高速铁路实景三维线路设计关键技术与重大工程应用.docx

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高速铁路实景三维线路设计关键技术与重大工程应用

一、项目名称

高速铁路实景三维线路设计关键技术与重大工程应用

二、推荐单位意见

我单位认真审阅了该项目的推荐书和附件材料,确认全部材料真实有效，相关栏目均符合国家科学技术奖励办公室的填写要求。

线路勘察设计作为高速铁路建设总揽全局的核心工作,是决定铁路项目投资、建设、运营和环境保护合理性的先决条件和源头根本。

随着铁路建设任务日益繁重,建设标准不断提高,建设环境日趋复杂,面对国家铁路网急需的高效优化和快速实现等难题,在国家、铁道部等的大力支持下，团队历经十余年的持续研究,创建了高速铁路线路勘察设计实景环境构建的技术方法，创立了实景环境铁路线路信息建模理论与技术，构建了基于线路信息模型的铁路智能线路设计技术体系，研发了高速铁路场景自动化建模与高效管理分析的关键技术,研制了高速铁路实景三维线路设计平台,形成了具有我国自主知识产权的成套理论与技术体系。

获授权发明专利３7项、软件著作权４8项，出版专著4部，发表论文２32篇（ＳCI/EI/ISTＰ收录107篇），培养毕业硕/博士5９名,主编3部国家标准和2部行业标准。

相关成果获省部级科技进步一等奖2项。

该项目形成的技术方法和成果已经为我国铁路线路勘察设计企业广泛使用，在兰新、西成、西宝、宝兰、银西、武襄十等１0余条国家重大高铁工程建设中成功应用,创造经济效益累计逾10亿元。

同时从源头上保证了高速铁路线路的品质,攻克了极端风灾、高原高寒、湿陷性黄土、岩溶强烈发育等复杂环境下的高速铁路线路勘察设计难题,缩短了建设周期,确保了高效安全运营，为铁路的发展及技术进步起到了重要的推动作用,也为“一带一路”和高铁“走出去”国家战略的实施奠定了基础，社会效益巨大，应用前景十分广阔。

推荐该项目为国家科学技术进步奖一等奖。

三、项目简介

线路勘察设计作为铁路建设总揽全局的核心工作，是决定项目投资、建设、运营和环境保护合理性的先决条件和根本性问题。

随着铁路设计时速的大幅提升（普速—高速—超高速），对铁路线路设计标准与质量提出更严格和苛刻的要求。

近年来“西部大开发”战略的实施，高速铁路建设正经历从东部平原到西部山区推进，建设环境条件日趋复杂,不可避免的跨越艰险复杂地形、不良地质极其发育地区、极端气候及生态环境脆弱地区,高速铁路线路勘察设计面临着其他高速铁路发达国家不曾遇到的技术难题。

同时,随着“一带一路”、“走出去”等战略的推进，世界不同目标国的地形、地质、气候等特殊环境条件进一步加剧了高速铁路勘察设计的复杂度。

团队历经10余年持续研究，形成了从三维实景线路勘察设计环境构建，到基于线路信息模型的全阶段、全时态铁路线路设计方法,再到高速铁路线路自动三维建模与高效管理分析，一整套全新的高速铁路勘测设计技术体系,取得了以下主要技术成果：

【创新点一】高精度可量测实景三维构建技术方法

提出了带状工程高精度立体实景模型生成与量测方法，首次使用分块视差处理方法制作大范围无缝立体模型，解决了传统立体正射模型精度不均的问题，并系统发展了立体实景模型下的三维矢量交互和虚拟三维模型映射等增强现实方法,形成了铁路线路勘察设计精细化实景环境快速构建的成套技术方法。

【创新点二】实景环境铁路智能数字线路设计方法

针对线路信息数字化表征、线路优化复杂环境受限、相对关系定线模型缺失以及协同设计困难等难题，提出了实景环境铁路线路信息本体建模理论与方法,建立了协调统一且紧密关联的线路信息模型表征,创立了基于超图语义的复杂环境点线协同优化方法，发展完善了铁路线形模型,发明了时空耦合动态特征下铁路联动式选线设计新方法,在国际上首次实现了全类型全时态的智能数字线路设计技术。

