基于GIS最优路径技术的铁路选线研究

摘要

铁路选线最优路径问题属于带约束多目标最优化问题，其最终方案的确定既要考虑科学技术因素、又要考虑社会经济因素，还要考虑自然环境因素。传统的选线方法主要依靠设计者的经验和水平，对各种影响因素难以做到综合权衡。随着计算机技术的飞速发展和数字地图的日渐兴起，基于数字地图的人机交互选线设计系统研究正成为当今铁路选线的发展方向。在国家自然科学基金面上项目(51078361)的资助下，本文从铁路选线与GIS最优路径分析技术相结合的角度出发，对基于GIS的铁路选线辅助设计方法开展了以下研究工作:
　　第一，对铁路选线的相关理论和国内外的研究现状进行了归纳和总结。
　　第二，对影响铁路选线的众多因素进行分析，建立铁路选线影响因素指标体系。综合运用系统工程、优化理论及模糊理论，提出基于模糊属性层次模型的指标权重计算方法。
　　第三，根据数字地形模型的思想，以ArcGIS的最优路径分析技术为工具，充分结合铁路行经区域内的地形、地质、地物和环境数据，对每个影响因素栅格图层的栅格单元赋予相应的属性值，用以表示铁路经过不同栅格单元的成本费用，构建铁路选线分析模型。
　　第四，基于Visual Basic.NET编程语言、Microsoft SQL Server2005数据库以及ArcEngine组件技术对ArcGIS进行二次开发，开发出基于ArcGIS的铁路选线辅助设计系统。本系统不仅可以对单因素和多因素影响下的线路走向分别进行分析，还可以对最优路径方案做进一步的细化设计，实现了线路平面的快速绘制和曲线要素的自动标注。
　　最后，以彰朋至五原新建铁路设计为例对基于ArcGIS的铁路选线辅助设计程序进行测试，设计最优线路方案。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究的背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．2．3 国内外研究目前存在的问题

1．3 本文研究内容、方法及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究方法

1．3．3 技术路线

2 相关理论基础

2．1 基于三角模糊数的属性层次模型

2．1．1 模糊理论概述

2．1．2 三角模糊数

2．1．3 基于三角模糊数的属性层次模型

2．2 最优化理论

2．2．1 最优化问题的一般形式

2．2．2 最小二乘问题的解法

3 地理信息系统在选线领域中的应用

3．1 地理信息系统

3．1．1 地理信息系统概述

3．1．2 ArcCIS

3．2 基于GIS的选线方法

3．2．1 基于GIS的情景选线

3．2．2 基于GIS的模型选线

4 基于GIS最优路径分析技术的铁路选线方法研究

4．1 基于GIS最优路径分析技术的铁路选线

4．1．1 基本思想

4．1．2 选线流程

4．2 影响因素分析

4．2．1 主要影响因素选取原则

4．2．2 主要影响因素的选取

4．3 影响因素权重确定

4．4 选线分析模型

4．4．1 模型的建立

4．4．2 数据的处理

5 基于ArcGIS、VB及SQL的开发基础

5．1 ArcGIS软件的二次开发

5．1．1 基于MO的二次开发

5．1．2 基于ArcMap应用框架定制开发模式

5．1．3 脱离ArcMap应用框架的ArcObjects开发模式

5．1．4 基于ArcGIS Engine的开发模式

5．2 基于SCR脚本文件的图形自动绘制

5．2．1 SCR脚本文件

5．2．2 利用SCR绘制图形

5．3 Visual Basic与SQL数据库的连接

5．3．1 连接过程

5．3．2 连接实例

6 基于ArcGIS的铁路选线程序设计

6．1 程序分析及结构设计

5．1．1 程序分析

6．1．2 实现环境

6．1．3 结构设计

6．1．4 功能设计

6．2 数据库的设计

6．2．1 数据需求和数据来源

6．2．2 数据库结构设计

6．3 系统功能实现

6．3．1 系统界面

6．3．2 文件菜单栏

6．3．3 GIS分析功能模块

6．3．4 选线设计模块

6．3．5 自动绘图功能模块

6．3．6 用户管理模块

7 实例应用

7．1 工程概况

7．2 单因素最优路径分析

7．3 因素权重计算

7．4 综合因素最优路径分析

7．5 生成SCR文件及实现CAD自动绘图

8 结论和展望

8．1 结论

8．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要的研究成果

致谢