、标准钢轨轨头宽度W 5、R(1-cosθ)之和，垂向坐标为0，纵向坐标为基本轨曲股第一段水平长度L 2、尖轨水平长度L 3、尖轨轨缝宽度W 6、Rsinθ之和，该点坐标为(W 4+W 5+R(1-cosθ),0,L 2+L 3+W 6+Rsinθ)；曲股连接线甲股圆心坐标经计算为(R+W 4+W 5,0,L 2+L 3+W 6)；对于曲股连接线甲股轨底中心线，因为已确定两点的坐标信息，同时已知圆心坐标及半径，所以该曲线可表示为：
其中，x 6表示曲股连接线甲股轨底中心线的横坐标；y 6表示曲股连接线甲股轨底中心线的垂向坐标；z 6表示曲股连接线甲股轨底中心线的纵向坐标；R表示连接曲线半径；θ表示辙叉转角；L 2表示基本轨曲轨第一段水平长度；L 3表示尖轨水平长度；W 1表示标准轨距；W 3表示尖轨跟端处基本轨轨距；W 4表示尖轨跟端与基本轨轨距；W 5表示标准钢轨轨头宽度；W 6表示尖轨轨缝；
对于曲股连接线乙股，起始端轨底中心点坐标
，终止端轨底中心点坐标为
，曲股连接线乙股圆心坐标为
，曲股连接线乙股轨底中心线的坐标为：
其中，x 7表示曲股连接线乙股轨底中心线的横坐标；z 7表示曲股连接线乙股轨底中心线的纵向坐标；R表示连接曲线半径；θ表示辙叉转角；L 2表示基本轨曲轨第一段水平长度；L 3表示尖轨水平长度；L 4表示基本轨曲轨水平长度；L 7表示护轨长度；W 2表示第一弯折点基本轨轨距；W 3表示尖轨跟端处基本轨轨距；W 5表示标准钢轨轨头宽度。
A4.对于辙叉与护轨部分，包含整体辙叉、直股护轨、曲股护轨、直股连接线甲股、曲股连接线乙股。直股连接线甲股与曲股连接线乙股已在A4步骤中完成。对于直股护轨与曲股护轨的建立，首先利用护轨与连接线的位置关系，确定其非作用边在整体坐标系下的空间位置方程；然后，利用变截面拉伸的方式进行建模。对于整体辙叉，与尖轨模型的建立方式一致，利用三点定位原理，以三个特征点作为引导，完成辙叉从构件库向坐标系下指定位置的导入与组装，从而完成道岔系统钢轨层的模型建立。
如图4为本发明方法的辙叉区域示意图。当连接曲线部分确定，那么辙叉与护轨部分也随之确定。对于各号数单开道岔，辙叉前后分别与四根钢轨相连，基本示意图如图4所示。对于A点轨底中心坐标为：(W 4+W 5+R·(1-cosθ)+W 7·sinθ,0,L 2+L 3+W 6+Rsinθ+W 7cosθ)，对于B点轨底中心坐标为(W 1+W 5,0,L 2+L 3+W 6+Rsinθ+W 7cosθ)；对于C点轨底中心坐标为：(W 1+W 2,0,L 2+L 3+W 6+Rsinθ+W 7+L 6)；A点为辙叉与连接曲线甲股连接面轨底中心点；B点为连接直线乙股连接连接面轨底中心点；C点为辙叉直线跟端轨底中线点。
整体辙叉以A、B、C三个特征点作为引导，完成模型从构建库向坐标系下的导入与定位，其中叉心轨顶点坐标为：(W 1,0,L 2+L 3+W 6+Rsinθ+W 7+L 6)；
对于直股护轨在坐标系下的定位与构建，通过以下步骤完成。直股护轨，其非作用边轨底边线满足如下公式：
其中，x 8表示直股护轨的非作用边轨底边线的横坐标；y 8表示直股护轨的非作用边轨底边线的垂向坐标；z 8表示直股护轨的非作用边轨底边线的垂向坐标。
如图5为本发明方法的护轨示意图。如图6a-6c为本发明方法的护轨截面示意图。对于直股护轨，其结构示意图如图5所示，其横截面示意图如图6所示。护轨其结构是沿中间截面对称，对于其3D模型的构建，按如下方式进行：首先，选中并确定护轨作用边轨底边线中点与端点；然后，在中点导入护轨截面1，在两个端点导入护轨截面2；最后，采用变截面连接的方式，连接截面1与截面2的对应点，完成护轨的构建。非作用边轨底边线起始点坐标为：
，中点坐标为：
，终止点坐标为：
。
对于侧向护轨，其定位与模型建立过程与方法与直股护轨一致。其中，侧向护轨，其非作用边轨底边线所在位置，满足如下方程：
其中，x 9表示侧向护轨的非作用边轨底边线的横坐标；y 9表示侧向护轨的非作用边轨底边线的垂向坐标；z 9表示侧向护轨的非作用边轨底边线的垂向坐标。
所述的步骤S4具体为，以钢轨层模型为基础，根据可变参数与固定参数对道岔结构各构件间的约束关系，完成扣件系统与轨枕系统模型坐标的确定、导入与组装，完成道岔系统整体模型的建立。在岔枕铺设过程有如下规则：1）枕间距尽量一致；2）对于单开道岔，岔枕必须与直股方向垂直；3）岔枕所在断面即为每组扣件系统所在位置。根据上述规则，首先利用相应的算法，计算出各组扣件在整体坐标系的坐标信息；然后利用扣件系统的坐标信息即可确定每根轨枕所在断面信息；最后，利用特征点定向引导的方式，完成扣件系统与轨枕系统从构件库向坐标系下的导入与组装过程，最终完成道岔结构整体模型的建立。具体步骤如下：
B1. 对于扣件系统的定向导入与自动组装，采用特征点引导的方式。理论上，扣件轨下垫板上表面中心点与轨底中心线上的某一点是重合的。利用上述原则，用枕间距等分线在y=0平面的映射方程与各钢轨轨底中心线位置方程作相交运算，得到扣件轨下垫板与轨底中心线的重合点，并将上述计算所得点作为特征点，并以特征点作为引导，完成扣件系统从构件库向道岔整体模型的导入与组装。
因为，在道岔结构中，轨枕间距基本固定，所以道岔轨枕中心在轨底所在平面的映射位置可用如下方程进行表示：
其中，y 10表示道岔轨枕中心在轨底所在平面的映射位置的垂向坐标；z 10表示道岔轨枕中心在轨底所在平面的映射位置的纵向坐标；W 12为轨腰宽度；W 11为轨枕间距；n表示岔区轨枕编号；N表示岔区轨枕总数；
