8.7.2.2 IfcAlignmentHorizontalSegmentTypeEnum（平面线形段类型枚举）
8.7.2.2.1 语义定义
IfcAlignmentHorizontalSegmentTypeEnum 指示平面线形段（IfcAlignmentHorizontalSegment）的段类型。平面线形段可以从几何视角和运动学视角进行观察。近年来，运动学视角的重要性日益凸显。特别是现代轨道设计中，该枚举根据这一发展进行了详细定义。
平面线形段的运动学视角
运动学视角的核心参数是车辆在行驶过程中因方向改变引起的横向加速度。在平面线形中，这由线段的曲率表示。根据曲率值可进行以下分类：
| 曲率 | 段类型 | 枚举值 |
|---|---|---|
| 0 | 直线 | LINE |
| 在整个段中恒定，<> 0 | 圆弧 | CIRCULARARC |
| 沿段变化 | 具有线性曲率变化的过渡段 | CLOTHOID, CUBIC |
| 沿段变化 | 具有非线性曲率变化的过渡段 | HELMERTCURVE, BLOSSCURVE, COSINECURVE, SINECURVE, VIENNESEBEND |
平面线形段的几何视角
传统视角在IFC路线文档相关的业务术语上下文中被称为几何视角。在现代计算机出现之前，路线设计使用"传统"绘图技术进行。在计算机化的第一阶段，这种起源导致首先在x,y空间中进行表示，然后在第二步检查安全相关属性。这在1980年或更早实施的规范中仍然可见。当然，基于这些规范产生的设计体现了文档精度中的"足够好"态度。
在后期阶段，可以观察到运动学视角的重要性日益增加。在这里，横向加速度（平面线形和超高布局）和垂直加速度（纵断面线形）的精确控制变得普遍。设计师开始使用高性能过渡弯道，特别是在高速场景中。在运动学视角中，连续段之间的精确曲率拟合需要比传统几何视角的"足够好"方法更好。核心术语例如"急动度"、"理论超高"或"欠超高"。
给定曲率的内禀x,y坐标的通用计算
对于每个具有已知曲率公式的平面线形段，存在计算段内禀坐标的通用方法。
$$\displaylines{ \varphi(s) = \int d \varphi = \int \kappa(s) \ d s \\ x(s) = \int cos \ \varphi(s) \ d s = \int cos( \int \kappa(s) \ d s \ ) d s \\ y(s) = \int sin \ \varphi(s) \ d s = \int \sin( \int \kappa(s) \ d s\ ) d s }$$
警告
"足够好"的传统设计在纳入高精度3D模型之前应仔细检查。可能需要进行中间修正。幸运的是，无论是在经典几何视角还是在较新的运动学视角中，回旋曲线在可比较的文档质量下都表现良好。幸运的是，绝大多数水平过渡弯道都是作为回旋曲线设计和实施的。
建议
检查相关网络的适用规范。路线设计本身在道路或轨道的使用寿命期间非常稳定。特别是对于旧设计，应非常仔细地检查可用文档的质量和精度。在实现高精度BIM环境与遗留文档系统之间的自动化数据流之前，应明确了解限制条件。这既适用于遗留的中央数据库，也适用于遗留的单个文档。
使用的符号及其含义
| 符号 | 含义 | 单位、值范围 |
|---|---|---|
| L | 段的完整长度 | 正长度 L > 0 |
| s | 段上的当前位置 | 0 < s < L |
| ξ | = s / L（希腊字母"xi"）沿路线/轨道中心线的标准化无量纲路径长度 | 0 < ξ < 1 |
| κ | （希腊字母"kappa"）平面图（平面线形）中路线/轨道中心线的曲率（半径倒数） | 1/半径 |
| κ1 | 平面图（平面线形）中路线/轨道中心线起始处的曲率（半径倒数） | 1/半径 |
| h | 用于计算的质心线在地面平面中高于轨道中心线的高度 | 长度 |
| ψ | （希腊字母"psi"）超高角（横坡角、倾斜角） | 弧度 |
| φ | （希腊字母"phi"）方向角（方位角、轴承角） | 弧度 |
| x(s) | 路线/轨道中心线在地面平面中投影的可变纵向坐标 | 长度 |
| y(s) | 路线/轨道中心线在地面平面中投影的可变横向坐标 | 长度 |
术语
内禀坐标，路线段的内禀坐标系：
内禀坐标系的原点是段的起点。正x轴的方向是段的起始方向。
8.7.2.2.2 类型值
| 类型 | 描述 |
|---|---|
BLOSSCURVE（布洛斯缓和曲线） |
布洛斯过渡是较新形式的高性能过渡弯道。于1936年提出，现在在几个铁路网络中使用。没有建立的粗略几何近似。
基本公式（曲率） $$ \displaylines{ \xi = \frac{s}{L} \\ \kappa(s) = \kappa_{1} + (3 - 2\xi) \ \xi^2 \ \Delta \kappa } $$ |
CIRCULARARC（圆曲线） |
在几何视角中，它表示沿圆形路径连接两点的线段。在动态视角中，它表示对移动车辆具有恒定横向加速度的段，即恒定曲率。 基本公式（曲率） $$ \kappa = const, \kappa <> 0 $$ |
CLOTHOID（回旋曲线） |
