李方软件的由来与发展Word下载.docx
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我对他说我想跟他学习试编道路设计程序。
他找了本《719计算机算法语言》交给我让我自学，从编小程序启步，有问题再去找他。
我当时没经费，他就让我每周末到电算室看他预约的时间，我可以到时候利用他使用机器的空闲时间上机。
那时的计算机就像小房间那么大，编程序要先用笔在纸上“写稿”，然后在黑色的卡纸带上利用穿孔机按八进位数穿孔，随之借助读带机读入，检查是否有编写错误或穿孔错误，并以检查语法错误的形式打印出来，即所谓通程序。
通过资料学习，我决定编一套纵断面优化程序。
具体编程则是从横断面面积计算开始的，先将由图纸或实测获得的横断资料进行边坡拟合简化处理，有幸的是，效果出奇的好，误差很小，其精度经检验能满足初步设计的要求。
我在这个基础上花了不小的力气，终于完成了适应于各种不同填、挖横断面的面积计算子程序，旗开得胜。
经过整整一年的苦战，通过许多种优化方法编程试验，我终于在1977年9月完成了国内第一个道路CAD程序——《道路纵断面优化程序》。
在我承担设计上海佘山上山公路任务时，曾实际应用了这套程序，获得了满意的结果，让佘山天文台在建造这条旅游公路时，既节省了投资和减少原地貌被破坏，又保证了稀缺石料的供应。
后来浙江省交通设计院在利用这套程序优化北高峰上山公路和甘肃省公路设计院利用这套程序优化两条公路的原设计时，也都取得了节省投资的效果。
我想，靠我一人的力量太微薄了，于是给几个大公路设计院与大学道路专业发函，无偿地在同济大学开办了“道路设计软件培训班”，由我一人讲课，内容从719算法语言（类似ALGOL语言）讲到各种语句，再由程序框图讲到子程序，又以分析我编的《纵断面优化程序》为例，组织大家编写道路设计程序，为期长达三个月。
参加的人有：
部公规院的王鸣岗和梅芳两人、公路一院的葛起华、公路二院的秦曾德、陈光贤和谈金鑫等六人、同济大学的张廷楷与景天然两老师、南京工学院的王富年和相卫老师，西安公路学院的张雨化教授与钟孝顺老师、重庆交通学院的高光秀老师、北京工大的吴默知等二位老师，连我一共19人。
这算是我国最早进入道路CAD领域“吃螃蟹”的人，由于各种原因，有些后来“改行”了。
二．在联邦德国期间获得的成果与奠定的基础
我国改革开放的重要标志之一，是大量向国外选派留学生。
1979年夏天，同济大学留德预备部成立，我被选入“太学生班”，41岁的我开始了为期一年的脱产德语学习。
1980年9月，我与高廷耀、项海帆、汪品仙成为同济第一批幸运儿被联邦德国“洪堡基金会”批准授予洪堡奖学金赴德从事科学研究，相当于博士后学习，我的课题是《公路平面与纵断面设计优化方法的研究》，负责我研究工作的是德国著名道路工程专家、达姆斯塔特工业大学瓦尔特·
杜尔特教授。
1981年2月，我记得是中国农历大年三十抵达的德国。
很有意思的是，我一见到杜尔特教授，他就谦虚地对我说：
“李教授（其实我当时还是讲师，但在德国我们被统称为‘客座教授’），你搞的东西我不懂，我只是你的‘照料者’。
以后你有什么问题尽管找我，我帮你解决”。
在他的安排甚至陪同下，我不仅参观了大量道路管理部门、设计部门、研究部门，拜访了许多大学和那里的专家，搜集了各种各样难得的、非常有益的资料（比如从联邦德国交通部获赠的、内容极为丰富的《互通式立交设计图集》等等），甚至到波鸿大学及国际著名的“荷伊希·
波斯菲德交通技术公司”各实习了一个月。
当然更重要的，是在杜尔特教授的领导下从事德国道路设计方法的学习和我的课题的研究工作。
在我到达德国的时候，微机还只有苹果8位机，大学计算机房都是装备的IBM带终端的“大型机”。
