高速铁路实景三维线路设计关键技术与重大工程应用-西南交通大学

1、、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

2、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

3、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

4、，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

5、】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

6、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

7、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

8、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

9、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Web3陳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

10、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

11、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

12、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

13、，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.X2011 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ZL20131070212922016 年 4月27日第2042750号

14、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ZL20131061265262016 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 佥V、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ZL20131033989952016 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

15、三维航 空遥感地质解译 方法中国ZL20111005443312013 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ZL201510740892.32016 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ZL201510545723.42015 年 8月31日第2288011号中南大学缪鹍,谭智广， 王紫阳,刘丹， 毛晓

16、林,董晔， 李琛授权发明专利一种铁路既有曲中国ZL2013 年4第冃白韩吉明、授权中南大学缪鹍、线的拨距计算方月22日田家凯、法201310131904355戴智、9611.X6号周为、李琛、谭智广、董晔软件著作线路协同设计平中国ZL2014 年9软著登字中铁第一勘授权第集权台系统V1.02014SR13月3日0801589察设计院2347号团有限公司软件著作真头感场景线路中国ZL2014 年9软著登字中铁第一勘授权第集权设计系统V1.02014SR13月3日0801387察设计院2145号团有限公司七、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

17、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

18、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咼精度立体实景模型生成与量测 方法，完成了咼精度立体模型生成与量测的核心算法研究，解决了咼精度带状工程无 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，研究了长大咼速铁路场景自动化建模与咼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对本项目推荐书中“主要科技创新”栏所 均做出了创造性贡献。提出了线路信息建模理 系的总体框架；提出了线路-结构物-环境耦 方法，解决了复杂环境下的线站协

19、同优化难题 纵横、线路与线路间、线路与相关专业间的关 线形快速整体智能重构与改建方法，解决了既 计难题；提出了铁路线路整体建模与简化方法 交互式可视化。姓名朱军工作单位西南交通大学技术职称教授对本项目推荐书中“主要科技创新”栏所 性贡献。提出了基元组合与多层次空间语义约 实现了实景环境与高速铁路线路模型的动态融 突破了多领域协作建模的难题，形成了高速铁 整套核心技术体系，为高速铁路实景三维线路 化引擎支撑。姓名王玮工作单位中铁第一勘察设计院集团有限公司技术职称工程师对本项目推荐书中“主要科技创新”栏所 点4 (1)( 3)均做出了创造性贡献。作为核 生成与量测方法，并进行了系统实现。研究J 技

20、术，解决了矢量及虚拟模型在无缝立体真实 设备实现了立体实景中的交互量测、三维绘图 线路设计平台的实施与构建，并参与项目推广姓名李伟工作单位中南大学技术职称讲师行政职务无斤列创新 2、创新3-( 4)和创新4-(2) 里论与方法，构建了铁路数字选线技术体 耦合约束条件下的铁路点线协同优化理论与 页；提出了参照线形模型，实现了线路平 联协同设计；提出了既有铁路的平纵面 乐有线与增改建线之间的时空关联耦合设 扎实现了大规模铁路线路场景实时三维排名4完成单位西南交通大学行政职务无斤列创新点3和创新点4 “均做出了创造勺束的高速铁路线路自动三维建模方法， 社合，通过将领域知识和建模操作分离， 失路场景自

21、动化建模与高效官理分析的一 各设计平台的建立奠定了三维建模与可视排名5完成单位中铁第一勘察设计院集团有限 公司行政职务无斤列创新点1、创新点3- (2) (3)和创新心成贝研究了咼精度带状实景三维模型的 r自适应多级缓存、gpu加速计算等关键匸场景中的实时展现问题，通过人机交互 可及设计建模。参与了高速铁路实景三维实施工作。排名6完成单位中南大学行政职务无对本项目推存书中 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

22、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

23、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

24、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 咼性能展示分析。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

25、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

26、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

27、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

28、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

29、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；参与咼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，负责咼速铁路场景的自动建模、咼效管理与咼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