B2.对于扣件系统特征点的计算，可以分为三个部分。转辙器部分、连接部分、辙叉与护轨部分：
如图7为本发明方法的转辙器部分参数示意图。C1. 对于转辙器部分，首先将转辙器部分再次分为三个部分，分别是仅基本轨部分，基本轨与尖轨组合部分（中间），基本轨与连接曲线组合部分；然后，以轨枕所在位置中心线与钢轨轨底中心线进行相交，交点即为特征点；最后，根据特征点所在位置，安装上与各区段相匹配的扣件模型，完成扣件系统整体的建模与组装。利用在y=0平面上的枕间距等分方程与基本轨直轨、基本轨曲轨轨底中心线位置方程作相交运算，得到转辙器区段特征点位置坐标信息即为A n 与D n ，并以相应规则，导入与该区段匹配的扣件模型。对基本轨直轨、基本轨曲轨、曲股尖轨和直股尖轨进行定位。
基本轨直轨轨底中心线位置方程为：
其中，x 11表示转辙器的基本轨直轨轨底中心线的横坐标；y 11表示转辙器的基本轨直轨轨底中心线的垂向坐标；z 11表示转辙器的基本轨直轨轨底中心线的纵向坐标。
基本轨曲轨轨底中心线位置方程为：
其中，x 12表示转辙器的基本轨曲轨轨底中心线的横坐标；y 12表示转辙器的基本轨曲轨轨底中心线的垂向坐标；z 12表示转辙器的基本轨曲轨轨底中心线的纵向坐标。
转辙器的基本轨和尖轨组合部分直轨轨底中心线位置方程为：
其中，x 13表示转辙器的基本轨和尖轨组合部分直轨轨底中心线的横坐标；y 13表示转辙器的基本轨和尖轨组合部分直轨轨底中心线的垂向坐标；z 13表示转辙器的基本轨和尖轨组合部分直轨轨底中心线的纵向坐标。
转辙器的基本轨和尖轨组合部分曲轨轨底中心线位置方程为：
其中，x 14表示转辙器的基本轨和尖轨组合部分曲轨轨底中心线的横坐标；y 14表示转辙器的基本轨和尖轨组合部分曲轨轨底中心线的垂向坐标；z 14表示转辙器的基本轨和尖轨组合部分曲轨轨底中心线的纵向坐标。
如图8为本发明方法的连接曲线区域参数示意图。对于基本轨与连接曲线组合部分，因为连接曲线与基本轨的间距过小，无法在四根轨道上分别安装完整的扣件系统，所以在直股甲股左侧安装扣件，在曲股甲股右侧安装扣件，在直股乙股左侧安装弹条，在基本轨曲轨右侧安装扣件。在这一部分，需要确定四个特征点，扣件匹配规则为，直股甲股与直股乙股匹配左侧扣件系统，在曲股连接线甲股与基本轨曲轨匹配右侧扣件系统。其中特征点的确定依旧采用
与上述四根轨道的轨底中心线作相交运算，所得特征点即为A n ，B n ，C n ，D n 。
连接曲线组合部分基本轨直股甲股轨底中心线位置方程为：
其中，x 15表示连接曲线组合部分基本轨直股甲股轨底中心线的横坐标；y 15表示连接曲线组合部分基本轨直股甲股轨底中心线的垂向坐标；z 15表示连接曲线组合部分基本轨直股甲股轨底中心线的纵向坐标。
连接曲线组合部分基本轨曲股甲股轨底中心线位置方程为：
其中，x 16表示连接曲线组合部分基本轨曲股甲股轨底中心线的横坐标；y 16表示连接曲线组合部分基本轨曲股甲股轨底中心线的垂向坐标；z 16表示连接曲线组合部分基本轨曲股甲股轨底中心线的纵向坐标。
连接曲线组合部分直股连接线乙股轨底中心线位置方程为：
其中，x 17表示连接曲线组合部分直股连接线乙股轨底中心线的横坐标；y 17表示连接曲线组合部分直股连接线乙股轨底中心线的垂向坐标；z 17表示连接曲线组合部分直股连接线乙股轨底中心线的纵向坐标。
连接曲线组合部分基本轨曲轨轨底中心线位置方程为：
其中，x 18表示连接曲线组合部分基本轨曲轨轨底中心线的横坐标；y 18表示连接曲线组合部分基本轨曲轨轨底中心线的垂向坐标；z 18表示连接曲线组合部分基本轨曲轨轨底中心线的纵向坐标。
C2. 对于连接部分，由四条连接钢轨所组成，分别为直股连接线甲股，曲股连接线甲股，直股连接线乙股，曲股连接线乙股。
这一部分扣件系统匹配规则为，直股甲股与曲股甲股轨腰间距大于扣件系统整体长度，则在直股甲股与曲股甲股两侧安装完整扣件系统；当直股甲股与曲股甲股轨腰间距小于扣件系统整体长度，则在直股甲股左侧安装扣件，在曲股甲股右侧安装扣件，在两钢轨中间安装顶铁。
对于直股乙股与曲股乙股，扣件系统的安装规则同上。当两钢轨轨腰间距大于扣件系统全长，则在两钢轨安装完整扣件，当轨腰间距小于扣件全长，则在直股乙股左侧安装扣件，在曲股右侧安装扣件，中间安装顶铁。同样利用y=0平面上枕间距等分方程与各钢轨轨底中心线方程作相交运算，得到连接部分特征点位置坐标信息。不同的是，连接部分包含四根钢轨，每根钢轨都需要布设扣件系统，与之对应的特征点分别为：直股甲股中心点A n 、直股乙股中心点B n 、曲股甲股中心点C n 、曲股乙股中心点D n 。并以相应规则，导入与该区段匹配的扣件模型。
其中，轨枕等分线为
；
连接部分直股连接线甲股轨底中心线位置方程为：
其中，x 19表示连接部分直股连接线甲股轨底中心线的横坐标；y 19表示连接部分直股连接线甲股轨底中心线的垂向坐标；z 19表示连接部分直股连接线甲股轨底中心线的纵向坐标。
连接部分曲股连接线甲股轨底中心线位置方程为：
其中，x 20表示连接部分曲股连接线甲股轨底中心线的横坐标；y 20表示连接部分曲股连接线甲股轨底中心线的垂向坐标；z 20表示连接部分曲股连接线甲股轨底中心线的纵向坐标。
连接部分直股连接线乙股轨底中心线位置方程为：
其中，x 21表示连接部分直股连接线乙股轨底中心线的横坐标；y 21表示连接部分直股连接线乙股轨底中心线的垂向坐标；z 21表示连接部分直股连接线乙股轨底中心线的纵向坐标。
连接部分曲股连接线乙股轨底中心线位置方程为：