算法语言用的是FORTRAN，程序通过卡片穿孔读入计算机。
我不得不再从新学一门“语言”，不论是程序调试，还是计算成果，都只能在一叠叠打印纸上表现。
通过长达一年十一个月和比起现在不知艰难多少倍的工作条件下的苦苦奋战，在即将满期的时候，我向杜尔特教授交出了一份德文论文：
《利用搜索法与动态规划法相结合进行公路平面与纵断面设计优化的研究》。
杜尔特教授和我自己对这项成果都很满意。
其实话说回来，这样的成果我在国内未必做不出来，只是当时工作条件不如国外。
因为那时还没有真正的道路CAD软件，即使在德国，那时刚进入市场、才被少数人使用的还只是小小的“可编程计算器”，几乎没有公路设计人员使用它，有人编了一些公路计算公式的小程序，录入磁卡，插入专用的计算器，在设计道路计算某些数据时，把它用来作为小工具以提高效率而已。
我到德国去的最大收获，是见识了当时在中国还没有的高速公路以及学习到了德国特有的公路设计方法——曲线形设计法。
利用这种方法在设计公路进行纸上定线时，通常需用三套透明尺，一是普通带刻度直尺，二是按一定比例制作、具有不同半径并带刻度的圆曲线尺，三是公路设计专用的回旋曲线尺，这种回旋曲线尺同样标了比例，更重要的，每个尺子只代表一个回旋线参数A值，尺边也有刻度，表明的是该点处的曲率半径。
具体纸上定线时，就是根据设计者希望选择的线位利用这三套尺子逐段划线连接而成。
连接当然要考虑衔接处的切向一致和曲率连续性，比如通常直线应该和回旋线原点衔接、回旋线终点曲率半径应和圆曲线半径相同等等。
诚然，和我们熟知的道路设计方法一样，特殊情况时是允许有一些机动的。
关于曲线形设计法，其实在德国洛伦茨著《公路线形与环境设计》一书早有论述，只是与上述做法有一些区别。
由于在德国时的研究任务所限，我并没有对曲线形设计法做很多探索，只是了解和熟悉其设计过程而已。
但就是这个了解和熟悉，对我后来关于曲线形设计法的理论研究及其在“李方软件”中的开发应用起了关键的核心作用。
1982年底我结束洪堡学者的研究任务回国后，有些公路和铁路设计院请我去对这种陌生的方法作尽可能详细的介绍。
由于当时我国高速公路还没开始建设，所以在已习惯于直线型设计方法的中国铁路和公路设计院，都没把这种方法的运用提到日程上来。
但是，这些并没有阻碍我对曲线形设计法的理论研究。
三．"
的准备阶段
1）《公路初步设计程序GLCBSJ》的开发与推广
1983年，也就是我回国后的一年间，主要着力于我国当务之急的道路CAD程序的开发。
鉴于当时的软、硬件条件，程序语言用的是BASIC及TrueBASIC。
因为那时航空摄影资料的应用在国内还十分欠缺，数字地面模型的研究和在道路设计上的应用也是空白，我所采用的地形数据来源还只能局限于各种途径获得的纸质地形图，数据完全从选定路线范围的带状地形图人工读取。
这里，应该提及同济大学1984年毕业的一名学生（非常抱歉的是，现在我连他的名字也一时想不起来了）。
我当时指导他的毕业设计，任务就是利用纸质地形图，按三角网或方格网方法采集带状数据建立地面模型，根据我1977年编制的优化程序中的路线设计方法编制一套《公路初步设计程序》。
结果令我非常满意，虽然由于编程经验和技巧的缘故，离实际应用相差甚远，但那读取方格网带状地形图数据建立数字地面模型的具体做法被我后来开发《公路初步设计程序》时采纳了，并获得成功。
完成的程序被我命名为GLCBSJ。
1984年我在广州的“华南公路协作网”会议和在黄山的全国性公路会议上做了《利用计算机进行公路设计》的报告，并将有关GLCBSJ的计算理论和程序介绍写成文章《公路初步设计微机化》发表在了《公路》杂志上。
自此，我便开始了推广公路计算机应用的全国之行。
第一个买我程序的是中国人民解放军南京工程兵学院，连同源程序，400元。
