動態(tài)交互式路線縱斷面設(shè)計軟件的研制開發(fā)

　　路線縱斷面設(shè)計，關(guān)系到道路線形的優(yōu)劣、路基的穩(wěn)定性好壞、路基土石方及防護工程量的大小、路基路面排水是否順暢等諸多問題，對于道路建設(shè)質(zhì)量有著重要的影響。改革開放以來，我國公路交通事業(yè)得到迅猛發(fā)展，現(xiàn)代科技特別是計算機技術(shù)也得到飛速進步，如何利用計算機技術(shù)迅捷地完成技術(shù)經(jīng)濟比較合理的路線縱斷面設(shè)計，對于道路建設(shè)質(zhì)量，尤其是對于道路立交、山區(qū)道路等地形較為復(fù)雜、高程控制要求較高的工程設(shè)計來說，是一個很有意義的課題。目前，國內(nèi)外許多專家同行都在致力于道路設(shè)計軟件的研制和開發(fā)。
　　目前，國內(nèi)使用的路線縱斷面設(shè)計軟件，大多為靜態(tài)交互式軟件。在設(shè)計過程中，設(shè)計者通過不斷地修改數(shù)據(jù)文件或通過鍵盤輸入命令或數(shù)據(jù)，實現(xiàn)人機對話，使得設(shè)計不斷地得到完善，從而完成一項設(shè)計的。這和手工設(shè)計相比，雖然有很大的進步，但仍然不能令設(shè)計人員感到滿意。其主要缺點是：第一，修改數(shù)據(jù)工作量大。設(shè)計者往往要通過幾十次，甚至上百次地修改數(shù)據(jù)，才能完成設(shè)計。第二，輸入數(shù)據(jù)的合理性無法預(yù)料。即便是對一個有經(jīng)驗的設(shè)計者來說，在修改設(shè)計的過程中，對于輸入的數(shù)據(jù)可能會產(chǎn)生的相鄰曲線"穿袖"等不合理的情況也往往無法預(yù)料。即使沒出現(xiàn)這種情況，設(shè)計者也不能保證其技術(shù)指標(biāo)就一定能得到滿足，等到發(fā)現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)不合理時，設(shè)計者又要再次修改輸入數(shù)據(jù)，這無疑明顯地增加了設(shè)計者的工作量。
　　本人所作的路線縱斷面設(shè)計軟件的研制開發(fā)工作，是以實現(xiàn)動態(tài)交互設(shè)計功能為目標(biāo)。所謂動態(tài)交互設(shè)計功能，是設(shè)計者可通過鼠標(biāo)選擇命令和操作對象(變坡點、坡度線或豎曲線等)，然后通過鼠標(biāo)來拖動操作對象，實現(xiàn)連續(xù)不斷的人機對話，每一次人機對話都可以實現(xiàn)操作對象及其技術(shù)參數(shù)(坡長、坡度、豎曲線半徑、設(shè)計高程等)連續(xù)的動態(tài)顯示，設(shè)計者可以從計算機屏幕上動態(tài)地連續(xù)觀察到設(shè)計的修改動態(tài)、相應(yīng)的輸入數(shù)據(jù)和路線技術(shù)指標(biāo)的變化情況，直到比較滿意為止。這樣，一次動態(tài)交互設(shè)計操作就相當(dāng)于幾次甚至于十幾次靜態(tài)交互設(shè)計操作，從而使設(shè)計人員感到非常方便，明顯地提高了設(shè)計效率。在程序研制過程中，本人結(jié)合參與山區(qū)公路和平原地區(qū)高等級公路及立交設(shè)計的經(jīng)驗，盡量使程序功能貼近設(shè)計者的需要，通過幾項實際工程設(shè)計的考驗，證明該軟件具有較好的實用價值和廣泛的適用性。
　　本軟件采用ADS-C語言編制，在AutoCAD for Windows12.0版以上的環(huán)境下運行。軟件的主要特點如下：