其中，x 22表示连接部分曲股连接线乙股轨底中心线的横坐标；y 22表示连接部分曲股连接线乙股轨底中心线的垂向坐标；z 22表示连接部分曲股连接线乙股轨底中心线的纵向坐标，从而得到A n 、B n 、C n 、D n 四点的坐标信息；
当
时，则在直股甲股与曲股甲股两侧安装完整扣件系统；
当
时，则在直股甲股左侧安装扣件，在曲股甲股右侧安装扣件，在两钢轨中间安装顶铁；
当
时，则在直股乙股与曲股乙股两侧安装完整扣件系统；
当
时，则在直股乙股左侧安装扣件，在曲股乙股右侧安装扣件，在两钢轨中间安装顶铁；
为当编号为n时直股乙股中心点B n 的x轴坐标；
当编号为n时直股甲股中心点A n 的x轴坐标； 
为当编号为n时曲股乙股中心点D n 的x轴坐标；
为当编号为n时曲股甲股中心点C n 的x轴坐标。
如图9为本发明方法的辙叉区域示意图。C3. 对于辙叉部分，辙叉部分通过模型整体导入的方式，以完成辙叉部分扣件系统的整体导入，对于基本轨与护轨部分的扣件系统定位、匹配和安装，与B3、B4步骤中一致。具体为分为两部分进行。因为辙叉部分采用从构件库导入的形式在道岔模型整体中完成组装，这部分连带了扣件系统，所以仅需要完成护轨部分的扣件定位与安装。
这一部分除辙叉部分还包含直股甲股、直股护轨、曲股护轨、曲股乙股四根钢轨，这一部分扣件的安装规则如下：当该断面包含上述四根钢轨，则在直股甲股左侧安装扣件，在直股护轨右侧安装扣件，曲轨护轨左侧安装扣件，在曲轨乙股右侧安装扣件；当该轨枕断面仅包含直股甲股与曲股乙股，则在上述两根钢轨安装完整扣件。
当纵向坐标
时，用轨枕等分线与上述四根钢轨轨底中心线作相交运算；
辙叉部分直股甲股轨底中心线位置方程为：
其中，x 23表示辙叉部分直股甲股轨底中心线的横坐标；y 23表示辙叉部分直股甲股轨底中心线的垂向坐标；z 23表示辙叉部分直股甲股轨底中心线的纵向坐标；
辙叉部分直股护轨轨底理论中心线位置方程为：
其中，x 24表示辙叉部分直股护轨轨底理论中心线的横坐标；y 24表示辙叉部分直股护轨轨底理论中心线的垂向坐标；z 24表示辙叉部分直股护轨轨底理论中心线的纵向坐标；
辙叉部分曲股护轨轨底中心线位置方程为：
其中，x 25表示辙叉部分曲股护轨轨底中心线的横坐标；y 25表示辙叉部分曲股护轨轨底中心线的垂向坐标；z 25表示辙叉部分曲股护轨轨底中心线的纵向坐标；
辙叉部分曲股乙股轨底中心线位置方程为：
其中，x 26表示辙叉部分曲股乙股轨底中心线的横坐标；y 26表示辙叉部分曲股乙股轨底中心线的垂向坐标；z 26表示辙叉部分曲股乙股轨底中心线的纵向坐标；
此时得到四个相交点，分别为直股甲股中心点A n 、直股护轨中心点E n 、曲股护轨中心点F n 、曲股乙股中心点D n ，在直股甲股左侧安装扣件，在直股护轨右侧安装扣件，曲轨护轨左侧安装扣件，在曲轨乙股右侧安装扣件。
当
时，此时在一个轨枕断面不包含护轨，仅有轨枕等分线与直股甲股与曲股乙股作相交运算，得到直股甲股中心点A n 、曲股乙股中心点D n ，并在特征点处匹配完整扣件。
扣件部分直股甲股轨底中心线位置方程为：
其中，x 27表示扣件部分直股甲股轨底中心线的横坐标；y 27表示扣件部分直股甲股轨底中心线的垂向坐标；z 27表示扣件部分直股甲股轨底中心线的纵向坐标；
扣件部分曲股乙股轨底中心线为：
其中，x 28表示扣件部分曲股乙股轨底中心线的横坐标；y 28表示扣件部分曲股乙股轨底中心线的垂向坐标；z 28表示扣件部分曲股乙股轨底中心线的纵向坐标；
C4. 对于道岔层模型的定位、导入、安装按如下方式实现：首先，在构建库中建立2.6m至4.9m不同长度岔枕共24种；然后，使用相应的算法完成指定断面道岔型号的筛选；随后，选取直股甲股扣件系统特征点作为岔枕系统的匹配特征点；最后，将各断面匹配的轨枕以特征点作为引导，在道岔模型中完成导入与安装。
如图10为本发明实施例的单开道岔模型示意图。具体为对于单开道岔自动化建模轨枕铺设过程，在上一部分中已经确定了扣件所在位置，可以根据扣件所在位置进一步对轨枕位置进行定位与自动化的建模与安装。
对于道岔结构，所使用的混凝土轨枕最长为4.90m，最短为2.60m，级差为0.1m。而实际的岔枕铺设需满足如下规则：岔枕端部伸出钢轨工作边的距离应大于582.5mm，即大于非工作边511.5mm。
在本发明中岔枕的自动化建模与装配按如下方法实现：
首先，在构件库中建立2.6m至4.9m不同长度岔枕共24种；然后，使用本专利中的岔枕挑选算法确定各扣件系统所在断面所匹配的岔枕类型；随后，选取直股甲股扣件系统各特征点作为岔枕系统的匹配特征点；最后，将各断面匹配的轨枕以特征点作为引导，在道岔模型中进行导入、定位、安装。
其中各轨枕的匹配特征点采用固定位置，为轨枕上表面距离轨枕边缘537.5mm处。
轨枕挑选算法如下，因为轨枕所在断面与各组扣件系统所在断面一致，且该断面宽度可由如下公式确定：
其中，
为当编号为n时曲股乙股中心点D n 的x轴坐标；
为编号为n时直股甲股中心点A n 的x轴坐标；W 1基本轨轨头宽度。
道岔两侧钢轨非作用边宽度为：
其中，
为当编号为n时曲股乙股中心点D n 的x轴坐标；
为编号为n时直股甲股中心点A n 的x轴坐标；
则轨枕长度L n 应满足如下要求：
将L n 采用进一制保留小数点后1位小数，则L n 为编号为n的扣件组所在断面相匹配的轨枕长度。
且L n ∈[2.6，2.7，2.8，2.9，3.0，3.1，3.2，3.3，3.4，3.5，3.6，3.7，3.8，3.9，4.0，4.1，4.2，4.3，4.4，4.5，4.6，4.7，4.8，4.9]。
