（道路与铁道工程专业论文）基于GIS的GRASDSS的系统集成及人机界面研究.pdf

摘要 我国铁路环境保护“十五”计划己明确指出在铁路建设项目的前 期工作阶段，研究并实行绿色选线制度。 本文来源于国家自然科学基金项目“铁路绿色选线的理论体系及 决策支持技术的研究”( 5 0 5 7 8 1 6 0 ) ，运用系统分析和多目标决策的理 论和方法，以地理信息技术为主要技术支撑，以决策支持技术为核心 理论，从铁路选线阶段的环境影响问题出发，设计出友好的人机交互 界面并实现铁路绿色选线决策支持系统( g r e e nr a i l w a ya l i g n m e n t s e l e c t i o nd e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ，简称g r a s d s s ) 的集成。 论文主要工作如下： 1 综合分析铁路绿色选线内涵，对前人研究成果进行吸收并做出 改进：多个线路方案确定后，重新建立评价指标体系并且采用大量定 量预测值，提高了预测的精度。 2 根据g r a s d s s 的设计目的与原则，设计友好、亲切的人机 界面并完成系统的集成。充分利用v b n e t ( v i s u a lb a s i c n e t ) 与 m a p x 的良好兼容性在n e t 平台下嵌入m a p x 组件，通过编程实现 缩放、删减等基本功能以及专题图、数据绑定、缓冲区、缓冲区分析 等选线必备功能，确定线路的敏感走廊并实现线路方案确定后对多个 方案的比选。 3 以宣杭线增建第二线为实例，对g r a s d s s 进行应用分析。首 先初步确定评价因子，运用地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o n s y s t e m ，简称g i s ) 专题图分析功能，对拟建线路沿线进行环境敏感性 总体分析，估计铁路拟建地区对环境破坏的承受能力。通过建立拟建 地区敏感等级图确定敏感走廊以指导选线。线路方案确定后，重新用 矩阵法筛选评价指标体系，采用层次分析法确定指标体系中各因子的 权重，运用基于g i s 的图形叠置法对方案进行综合评价，得到综合环 境影响值，从而得到多个方案在考虑环境因素下的优劣情况。 关键词铁路绿色选线，决策支持系统，人机界面，缓冲区分析 a bs t r a c t t h en a t i o n a l “t e n t hf i v e ”p l a no fr a i l w a ye n v i r o n m e n tp r o t e c t i o nh a s p o i n t e do u tc l e a r l yt h a tt h e g r e e nr a i l w a ya l i g n m e n ts e l e c t i o n s h o u l db e s t u d i e da n dp u ti n t op r a c t i c e b a s e do nt h e p r o j e c ts u p p o r t e db y n a t i o n a ln a t u r a ls c i e n c e f o u n d a t i o no fc h i n a ( 5 0 5 7 816 0 ) ，t h et h o u g h t sa n dm e t h o d so fs y s t e m a t i c a n a l y s i sa r ea d o p t ，m u l t i o b j e c t i v ed e c i s i o nm a k i n gm e t h o di sa p p l i e d s y n t h e t i c a l l y , g i s ( g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o ns y s t e m ) i su s e da si t s i m p o r t a n ts u p p o r t i n gt e c h n i q u e ，d s sa si t sc o r et h e o r y , r a i l w a ya l i g n m e n t e n v i r o n m e n ti m p a c tf a c t o r sa s s t a r t i n gb a s e ，f r i e n d l ym a n m a c h i n e i n t e r f a c ei sd e s i g n e da n dt h ei n t e g r a t i o no fg r a s d s s ( g r e e n r a i l w a y a l i g n m e n ts e l e c t i o nd e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ) i s r e a l i z e d t h e m a i nw o