第一个应用GLCBSJ的是安徽省公路设计院。
当时的安徽省正好有“合宁高速公路”初步设计任务（开始计划是建一级公路），交通厅厅长和设计院院长听了我的报告后找到我，被告知任务必须在一个半月内完成，希望我务必在拿到地形测量资料前就去合肥开始前期工作。
我向他们要了杨勇、胡刚、殷岳川等五名大学生（后来都成了安徽省以致全国的道路CAD骨干），从1984年8月底逐步拿到地形测量资料，到10月中旬，全国第一条用计算机设计的108公里的合宁一级公路安徽段初步设计任务如期完成了。
审定会在10月24日由副厅长主持召开，并决定向交通部申请按高速公路进行施工图设计。
在安徽进行GLCBSJ推广的同时，我还应湖南省和广东省设计院的要求，去长沙与广州帮助开发应用。
那时还没有现代的微机，比如安徽是可带数个终端的8位机****，湖南是TQ16，广东是法国进口的SOLAR机。
算法语言也不统一，可见推广应用之艰难，我记得平均每天我得在计算机旁工作10小时以上。
后来开始有只用软盘的微机在市场推出，我便亲自帮安徽和广东省设计院买了第一台微机，每台3万多元。
自此，GLCBSJ软件日臻成熟，知名度也逐日激增，许多省都邀请我去讲课、购买软件。
虽然当时的GLCBSJ已经从不可编译的BASIC改进为编译BASIC，但是许多单位以希望弄懂原理为由，要求提供源程序，一来当时对源程序并不在意，二来碍于面子，有些“爱纠缠的”也就给了他们。
于是便有缺乏职业道德的事发生了：
广东省院的某工把我的GLCBSJ拆分成几个部分，改头换面，变成了他研发的程序进行转让，广告竟发到了我的手里；
山东省某市政院，甚至拿着从我这里买去的GLCBSJ直接向省内有关设计院销售。
。
2）《公路技术设计程序GLJSSJ》的开发与推广
GLJSSJ程序其实是在GLCBSJ推广的同时就开始研发的，但完善和应用则是在1985年合宁高速公路施工图设计前后。
1984年10月中旬合宁一级公路初步设计通过审定后，安徽省公路设计院院长对我说：
“等年底交通部把初步设计通过了马上就要开始施工图设计，明年务必再来合肥！
”我义不容辞地满口答应了。
果然，1985年初接到院长通知，合宁路改成高速公路进行施工图设计，让我赶去合肥。
我当时横断面设计子程序还没完成，便想了个捷径：
我让设计总负责人施明富总工程师把合宁高速可能遇到的横断面结构物草图全部画给我，我将每一种断面结构编一个小子程序，直接根据需要按桩号分段调用。
两天时间画程序框图，三天时间上机调程序。
一个至今为止最简单、最实用的合宁高速公路横断面专用设计程序就这么完成了。
当然，后来推广的GLJSSJ程序还是经过市场调查逐渐改进，能适用于各种地形和横断面要求的。
这个程序的发展和在全国推广，应该归功于现辽宁省交通厅副厅长、我的得意门生刘政奎。
刘政奎1983年从同济大学毕业，是我带的毕业论文。
当时我刚从德国回来，结合我在德国的研究成果出了个空前绝后的难题给他，要他在3个月的毕业论文期间里利用我提供的一张山区地形图，采用我教给他的优化方法，编一个包括平、纵、横设计与土石方计算的程序，以土石方工程量为目标函数优化出回头弯的最佳位置。
三个月一到，他按期交给了我一份非常出色的成果，完成的论文令我惊叹，被我推荐发表在当年《同济大学优秀毕业论文集》上。
从中也让我发现他是个十分难得的人才，既聪明，又刻苦，将来必有成就。
后经我推荐分到了当时的西安公路学院任教。
1984年和1985年，他又先后两次到安徽和河南，一边细读我的源程序，一边配合我开发软件，帮助我工作。
1986年6月，我因参加国家七五攻关项目“高等级公路路线CAD系统”调动到了南京工学院（即现东南大学），没有时间再在GLJSSJ上下功夫了，便将全部源程序送给了刘政奎。