其中第n根轨枕在整体坐标系下的匹配特征点坐标为
，其中
为当编号为n时直股甲股中心点A n 的纵向坐标。
Claims (10)
1.一种参数化铁路各号数单开道岔的建模方法，其特征在于包括如下步骤：
S1. 选择若干单开道岔可变参数；选择由于道岔设计、生产和敷设过程限制的若干单开道岔固定性参数；
S2. 建立道岔系统复杂部件构建库，具体包括对道岔系统中使用频繁且结构复杂，同时无法通过扫掠和拉伸方式生成3D模型的构件，建立相应的构件库；
S3. 获取选择的单开道岔可变参数和单开道岔固定性参数，空间位置和组合关系建立钢轨层模型；
S4. 进行扣件系统与轨枕系统模型坐标的修正，完成道岔系统整体模型的建立；并采用道岔系统整体模型对当前参数化铁路各号数单开道岔的建模。
2.根据权利要求1所述的参数化铁路各号数单开道岔的建模方法，其特征在于所述的步骤S1具体为：确定单开道岔可变参数与道岔设计、生产、敷设过程中规定的单开道岔固定性参数，其中，单开道岔可变参数包括：基本轨直轨水平长度、基本轨曲轨水平长度、基本轨曲轨第一段水平长度、尖轨水平长度、连接曲线半径，辙叉转角，辙叉水平长度，叉心至辙叉前端水平距离，护轨长度，轨枕间距，扣件系统整体长度；单开道岔固定性参数包括：标准轨距，第一弯折点基本轨轨距，尖轨跟端处基本轨轨距，尖轨跟端与基本轨轨距，标准钢轨轨头宽度，标准钢轨轨高，尖轨尖端与基本轨轨顶高差，尖轨轨缝，标准轨缝宽度，护轨轨头最窄宽度，护轨轨头最宽宽度，护轨中间截面与基本轨轨距，轨腰宽度，轨底宽度。
3.根据权利要求2所述的参数化铁路各号数单开道岔的建模方法，其特征在于所述的步骤S2具体为：建立道岔系统复杂部件构件库；复杂构件包括：曲股尖轨、直股尖轨、整体辙叉、扣件系统整体模型、扣件系统左侧模型、扣件系统右侧模型和轨枕模型；整体辙叉包括翼轨系统、叉心系统和扣件系统。
4.根据权利要求3所述的参数化铁路各号数单开道岔的建模方法，其特征在于所述的步骤S3具体为：根据道岔系统实际的可变参数与铺设标准中的固定参数，完成道岔系统钢轨层各主要钢轨构件的空间位置确定与3D模型建立，具体包含如下步骤：
A1. 对于道岔系统模型的构建过程，将整个道岔系统分为最上层的钢轨层、中间扣件层、底层轨枕层，按从上至下的顺序，完成道岔系统逐层构件在空间坐标系下的位置确定、模型导入或模型建立，完成单开道岔系统参数化自动建模；钢轨层包括转辙器部分、连接部分和辙叉部分；
A2. 转辙器部分包括基本轨直轨、基本轨曲轨、曲股尖轨和直股尖轨；首先，根据参数条件对基本轨直轨、基本轨曲轨、曲股尖轨和直股尖轨的空间约束关系，确定基本轨直轨与基本轨曲轨轨底中心线在坐标系下的位置；然后，通过对钢轨横截面的沿轨底中心线的拉伸操作，完成基本轨直轨与基本轨曲轨的模型建立；最后，通过尖轨与基本轨的位置关系，在整体坐标系下利用尖轨自身特征点与指定坐标点的匹配，完成尖轨从构件库向坐标系下指定位置的导入与组装；
A3. 连接区包括两根直股连接线和两根曲股连接线；首先确定其轨底中心线在整体坐标系下的空间位置方程，然后沿着轨底中心线对钢轨完整截面进行拉伸操作；同时对根直股连接线和两根曲股连接线进行编号，分别是直股连接线甲股，直股连接线乙股，曲股连接线甲股，曲股连接线乙股；
A4. 辙叉与护轨部分包括整体辙叉、直股护轨、曲股护轨、直股连接线甲股、曲股连接线乙股；对于直股护轨与曲股护轨的建立，首先利用护轨与连接线的位置关系，确定其非作用边在整体坐标系下的空间位置方程；然后，利用变截面拉伸的方式进行建模；整体辙叉与尖轨的建立方式一致，完成辙叉从构件库向坐标系下指定位置的导入与组装，完成道岔系统钢轨层的模型建立。
5.根据权利要求4所述的参数化铁路各号数单开道岔的建模方法，其特征在于所述的步骤A2，包括转辙器部分由基本轨直轨、基本轨曲轨、曲股尖轨和直股尖轨组成；整体坐标系设置如下，轨道横向设置为x轴，轨道纵向设置为z轴，垂向为y轴；
将基本轨直轨起始端轨底中心点设为坐标原点(0,0,0)；则基本轨直轨轨底中线的位置为：基本轨直轨轨底中线的横坐标x 1为0，基本轨直轨底中线的垂向坐标y 1为0，基本轨直轨轨底中线的纵向坐标z 1在0到基本轨直轨水平长度L 1之间，得到基本轨直轨的坐标方程：
对于基本轨曲轨，轨底中心线包括第一段折线和第二段折线两端，起点a1的坐标为：起点的横坐标为标准轨距W 1与轨头宽度W 5的和，起点的垂向坐标和纵向坐标均为0；折点a2的横坐标为第一弯折点基本轨轨距W 2与标准钢轨轨头宽度W 5的和，折点的垂向坐标为0，折点的纵向坐标为基本轨曲轨第一段水平长度L 2；终点的横坐标为尖轨跟端处基本轨轨距W 3减去第一弯折点基本轨轨距W 2的差与基本轨曲轨水平长度L 4减去基本轨曲轨第一段水平长度L 2的差之间的乘积，除以尖轨水平长度L 3后依次加上第一弯折点基本轨轨距W 2、标准钢轨轨头宽度W 5的和，终点的垂向坐标为0，终点的纵向坐标为基本轨曲轨水平长度L 4；第一段折线表示为：
其中，x 2表示第一段折线在x轴对应的坐标；y 2表示第一段折线在y轴对应的坐标；z 2表示第一段折线在z轴对应的坐标；W 1表示标准轨距；W 2表示第一弯折点基本轨轨距；W 3表示尖轨跟端处基本轨轨距；W 5表示标准钢轨轨头宽度；L 2表示基本轨曲轨第一段水平长度；第二段折线表示为：
其中，x 3表示第二段折线在x轴对应的坐标；y 3表示第二段折线在y轴对应的坐标；z 3表示第二段折线在z轴对应的坐标；W 2表示第一弯折点基本轨轨距；W 3表示尖轨跟端处基本轨轨距；W 5表示标准钢轨轨头宽度；L 2表示基本轨曲轨第一段水平长度；L 3表示尖轨水平长度；L 4表示基本轨曲轨水平长度；