【创新点三】高速铁路场景自动建模与高效管理

提出了基元组合与多层次空间语义约束的高速铁路线路自动三维建模方法，实现了实景环境与高速铁路线路模型的动态融合，创新领域知识与建模操作的松耦合机制,突破了多领域协作建模的难题,形成了长大高速铁路场景自动化建模与高效管理分析的一整套核心技术体系。

【创新点四】自主知识产权高速铁路实景三维线路协同设计平台

研制了具有自主知识产权的高速铁路实景三维线路设计平台，实现了真实场景环境下全过程全类型的线路勘察设计、自动化三维建模与高性能展示分析，已经成为当前铁路勘察设计的主要技术方法,在兰新、西成、西宝、宝兰等１0余条国家重大高铁工程建设中发挥了重要作用，服务了540０余公里高速铁路和60０0余公里普速、城际和城市轨道交通的铁路勘察设计，有效地提升了企业的市场竞争能力,大大提高了勘察设计的工作效率，避免了重要方案的遗漏，攻克了强风区、高原高寒、强震、湿陷性黄土、岩溶区等复杂环境下的铁路线路勘察设计难题，确保了铁路线路的整体质量,节约了建设成本,为铁路行业的发展及技术进步,起到了重要的推进作用，社会经济效益十分巨大。

项目成果得到了李德仁院士、刘先林院士等知名专家的高度认可,总体技术达到国际同类领先水平，获得陕西省科技进步一等奖等多项省部级科技奖励。

本项目获获授权发明专利３7项、软件著作权４8项，出版专著4部，发表论文２32篇（SCI/EI/ISＴP收录１０７篇），培养毕业硕/博士5９名，主编3部国家标准和2部行业标准。

四、客观评价

评审鉴定意见：

２013年８月16日,中国铁建股份有限公司在西安组织召开了“真实感场景线路协同设计平台”项目成果评审会,以李德仁院士为组长的评审委员会一致认为“该项目成果技术先进,实用性强，具有重大工程应用价值，成果总体达到国际先进水平，其中大范围高精度真实感场景的构建技术处于国际领先”。

２０１2年9月4日，陕西省勘查设计协会在西安组织召开了“铁路各设计阶段数字选线平台”科技成果鉴定会，鉴定委员会一致认为“该项目构建了可适用于铁路各设计阶段、涵盖各项选线设计内容的综合数字选线平台，成果在同行业处于国际先进水平”。

20１2年３月２0日，湖北省科学技术厅在武汉组织召开了“高速公路建设管理ＷeｂGIS与Web３D集成式可视化信息平台”项目科技成果鉴定会。

鉴定委员会一致认为,“该项目研究成果具有重要的理论意义与实践应用价值,整体达到国际先进水平，其中道路三维网络交互式可视化技术居国际领先水平”。

2011年1１月19日,湖南省科学技术厅在长沙市组织召开了“铁路数字选线关键技术研究与应用”科技成果鉴定会，鉴定委员会一致认为，“该项目研究成果具有重要的理论意义与实践应用价值，整体达到国际先进水平,其中铁路线路信息建模理论与方法居国际领先水平”。

2004年12月2６日，湖南省科学技术厅在长沙组织召开了“铁路新线实时三维可视化CAD系统”科技成果鉴定会,鉴定委员会一致认为，“该系统是利用现代信息技术完善铁路设计手段的新成果,整体达到国际先进水平”。

2０0４年8月14日，甘肃省科技厅组织在兰州召开“铁路勘测设计一体化、智能化研究”成果鉴定会,以刘先林院士为组长的鉴定组专家一致认为：

“该项目是以现代信息技术改造传统技术、推进勘查设计现代化的重大成果，成果达到国际先进水平,可广泛推广使用。

”

国内外重要科技奖励：

“基于真实感场景的线路协同设计平台研究”获20１5年陕西省科技进步一等奖（陕西省科技厅）、2０1３年度中国施工企业管理协会科技进步一等奖（中国施工企业管理协会）、２０14年中国铁道建筑总公司科学技术奖一等奖。