r ko ft h i sp a p e ra r ea sf o ll o w s ： 1 t h ec o n n o t a t i o na n di n f l u e n c ef a c t o r so ft h eg r e e nr a i l w a y a l i g n m e n t s e l e c t i o na r e a n a l y s i s e d ，t h ep r e v i o u s a c h i e v e m e n t sa r e a b s o r b e da n ds o m en e wi m p r o v e m e n t sa r em a d eo u t ：t h en e wi n d e x s y s t e mo fe n v i r o n m e n t a li m p a c ta s s e s s m e n ts h o u l db er e b u i l d e da n d q u a n t i t a t i v ep r e d i c t i o nv a l u ea l s os h o u l db eu s e dm o r ei no r d e r t o i m p r o v et h ep r e c i s i o no fs c h e m ec o m p a r i s o n 2 t h em a n m a c h i n ei n t e r a c t i v es y s t e mi sd e s i g n e da c c o r d i n gt ot h e d e s i g np u r p o s ea n dp r i n c i p l eo fg r a s d s sa n dt h ei n t e g r a t i o no fs y s t e m i sc o m p l e t e d t h em a n m a c h i n ei n t e r f a c es h o u l db eh u m a n i s ma n dk i n di n o r d e rt oi m p r o v et h em a n e u v e r a b i l i t yo ft h i ss y s t e m v b n e ta n dm a p x a r ei n t e g t a t e db yt a k i n gf u l la d v a n t a g eo ft h eg o o dc o m p a t i b i l i t yo ft h e m ， s o m eb a s i cf u n c t i o ns u c ha sz o o ma n dd e l a t i o na n ds o m ee s s e n t i a l f u n c t i o n ss u c ha st h e m a t i cm a p ，d a t ab a n d i n ga n db u f f e ra r e aa n a l y s i sa r e c a r r i e do u t t h em i n i m u me n v i r o n m e n ts e n s i t i v i t yc o r r i d o ri sc o n f i r m e d ， t h e c o m p a r i s o na n ds e l e c t i o n t os e v e r a l r a i l w a y r o u t e p r o j e c t s i s c o m p l e t e da f t e rt h es e v e r a lr o u t ep r o je c t sa r es e l e c t e d 3 t h ea l t e r n a t i v ea l i g n m e n to f t h er e b u i l d i n g r a i l w a yo fx u a n c h e n g t oh a n g z h o ui su s e da sa n e x a m p l et os h o wt h ef e a s i b i li t yo ft h e g r a s d s s f i r s tt h ea s s e s s m e n tf a c t o r sa r ec o n f i r m e d i n i t i a l l y , t h e e n v i r o n m e n ts e n s i t i v i t y a n a l y s i st ot h et h ep l a c ea l o n gt h el i n ea r e a n a l y s is e db yu s i n gt h ef u n c t i o no ft h e m a t i cm a pa n a l y s i si no r d e rt o e s t i m a t