基于DXF 接口文件的铁路枢纽网络数字化模型构建

骆 晖，方琪根，王保山

（1.中铁第四勘察设计院集团有限公司 线路站场设计研究院，武汉 430063；2.北京交通大学 交通运输学院，北京 100044）

铁路枢纽位于铁路网的交汇点，由多条线路、多个车站及其他设施、设备组成。若用文本或表格等形式表现其结构特征和信息，不易表述清晰，且在枢纽车站布局、规模、联络线设置[1]等设计方案发生改变时，设计人员难以直观地考察各方案的枢纽客货运输能力的情况。因此，需要通过图形化界面向用户演示枢纽的结构特征，以及线路、车站等实体及其属性[2]，并对枢纽能力进行计算。根据不同设计方案生成铁路枢纽客货运输能力结果，并通过图形化界面显示给用户，便于用户查看各种设计方案对应的枢纽能力，从而对枢纽设计方案有更清晰、直观的理解[3-4]。

因此，本文结合我国铁路枢纽设计研究的实际情况[5]，利用AutoCAD 的铁路枢纽网络设计文件，生成数字化的铁路枢纽网络[6]，为研究铁路枢纽结构、优化铁路枢纽布局提供数据支撑[7-9]。

1 铁路枢纽设计文件格式

AutoCAD 计算机辅助设计软件广泛应用于二维绘图和三维设计等领域。它的数据文件主要有DWG、DWS 和DXF 等格式。其中，DXF 为文本形式，保存了AutoCAD 有关图素的详细信息，是普遍使用的AutoCAD 外部接口文件。

1.1 DXF 文件结构

DXF 文件主要由标题段（Header）、表段（Tables）、块段（Block）、实体段（Entities）和文件结束段（Eof，End of file）5 部分组成。

DXF 利用行存储数据，每2 行为1 组，第1 行为组的代码，第2 行为组的值，1 个组代表1 个数据，本文为了表述方便，将DXF 文件的内容简化，如表1 所示。虽然DXF 文件结构复杂，但只要根据需求获取建模所需实体段就可以完成相应实体的提取。

表1 信息表述样例

表1 右侧是本文采用的形式，即将左侧DXF 文件中用两行表示的组码和组值放在同一行中，并用“::”符号将两部分分开。

1.2 铁路枢纽网络设计样例

图1 是AutoCAD 软件绘制的某铁路枢纽的局部样例，为展示细节，将紫色框框定的部分区域放大。由图1 可看出，用AutoCAD 设计的枢纽图中，主要有2 种图素：线条和文字。线条都是由多段线（pline）绘制的，包括2 种：用闭合的6 边形表示车站；用不同颜色的线条表示铁路线路。文字是单行文字（dtext），是对闭合6 边形的标注，表示车站名称。

图1 AutoCAD 绘制的某铁路枢纽局部样例

设计人员在生成枢纽图时，利用AutoCAD 图形分层组织的特性，将不同的线路绘制在不同的图层上，为枢纽网络数字化建模提供了较大便利。

2 DXF 枢纽网络图信息格式

2.1 线路信息

由于不同的线路存储在不同的层上，且用线路名命名图层，所以只需从DXF 中读出层的定义就可得到枢纽范围内的线路信息。层的定义在表段只出现一次。DXF 文件中的图层信息格式如下：

其中，“100::AcDbSymbolTableRecord”是符号定义；“100::AcDbLayerTableRecord”表示后续若干信息是对1 个图层的描述；“2::京沪铁路”中“京沪铁路”是图层的名称；“62::7”表示图层的颜色。第4、6 行信息本文没有采用，因此没有给出说明（后面DXF 文件信息格式中没有用到的信息也一并忽略）。

2.2 车站名称

车站名称是单行文字，存储在实体段，且隶属于指定图层。单行文字信息格式如下：

其中，“100::AcDbText”引导一个单行文字信息；“10::2 235.15”表示单行文字的x坐标；“20::1 258.66”表示单行文字的y坐标；“30::0.0”表示单行文字的z坐标；“40::1.35”表示文字的高度；“1::高里”表示单行文本信息是“高里”。

2.3 车站外型

车站外型是用多段线绘制的六边形，存储在实体段，且隶属于指定图层。车站外型信息格式如下：

其中，“100::AcDbPolyline”引导一条多段线信息；“90::6”表示多段线由6 个点组成；“70::1”表示多段线闭合；组码10 和组码20 表示一个点的（x，y）坐标，本文列出了多段线经过的2 个点的（x，y）坐标，后面的点省略。

