基于GIS的线路空间结构物分布方法研究

摘要

铁路选线设计的水平对测绘技术、信息化发展具有较高的依赖性，基于GIS的自动化选线设计技术一直是研究热点，涉及线路走向确定、方案比选、地质选线、三维虚拟仿真等各个方面。但是铁路选线实质就是按照一定的技术标准和设计要求，选定线路空间位置并合理分布路基、桥梁、隧道、涵洞、车站等空间结构物。选线的水平更多地依赖于专家的决策水平，要实现选线设计的智能化，就是要仿照专家的决策思想，不断从既有案例中进行学习总结，实现既有案例的管理、分析、挖掘、再学习，从而不断提升选线设计的智能化过程。而利用GIS可以有效实现对既有案例的分属性管理，利用其强大的空间分析功能，使得模拟专家的决策思想成为可能。
　　其中线路空间结构物的优化分布是实现线路智能决策的重要环节，结合GIS强大的数据管理和分析功能，设计既有案例的多属性管理模型，采用多维空间相似理论模拟专家决策思想，研究开发基于GIS的线路空间结构物分布优化方法，可为线路的智能决策提供一定的技术支持。为此，论文主要研究以下内容:
　　(1)基于GIS的工程案例多属性划分及数据库设计
　　在收集工程案例的基础上，分析得到影响各线路空间结构物（路基、桥梁和隧道）分布的主要工程属性，在Excel表格中对所收集案例的工程属性和单价进行整理。在GIS中创建文件地理数据库，利用导入数据的功能将Excel表格导入其中，完成数据库的建设。
　　(2)线路多维空间相似理论算法设计及相似度计算
　　借助于GIS的数据分析及筛选功能，构建基于多属性的线路多维空间相似算法，并在GIS中设立相应的算法表达，在文件地理数据库中完成与拟建工程相似度最高的工程实例的匹配。
　　(3)基于空间多维相似理论结构物单价自动估算方法
　　将相似度最高的工程案例的单价作为基数，通过比较拟建工程项目与此工程案例找出存在差异的工程属性，借助于GIS的数据分析与筛选功能、线性内插的方法得到这些差异对单价的影响系数，以基数与各系数的乘积表示拟建工程项目中各线路空间结构物的估算单价。
　　(4)基于GIS的线路空间结构物优化分布算法
　　以路基、桥梁、隧道综合造价最优为目标函数，设计线路空间结构物优化分布函数，选取不同的路桥，路隧分界高度组合，以某线路部分长度区间结构物分布为例，进行结构物单价估算，得到初步的可行结果，采用多组合循环迭代的方法即可获取最优的分布方案。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 研究现状及发展动态

1．2．1 铁路选线的国内外研究现状及发展动态

1．2．2 基于GIS的选线设计的国内外研究现状及发展动态

1．3 本文主要研究内容与技术路线

1．3．1 论文主要研究内容

1．3．2 论文主要技术路线

2 基于GIS的线路方案提取方法

2．1 基于GIS的铁路选线主要数据类型

2．1．1 数字线划地图

2．1．2 数字高程模型

2．1．3 数字栅格地图

2．1．4 数字正射影像图

2．2 基于GIS的线路平面位置确定方法

2．2．1 基本思想

2．2．2 综合因素成本栅格数据集生成

2．3 基于GIS的线路的纵断面生成

2．4 本章小结

3 基于多维空间相似理论的结构物单价估算方法设计

3．1 概述

3．2 工程案例库模型建立

3．2．1 工程案例入库因子确定

3．2．2 工程案例库设计

3．3 空间多维相似度计算

3．3．1 空间多维相似度计算公式

3．3．2 ArcGIS中的查询表达式

3．3．3 GIS中空间多维相似度计算方法

3．4 基于空间多维相似度理论的单价估算方法

3．5 本章小结

4 线路空间结构物分布的优化方法

4．1 概述

4．2．1 目标函数的数学模型

4．2．2 临界高差(变量)设计

4．2．3 计算流程

4．3 工程应用

4．4 方案比选

4．4．1 方案分析

4．4．2 方案比较

4．5 本章小结

5 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 研究展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果