et h ee n d u r a n c ea g a i n s tt h ee n v i r o n m e n t a ld is r u p t i o n ，t h er o u t e s e l e c t i o ni sg u i d e db yc o n f i r m i n gt h em i n i m u me n v i r o n m e n ts e n s i t i v i t y c o r r i d o r n e wi n d e xs y s t e ma r er e b u i l t b yt h em a t r i xm e t h o d ，a n dt h e w e i g h to fe v a l u a t i o nf a c t o r sa r ec o n f o r m e db yu s i n ga n a l y t i c a lh i e r a r c h y p r o c e s s ，a tl a s t ，a no v e r a l la s s e s s m e n tt ot h ea l i g n m e n t si sm a d et og e ta n o p t i m a la l i g n m e n tb yu s i n gg r a p h i c o v e r l a ym e t h o db a s e do ng i s k e yw o r d s g r e e nr a i l w a y sa l i g n m e n ts e l e c t i o n ，d e c i s i o ns u p p o r t s y s t e m ，m a n m a c h i n ei n t e r f a c e ，b u f f e ra r e aa n a l y s i s l 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名：锄日期：丝年二月二细 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文， 允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 日期：! 二年二月生日 硕士学位论文 第一章绪论 1 1 研究背景、目的及意义 第一章绪论 铁路建设项目是促进经济发展、利国利民的重要基础设施，其巨大的经济效 益及社会效益在拉动国民经济增长中起着举足轻重的作用。 传统的线路方案比选方法是在技术可行的基础上，从经济上追求最省，一个 方案的取舍往往偏重于经济效益，而忽略了许多其他因素，在设计中片面强调节 省工程投资与工程的安全性，而忽视或轻视环境问题，造成工程与周围生态环境 不协调。传统的线路方案比选方法已经不适合时代发展的需要，环境影响应该成 为线路方案比选中的重要因子。 我国铁路环境保护“十五”计划( 铁计 2 0 0 1 ：1 3 3 号】) 已明确指出，“十五铁 路环境保护重点工作之一是强化建设项目环境管理，在建设项目的前期工作阶 段，研究并实行绿色选线制度n 1 。在选线过程中考虑环境影响问题，实施绿色选 线，必将会对铁路建设与环境保护的协调发展有着重大的推动作用，具有重要的 意义。 铁路绿色选线，也称作环境选线，指的是从环境保护和可持续发展角度进行 选线设计，使沿线环境质量尽可能地保持在铁路建设前的水平，甚至有相应的改 善。它以“以防为主”为基本出发点，在选线阶段就从主观上考虑环境问题，旨 在通过设计上的努力，尽可能地减少铁路建设带来的不利环境影响，防止生态环 境遭到破坏，并改善沿线环境质量，进而达到铁路建设与环境保护相协调的目的， 对确定线路方案，降低勘察设计成本也具有积极意义乜，3 5 。 铁路绿色选线研究所涉及的现代理论和方法有很多，诸如区位论、土地经济 理论、灰色系统理论、模糊数学、层次分析法、计算机数据库方法、专家系统等， 但仅凭某一种理论或者方法不可能对铁路环境作出客观评价。能使以上现代理论 方法统一起来唯有g i s 技术。 g i s 是2 0 世纪6 0 年代随计算机技术的发展而产生的一门研究空间信息的全 新技术。它具有区域综合能力和动态预测功能，是地理学的第三代语言，目前已 应用于涉及地理信息的所有领域，并呈迅速发展趋势。自从它应用于生态环境后， 生态环境的研究内容、性质、方法与技术不断翻新，定量化、标准化与科学化水 平不断提高，给该领域带来了一场空前的发展。但g i s 所提供的主要是原始数据 信息和较低层次信息，在辅助决策中的g i s 只能提供数据级支持，而不能提供实 质性决策方案，且难以求解结构性较差的复杂决策问题。 决策支持系统( d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e 现简称d s s ) 是在计算机用于管理的过 硕士学位论文 第一章绪论 程中产生的。产生于2 0 世纪7 0 年代，决策支持系统是一种能够帮助决策者利用 数据和模型，解决半结构化问题的以计算机为基础的交互作用系统。d s s 的缺点 是难以处理具有空间特征的数据。 