2.4 线路组成

2.4.1 直线绘制

铁路线路用多段线绘制，存储在实体段，且隶属于指定图层。区间线路信息格式如下：

其中，“100::AcDbEntity”表示当前在实体段；“8::京沪铁路”表示后面的信息属于图层“京沪铁路”；“100::AcDbPolyline”表示这是一条多段线；“70::0”表示多段线不闭合；组码10 和组码20 给出了多段线的第1 个点的坐标（x，y）的值。

2.4.2 曲线绘制

在绘制多段线时，有时会插入曲线，区间线路信息中有圆弧的信息格式如下：

其中，“42::0.18”表示一段圆弧，它的凸度是0.18，这个值是该圆弧所对圆心角的1/4 角的正切值，如图2 所示。

图2 凸度计算示意

建模时，为了降低模型的复杂度，可把多段线中的曲线部分分割成若干段小的折线，将区间线路统一用折线表示。

3 数字化枢纽网络模型

建立数字化的铁路枢纽网络模型，需从DXF 文件中读取铁路枢纽有价值的信息，把线路、车站、区间等实体的特征数据合理、有效地组织、关联起来，生成既相对独立又相互联系的有机整体，为后续研究工作提供数据支持。

3.1 数据结构定义

（1）线路索引数据结构

如表2 所示，线路ID 通过人工分配；线路名称来自DXF 接口文件，数据长度为49；线型和颜色可继承DXF 中对应的涂层的线性和颜色值；年度/车种是否可用信息则需要通过信息加工模块补充完善。

表2 线路索引数据结构

（2）车站信息数据结构

如表3 所示，fPnts 记录的六边形顶点坐标来自DXF 文件中的闭合多段线信息；车站名称来自DXF文件的单行文本信息，数据长度为49，但文本信息与车站的绑定需要经信息加工模块人工完成；车站类型需人工定义。

表3 车站信息数据结构

（3）区间线路组成信息数据结构

表4 中所有字段信息都来自DXF 文件相应内容。

表4 区间线路组成信息数据结构

（4）车站区间连接信息数据结构

如表5 所示，当AutoCAD 格式的设计资料较规范时（区间线路的端点都落在六边形内），则iStaFID 和iStaTID 可在模型生成时自动填入；区间线路的运营方向则需通过信息加工模块后期人工赋值。

表5 车站区间连接信息数据结构

3.2 铁路枢纽网络数字化模型生成

根据铁路枢纽实体的特征数据在DXF 文件中不同的表现形式，设计并编制图层处理模块、多段线处理模块和单行文字处理模块，提取实体的关键信息，生成网络数字模型，该方法的架构如图3 所示。

图3 枢纽网络数字模型生成方法架构

模型生成阶段，通过批量读入DXF 接口文件，生成铁路枢纽网络数字化模型的主要数据，同时，利用信息加工模块补充区间线路运营方向、线路的年度/车种运用属性等AutoCAD 设计资料中不能体现的数据。

信息加工模块提供对车站、线路等实体的修改功能，在没有DXF 文件时也能创建网络模型。

3.3 网络模型应用

设计专业的人员根据研究的需要，在网络数字化模型基础上叠加业务数据，计算评价指标，分析网络可能存在的问题，探寻优化方案。如图4 所示，在网络模型基础上，根据线路的功能和径路的费用分配列流，计算并展示线路的能力利用率。

图4 某铁路枢纽线路能力利用率局部

图4 中用颜色定性地表示线路能力利用率，也可以添加标注的形式，定量显示线路的运量和利用率。该铁路枢纽网络数字化模型数据信息主要来自DXF 文件，区间线路和车站的连接关系（图4 紫框部分）由信息加工模块批量添加，区间线路的运营方向（图4 绿框部分）在信息加工模块经人机交互加入。

4 结束语

本文设计的基于DXF 接口文件的铁路枢纽网络数字化模型生成方法，已基于VS2013 编码实现，并应用于铁路枢纽能力检算图形化系统中。使用结果表明：本文设计的方法，可以准确地读取铁路线路、车站和区间线路的组成信息，经过信息加工模块的辅助处理，生成完整的铁路枢纽网络数字化模型，建模便捷、数据完整，能够为研究、评价铁路枢纽提供数据支撑。