他在此后的几年中以他惊人的毅力，花费了大量的精力，几乎跑遍全国进行推广与程序完善，使不计其数的大小公路与市政设计院第一次用上了道路CAD软件。
四．第一代"
的孕育和诞生
1）与北方交大王莉的“鸿雁传书”
王莉是1978年在北方交大读硕时被她导师推荐到上海来找我而认识的。
她研究生毕业留校后被派到比利时进修了一年，回国时对方赠送了她一台微机和随机的AutoCAD软件，记得还是2.0以下版本，可是在中国人还几乎完全不了解AutoCAD是个什么东西的时候，我意识到了这可是个对我非常有用的好工具！
于是我和王莉商定，由我推导数学模型，她用Autolisp语言编程和计算出结果，共同探索按曲线形设计理论、利用AutoCAD平台开发道路CAD软件的途径。
那时没有互联网，唯一的交流方法就是写信，我们几乎平均每周往来一封信，虽如鸿雁传书，但却找不到一句情话，全部是探讨数学模型和程序验证的正确与否。
不到一年下来，大家手上都有了对方写的厚厚的一叠，后来因为写文章需要，她把我寄给她的全部信件装订好了寄回给我，我竟自己也为之一惊。
这个阶段我完成的主要成果，就是现在许多道路CAD软件中采用的基本模式法理论，后来发表在了《公路》杂志上。
这项成果是曲线形设计方法在我国道路CAD中得到应用的主要根基之一。
2）国家七五攻关项目与吴伟的贡献
吴伟是我在同济大学时具体指导的硕士研究生，我给他选定的论文题是：
《利用动态规划法搜索公路平面线最佳走廊的研究》，毕业后早于我一年接受我的建议来到南京工学院。
从1986年到1990年底，我作为国家七五攻关项目“高等级公路路线CAD系统”的技术负责人并不直接参与编程，而具体研制“互通式立交CAD”子系统的就是吴伟。
吴伟在这期间所做的主要工作有：
A.在国内率先对回旋线直角坐标计算式的精度进行了详尽的研究和分析。
回旋线直角坐标计算式是无穷级数，但此前我国公路设计中只用2至3项，这在互通式立交设计时，通常将使曲线线位产生极大的偏差。
通过研究，吴伟给出了回旋线直角坐标计算式在不同项数时的精度曲线，为此后曲线形设计法在我国的应用奠定了重要的基础；
B.基于曲线形设计法编制了用于阿波罗（Apollo）机的互通式立交设计计算程序。
由于时限等原因，当时的程序没有交互功能，也还不能自动计算立交布线需要输入的某些原始数据，我则编制了一套辅助程序予以配合，福建省公路设计院的陈忠潮工程师也通过研究在某公路专业杂志上发表了一篇文章，提出了计算复合曲线模式法中所需某些几何数据的有效方法。
3）第一代"
的诞生
由于阿波罗机应用的滞后和微机的迅速发展与推广，公路设计人员需要一套能用于微机的道路与互通式立交CAD软件。
为了尽快满足市场要求，在吴伟、我和现东南大学交通学院常务副院长丁建明教授等人的努力下，采用了多种计算机语言编制成一套应用于微机的CAD程序，其功能不仅包括各等级公路的平、纵、横各阶段设计与绘图以外，还包含了利用曲线形设计方法的互通式立交设计子程序。
这个子程序的特点，其实就是解决了互通式立交平面设计中若用导线法设计将不能解决或计算误差太大的难题，同时设计方法简单易行。
这套微机程序系统由于在国内最早采用了由我对德国曲线形设计法进行总结和提出的数学模型，后来在道路CAD发展中被称为第一代"
鉴于当时我国高速公路发展还在初级阶段，这套软件用户仅十几个省级设计院，不过我们不仅推广了这些软件，而且直到吴伟出国前，我们还一起设计了河北省、浙江省和广东省城区及高速公路上的多座互通式立交。
更重要的是，它纠正了此前用手工计算时因回旋线计算精度过低导致设计计算错误的问题。
五．第二、三、四代"
的发展历程
1）凌九忠与ICAD——“李方软件”最显赫的里程碑