g i s 是空间信息的管理系统，它以地理空间数据库为基础，在提供多种空间 地理信息上，为数据分析提供了新的手段。g i s 技术为d s s 处理空间非结构化 问题提供了有效的途径。将g i s 与d s s 相结合，形成新的空间决策支持系统 ( s p a t i a ld e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m 简称s d s s ) 已经成为了一种新的尝试，这明显 优于传统的d s s ，更具有直观性和客观性。信息包括非空间信息和空间信息，以 往的d s s 是仅针对非空间的数据和信息，而空间信息与人类的生存、发展、进 步密切相关。所以，相应的信息系统应包括非空间信息和空间信息，尤其是将 g i s 与d s s 相结合，能够描述和表达时空变化和进行动态空间模拟，能够智能 式地分析和运用数据，提供强大的动态分析功能、预测功能和科学的决策咨询功 能。可以说将g i s 技术融入d s s 是新一代的决策支持系统的发展趋势1 6 。 综上所述，将g i s 技术和d s s 技术结合用于铁路绿色选线中，利用g i s 技 术，全面宏观地分析线路经过区域环境特征，并把各种信息有机地结合起来，利 用d s s 技术将g i s 处理后的各种数据进行分析，不但可以实现决策的可视化， 还能起到加快我国铁路选线决策科学化和现代化进程、促进铁路可持续发展的作 用。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 在一些铁路环境保护制度比较完善的国家，新线建设中环保已与铁路( 道路) 选线融为一体，从立项丌始就对沿线的环境进行调查，并根据国家有关环境保护 方面的法律结合沿线环境特点及环保要求进行方案优选。在线路走向及具体线位 的选择中，环境的相容性是确定线位的一个重要因素1 7 j 。 g i s 能成为评价和选定线路方案的理想工具，主要是凭借其强大的空间分析 功能。国外已有一些研究人员将g i s 作为一种辅助决策平台应用于线路定位问题 上。美国北卡州立大学交通与环境研究中心研究用湿地影响因子来优化道路选 线，最终研究出基于g i s 的分析工具，用于交通规划者快速地分析道路比选方案 对环境的影响；k a s t e l i c 和z u r a ( 1 9 9 2 ) 开发了g i s 模型用于运输危险物资时选择 最小风险路径【引。z u r a 和l i p u r ( 1 9 9 5 ) 使用g i s 空间分析来确定在起讫点之间的 最小影响走廊，基于人口、动植物、土壤、水文、大气和气候等环境影响因素来 考虑最小影响。g i s 作为一种辅助决策平台应用于线路定位问题在国外己被一些 2 硕上学位论文第一章绪论 研究人员所提及，他们采用的大量方法和准则涉及面很广。例如：伊利诺斯运输 部门使用g i s 展示与模拟规划的公路线路相关的环境问题；b e n t l e y 和b o g g s ( 1 9 9 6 ) 完成了基于湿地影响和公路造价等因素考虑的线路定位研究【9 , 1 0 , 1 1 】。通过考虑高 速地面交通线路与土地使用和城市区的邻近程度，g i s 数据库为决策高速地面交 通线路方案提供了基础，一种集成的g i s 工具用作通过北乔治亚南阿巴拉契亚山 脉的可适宜公路走廊定位。在这些应用中，g i s 被用作从工程角度考虑潜在的线 路和走廊。 自2 0 世纪8 0 年代美国麻省理工学院的m o r t o n 和k e e n 首先提出“决策支持 系统 这一概念以来，许多研究者对d s s 的理论研究与开发应用进行了卓有成 效的工作。虽然目前d s s 仅是一个新兴的边缘学科，但它所具有的为企业创造 巨大经济效益的潜力，己使其在国外有了许多成功的应用实例，最具有代表性的 领域有市场预测、投资、制造业、银行、通信等。美国国家科学基金会( n s f ) 的 数据库研究项目中，决策支持系统己被列为2 0 世纪9 0 年代最具有价值的研究项 目。各大公司也纷纷瞄准这一潜在的巨大市场，投入巨资进行开发，如美国的 s a s 公司的e t e r p r i s em i n e r 和i b m 公司的i n t e l l i g e n tm i n e r 等。此外，在基于 i n t e m e t 的电子商务应用领域中( 例女i ：b 2 b 和b 2 c ) ，d s s 及相关技术也正在发挥 巨大的推动作用【l2 1 。在交通领域，决策支持技术也得到了很好的发展与应用，如 m i n u t p 是美国c o m s i s 公司推出的城市交通规划软件包，主要功能是城市交 通分析【1 3 j ；m e p l a n 是由英国m a r c i a le c h e n i q u e & p a r t n e r s 公司研制，主要针对 城市交通规划；t r a n s c a d 是专供交通需求分析的交通地理信息软件。意大利的 s i l v i ad s s 是运输基础设施环境影响评价决策支持系统。