对于基本轨直股和曲股，沿轨底中心线对轨面进行拉伸操作，完成两根基本轨3D模型在整体坐标系下的位置确定与构建；
对于曲股尖轨和直股尖轨两根尖轨的模型建立，采用建立构件库的方式，对尖轨、护轨、整体辙叉进行事先的3D模型构建并以特征点作为标靶的方式定向导入，导入至坐标系下正确位置；
对于曲股尖轨，通过曲股尖轨尖端A1、曲股尖轨跟端轨底中心点A2、曲股尖轨跟端轨顶中心点A3进行定位：曲股尖轨尖端其横坐标为0.5倍的标准钢轨轨头宽度W 5，垂向坐标为标准轨高H 1减去尖轨尖端与基本轨轨顶高差H 2，纵向坐标为L 2，曲股尖轨跟端轨底中心点横坐标为尖轨跟端与基本轨轨距W 4与标准钢轨轨头宽度W 5，垂向坐标为标准轨高H 1，纵向坐标为基本轨曲股第一段水平长度L 2加上尖轨水平长度L 3；曲股尖轨跟端轨顶中心点横坐标为尖轨跟端与基本轨轨距W 4与标准钢轨轨头宽度W 5之和，垂向坐标为标准轨高H 1，纵向坐标为基本轨曲股第一段水平长度L 2加上尖轨水平长度L 3；
对于直股尖轨，选取直股尖轨尖端上顶点、直股尖轨跟端轨底中心点、直股尖轨跟端轨顶中心点进行定位；直股尖轨尖端上顶点的横坐标为第一段弯折点基本轨轨距与0.5倍标准钢轨轨头宽度W 5之和，垂向坐标为标准轨高H 1减去尖轨尖端与基本轨轨顶高差H 2，纵坐标为基本轨曲股第一段水平长度L 2；直股尖轨跟端轨底中心点横坐标为尖轨跟端处两基本轨轨距W 3加上标准钢轨轨头宽度W 5减去尖轨跟端与基本轨轨距W 4；直股尖轨跟端轨顶中心点横坐标为与尖轨跟端轨底中心点横坐标相同，垂向坐标为标准轨高H 1，纵向坐标为基本轨曲股第一段水平长度L 2与尖轨水平长度L 3之和，对直股尖轨进行定位；W 2表示第一弯折点基本轨轨距；W 3表示尖轨跟端处基本轨轨距；W 4表示尖轨跟端与基本轨轨距；W 5表示标准钢轨轨头宽度；H 1表示标准钢轨轨高；L 2表示基本轨曲轨第一段水平长度；L 3表示尖轨水平长度；
所述的步骤A3，具体包括对于直股甲股，直股甲股起始端轨底中心点横向坐标与垂向坐标与基本轨直轨都为0，其纵向坐标为基本轨直股长度L 1与标准贵缝W 7之和，直股甲股终止端轨底中心点坐标为(0,0,L 2+L 3+W 6+Rsinθ+W 7+L 5)，根据几何关系求得直股甲股轨底中心线在坐标系下的空间位置为：
其中，x 4表示直股甲股轨底中心线的横坐标；y 4表示直股甲股轨底中心线的垂向坐标；z 4表示直股甲股轨底中心线的纵向坐标；L 1表示基本轨直轨水平长度、L 2表示基本轨曲轨第一段水平长度；L 3表示尖轨水平长度；R表示连接曲线半径；θ表示辙叉转角；L 5表示辙叉水平长度；W 6表示尖轨轨缝；W 7表示其他轨缝；
对于直股乙股，直股乙股起始端轨底中心点横坐标为尖轨跟端处两基本轨轨距W 3加上标准钢轨轨头宽度W 5减去尖轨跟端与基本轨轨距W 4，垂向坐标为0，纵向坐标为基本轨曲股第一段水平长度L 2、尖轨水平长度L 3、尖轨轨缝宽度W 6之和，直股乙股终止端轨底中心点横坐标为标准轨距W 1与标准钢轨轨头宽度W 5之和，垂向坐标为0，纵向坐标为L 2+L 3+W 6+Rsinθ；直股乙股轨底中心线，可表示为：
其中，x 5表示直股乙股轨底中心线的横坐标；y 5表示直股乙股轨底中心线的垂向坐标；z 5表示直股乙股轨底中心线的纵向坐标；R表示连接曲线半径；θ表示辙叉转角；L 2表示基本轨曲轨第一段水平长度；L 3表示尖轨水平长度；W 1表示标准轨距；W 3表示尖轨跟端处基本轨轨距；W 4表示尖轨跟端与基本轨轨距；W 5表示标准钢轨轨头宽度；W 6表示尖轨轨缝；
对于曲股连接线甲股，起始端轨底中心点横坐标为尖轨跟端与基本轨轨距W 4与标准钢轨轨头宽度W 5之和，垂向坐标为0，纵向坐标为基本轨曲股第一段水平长度L 2、尖轨水平长度L 3、尖轨轨缝宽度W 6之和，终止端轨底中心点横坐标为尖轨跟端与基本轨轨距W 4、标准钢轨轨头宽度W 5、R(1-cosθ)之和，垂向坐标为0，纵向坐标为基本轨曲股第一段水平长度L 2、尖轨水平长度L 3、尖轨轨缝宽度W 6、Rsinθ之和；曲股连接线甲股圆心坐标经计算为(R+W 4+W 5,0,L 2+L 3+W 6)；曲股连接线甲股表示为：
其中，x 6表示曲股连接线甲股轨底中心线的横坐标；y 6表示曲股连接线甲股轨底中心线的垂向坐标；z 6表示曲股连接线甲股轨底中心线的纵向坐标；R表示连接曲线半径；θ表示辙叉转角；L 2表示基本轨曲轨第一段水平长度；L 3表示尖轨水平长度；W 1表示标准轨距；W 3表示尖轨跟端处基本轨轨距；W 4表示尖轨跟端与基本轨轨距；W 5表示标准钢轨轨头宽度；W 6表示尖轨轨缝；
对于曲股连接线乙股，起始端轨底中心点坐标
，终止端轨底中心点坐标为
，曲股连接线乙股圆心坐标为
，曲股连接线乙股轨底中心线的坐标为：
其中，x 7表示曲股连接线乙股轨底中心线的横坐标；z 7表示曲股连接线乙股轨底中心线的纵向坐标；R表示连接曲线半径；θ表示辙叉转角；L 2表示基本轨曲轨第一段水平长度；L 3表示尖轨水平长度；L 4表示基本轨曲轨水平长度；L 7表示护轨长度；W 2表示第一弯折点基本轨轨距；W 3表示尖轨跟端处基本轨轨距；W 5表示标准钢轨轨头宽度；W 7为标准轨缝宽度；