“铁路工程勘测设计一体化、智能化研究”获2006年铁路工程勘查设计优秀计算机软件一等奖（铁道部）。

“铁路各设计阶段数字选线平台”获20１2年度陕西省工程勘察设计优秀计算机软件一等奖（陕西省）。

“城市轨道交通数字选线系统”获2014年度陕西省工程勘察设计优秀计算机软件一等奖（陕西省）,２01５年度中国铁道建筑总公司工程勘察设计优秀计算机软件一等奖。

五、推广应用情况

“高速铁路实景三维线路设计关键技术与重大工程应用”成果已经在多家铁路勘察设计院推广，在兰州至乌鲁木齐（兰新）、西安至成都、宝鸡至兰州、、银川至西安、西安至延安、西安至武汉、连云港至镇江、武汉襄阳至十堰、赣州至深圳、吴忠至中卫高速铁路、张家界吉首怀化、西安北至机场、广佛江珠城际、济南至滨州城际铁路等项目中使用，服务54０0余公里高速铁路和6000余公里普速、城际和城市轨道交通的铁路勘察设计。

攻克了强风区、高原高寒、强震、湿陷性黄土、岩溶区等复杂环境下的铁路线路勘察设计难题，有效地提升了企业的市场竞争能力，大大提高了勘察设计的工作效率,避免了重要方案的遗漏,确保了铁路线路的整体质量,节约了建设成本，为铁路行业的发展及技术进步,起到了重要的推进作用，社会经济效益十分巨大。

六、主要知识产权证明目录

知识产权类别

知识产权具体名称

国家

（地区）

授权号

授权日期

证书编号

权利人

发明人

发明专利有效状态

发明专利

一种基于立体正射影像对的大场景立体模型生成及量测方法

中国

ZL20101０11４571.X

２０11年１0月5日

第850516号

中铁第一勘察设计院集团有限公司

王争鸣、王玮、任晓春

授权

发明专利

一种铁道工程真实场景模型协同设计平台的构建方法

中国

ＺL20１310７0212９2

20１6年4月27日

第20427５0号

中铁第一勘察设计院集团有限公司

刘鹏、任晓春、王玮、张小华

授权

发明专利

虚拟三维模型与立体正射模型的融合方法

中国

ＺＬ20１３106１2６52６

２016年4月2７日

第204363６号

中铁第一勘察设计院集团有限公司

王争鸣、任晓春、王玮、张剑、刘鹏、张小华、孙炜、郭笑非

授权

发明专利

铁路与城市轨道交通站后工程信息模型的创建方法

中国

ZL20１3103398995

2０16年4月13日

第2０22376号

中铁第一勘察设计院集团有限公司

王争鸣、郭世勇、路长平、张彧锋、郑涛、赵云、胡萍、李岁永、蔡海燕、赵岩、张程、李海培、郭建伟

授权

发明专利

一种工程地质勘察中的真三维航空遥感地质解译方法

中国

ＺL20１110０54４331

２013年5月2８日

第123895７号

中铁第一勘察设计院集团有限公司

任晓春、孟祥连、张占忠、刘亚林、宋明辉、王海英

授权

发明专利

一种复杂山区铁路线站协同优化方法

中国

ZL２0151074０89２．3

２０16年０8月２4

第22０9991号

中南大学

蒲浩、李伟、刘威、郑晓强、王雷、刘威、袁文辉、罗诗潇、严基团、熊佳兴、李帅、陈晨

授权

发明专利

用于公路或铁路三维选线的交点位置模型构建方法

中国

ZL20１5１0５45７23.４

２０15年8月31日

第22８8０11号

中南大学

缪鹍,谭智广,王紫阳,刘丹,毛晓林，董晔,李琛

授权

发明专利

一种铁路既有曲线的拨距计算方法

中国

ZL　２０１310１3961１.Ｘ

201３年4月22日

第１90435５6号

中南大学

缪鹍、韩吉明、　戴智、田家凯、周为、李琛、谭智广、董晔

授权

软件著作权

线路协同设计平台系统V１．0

中国

ZL201４SR１３２347

２01４年9月３日

软著登字第0801589号

中铁第一勘察设计院集团有限公司

授权

软件著作权

真实感场景线路设计系统V1．0

中国

ZL　20１4SR132145

２01４年9月3日

软著登字第0801３87号

中铁第一勘察设计院集团有限公司

授权

七、主要完成人情况

姓名

王争鸣

排　　名

1

工作单位

中铁第一勘察设计院集团有限公司

完成单位

中铁第一勘察设计院集团有限公司

技术职称

教授级高工

行政职务

董事长

项目总负责人,全面主持了本项目的研究，主持了研究过程中关键技术的专家论证、决策,参与和协调了各课题的研究。

对创新点1、创新点2

（1）、创新点4做出了创造性贡献。

主持多项核心技术研究,提出带状工程高精度立体实景模型生成与量测方法,使用分块视差处理方法制作大范围无缝立体模型,并提出在实景环境下进行交互设计的方法，主导研发了基于实景的线路设计软件,主持研制了高速铁路实景三维线路协同设计平台。