d s s 在工程中的应用， 特别是铁路选线方案决策中的应用，也较为广泛，具有代表性的有英国的m o s s 软件，美国i n t e r g r a p h 公司的i n r o a d 、i n r a i l 软件和德国的i b & t 公司的 c a r d 1 软件【1 4 1 。 而关于s d s s ，国内外学者也进行了大量的研究。1 9 8 9 年美国著名学者a r i s s 首先提出s d s s 的雏形一规划支持系统p s s ( p l a n n i n gs u p p o r t s y s t e m ) ，其后得到 很多学者和相关部门的纷纷响应和提倡。究其实质，p s s 就是把s d s s 思想运用 到城市规划中，为规划过程的每一阶段提供决策支持，即规划问题发现和分析的 辅助支持；支持建模、支持规划方案的设计、支持规划方案的评价以致最终支持 规划方案的决策【1 5 , 1 6 】。还有如s e a n b ，e o m 和d a r u e l r ，d o l k 等也对空间决策 支持系统的集成做过综合的论述1 1 7 l 。 1 2 2 国内研究现状 随着我国铁路建设的快速发展，铁路建设的环境保护工作也取得显著成效， 硕士学位论文 第一章绪论 如已建成的内昆铁路被外界誉为生态铁路、绿色铁路；特别是2 0 0 6 年顺利通车 的青藏铁路，其环保工作也得到了专家们的认可，环境保护工作达到了“环评报 告”的要求，取得了突出成绩，为我国重大建设项目工程建设与环境保护协调开 展积累了宝贵经验。许多专家和学者在铁路环境保护建设方面做了很多研究工 作：如北方交通大学的周华国( 1 9 9 8 ) 、郭文军( 2 0 0 2 ) 先后将g i s 和图形叠置 法引入到铁路建设的环境影响问题中来；周华国( 1 9 9 8 ) 还提出一种评价方法， 分析了交通建设对环境的影响，提出一种用于线路方案比选的多目标系统模糊优 选方法【1 8 】；北方交通大学陈峰( 2 0 0 1 ) 主持完成了“基于环境影响的高速铁路线 路方案优选系统初步研究”课题，对高速铁路线路方案环境影响分析与评价进行 了系统的研究。中南大学对此作了较多的研究：主持完成了铁道部科技基金项目 “铁路工程环境影响预测与评价”( 2 0 0 1 ) ，并发表了“铁路工程环境影响模糊综合 评价”研究论文；主持并与北方交通大学和铁道第四勘察设计研究院合作完成了 铁道部科技开发计划项目“铁路选线中环境影响综合评价原则和方法研究” ( 2 0 0 2 2 0 0 3 ) ，结合我国国情和铁路选线的特点，运用系统分析的思想和方法， 研究了铁路选线中环境影响综合评价的原则和方法，提出了“铁路选线环境影响 综合评价的概念”，基于g i s 和图形叠置法初步建立了一个软件系统，评价中， 增加了对景观影响、水土流失影响、动物影响、植物影响等环境因素的考虑，使 评价更接近实际，为铁路选线中的环境评价提供决策支持；获国家铁路科技图书 出版基金资助出版了可持续发展战略指导下的轨道交通规划与评价专著 ( 2 0 0 4 ) ，系统地研究了在可持续发展战略指导下轨道交通规划和评价中要解决 的主要核心问题；发表了“基于图形叠置法的铁路选线环境影响综合评价研究” 等研究论文【2 l 。铁路建设项目环境评价包括自然环境和社会环境评价，目前，自 然环境评价的内容和方法比较广泛，在实际工作中进行的也较多，而对于社会环 境的评价尚缺乏一种较为规范和实用的方法，加之社会环境的内容和影响因素繁 多，涉及面广，所以是比较薄弱的环节。中南大学主持并与北方交通大学合作完 成铁道部科技开发计划项目“铁路建设项目社会经济环境影响评价方法研究” ( 2 0 0 3 2 0 0 4 ) ，对有关基本概念、指标体系和评价方法进行了系统研究。 d s s 在工程设计中的应用，尤其是在铁路线路方案决策中的应用与c a d 技 术发展有着密切的关系，它们为铁路线路方案的比选实现决策支持提供了强有力 的工具。国内从2 0 世纪8 0 年代中期开始，铁路工程界开发出不少辅助决策支持 系统，如“铁路线路纵断面优化设计软件”和“铁路线路平面、纵断面整体优化”成 果、线路平面优化专家系统、方案比选辅助决策系统、单线铁路技术改造决策专 家系统等。其中单线铁路技术改造决策专家系统列入国家自然科学基金重大项目 “工程建设中智能辅助决策系统应用研究”的总课题，在当时填补了国内该领域的 4 硕士学位论文第一章绪论 空白，进入9 0 年代，计算机辅助决策系统又有了新的发展，如北方交通大学开 发的新建铁路技术方案辅助决策系统，主要包括了接轨点和基本走向拟定子系 统、主要技术标准拟定子系统，能够“拟定线路基本走向”，确定“主要技术指标”， 为铁路建设提供决策支持；西南交通大学开发的“铁路中间站分布与线路方案优 选决策支持系统”，能够模拟工程师的决策思路，确定初始站址和方案，并对其 可行性和合理性进行评价，最后获得若干个合理的方案，作为进一步决策的备择 方案；另外还有一些专家学者也提出了交互式铁路线路方案比选d s s 的设计思 想与要求，并开发了相应的系统【1 9 ，2 0 1 。 近年来，国内的g i s 技术发展迅速，许多计算机领域的新技术，如面向对象 技术、三维技术、图象处理和人工智能技术都可直接应用到g i s 中。