现江苏省交通规划设计院总工程师凌九忠是1989年考取我的硕士研究生的。
因为客观条件限制，第一代“李方软件”还不是在AutoCAD平台开发的，但到1990年底凌九忠开始进入论文阶段时，不仅已有微机可提供给他使用，而且微机用盗版AutoCAD2.62版已很普及。
我因在与王莉合作时就深深体会AutoCAD作为道路CAD软件开发平台的优越性和美好前景，便要求他用Autolisp语言开发具有交互功能的第二代“李方软件”，还把王莉完成成果的Autolisp语言源程序交给了他。
经过一年多的勤奋工作，凌九忠开发出了第二代“李方软件”的雏形。
可惜的是，Autolisp语言是可读的开放式语言，源程序无法加密，加之程序功能还不够完善，1992年春程序还未及推广，他就毕业了。
在他分到江苏省交通规划设计院时，科室里只有两台微机，根本轮不到他用来开发软件，而那时可用C语言作二次开发的AutoCAD11.0版已问世，我便花11500元买了一台当时还算不错的微机给他放在家中，把用Autolisp语言写的成果立马改写成C语言，并对程序进行充实与市场化。
果然不负我之所望，第二代“李方软件”《交互式道路与互通式立交CAD软件系统ICAD》在1995年推向了市场。
在“李方软件”的发展进程中，ICAD及其作者凌九忠的贡献是最大的，主要有：
A．ICAD在国内道路CAD软件中率先采用了交互式功能，使得过去只能先给出数据，等计算完毕后再利用绘图工具获得图形，把成果形象化表达出来的设计手段，改变成了在给定数据的同时随时获得图形，并可边设计边修改，直至满意为止。
不仅大大提高了设计功效，而且能有效提高设计质量；
B．完善了曲线形设计方法在道路与互通式立交CAD中的应用，其中不仅包括我提出的模式法、积木法，而且在这个基础上将复合曲线的模式法综合提高，使之扮演了我国至今为止设计互通式立交公认最佳工具的角色，它成为了此后“李方软件”的精髓，长盛不衰；
C．创造性地发明了用二进制数据代表横断面设计中各项具体特征的方法，把极为复杂的横断面设计要求变成了一系列简单明了的设计元素值和单一的特征码。
“李方软件”虽然经过十几年的发展，但这个思路由于它的优越性至今也未被改变，成为了“李方软件”中横断面设计的经典。
2）刘洪波与DICAD开发组
刘洪波在1988年由东南大学毕业后分到山东工业大学，1990年以带薪方式考取我的研究生，1993年研究生毕业因成绩优秀由我出资支付违约金和归还两年多读研期间的工资而将他留在了东南大学任教。
鉴于刘洪波的自身条件和兴趣，在读研阶段我就为他创造了最好的学习和工作条件，比如提供给他最好的微机，支付高出其他研究生十倍的生活补助，通过关系安排他到江苏省交通规划设计院电算中心学习最新进口软件INTERGRAPH和INROAD……。
他只比凌九忠晚一年入学，根据软件发展的需要，我大胆地安排了他在还没进入论文阶段就进行第三代“李方软件”平面部分的开发研制工作，他不仅对回旋线的精度作了更深入的分析，推导了按要求的设计精度决定回旋线展开式项数的重要公式，有效地用于程序开发中，更借助从INROAD中学习到的拖动技术，将第二代“李方软件”中曲线形设计法的静态设计革新为动态拖动，而且还按我的思路和要求，创造性地利用积木法开发出了运用新的导线法极为方便地设计五单元弯道线形（亦称“带有缓和曲线的复曲线”）的功能。
这项五单元设计技术包括国内外至今还只是“李方软件”所独有。
早在刘洪波研究生还没毕业的时候，我就将这第三代“李方软件”的平面设计子系统推向了市场，并因其功能之大和效率之高受到广大用户的欢迎。
完整第三代“李方软件”的开发还是1994年以后的事，因为工程兵学院的袁宏教授早就向我提出，在可能的情况下可否协同开发一些东西？