姓　名

任晓春

排名

2

工作单位

中铁第一勘察设计院集团有限公司

完成单位

中铁第一勘察设计院集团有限公司

技术职称

教授级高工

行政职务

副总工

对本项目推荐书中“主要科技创新”栏所列创新点1、创新点3、创新点４做出了创造性贡献。

作为项目核心人员主持研究了带状工程高精度立体实景模型生成与量测方法,完成了高精度立体模型生成与量测的核心算法研究,解决了高精度带状工程无缝实景环境建立的难题。

提出了立体实景模型下的三维矢量交互和虚拟三维模型映射等增强现实方法,研究了长大高速铁路场景自动化建模与高效管理分析的核心算法，实施了实景三维线路协同设计平台。

姓　名

蒲浩

排　名

3

工作单位

中南大学

完成单位

中南大学

技术职称

教授

行政职务

无

对本项目推荐书中“主要科技创新”栏所列创新2、创新3-（4）和创新４－

（2）均做出了创造性贡献。

提出了线路信息建模理论与方法,构建了铁路数字选线技术体系的总体框架；提出了线路-结构物－环境耦合约束条件下的铁路点线协同优化理论与方法,解决了复杂环境下的线站协同优化难题；提出了参照线形模型，实现了线路平纵横、线路与线路间、线路与相关专业间的关联协同设计;提出了既有铁路的平纵面线形快速整体智能重构与改建方法,解决了既有线与增改建线之间的时空关联耦合设计难题；提出了铁路线路整体建模与简化方法，实现了大规模铁路线路场景实时三维交互式可视化。

姓　　名

朱军

排　名

4

工作单位

西南交通大学

完成单位

西南交通大学

技术职称

教授

行政职务

无

对本项目推荐书中“主要科技创新”栏所列创新点３和创新点4“均做出了创造性贡献。

提出了基元组合与多层次空间语义约束的高速铁路线路自动三维建模方法，实现了实景环境与高速铁路线路模型的动态融合，通过将领域知识和建模操作分离,突破了多领域协作建模的难题，形成了高速铁路场景自动化建模与高效管理分析的一整套核心技术体系，为高速铁路实景三维线路设计平台的建立奠定了三维建模与可视化引擎支撑。

姓　　名

王玮

排名

5

工作单位

中铁第一勘察设计院集团有限公司

完成单位

中铁第一勘察设计院集团有限公司

技术职称

工程师

行政职务

无

对本项目推荐书中“主要科技创新”栏所列创新点1、创新点3－（２）（３）和创新点４

（1）（3）均做出了创造性贡献。

作为核心成员研究了高精度带状实景三维模型的生成与量测方法，并进行了系统实现。

研究了自适应多级缓存、GPU加速计算等关键技术，解决了矢量及虚拟模型在无缝立体真实场景中的实时展现问题,通过人机交互设备实现了立体实景中的交互量测、三维绘图及设计建模。

参与了高速铁路实景三维线路设计平台的实施与构建，并参与项目推广实施工作。

姓　名

李伟

排　名

6

工作单位

中南大学

完成单位

中南大学

技术职称

讲师

行政职务

无

对本项目推荐书中“主要科技创新”栏所列创新2、创新3－（4）和创新４－

（2）、4-（4）均做出了创造性贡献:

作为骨干成员参与了线路信息模型理论与方法研究，提出了基于本体的线路信息建模方法，为数字选线技术体系的构建奠定了基础；提出了基于双向距离变换与遗传算法的铁路点线协同优化方法,实现了复杂环境下的线站协同搜索;研制了基于方向加速法和二阶差商的既有线空间线位智能重构算法;建立了复合参照线形模型,为解决既有线和枢纽区的参照关系定线奠定了基础；建立了线路信息时空一致性维护方法,实现了线路与线路间、线路与相关专业间的关联协同设计；提出了铁路线路三维场景的组织管理、视相关简化、数据压缩编码方法。