g i s 融计算 机图形技术和数据库技术于一体，把地理位置和相关属性有机结合起来，存储和 处理空间信息，根据实际需要准确真实、图文并茂地展示给用户，满足城市建设、 企业管理、环境保护等对空间信息的需求，并可以借助独有的空问分析功能和可 视化表达，进行各种辅助决策。目前g i s 己经深入市政工程、企业决策、资源管 理、交通运输、公安急救、市场销售和环境保护等各个方面。2 0 世纪9 0 年代以 来，我国相继建成了一些省级或城市级政府g i s ，如上海市人民政府综合g i s 、 福建省综合省情g i s 、广西壮族自治区综合区情g i s 、吉林省综合省情g i s ，河南 省综合省情g i s 、深圳市土地管理g i s 、广州市电子政府等【2 1 1 。在交通运输方面， 国内学者也做了大量研究，如基于g i s 空问分析的道路选线技术研究在 g i s a r c v i e w 空间分析功能的支持下，提出道路经济布线走廊的概念，道路经济 布线走廊直观反映道路选线敏感性因素变化，对道路规划设计有重要实用价值 瞄2 j ；基于g i s 的铁路站场行车设备管理信息系统设计与实现以g i s 技术和数 据库技术为手段，主要研究铁路站场行车设备信息化管理的相关方法和实现技 术，缩短了铁路行车组织和设备管理工作周期t 2 3 1 ；基于g i s 的选线系统开发方 法研究以g e o m e d i ap r 0 6 0 为二次开发平台，设计并开发了基于g i s 的城市轨 道交通选线原型系统，实现了选线专业制图功能，包括平面选线、纵断面设计、 数字地模功能等【2 4 1 。 随着地理信息技术的蓬勃发展，s d s s 作为一个新兴科学技术领域，在已有 的g i s 和d s s 基础上就应运而生了，并在国内外引起了越来越广泛的关注。在 d s s 中集成g i s 的空间数据操纵功能，给各级决策者自主、灵活地使用系统中 各种资源解决问题创造了良好的技术环境，提供了有效的支持工具，不仅大大提 高了决策者科学决策和采取行动的能力，而且也使g i s 由描述与表现客观世界的 阶段进入直接参与利用和改造客观世界的新阶段。如选址空间决策支持系统研 究文中从选址决策涉及的关键问题和实际需要出发，建立了基于g i s 的选址的 硕士学位论文 第一章绪论 s d s s ；在基于g i s 的流域产沙及水土保持决策支持系统研究文中根据“目标 驱动数据驱动”的g i s 应用模型，讨论了目标驱动下流域水土保持决策系统规划 定义并根据水土保持决策的目标，对于基于g i s 的流域产沙及水土保持d s s 作 了研究；在基于g i s 决策模型整合的基本农田保护规划系统一文中也在决策 模型构建的基础上，将其与g i s 进行高效整合，建立了基于g i s 的基本农田保 护规划d s s 。此外，基于g i s 的松花江水污染决策支持管理平台研发将松花 江流域水环境质量、水污染信息、地理信息等集合在一起，结合水质预测数学模 型、评价模型与g i s ，实现了污染浓度扩散等的实时查询与模拟计算，并对其进 行综合分析，为有效控制松花江流域污染提供最终的决策支持；基于g i s 的渭 河流域水污染控制决策支持系统为渭河流域的管理者提供了清晰明了、简单实 用的管理软件工具，使他们更科学、更系统的进行流域信息管理，从而改善落后 的信息管理现状，为合理的利用流域资源提供强有力的技术支持；g i s 和s d s s 在高速公路选线之中的应用一文在分析了g i s 与s d s s 的集成方式上，将两者 很好的结合，用于指导公路选线工作；它利用计算机处理数据的超强功能，以及 g i s 空间数据的处理功能及数据的可视化功能，较好地解决了在选线工作中遇到 的问题【2 5 , 2 6 , 2 7 , 2 8 , 2 9 3 0 1 。 在铁路建设方面，s d s s 的应用并不多，中南大学吴小萍教授主持的国家自 然科学基金资助项目“铁路绿色选线的理论体系及决策支持技术的研究 创立了 绿色选线理论体系并根据系统工程的理论和方法，采用面向对象和用户的软件设 计开发方法将s d s s 与铁路选线结合，以m a p l n f o 为平台，综合运用地理信息学、 规划学、管理学、决策支持等多门学科的综合知识对基于g i s 的g r a s d s s 进行 了深入研究。 综上所述，尽管s d s s 在各方面的应用已经日趋广泛，但在铁路建设方面并 不是十分成熟，基于g i s 平台开发新一代绿色选线决策支持系统，对于增强选线 设计系统的空间信息分析能力、多方案综合比选以及数字化选线设计成果的可重 复利用等功能，均具有重要的意义，该开发途径具有广泛的发展前景。因此，系 统地研究基于g i s 平台开发铁路绿色选线决策支持系统的方法是十分必要的。本 文也将为今后深入研究基于g i s 的选线系统的丌发方法奠定一定的基础。 1 3 本文研究内容、方法及框架 本文深入研究了d s s 和g i s 的基本理论，综合g r a s s d s s 特点，对系统进 行改进，以v i s i u a lb a s i c n e t 为开发平台，结合组件式g i s 的丌发方式，确定了 新的系统框架并进行了g r a s s d s s 系统集成及人机界面的设计。 