本文综合分析铁路既有线改建设计的特点,综合应用线路勘测设计基本理论,计算几何及几何造型学,计算机图形学,科学计算可视化以及CAD技术等,较系统和全面地研究了现代路线CAD系统中数字地面模型、图形与数据互动式交互设计、铁路既有线线形模型与交互设计、拢口查询等关键技术的原理、方法及应用。主要取得了如下研究成果：1.研究采用实现了一种快速整体构建DTM的算法,该算法基于逐点插入算法的主要思想,在海量数据管理、内存优化、快速构网及地性线处理等关键过程作了大量优化和改进,并研究了整体建网技术,使得一次处理的点数无上限,生成整体连续无缝的三角网,避免了以往算法在处理海量地形点数据时的分块处理,建网速度在普通PIV微机上达到了80000-85000个三角形／秒,同时考虑了地性线的处理,保证了数模的精度。实践证明,该算法具有整体性好、速度快、网形优、精度高、用途广等优点。2.基于既有线改建设计涉及线路多,参照关系复杂的特点提出了分段参照设计方法,并建立了基于分段参照设计方法的线形模型。在该模型中充分考虑改建线路之间及其与既有线的关系,只需要简单的输入设计线交点相关数据便可快速自动地生成全线贯通的设计线。3.应用最优化原理,实现了适用于偏角法与坐标法的单、复曲线拨量的自动优化计算,解决了既有线曲线整正优化问题。4.应用二阶差商方法和最小二乘原理,利用三步循环法进行变坡点的自动识别的方法。根据轨面线数据快速准确的识别出变坡点的位置,拟合出既有线坡度,具有速度快、效果优的特点。5.参考传统纵面设计模型,结合既有线改建的特点开发了既有线改建纵面设计模块,除实现传统纵断面计算机辅助设计功能外,还实现了自动提取既有线纵断面数据、抬落道量信息动态显示、最小道床厚度动态检测等既有线纵面改建特有的功能。6.根据改建既有铁路设计的特点开发了拢口计算机辅助设计模块,实现了拢口范围自动搜索、拨接段平、纵信息查询、拢口平而图绘制、拢口详细横断面图绘制等计算机辅助设计功能。7.根据研究成果,研发了“改建铁路线路数字化辅助设计系统”(ERDAS),并成功应用于实践。