所述的步骤A4，具体包括，对于A点轨底中心坐标为：(W 4+W 5+R·(1-cosθ)+W 7·sinθ,0,L 2+L 3+W 6+Rsinθ+W 7cosθ)，对于B点轨底中心坐标为(W 1+W 5,0,L 2+L 3+W 6+Rsinθ+W 7cosθ)；对于C点轨底中心坐标为：(W 1+W 2,0,L 2+L 3+W 6+Rsinθ+W 7+L 6)；A点为辙叉与连接曲线甲股连接面轨底中心点；B点为连接直线乙股连接连接面轨底中心点；C点为辙叉直线跟端轨底中线点；
整体辙叉以A、B、C三个特征点作为引导，完成模型从构建库向坐标系下的导入与定位，其中叉心轨顶点坐标为：(W 1,0,L 2+L 3+W 6+Rsinθ+W 7+L 6)；
对于直股护轨在坐标系下的定位与构建，通过以下步骤完成，直股护轨的非作用边轨底边线满足如下公式：
其中，x 8表示直股护轨的非作用边轨底边线的横坐标；y 8表示直股护轨的非作用边轨底边线的垂向坐标；z 8表示直股护轨的非作用边轨底边线的垂向坐标；W 5为标准钢轨轨头宽度；W 10为护轨中间截面与基本轨轨距；W 9为护轨轨头最宽宽度；L 2为基本轨曲轨第一段水平长度；L 3为尖轨水平长度；W 6为尖轨轨缝；R为连接曲线半径；W 7为标准轨缝宽度；θ为辙叉转角；
对于直股护轨，首先，选中并确定护轨作用边轨底边线中点与端点；然后，在中点导入护轨截面1，在端点导入护轨截面2；最后，采用变截面连接的方式，连接截面1与截面2的对应点，完成护轨的构建；非作用边轨底边线起始点坐标为：
，中点坐标为：
，终止点坐标为：
；
对于侧向护轨，其定位与模型建立过程与方法与直股护轨一致，其中，侧向护轨，其非作用边轨底边线所在位置：
其中，x 9表示侧向护轨的非作用边轨底边线的横坐标；y 9表示侧向护轨的非作用边轨底边线的垂向坐标；z 9表示侧向护轨的非作用边轨底边线的垂向坐标；W 1为标准轨距；W 9为护轨轨头最宽宽度；W 10为护轨中间截面与基本轨轨距；L 7为护轨长度。
6.根据权利要求5所述的参数化铁路各号数单开道岔的建模方法，其特征在于所述的步骤S4具体为，以钢轨层模型为基础，根据可变参数与固定参数对道岔结构各构件间的约束关系，完成扣件系统与轨枕系统模型坐标的确定、导入与组装，完成道岔系统整体模型的建立，在岔枕铺设过程中满足，枕间距一致，对于单开道岔，岔枕必须与直股方向垂直，岔枕所在断面为每组扣件系统所在位置；具体包括计算出各组扣件在整体坐标系的坐标信息；然后利用扣件系统的坐标信息确定每根轨枕所在断面信息；最后，利用特征点定向引导的方式，完成扣件系统与轨枕系统从构件库向坐标系下的导入与组装过程，最终完成道岔结构整体模型的建立。
7.根据权利要求6所述的参数化铁路各号数单开道岔的建模方法，其特征在于所述的步骤S4，具体包括：
B1. 对于扣件系统的定向导入与自动组装，采用特征点引导的方式；具体为采用枕间距等分线在y=0平面的映射方程与各钢轨轨底中心线位置方程作相交运算，得到扣件轨下垫板与轨底中心线的重合点，计算所得点作为特征点，并以特征点作为引导，完成扣件系统从构件库向道岔整体模型的导入与组装；
B2. 将扣件系统特征点的计算分为转辙器部分、连接部分、辙叉与护轨部分，获取道岔系统不同区域不同钢轨所对应的扣件系统特征，并通过同一断面的特征点x轴坐标信息判断导入的扣件模型类型，并通过特征点完成模型的定位与导入。
8.根据权利要求7所述的参数化铁路各号数单开道岔的建模方法，其特征在于所述的步骤B1，包括道岔轨枕中心在轨底所在平面的映射位置表示为：
其中，y 10表示道岔轨枕中心在轨底所在平面的映射位置的垂向坐标；z 10表示道岔轨枕中心在轨底所在平面的映射位置的纵向坐标；W 12为轨腰宽度；W 11为轨枕间距；n表示道岔系统轨枕编号；N表示道岔系统轨枕总数。
9.根据权利要求8所述的参数化铁路各号数单开道岔的建模方法，其特征在于所述的步骤B2，包括如下步骤：
C1. 对于转辙器部分，首先将转辙器部分分为基本轨部分，基本轨与尖轨组合部分，基本轨与连接曲线组合部分；然后，以轨枕所在位置中心线与钢轨轨底中心线进行相交，交点为特征点；最后，根据特征点所在位置，安装上与各区段相匹配的扣件模型，完成扣件系统整体的建模与组装；利用在y=0平面上的枕间距等分方程与基本轨直轨、基本轨曲轨轨底中心线位置方程作相交运算，得到转辙器区段特征点位置坐标信息，并以相应规则，导入与该区段匹配的扣件模型；对基本轨直轨、基本轨曲轨、曲股尖轨和直股尖轨进行定位；
C2. 连接部分由为直股连接线甲股，曲股连接线甲股，直股连接线乙股，曲股连接线乙股组成；扣件系统匹配规则为，直股甲股与曲股甲股轨腰间距大于扣件系统整体长度，则在直股甲股与曲股甲股两侧安装完整扣件系统；当直股甲股与曲股甲股轨腰间距小于扣件系统整体长度，则在直股甲股左侧安装扣件，在曲股甲股右侧安装扣件，在两钢轨中间安装顶铁；对于直股乙股与曲股乙股，扣件系统的安装规则一致；当两钢轨轨腰间距大于扣件系统全长，则在两钢轨安装完整扣件，当轨腰间距小于扣件全长，则在直股乙股左侧安装扣件，在曲股右侧安装扣件，中间安装顶铁；利用y=0平面上枕间距等分方程与各钢轨轨底中心线方程作相交运算，得到连接部分特征点位置坐标信息；连接部分包含基本轨直轨、基本轨曲轨、曲股尖轨和直股尖轨，每根钢轨布设扣件系统，对应的特征点分别为：直股甲股中心点A n 、直股乙股中心点B n 、曲股甲股中心点C n 、曲股乙股中心点D n ；并以相应规则，导入与该区段匹配的扣件模型；