姓　　名

孟存喜

排　名

７

工作单位

中铁第一勘察设计院集团有限公司

完成单位

中铁第一勘察设计院集团有限公司

技术职称

高级工程师

行政职务

无

对本项目推荐书中“发现、发明及创新点”栏所列创新点2－（3）、创新点２-（4）、创新点4做出了创造性贡献。

作为骨干成员，参与主持了铁路新线交互式设计、既有线智能重构恢复和线路方案综合展示方法的研究;主持了铁路数字选线系列软件和勘测设计一体化系统的开发、推广应用与维护工作。

姓　名

吕慧玲

排　名

8

工作单位

中铁第一勘察设计院集团有限公司

完成单位

中铁第一勘察设计院集团有限公司

技术职称

高级工程师

行政职务

三级单位总工

对本项目推荐书中“主要科技创新”栏所列创新点1、创新点4

（1）做出了重要贡献。

参与研究高精度大面积带状工程立体实景生成及量测方法,负责研究生产工艺、试验与具体实施，形成了数据处理、操作规范、质量控制的完备技术体系。

负责了实景三维在铁路勘察设计中的实施工作。

姓名

丁雨淋

排名

9

工作单位

西南交通大学

完成单位

西南交通大学

技术职称

副教授

行政职务

无

对本项目推荐书中“主要科技创新”栏所列创新点３“高速铁路场景自动化建模和高效管理分析”做出了创造性贡献。

负责海量大规模三维高速铁路运行场景模型高效管理和高性能可视化方案设计和关键技术攻关;突破了长大带状三维空间数据的一体化组织与管理、自适应多级缓存、CPU与GPU协同绘制等关键技术，提供了从混合空间索引、场景调度、场景简化与优化、快速可见性计算、GPＵ可编程计算、内存显存控制、限时计算到并行计算的一整套技术方法，实现了高速铁路场景的高效管理与高性能展示分析。

姓　名

缪鹍

排　名

10

工作单位

中南大学

完成单位

中南大学

技术职称

副教授

行政职务

无

对本项目推荐书中“发现、发明及创新点”栏所列创新2、创新4-

（2）和创新4－（４）均做出了创造性贡献:

作为骨干成员参与了铁路线形模型、线路优化、既有线重构等理论和方法的研究；提出了既有线平面智能重构方法；提出了铁路线路控制点自动生成方法。

姓　　名

彭文盛

排名

1１

工作单位

中铁第一勘察设计院集团有限公司

完成单位

中铁第一勘察设计院集团有限公司

技术职称

教授

行政职务

副院长

对本项目推荐书中“主要科技创新”栏所列创新点1、创新点4做出了重要贡献，协调各参研单位完成研究,参与了重要核心难点的决策工作。

参与了真实场景模型构建研究、实景三维场景平台系统搭建、三维线路设计软件的开发与实施等工作，并组织实施了项目验收、推广应用。

姓　名

王杰

排名

１2

工作单位

中铁第一勘察设计院集团有限公司

完成单位

中铁第一勘察设计院集团有限公司

技术职称

教授级高工

行政职务

二级单位副处长

对本项目推荐书中“发现、发明及创新点”栏所列创新4-（２）做出了创造性贡献。

作为主要成员,参与了铁路新线交互式设计、既有线平面智能重构方法研究，参加了铁路数字选线系列软件的开发,主持了成果在西成高铁项目的应用。

姓名

杨远超

排　名

1３

工作单位

中铁第一勘察设计院集团有限公司

完成单位

中铁第一勘察设计院集团有限公司

技术职称

高级工程师

行政职务

无

对本项目推荐书中“发现、发明及创新点”栏所列创新1、创新4均做出了重要贡献,作为核心人员参与了高速铁路实景三维线路设计平台的开发、数据库设计与实现、三维高性能展示算法研究与实施。