6 硕士学位论文第一章绪论 1 3 1 研究内容 围绕铁路环境保护”十五”计划中提出的绿色选线制度，综合应用多目标决策 及g i s 技术，解决线路方案环境影响评价方法及优选模型、系统结构、d s s 与 g i s 结合、工程投资分析等关键技术，对铁路环境影响进行多因子的综合评价， 研究提出适用于铁路可行性研究阶段的铁路环境影响评价和方案比选方法，在此 基础上，初步建立起铁路绿色选线理论体系和d s s ，完善现有铁路选线过程中环 境问题的考虑方式，不但为设计及决策人员提供环境方面的参考信息，而且实现 决策的可视化。 1 ) 研究背景及绿色选线概述 在统计资料和实地调查研究的基础上，分析国内外研究发展现状：运用系统 分析的思想和方法，研究铁路绿色选线基本理论和目标，综合分析铁路绿色选线 的内涵，剖析绿色选线的影响因素，从而归纳总结其特点和复杂性，为铁路绿色 选线决策支持技术的选取提供依据。 2 ) 人机交互系统研究 对人机交互系统基本理论进行研究，设计与系统功能相协调的友好的人机交 互界面，并实现界面的一些基本功能。 3 ) 基于v b n e t 平台的g i s 二次开发 m a p x 除了可对地图进行多层显示、放大缩小和漫游等基本操作外，还具有 主题地图绘制，地图数据捆绑、逐层细化地图绘制、对地图上的图元进行修改等 多种功能。在基础理论研究的基础上，以v b n e t 为平台对g i s 进行二次开发。 利用v b n e t 与m a p x 良好的兼容性实现读取、查询、获取信息等基本功能以 及专题图、数据绑定、缓冲区、缓冲区分析等选线必备功能，确定线路的敏感走 廊并实现线路方案确定后对多个方案的比选。 4 ) 系统集成研究 在g r a s d s s 的研究中，各库之间数据传输尤为重要，一个环节出现问题可 能导致整个系统瘫痪。因此，系统集成工作需认真严谨，保证各库数据交换的顺 畅。主要设计研究的内容包括g i s 与模型库、数据库、知识库之问的连接。 5 ) g r a s d s s 的实现 综合运用决策支持技术及地理信息技术，研究建立适用于铁路选线的 g r a s d s s 。实现系统的总体结构及功能设计，完成决策支持系统框架，主要包 括其基本功能模块设计以及基本的结构设计。 7 硕士学位论文 第一章绪论 ( 属性数 图形库知识库模型库 方法库 据库 丫厂t广 工 s q ls e r v e r i 基于m a p x 组件技术f 2 0 0 0 工工 jv i s u a lb a s i c n e t 与 ，、lv i s u a l 。b a ，s i c n e t l、 d b m s 7 ls q ls e r v e r2 0 0 接u 1 甲台 r 驮酌琢巴琏z 戈伏又r：系统 t 程环境治 l 信息查询l 理分析 l 信息输出i 系统设置i 【一 j i 一 i 一 j l 区 线路 数据 域线路各类数据 线路 专地 方案 t 程工程 报表信息权限库备l 信方案 预测管理h ? 聚 环境措施投资 图的 息 信息信息，与维环境输出统计设置份和 影响查询 分析输出 恢复查查询查咖护评价 分析 询 决策者 1 3 2 研究方法及框架 图1 1系统研究框架 研究方法 1 ) 系统分析方法 g r a s d s s 研究是一个复杂的决策支持系统，这个系统中，各要素相互联系， 又相互制约。本系统需要运用系统分析方法，进行统一的规划设计，对绿色选线 的已有成果进行吸收消化做出一定改进，使系统的建立更加全面有序。 2 ) 定性与定量相结合的方法 通过初步确定评价因子及用定性方法确定敏感等级的方式确定敏感走廊，而 线路选定后重新建立指标体系并进行筛选，筛选后的评价指标体系多采用定量方 法进行分析，保证了评价结果的真实可靠。 3 ) g i s 与d s s 结合分析方法 现代绿色选线决策已不再是单一经济目标优化问题而是包括经济、资源、 环境等多目标组成的综合目标优化问题，对于这样一个非常复杂的多重矛盾目标 决策问题，一般的多目标决策技术是无法求解的，而g i s 与d s s 为我们提供了 一种解决此类问题的有效手段。因此拟采用d s s 和g i s 相结合的方法来建立起 g r a s d s s 。 将d s s 和g i s 相结合，实现各种地理要素的可视化。通过强大的易于使用 8 硕上学位论文第一章绪论 的用户界面，将各种地理要素的属性数据、环境属性数据展示在电子地图中，用 户可以通过图层叠加、缓冲区分析并辅以相应的图表、统计图，使用户从一个全 新的角度认识问题；在用户给定的条件下，计算线路的综合影响值，影响值较小 的为最后选定的最佳路线。 研究框架 人机交互系统深入研究 山 系统人机交互界面设计 上 在v b n e t 平台下进行gis 二次开发 + g r a s d s s 集成设计 图1 2 本论文研究框架图 9 硕士学位论文 第二章g r a s d s s 总体研究 第二章g r a s d s s 总体研究 2 1g r a s d s s 研究进展 铁路绿色选线设计是一个人机交互、反复修改优化、集设计与决策为一体的 复杂过程，受多因素影响，需多层次分析，而且决策支持系统的丌发目标便是使 铁路线路的设计、分析与决策过程智能化、科学化，成果的输出自动化、简单化。 