C3. 对于辙叉部分，辙叉部分通过模型整体导入的方式，以完成辙叉部分扣件系统的整体导入，对于基本轨与护轨部分的扣件系统定位、匹配和安装，与B3、B4步骤中一致，辙叉部分采用从构件库导入的形式在道岔模型整体中完成组装，完成护轨部分的扣件定位与安装；护轨部分还包含直股甲股、直股护轨、曲股护轨、曲股乙股；若该断面包含直股甲股、直股护轨、曲股护轨、曲股乙股，则在直股甲股左侧安装扣件，在直股护轨右侧安装扣件，曲轨护轨左侧安装扣件，在曲轨乙股右侧安装扣件；若当轨枕断面仅包含直股甲股与曲股乙股，则在两根钢轨安装完整扣件；
C4. 对道岔层模型进行定位、导入、安装：首先，在构建库中建立不同长度岔枕；然后，使用相应的算法完成指定断面道岔型号的筛选；随后，选取直股甲股扣件系统特征点作为岔枕系统的匹配特征点；最后，将各断面匹配的轨枕以特征点作为引导，在道岔模型中完成导入与安装；具体为对于单开道岔自动化建模轨枕铺设过程，根据扣件所在位置进一步对轨枕位置进行定位与自动化的建模与安装。
10.根据权利要求9所述的参数化铁路各号数单开道岔的建模方法，其特征在于所述的步骤C1，包括基本轨直轨轨底中心线位置方程为：
其中，x 11表示转辙器的基本轨直轨轨底中心线的横坐标；y 11表示转辙器的基本轨直轨轨底中心线的垂向坐标；z 11表示转辙器的基本轨直轨轨底中心线的纵向坐标；L 2为基本轨曲轨第一段水平长度；
基本轨曲轨轨底中心线位置方程为：
其中，x 12表示转辙器的基本轨曲轨轨底中心线的横坐标；y 12表示转辙器的基本轨曲轨轨底中心线的垂向坐标；z 12表示转辙器的基本轨曲轨轨底中心线的纵向坐标；W 1为标准轨距；L 2为基本轨曲轨第一段水平长度；W 5为标准钢轨轨头宽度；W 2为第一弯折点基本轨轨距；
转辙器的基本轨和尖轨组合部分直轨轨底中心线位置方程为：
其中，x 13表示转辙器的基本轨和尖轨组合部分直轨轨底中心线的横坐标；y 13表示转辙器的基本轨和尖轨组合部分直轨轨底中心线的垂向坐标；z 13表示转辙器的基本轨和尖轨组合部分直轨轨底中心线的纵向坐标；L 2为基本轨曲轨第一段水平长度；L 3为尖轨水平长度；
转辙器的基本轨和尖轨组合部分曲轨轨底中心线位置方程为：
其中，x 14表示转辙器的基本轨和尖轨组合部分曲轨轨底中心线的横坐标；y 14表示转辙器的基本轨和尖轨组合部分曲轨轨底中心线的垂向坐标；z 14表示转辙器的基本轨和尖轨组合部分曲轨轨底中心线的纵向坐标；L 2为基本轨曲轨第一段水平长度；L 3为尖轨水平长度；W 2为第一弯折点基本轨轨距；W 3为尖轨跟端处基本轨轨距；W 5为标准钢轨轨头宽度；
对于基本轨与连接曲线组合部分，确定特征点，扣件匹配规则为，直股甲股与直股乙股匹配左侧扣件系统，在曲股连接线甲股与基本轨曲轨匹配右侧扣件系统；其中特征点的确定采用道岔轨枕中心在轨底所在平面的映射位置与四根轨道的轨底中心线作相交运算，得到特征点；
连接曲线组合部分基本轨直股甲股轨底中心线位置方程为：
其中，x 15表示连接曲线组合部分基本轨直股甲股轨底中心线的横坐标；y 15表示连接曲线组合部分基本轨直股甲股轨底中心线的垂向坐标；z 15表示连接曲线组合部分基本轨直股甲股轨底中心线的纵向坐标；L 2为基本轨曲轨第一段水平长度；L 3为尖轨水平长度；L 1为基本轨直轨水平长度；
连接曲线组合部分基本轨曲股甲股轨底中心线位置方程为：
其中，x 16表示连接曲线组合部分基本轨曲股甲股轨底中心线的横坐标；y 16表示连接曲线组合部分基本轨曲股甲股轨底中心线的垂向坐标；z 16表示连接曲线组合部分基本轨曲股甲股轨底中心线的纵向坐标；L 2为基本轨曲轨第一段水平长度；L 3为尖轨水平长度；L 1为基本轨直轨水平长度；R为连接曲线半径；W 4为尖轨跟端与基本轨轨距；W 5为标准钢轨轨头宽度；W 6为尖轨轨缝；
连接曲线组合部分直股连接线乙股轨底中心线位置方程为：
其中，x 17表示连接曲线组合部分直股连接线乙股轨底中心线的横坐标；y 17表示连接曲线组合部分直股连接线乙股轨底中心线的垂向坐标；z 17表示连接曲线组合部分直股连接线乙股轨底中心线的纵向坐标；θ为辙叉转角；
连接曲线组合部分基本轨曲轨轨底中心线位置方程为：
其中，x 18表示连接曲线组合部分基本轨曲轨轨底中心线的横坐标；y 18表示连接曲线组合部分基本轨曲轨轨底中心线的垂向坐标；z 18表示连接曲线组合部分基本轨曲轨轨底中心线的纵向坐标；L 2为基本轨曲轨第一段水平长度；L 3为尖轨水平长度；L 1为基本轨直轨水平长度；W 5为标准钢轨轨头宽度；W 2为第一弯折点基本轨轨距；W 3为尖轨跟端处基本轨轨距；
所述的步骤C2包括，连接部分直股连接线甲股轨底中心线位置方程为：
其中，x 19表示连接部分直股连接线甲股轨底中心线的横坐标；y 19表示连接部分直股连接线甲股轨底中心线的垂向坐标；z 19表示连接部分直股连接线甲股轨底中心线的纵向坐标；L 2为基本轨曲轨第一段水平长度；L 3为尖轨水平长度；L 1为基本轨直轨水平长度；W 6为尖轨轨缝；R为连接曲线半径；θ为辙叉转角；
连接部分曲股连接线甲股轨底中心线位置方程为：
其中，x 20表示连接部分曲股连接线甲股轨底中心线的横坐标；y 20表示连接部分曲股连接线甲股轨底中心线的垂向坐标；z 20表示连接部分曲股连接线甲股轨底中心线的纵向坐标；R为连接曲线半径；L 2为基本轨曲轨第一段水平长度；L 3为尖轨水平长度；L 1为基本轨直轨水平长度；W 6为尖轨轨缝；W 4为尖轨跟端与基本轨轨距；W 5为标准钢轨轨头宽度；θ为辙叉转角；
连接部分直股连接线乙股轨底中心线位置方程为：
其中，x 21表示连接部分直股连接线乙股轨底中心线的横坐标；y 21表示连接部分直股连接线乙股轨底中心线的垂向坐标；z 21表示连接部分直股连接线乙股轨底中心线的纵向坐标；R为连接曲线半径；L 2为基本轨曲轨第一段水平长度；L 3为尖轨水平长度；L 1为基本轨直轨水平长度；W 6为尖轨轨缝；W 4为尖轨跟端与基本轨轨距；W 5为标准钢轨轨头宽度；θ为辙叉转角；