他的研究生肖斌在到东大旁听我的研究生课程时我也发现很有天赋，于是便组织了一个由刘洪波、袁宏、肖斌与我共同研发DICAD的小组，平面与横断面由刘洪波负责，纵断面由袁宏负责，三维建模由肖斌负责。
为了让刘洪波能充分利用业余时间，和凌九忠一样对待，我花了11000元也买了一台微机放在他家中用于开发软件。
通过4年多的共同努力，第三代“李方软件”《动态交互式道路与互通式立交CAD软件系统DICAD》在1998年问世。
除了上述刘洪波在平面设计子系统中所做革新以外，他在横断面设计子系统中对第二代“李方软件”也作了重要的改进。
如前所述，ICAD的横断面设计需要建立一系列边坡文件，而DICAD虽然仍是利用该原理，但却改革成了图形交互方式，将建立一系列边坡文件的工作变成了建立一系列直观、易修改、易调用的边坡模板，有效提高了用户使用的便易性。
袁宏在纵断面设计子系统中按照开发小组对“动态”的要求，除将ICAD该部分的界面做了全面革新以外，还增加了不少实用的指令。
肖斌开发的三维建模子系统实际是在他的研究生成果基础上按市场化要求完善而成，功能在当时尚属先进，特别在建立互通式立交三维模型上有其优势，能较好满足道路与互通式立交设计的要求。
3）肖斌、袁宏与EICAD
为了更好组织大家研发软件，我在1998年10月满60岁时就打报告退休了，并立马于1999年2月底申请注册了“李方广华软件开发有限公司”。
我对大家说：
“我开公司的目的有三：
一是培养高水平的软件开发人才；
二是研发出高质量的道路CAD软件；
三是共同富裕。
”此外，我还主动向大家提出：
“虽然我组织大家利用我提出的理论开发软件，但我年纪大，钱不重要，而你们年轻人今后需要钱的地方比我多得多，所以软件的版权我不要，谁开发软件，版权归谁。
”
遗憾的是，在公司成立才一年多，我就发现DICAD的开发主力、我最信赖和耗费心血最多的学生刘洪波出于私利与大家离心了，他私下另外编制了纵断面设计子系统，与他编制的DICAD平面与横断面设计部分合成了另一套完整的程序，背着DICAD开发小组在外转让，虽然我推心置腹地找他谈了几小时的话，希望他能丢弃私心继续与大家合作，可是毫无效果。
我盼望大家齐心合力不断研发高水平道路CAD系列软件的理想开始破灭了。
2000年的一天，还在我们努力推广DICAD的同时，我向肖斌和袁宏透露了刘洪波的背离行为和肯定要离去的信息，布置他俩立即重新开发更高水平的平面设计与横断面设计子系统。
他们意识到形式紧迫，便毫不犹豫地承诺下来。
因为觉得DICAD的设计功能不够集成化，便决定在“集成”二字上做文章，并取名第四代“李方软件”名称为《集成交互式道路CAD系统EICAD》。
肖斌年轻，精力充沛，便决定开发理论性强、难度较高的平面部分，袁宏则开发横断面部分与修改纵断面部分。
当时肖斌对平面设计的理论掌握得还不够踏实，开始编出的程序计算结果老是不对，我们便不断边讨论、边修改，直到各项验算通过为止，袁宏对横断面的许多细节把握不准，我们几乎每天一个电话反复切磋。
随着时间一天天推移，编程技巧一天天提高，软件开发也一天天进展。
DICAD原来需要许多项命令一步步执行的工作，现在只要一个命令、用一个对话框进行必要的选项就可完成，设计和修改的功效显著提高，虽然又综合、增加了很多客户提出的新功能，但命令却反而减少了许多，界面也更漂亮、更实用了。
值得一提的是，肖斌还按照我的要求，将五单元设计功能提高到了七单元，后来在正式推广时，一位山西省的用户竟然出乎我的意料用这个命令一步设计了一个单喇叭立交的线位，令我惊奇。
同样，袁宏开发的纵、横断面部分理所当然地也作了不少集成和新的补充与改进。
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