因此，铁路绿色选线设计，必须建立在g i s 空间数据基础之上，以g i s 的空间 分析功能为工具，与人机交互选线过程紧密结合。通过铁路绿色选线影响因素的 各个分析模型，获取影响铁路定线的各种相关信息，以各种可视化方法进行表达， 易于设计人员判识和理解，经分类、汇总作为方案评价、比选与决策的依据，根 据影响因素信息和线路评价指标体系，应用方案综合分析评价模型，可实现对定 线方案的分析评价。 在上述背景与基础之上，从2 0 0 5 年起，由吴小萍教授主持国家自然科学基 金项目“铁路绿色选线的理论体系及决策支持技术的研究”( 5 0 5 7 8 1 6 0 ) ，带领课 题组着力于分析和设计基于g i s 的铁路绿色选线决策支持系统( g r a s d s s ) ，结 合g i s 和d s s 为铁路选线人员提供可视化的决策支持，目前g r a s d s s 已经有 了初步模型。2 0 0 6 年中南大学冉茂平硕士论文铁路色选线决策支持系统 ( g r a s d s s ) 总体设计与应用研究根据铁路绿色选线的需要，对g r a s d s s 进行总体设计。对g r a s d s s 各子系统：人机交互系统、空间数据库、模型库子 系统以及知识库与方法库子系统进行了设计。选用m a p l n f o 软件作为g i s 软件平 台，使用其二次丌发语言m a p b a s i c 6 0 ，利用其外部接口与v b ( v i s u a lb a s i c ) 语言 相结合，对g r a s d s s 进行初步实现。系统可以先对拟建铁路区域进行环境分析， 根据分析结果，规划设计人员可在设计时绕避某些环境敏感区域，减少设计线路 给区域带来的环境影响；针对初设线路，采用模型分析图形叠置法，计算出 不同线路的兴建对区域带来的环境影响值，给决策者从环保角度提供参考；并可 在规划设计阶段将环保措施直接反馈到选线设计中，对线路进行修改以及环保工 程措施的设计1 。2 0 0 7 年中南大学杨舟硕士论文基于g i s 的铁路绿色选线决策 支持系统模型库系统研究深入研究了决策支持系统和g i s 的基本理论，综 合g r a s d s s 特点，对系统进行改进，以v i s i u a lb a s i c n e t 为开发平台，结合组 件式g i s 的丌发方式，确定了新的系统框架并进行了g r a s d s s 模型库子系统的 研究，系统开发采用关系数据库与文件库联合的方式来实现模型的组织与存储， 另外从提高模型的复用性和系统的动态可扩充性的角度出发，采用组件技术开发 模型及模型库管理工具，使其可以方便的嵌入系统平台，实现模型库的静态与动 l o 硕十学位论文 第二章g r a s d s s 总体研究 态管理引。 2 0 0 8 年，本人对g r a s d s s 集成及人机界面设计进行了研究，建立了友好的 人机界面，在v b n e t 平台下完成了g i s 的二次开发，为g r a s d s s 的稳定运行提 供有力支持，欧阳志峰和刘铮分别对g r a s d s s 知识库和数据库进行了研究，逐步 完善了g r a s d s s 的各项功能。 2 26 r a s d s s 设计基本思路 g r a s d s s 的功能为决策人员提供一个综合的分析、研究、评价铁路选线决策 的支持环境。具体功能体现在以下几个方面： 空间数据的管理与应用，如查询、空间分析等。 对铁路所经区域的各环境影响因素进行空间分析，以辅助决策者直观地 把握线路所经区域自然环境条件，从而辅助线路走向规划； 采用定性、定量相结合的方法，根据铁路绿色选线要实现的目标和其必 须遵守的原则，对线路进行环境影响综合评价，实现对方案的比选； 建立环保措施数据库模块，提供规划设计阶段的环保措施； 根据对线路环境影响空间分析和方案比选结果提出环保措施建议，修改 线路方案或者在线路方案局部进行环保设计： 对方案进行环境经济分析。估算出各类环保措施的费用，汇总成环保经 济总费用，为线路方案的经济评价基础数据。 本系统的基本设计思路： 确定评价因子初步估计铁路拟建地区对环境破坏的承受能力。通过建立 拟建地区的敏感等级图确定敏感走廊以指导选线。 ” 线路方案确定后，建立评价指标体系，对线路方案进行比选，得到综合 环境影响值，从而得到多个方案在主要考虑环境因素下的优略情况。 2 2 1 选择初步评价因子 要建立敏感等级图直观的反应环境遭受影响时的承受能力，首先就要确定拟 建地区生成敏感等级图所需要的影响因子。本系统初步确定六个因子评估拟建地 区遭受各种环境影响时的承受能力。通过建立敏感等级图来确定敏感走廊，用以 指导选线。 对每个影响因子都有一个或多个评价特征值被确定来度量其影响水平。决策 时采取的方法不同，对影响因子的评价特征值选取也不同。就目前来说，影响因 子的评价特征值可分为定量度量值和定性分析值。定量度量值以具体数值来衡量 影响因子的特征值。如土地使用，可将不同类型的土地使用面积转化为一种类型 硕士学位论文 第二章g r a s d s s 总体研究 的面积加以衡量，将铁路占用的水