1　充分利用AutoCAD軟件的強大功能

　　Aut0CAD是由美國的Autodesk公司推出的計算機輔助設(shè)計軟件，是目前在各設(shè)計單位非常流行的應(yīng)用軟件。AutoCAD實質(zhì)上是一個圖形數(shù)據(jù)庫，它有非常完善的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和圖形算法。設(shè)計者所作的每一次圖形建立或修改操作，實際上就是通過AutoCAD的各項功能來修改圖形數(shù)據(jù)庫，而屏幕上所看到的圖形只不過是數(shù)據(jù)庫的一種圖形反映而已。因此，AutoCAD軟件實際上是采用"事件型"應(yīng)用程序的開發(fā)來實現(xiàn)各項功能的。所謂"事件型"程序就是各應(yīng)用程序分別從圖形數(shù)據(jù)庫提取數(shù)據(jù)，然后又將計算結(jié)果放回到圖形數(shù)據(jù)庫中去，使圖形數(shù)據(jù)庫中的相應(yīng)記錄得到修改，從而使屏幕上的圖形同時得到修改。各應(yīng)用程序只對某一個"事件"即某一項功能負責(zé)，而各應(yīng)用程序相對獨立，它們之間不發(fā)生直接的聯(lián)系，這就使應(yīng)用程序的開發(fā)只需考慮如何從圖形數(shù)據(jù)庫提取數(shù)據(jù)，如何修改圖形數(shù)據(jù)，而不受其他應(yīng)用程序的影響，給軟件開發(fā)工作帶來很大的便利。AutoCAD軟件還允許用戶采用Autolisp語言和C語言等開發(fā)應(yīng)用程序，允許用戶在圖形數(shù)據(jù)庫的記錄中寫入用戶外部數(shù)據(jù)，進行二次開發(fā)工作，正是由于AutoCAD軟件具有上述優(yōu)點，因此，全世界有數(shù)以萬計的用戶在AutoCAD平臺上進行專業(yè)CAD軟件的開發(fā)工作。

2　較強的設(shè)計管理能力

　　本軟件能在同一圖形文件中同時設(shè)計多條道路及其立交匝道，每一條道路或匝道都由設(shè)計者賦予一個道路名稱，并且可根據(jù)需要隨時改名。每 條道路的設(shè)計互不干擾，并且每一個圖形文件可隨時存盤，下一次設(shè)計時只需將圖形文件調(diào)入AutoCAD即可繼續(xù)進行。每一個圖形文件同時能設(shè)計的道路長度及道路條數(shù)只和計算機內(nèi)存大小有關(guān)，和軟件本身無關(guān)。為此，曾在一臺具有32M內(nèi)存的普通586微機上進行試驗，結(jié)果表明，軟件能處理一條具有1萬個變坡點和10萬個地面高程點的道縱斷面設(shè)計，這相當(dāng)于一條1000公里以上長度的道路縱斷面設(shè)計，完全能滿足各種道路工程設(shè)計的需要。

3　靈活的動態(tài)交互功能

　　軟件充分體現(xiàn)了動態(tài)交互的特點，凡修改設(shè)計的命令均采用選取操作對象，然后用動態(tài)拖動操作對象的方式進行。動態(tài)拖動可以沿任意方向或沿設(shè)計者指定的樁號、高程或縱坡方向拖動，并可以按照設(shè)計者指定的樁號、曲線半徑或縱坡的變化及步長進行拖動。操作對象的拖動幅度相對于鼠標(biāo)移動距離的比例也可任意調(diào)整，從而使設(shè)計者可以精確地進行設(shè)計的微調(diào)，直到滿意為止。拖動方式及步長的調(diào)整可以在拖動過程中利用熱鍵和對話框的方式進行，非常方便。為適應(yīng)不同設(shè)計者和不同場合的需要，在拖動過程中也可以利用熱鍵方式完成設(shè)計參數(shù)的鍵盤交互輸入。當(dāng)設(shè)計者對所作的設(shè)計修改不滿意時，使用程序?qū)ｉT設(shè)計的撤消功能，可以很方便地撤消前一次修改，直到恢復(fù)原有設(shè)計為止。

4　比較完善的動態(tài)數(shù)據(jù)檢查和動態(tài)高程控制檢查功能

　　在拖動設(shè)計過程中，程序隨時檢查數(shù)據(jù)(坡度、坡長或豎曲線半徑)的合理性，自動防止相鄰豎曲線出現(xiàn)"穿袖"等不合理情況，并作相應(yīng)的提示。
　　設(shè)計者可以根據(jù)需要，在任意樁號設(shè)置高程控制點。在拖動過程中，可通過熱鍵動態(tài)顯示拖動范圍內(nèi)各控制點樁號的設(shè)計高程、控制高程及它們之間的差值，使設(shè)計者很快作出滿足高程控制點要求的設(shè)計。高程控制點可采用拖動方式進行移動，不需要時可隨時刪除。

5　內(nèi)容豐富的信息查詢功能

　　程序還具備了豐富的信息查詢功能，其內(nèi)容有設(shè)計線要素表、技術(shù)指標(biāo)查詢、控制點查詢表，設(shè)計高程、地面高程和填挖高度等內(nèi)容的動態(tài)查詢，查詢指定樁號之間的路基土石方數(shù)量等。

6　適應(yīng)能力強的繪圖功能

　　用戶可自行定義縱斷面設(shè)計圖的幅面大小、標(biāo)注欄的順序和欄寬、字體大小、標(biāo)注內(nèi)容及其精度等多項要求，并可以工作文件的形式儲存定義信息，便于日后使用。

7　友好的用戶界面

　　操作命令的選取均用鼠標(biāo)在下拉式菜單中進行，人機對話在彈出式對話框中進行，所有屏幕揭示均采用漢字揭示。