连接部分曲股连接线乙股轨底中心线位置方程为：
其中，x 22表示连接部分曲股连接线乙股轨底中心线的横坐标；y 22表示连接部分曲股连接线乙股轨底中心线的垂向坐标；z 22表示连接部分曲股连接线乙股轨底中心线的纵向坐标；R为连接曲线半径；L 2为基本轨曲轨第一段水平长度；L 3为尖轨水平长度；L 1为基本轨直轨水平长度；W 6为尖轨轨缝；W 5为标准钢轨轨头宽度；L 4为基本轨曲轨水平长度；W 2为第一弯折点基本轨轨距；W 3为尖轨跟端处基本轨轨距；L 7为护轨长度；θ为辙叉转角；
当
时，则在直股甲股与曲股甲股两侧安装完整扣件系统；
当
时，则在直股甲股左侧安装扣件，在曲股甲股右侧安装扣件，在钢轨中间安装顶铁；
当
时，则在直股乙股与曲股乙股两侧安装完整扣件系统；
当
时，则在直股乙股左侧安装扣件，在曲股乙股右侧安装扣件，在两钢轨中间安装顶铁；
为当编号为n时直股乙股中心点B n 的x轴坐标；
当编号为n时直股甲股中心点A n 的x轴坐标； 
为当编号为n时曲股乙股中心点D n 的x轴坐标；
为当编号为n时曲股甲股中心点C n 的x轴坐标；W 12为轨腰宽度；L 8为扣件系统整体长度；
所述的步骤C3包括当纵向坐标
时，L 2为基本轨曲轨第一段水平长度；L 3为尖轨水平长度；L 7为护轨长度；R为连接曲线半径；W 6为尖轨轨缝；W 7为标准轨缝宽度；用轨枕等分线与直股甲股、直股护轨、曲股护轨、曲股乙股轨底中心线作相交运算；θ为辙叉转角；
辙叉部分直股甲股轨底中心线位置方程为：
其中，x 23表示辙叉部分直股甲股轨底中心线的横坐标；y 23表示辙叉部分直股甲股轨底中心线的垂向坐标；z 23表示辙叉部分直股甲股轨底中心线的纵向坐标；L 2为基本轨曲轨第一段水平长度；L 3为尖轨水平长度；W 6为尖轨轨缝；W 7为标准轨缝宽度；R为连接曲线半径；L 7为护轨长度；θ为辙叉转角；
辙叉部分直股护轨轨底理论中心线位置方程为：
其中，x 24表示辙叉部分直股护轨轨底理论中心线的横坐标；y 24表示辙叉部分直股护轨轨底理论中心线的垂向坐标；z 24表示辙叉部分直股护轨轨底理论中心线的纵向坐标；L 2为基本轨曲轨第一段水平长度；L 3为尖轨水平长度；W 6为尖轨轨缝；W 7为标准轨缝宽度；R为连接曲线半径；L 7为护轨长度；θ为辙叉转角；W 5为标准钢轨轨头宽度；W 9为护轨轨头最宽宽度；W 10为护轨中间截面与基本轨轨距；W 13为轨底宽度；
辙叉部分曲股护轨轨底中心线位置方程为：
其中，x 25表示辙叉部分曲股护轨轨底中心线的横坐标；y 25表示辙叉部分曲股护轨轨底中心线的垂向坐标；z 25表示辙叉部分曲股护轨轨底中心线的纵向坐标；W 1为标准轨距；W 9为护轨轨头最宽宽度；W 10为护轨中间截面与基本轨轨距；R为连接曲线半径；θ为辙叉转角；W 6为尖轨轨缝；W 7为标准轨缝宽度；W 13为轨底宽度；L 2为基本轨曲轨第一段水平长度；L 3为尖轨水平长度；L 7为护轨长度；
辙叉部分曲股乙股轨底中心线位置方程为：
其中，x 26表示辙叉部分曲股乙股轨底中心线的横坐标；y 26表示辙叉部分曲股乙股轨底中心线的垂向坐标；z 26表示辙叉部分曲股乙股轨底中心线的纵向坐标；L 2为基本轨曲轨第一段水平长度；L 3为尖轨水平长度；L 7为护轨长度；L 4为基本轨曲轨水平长度；W 6为尖轨轨缝；W 7为标准轨缝宽度；W 2为第一弯折点基本轨轨距；W 3为尖轨跟端处基本轨轨距；W 5为标准钢轨轨头宽度；θ为辙叉转角；R为连接曲线半径；
得到四个相交点，分别为直股甲股中心点A n 、直股护轨中心点E n 、曲股护轨中心点F n 、曲股乙股中心点D n ，在直股甲股左侧安装扣件，在直股护轨右侧安装扣件，曲轨护轨左侧安装扣件，在曲轨乙股右侧安装扣件；
当
时，此时在一个轨枕断面不包含护轨，仅有轨枕等分线与直股甲股与曲股乙股作相交运算，得到直股甲股中心点A n 、曲股乙股中心点D n ，并在特征点处匹配完整扣件；L 2为基本轨曲轨第一段水平长度；L 3为尖轨水平长度；L 7为护轨长度；L 5为辙叉水平长度；W 6为尖轨轨缝；W 7为标准轨缝宽度；θ为辙叉转角；R为连接曲线半径；
扣件部分直股甲股轨底中心线位置方程为：
其中，x 27表示扣件部分直股甲股轨底中心线的横坐标；y 27表示扣件部分直股甲股轨底中心线的垂向坐标；z 27表示扣件部分直股甲股轨底中心线的纵向坐标；L 2为基本轨曲轨第一段水平长度；L 3为尖轨水平长度；L 7为护轨长度；L 5为辙叉水平长度；W 6为尖轨轨缝；W 7为标准轨缝宽度；θ为辙叉转角；R为连接曲线半径；
扣件部分曲股乙股轨底中心线为：
其中，x 28表示扣件部分曲股乙股轨底中心线的横坐标；y 28表示扣件部分曲股乙股轨底中心线的垂向坐标；z 28表示扣件部分曲股乙股轨底中心线的纵向坐标；L 2为基本轨曲轨第一段水平长度；L 3为尖轨水平长度；L 5为辙叉水平长度；L 7为护轨长度；L 4为基本轨曲轨水平长度；W 6为尖轨轨缝；W 7为标准轨缝宽度；θ为辙叉转角；R为连接曲线半径；W 2为第一弯折点基本轨轨距；W 3为尖轨跟端处基本轨轨距；W 5为标准钢轨轨头宽度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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