负责项目推广应用的具体实施。

姓　　名

黄超

排　名

14

工作单位

中铁第一勘察设计院集团有限公司

完成单位

中铁第一勘察设计院集团有限公司

技术职称

教授级高工

行政职务

副院长

对本项目推荐书中“发现、发明及创新点”栏所列创新4-

（2）做出了创造性贡献，作为主要成员,参与了铁路枢纽多线条设计方法研究和铁路数字选线系列软件的开发,并组织实施了项目推广工作。

姓名

陈敏

排名

1５

工作单位

西南交通大学

完成单位

西南交通大学

技术职称

讲师

行政职务

无

参与了本项目推荐书中“主要科技创新”栏所列创新点1中的影像自动匹配工作。

针对其瓶颈难题,系统研究了遥感影像特征提取、匹配的理论和方法，实现了多波段、多时相、多视角及多传感器影像的高精度自动匹配。

八、主要完成单位及创新推广贡献

单位名称

中铁第一勘察设计院集团有限公司

排名

1

负责了本项目的主要核心项目的立项、研究、方案制定、组织实施及成果总结。

负责了高精度可量测实景三维构建技术方法、实景环境铁路智能数字线路设计方法、的研究,完成了高速铁路实景三维线路协同设计平台的研制。

对本项目推荐书中“发现、发明及创新点”栏所列创新1、2、3-（２）（3）、4均做出了创造性贡献。

在国内外发表论文20篇，代表性发明专利3３项，软件著作权１0项，主编国家标准2项,参编国标1项，主编行业标准2项。

单位名称

中南大学

排名

2

参与项目调研、论证立项、方案制定、组织实施及成果总结;负责实景环境下铁路智能数字选线关键技术研究；参与高速铁路线路自动三维建模方法研究;负责实景环境下面向全阶段、全类型及全时态线路设计软件平台的研发。

对本项目推荐书中“发现、发明及创新点”栏所列创新2、３-（４）、4-

（2）、４-（４）均做出了创造性贡献:

在国内外发表论文92篇，其中三大检索（SＣI/EI/ＩSTＰ）论文4４篇，出版专著及教材5部,获授权发明专利3项，软件著作权27项,培养博士研究生３名,硕士研究生47名。

单位名称

西南交通大学

排名

3

主持了国家自然科学基金、国家８63计划、中国铁路总公司科技研发开发计划等多个项目,负责高速铁路场景的自动建模、高效管理与高性能可视化分析方面的研究,提出了基元组合与多层次空间语义约束的高速铁路线路自动三维建模方法,实现了实景环境与高速铁路线路模型的动态融合,通过将领域知识和建模操作分离,突破了多领域协作建模的难题,形成了高速铁路场景自动化建模与高效管理分析的一整套核心技术体系。

对本项目中创新点３、创新点4－（3）均作出了创造性贡献。

取得了软件著作权１1项，授权发明专利1项,参编国家标准1项，在国内外发表论文１2０篇,发表了SCI/EＩ论文61篇。

对本项目创新成果的取得与推广应用做出了重要贡献。

九、完成人合作关系说明

本项目依托近1０年来重大铁路工程特别是高铁工程的建设，在国家86３计划、国家自然基金、省部级重大科研项目和企业自主立项的基础上，采用产学研用相结合的方式开展科研攻关。

整个研发过程历时近1０余年,主要参研单位3家,研究人员100余人。

由中铁第一勘察设计院牵头,中南大学、西南交通大学作为参研单位，共同完成的科研项目“铁路勘查设计一体化、智能化研究”,是本项目的重要成果之一,该项目获得2006年度铁路工程勘查设计优秀计算机软件一等奖。

中铁第一勘察设计院与中南大学２00９年共同立项“铁路各阶段数字选线平台”,2011年共同立项“城市轨道交通数字选线系统”。

王争鸣、孟存喜、蒲浩、李伟等共同参与了项目的研究，共同发表了多篇论文，取得了多项创新成果。

所有完成人在工程研究、设计和建设过程中,团结合作，刻苦钻研,在论文合著、共同立项、共同获奖等方面取得了丰硕成果。

完成人合作关系情况汇总表

序号

合作方式

合作者

（项目排名）

合作时间

合作成果

１

共同获奖

孟存喜，蒲浩,李伟/1,2，４

200６年3月~

2０1３年12月

20１5年度陕西省工程勘查设计优秀软件一等奖：

城市轨道交通数字选线系统

2

共同获奖

孟存喜，蒲浩，李伟／1,2,７

2０06年3月~

2013年8