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《兰州交通大学》 2016年
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基于GIS的铁路走向辅助决策系统研究

季志博  
【摘要】:铁路数字化选线是一个涉及多学科,多专业知识相互交叉融合的新领域,其中信息化测绘、虚拟现实以及计算机仿真是支撑其发展的重要手段。近年来,选线设计的BIM化、三维地理环境建模和选线设计系统的实现技术已成为业界的研究热点。选线设计与计算机、现代测绘信息技术的结合日益紧密,尤其是在基于GIS的选线设计研究方面取得了较大进展。但整体而言,选线设计初始方案的生成,尤其是线路走向决策方面受工程师主观因素影响较大。目前还缺少成熟的决策软件来自动生成较为优化的线路走向方案。论文结合GIS强大的数据管理和空间分析决策功能,利用ArcGIS中的数据管理和空间分析工具,研究开发基于GIS的铁路走向辅助决策系统。研究内容主要包括以下几个方面:(1)构建基于GIS铁路走向辅助决策的层次分析模型。根据铁路走向影响因子的选取原则,选择课题研究中所需的选线影响因子,将其归类分层,构建适合于转换为成本栅格数据集的线路走向决策层次分析模型,并根据层次赋权法和专家调查法赋予模型中各层指标相应的权重值。(2)创建包含相关选线因子的成本栅格数据集。在ArcGIS中,通过对地理数据库的数据进行矢量转栅格,栅格数据赋值,成本栅格叠加等操作,将决策层次分析模型中的影响因子按照各自对应的权重值叠加到综合成本栅格数据集中,成功实现了决策过程中对各选线影响因素的综合考虑。(3)在ArcGIS中实现线路走向的选定。在ArcGIS中,利用成本距离算法和成本回溯链接算法对成本栅格数据集进行连续搜索计算,最终生成起始点到目标点间的最低成本路径,实现了两点间线路走向的选定。(4)开发基于GIS的铁路走向辅助决策系统。利用ArcGIS Engine组件,基于C#.NET对ArcGIS进行二次开发,生成了基于GIS的铁路走向辅助决策系统,该系统界面友好、操作便捷,决策者可利用系统综合考虑选线各影响因素,实现选线初期线路走向的自动生成。经工程实例验证,该辅助决策系统特别适用于可研(预可研)阶段的铁路走向设计,能够合理确定全局最优的线路走向方案,提高选线效率。
【关键词】:GIS 铁路走向 辅助决策 最低成本路径 成本栅格
【学位授予单位】:兰州交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:P208;U212.32
【目录】:
  • 摘要4-5
  • Abstract5-10
  • 1 绪论10-19
  • 1.1 论文研究背景和意义10-11
  • 1.2 研究现状及发展动态11-16
  • 1.2.1 线路勘测设计的国内外研究现状及发展动态11-14
  • 1.2.2 地理信息系统的国内外研究现状及发展动态14-16
  • 1.3 当前研究存在的问题16-17
  • 1.4 本文主要研究内容与技术路线17-19
  • 1.4.1 论文主要研究内容17-18
  • 1.4.2 论文主要技术路线18-19
  • 2 基于GIS最优路径分析的选线原理及相关知识介绍19-30
  • 2.1 概述19
  • 2.2 影响铁路走向的主要因素分析19-21
  • 2.2.1 基于GIS铁路走向影响因子的选择原则20
  • 2.2.2 基于GIS铁路走向辅助决策系统中选线因子的选取20-21
  • 2.3 决策分析方法21-24
  • 2.3.1 层次赋权法的基本步骤22-23
  • 2.3.2 层次赋权法的计算方法23-24
  • 2.4 基于栅格数据的最优路径分析原理24-29
  • 2.4.1 源和成本的概念24-25
  • 2.4.2 成本距离算法的基本思想25-28
  • 2.4.3 成本回溯链接算法28-29
  • 2.5 本章小结29-30
  • 3 ArcGIS中线路走向决策的实现30-50
  • 3.1 概述30
  • 3.2 地理空间数据库的建立30-38
  • 3.2.1 Geodatabase数据模型30-31
  • 3.2.2 地理数据库的设计31-32
  • 3.2.3 数据的获取及预处理32-35
  • 3.2.4 创建地理数据库35-38
  • 3.3 构造铁路走向决策分析模型38-41
  • 3.3.1 建立决策层次结构模型38-39
  • 3.3.2 权重因子的确定39-41
  • 3.4 最优路径分析41-49
  • 3.4.1 最优路径分析实现的总体思路41-42
  • 3.4.2 综合费用模型的建立42-47
  • 3.4.3 最低成本路径的生成47-49
  • 3.4.4 形状的修饰49
  • 3.5 本章小结49-50
  • 4 基于GIS的铁路走向辅助决策系统设计及其功能介绍50-66
  • 4.1 概述50
  • 4.2 GIS软件二次开发方式50-51
  • 4.2.1 宿主式GIS二次开发方式50
  • 4.2.2 组件式GIS二次开发方式50-51
  • 4.2.3 开源式GIS二次开发方式51
  • 4.3 基于 C#.NET 的 Arc GIS Engine 组件式二次开发基础51-52
  • 4.3.1 C#与.NET 关系介绍51-52
  • 4.3.2 ArcGIS Engine介绍52
  • 4.4 系统开发与运行环境52-53
  • 4.4.1 系统开发环境52
  • 4.4.2 系统运行环境52-53
  • 4.5 系统结构设计53-54
  • 4.5.1 数据存储与组织53-54
  • 4.5.2 系统功能设计54
  • 4.6 系统功能介绍54-65
  • 4.6.1 系统登录54-57
  • 4.6.2 基本操作模块57-58
  • 4.6.3 数据管理模块58-60
  • 4.6.4 图形编辑模块60-62
  • 4.6.5 走向决策分析模块62-64
  • 4.6.6 生成纵断面图模块64-65
  • 4.7 本章小结65-66
  • 5 工程应用66-73
  • 5.1 概述66
  • 5.2 工程概况66-67
  • 5.3 实例分析67-72
  • 5.3.1 线路走向决策分析67-71
  • 5.3.2 验证分析结果71-72
  • 5.4 本章小结72-73
  • 6 结论与展望73-75
  • 6.1 主要结论73-74
  • 6.2 研究展望74-75
  • 致谢75-76
  • 参考文献76-79
  • 附录 专家问卷调查表79-81
  • 攻读学位期间的研究成果81

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