在几何视角中，回旋曲线表示两点之间的连接，其中曲率半径沿段以恒定速率变化。回旋曲线是几何学的早期成就，也称为欧拉螺线或科纽螺线。在计算机广泛普及之前，由于标准化回旋曲线表的可用性，它在道路和铁路设计中变得非常流行。适当应用所谓的回旋曲线常数可以为在两个连续恒定曲率段之间集成回旋曲线段所需的所有相关参数提供快速解决方案。在大多数情况下，回旋曲线平滑了直线和圆弧之间的曲率。 在动态视角中，它表示由曲率引起的横向加速度变化率恒定的段。回旋曲线的运动学特性既减少了列车对轨道施加的力，改善了列车乘客的旅行体验，也通过避免方向盘的突然移动减少了汽车驾驶员的压力。 回旋曲线作为平滑段的运动学优势也适用于当前使用的所有其他过渡弯道。 基本公式（曲率） $$ \displaylines{ \xi = \frac{s}{L} \\ \kappa(s) = \kappa_{1} + \xi \Delta \kappa }$$ |
COSINECURVE（余弦缓和曲线段） |
余弦过渡。余弦过渡在1868年已被讨论。随着高速铁路的出现，它被应用于生产设计中。例如，它安装在日本的高速线路上。 基本公式（曲率） $$ \displaylines{ \xi = \frac{s}{L} \\ \kappa(s) = \kappa_{1} + \frac{1}{2}(1- cos(\pi\xi) \ ) \Delta \kappa } $$ |
CUBIC（三次抛物线） |
在IFC中，CUBIC表示x和y坐标遵循三次公式的过渡段。 通用公式 $$ y = a \cdot x^3 + b \cdot x^2 + c \cdot x + d $$ 很早就发现，将a设置为"1 / 6RL"，将b、c和d设置为0，在许多情况下可以得到足够好的回旋曲线近似。 路线的三次公式 $$ y = \frac{x^3}{6 \cdot R \cdot L} $$ 由于三次曲线的手动计算比理论上正确的回旋曲线容易得多，三次过渡作为"足够好"的替代曲线变得非常流行。 基于早期设计规范的许多遗留路线中仍然可以找到三次过渡弯道。也存在包含新设计三次过渡的规范。 显然，简单近似无法满足运动学正确轨道设计的所有要求。例如，通过使用足够好的三次曲线来降低设计成本，经常忽略切线连续性的要求。 三次曲线有两种变体，称为三次抛物线或三次螺线，将偏角的正弦或余弦设置为0。 |
HELMERTCURVE（赫尔默特曲线） |
赫尔默特曲线或赫尔默特过渡是高性能过渡弯道的早期例子。相关科学和工程现在广泛接受，回旋曲线的线性变化在速度高于125公里/小时时会对运行的列车产生不良的运动学影响。 在几何视角中，赫尔默特段是相同长度的两部分的组合，它们镜像相同的曲率半径变化。一个粗略的近似被称为双二次抛物线。
基本公式（曲率） $$ \displaylines{ \xi = \frac{s}{L} \\ \text{前半部分: } \kappa(s) = \kappa_{1} + 2\xi^2 \Delta \kappa \\ \text{后半部分: } \kappa(s) = \kappa_{1} + ( 1 - 2 (1 - \xi)^2) \Delta \kappa } $$ |
LINE（直线） |
在几何视角中，它表示两点之间的直线连接。在动态视角中，它表示曲率值为0的段。这意味着没有横向加速度作用于移动车辆。 基本公式（曲率） $$ \kappa=0 $$ |
SINECURVE（正弦曲线） |
正弦过渡或正弦曲线过渡于1937年提出。曲率函数由一个周期的正弦函数构成。正弦曲线的特点是在端点具有特别有利的平滑特性。与回旋曲线相比，它的长度是两倍。
基本公式（曲率） $$ \displaylines{ \xi = \frac{s}{L} \\ \kappa(s) = \kappa_{1} + ( \xi - \frac{1}{2\pi}sin(2\pi\xi) \ ) \Delta \kappa } $$ |
VIENNESEBEND（维也纳曲线） |
维也纳弯道(R)是一种创新的轨道几何过渡元素。优化工作不是分析车辆在轨道平面上的运动，而是针对轨道上方特定高度的质心线。 因此，平面线形中线的路径也受到超高布局的影响。曲率公式的第一部分像其他过渡弯道一样从基本函数组装。附加项包含超高角"ψ"和质心线高度"h"，这是维也纳弯道(R)独有的。该项导致在x,y布局中产生与主方向相反的小运动。 曲率公式 $$ \displaylines{ \xi = \frac{s}{L} \\ \psi(s) = \psi_1 + \Delta\psi \cdot \xi^4 \cdot (35-84\xi + 70\xi^2-20\xi^3) \\ \kappa(s) = \kappa_{1} + ( \Delta \kappa \cdot \xi^2 \cdot (35-84\xi + 70\xi^2-20\xi^3) \\ \hspace{3em} -420 \cdot \frac{h \Delta\psi}{L^2} \cdot (1 - 4\xi + 5\xi^2 - 2\xi^3)) \cdot \xi^2 } $$ |
8.7.2.2.3 形式化表示
TYPE IfcAlignmentHorizontalSegmentTypeEnum = ENUMERATION OF
(BLOSSCURVE
,CIRCULARARC
,CLOTHOID
,COSINECURVE
,CUBIC
,HELMERTCURVE
,LINE
,SINECURVE
,VIENNESEBEND);
END_TYPE;