Вопросы проектирования автомобильных дорог
Рассматривая методы построения инфраструктуры ГПД для автомобильных и железных дорог, автором была предложена инфраструктуру получения геопространственных данных, показанная на рисунке 1.2.
Инфраструктура геопространственных данных автомобильных и железных дорог – это система пространственно- временных данных полученных для различных объектов железных и автомобильных дорог, в результате изысканий, проектирования, строительства, эксплуатации и управления недвижимостью, предназначенная для сбора, обработки, хранения, моделирования и распространения информации.
Основополагающим этапом в этой системе является производство инженерных изысканий, которые служат базой для следующих производственных этапов.
Главной задачей изысканий является информация о местности с точностью и полнотой, отвечающей требованиям выбора оптимальной трассы и мостовых переходов. Созданное геодезическое обоснование в процессе изысканий должно служить основой для последующего выноса проекта в натуру (на местность).
Информация о результатах изысканий должна обрабатываться и выдаваться в таком виде, который обеспечивал бы автоматизированное проектирование. Установление информационной ёмкости материалов, получаемых в процессе изысканий, их представление в виде ГИС является важной задачей. Под трассой понимается пространственное положение продольной оси автомобильной дороги. Оптимальной принято считать трассу, которая обеспечивает строительство и надежную эксплуатацию дороги с заданными характеристиками, удовлетворяет ограничениям, накладываемыми нормами проектирования и имеет технические показатели, оптимизирующие значения численного критерия эффективности. Обычно трасса представляется в виде ее проекции на горизонтальную (план) и вертикальную (продольный профиль) плоскости.
Геометрия трассы определяется рельефом местности, продольный профиль характеризуется отметками земли в точках перелома и пикетов, а проектная линия бровки земляного полотна – рабочими отметками в тех же точках.
В сечении трассы нормальной плоскостью получают поперечный профиль, на котором проектируют земляное полотно, дорожную одежду и искусственные сооружения. Выбор трассы должен соответствовать техническим требованиям, изложенным в строительных нормах и правилах. В СНиП 2.05.02 – 85 и СНиП 11.02.96 ограничиваются уклоны трассирования, величины разностей уклонов в местах перелома проектной линии профиля, длина минимального элемента профиля, отметки проектной линии в фиксированных точках. В плане ограничиваются углы поворота трассы, радиусы круговых кривых, расстояние между началом и концом круговых и переходных кривых, величина радиуса вертикальных кривых, длина переходных кривых.
Можно выделить основные принципы проектирования автомобильных дорог, изложенные в работах [152, 153]:
а) нахождение рационального положения трассы и ее объектов относительно окружающего ландшафта;
б) получение оптимальных условий эксплуатации дороги;
в) разработка рациональных параметров объектов;
г) определение объемов и стоимости строительства.
Информация о местности должна обладать также и такими характеристиками, как объективность, необходимая точность, полнота, детальность.
В состав технического проекта строительства автомобильных дорог входит план трассы, на котором фиксируются горизонтальные положения пикетов, плюсовых точек, главных точек кривых, по которым определяется длина отдельных участков и трассы в целом. Также продольный профиль трассы, включающий графы «пикеты» и «расстояния», где указаны горизонтальные проложения прямых участков и горизонтальных закруглений трассы. Дальнейшие расчеты и составление соответствующей документации осуществляется относительно пикетажа и горизонтальных расстояний, указанных на плане и профиле. Однако реальное положение строящейся дороги является пространственным, и ее истинная (фактическая) длина не указана и не учитывается в проектной документации, что приводит в проекте к занижению фактической длины дороги и, как следствие, к уменьшению объемов земляных работ и дорожной одежды.
В последующем происходит некорректный вынос на местность проектного положения осей сооружений. По этой же причине при исполнительных и контрольных съемках выявляются отклонения проектных и фактических данных, что особенно существенно проявляется в холмистой, предгорной и горной местности. Значительное влияние на несоответствие проектной и фактической длины трассы оказывает и отсутствие в проекте учета длин вертикальных кривых, так как в пикетаже плана и продольного профиля они учитываются как прямые горизонтальные участки, а в ведомости «прямых и кривых», где определяется длина трассы, вообще отсутствуют.
Задача выбора оптимального положения трассы решается также и в трехмерном пространстве, но ее однозначное решение аналитически в настоящее время не разработано.
В РФ автоматизированным проектированием автомобильных дорог занимаются большое количество научно-производственных организаций [13, 67, 186, 188]. Наибольшее распространение получили программные продукты фирм Gredo-Dialogue (г. Минск), IndorCAD (г. Томск, МАДИ), РОСДОРНИИ (г. Москва).
Физическую сущность автоматизированного проектирования плана и продольного профиля рассмотрим на примере программы «Gredo – Дороги» [14], фрагмент профиля, показан на рисунке 1.3. Проектируемые 3D полилинии основной оси трассы проекта состоят, как правило, из двух 2D полилиний, каждая из которых является моделью плана или продольного профиля. Каждая из этих моделей определена в своей системе прямоугольных координат: XY – для плана оси; ПК и Н – для профиля оси.
При этом пространственная длина 2D полилиний профилей этих объектов вычисляется так же, как и длина 2D полилиний их плана, а именно – как сумма длин элементов, составляющих геометрические модели этих полилиний. 2D полилинии плана и 2D полилинии их профилей, также описываются отрезками прямых, дугами окружностей и парабол 2-й и более высоких степеней (бикубические сплайны, дугами разнообразных переходных кривых и т.д.)
Однако длина 2D полилинии профиля практически всегда будет больше длины 2D полилинии плана.
В настоящее время в РФ изменяются нормы и правила для проектирования автомобильных дорог в соответствии с Европейским соглашением о международных автомагистралях (ЕЭК ООН) и Межправительственным соглашением по сети азиатских автомобильных дорог (ЭСКАТО ООН). Очевидно, что назрела необходимость разработать способ определения пространственной длины трассы, который должен быть включён в соответствующие нормативные документы.