（道路与铁道工程专业论文）基于GIS的铁路绿色选线决策支持系统（GRASDSS）的数据库研究.pdf

摘要 铁路绿色选线，是指将各种环境敏感问题的规避解决在铁路建设 项目规划设计阶段，也就是在铁路选线中融入环保理念，在线路方案 比选中综合考虑地形、地质、水文等自然条件，特别要考虑风景名胜 区、自然保护区及生态环境因素对线路方案的约束，多方案进行环境 影响的综合评价，选择出对环境影响最小的方案。 本文首先基于g i s ( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ) 和d s s ( d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ) 技术，通过人机交互子系统、模型库 子系统、知识库子系统和数据库子系统的有机结合，采用m a p x 组件 技术并选用v i s u a lb a s i c n e t 作为系统开发工具，倚靠s q ls e r v e r 2 0 0 0 为系统的后台数据库建立铁路绿色选线决策支持系统( g r e e n r a i l w a ya 1i 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 ts y s t e m ，简称 g r a s d s s ) ，最后基于g i s 的图形叠置法，借助g i s 强大的空间分析 功能，实现线路方案更加科学、合理的决策。 数据库是g r a s d s s 的重要组成部分，是提高铁路绿色选线决策支 持科学性、可操作性、时效性的重要手段和当前一个研究热点。 在数据库设计中，本文利用基于关系模型的数据库建模方法e r ( e n t i t i t y - r e l a t i o n ) 模型对属性数据进行建模，空间数据存储在 m a p i n f o 中的m a p 文件中，属性数据统一存储在m a p i n f o 文件中的t a b 文件、d a t 文件和外部s q ls e v e r2 0 0 0 数据库中，实现了铁路绿色 选线空间数据和属性数据的存储、动态更新、查询以及属性数据与空 间数据的互访，为铁路绿色选线决策中的各种模型提供数据支持。数 据设计和编码参照国家标准，使数据库系统具有标准性、普及性。 最后以宣杭线( 宣城一杭州) 增建第二线工程为研究背景，应用 系统工程和软件工程的原理和方法，以g i s 和数据库技术为支撑，对 铁路绿色选线决策支持系统所需数据进行分析研究，设计开发出基于 g i s 的铁路绿色选线决策支持系统数据库，使铁路绿色选线决策更方 便快捷，具有科学性、规范性、准确性和可操作性。 关键词铁路绿色选线决策支持系统，组件式g i s ，e r 模型，数据库 a bs t r a c t 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 ，m e a n st h a ts o l u t i o ni so b t a i n e d t oa v o i da l lt h ee n v i r o n m e n ts e n s i t i v i t yp r o b l e ma tt h el a y o u ta n dd e s i g n s t a g e o fr a i l r o a d i n gi t e ma n di nt h e p r o c e s s o f r a i l w a y r o u t e s e l e c t i o n ，n a t u r ec o n d i t i o ns u c ha sl a n d f o r m 、g e o l o g y 、h y d r o l o g ya n ds o o n ，e s p e c i a l l y i n f l u e n c eo f l a n d s c a p e 、n a t u r ep r o t e c t i o n a r e aa n d e n t i r o n m e n to nr a i l w a ys c h e m em u s tb ec o n s i d e r e d f i n a l l yt h es c h e m e w h i c ha f f e c t se n v i r o n m e n t l e a s ti ss e l e c t e d t h r o u g hi n t e g r a t i o n a s s e s s m e n to ft h ee n v i r o n m e n ti n f l u e n c e f i r s t l y , b a s e do nt h et e c h n o l o g yo fg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m a n dd e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ，t h r o u g ho r g a n i cc o m b i n a t i o no fh u m a n c o m p u t e ri n t e r a c t i o ns u b s y s t e m 、m o d e lb a s es u b s y s t e m 、k n o w l e d g e b a s es u b s y s t e ma n dd a t a b a s es u b s y s t e m ，m a k i n gu s eo f t e c h n o l o g yo f m a p xa n dc h o o s i n gv i s u a lb a s i c n e ta ss y s t e md e v e l o p m e n tt o o l ， d e p e n d i n go ns q ls e r v e r2 0 0 0 ，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 d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ( g r a s d s s ) i ss e tu p f i n a l l y , b a s e do ng r a p h o v e r l a yo fg i sa n di nv i r t u eo fs t r o n gs p a t i a la n a l y s i sf u n c t i o no fg is ， m o r es c i e n t i f i ca n dr e a s o n a b l ed e c i s i o no fl i n es c h e m ei sm a d e d a t a b a s ei sa ni m p o r t a n tc o m p o n e n to fg r a s d s s i ti sn o wah o t r e s e a r c ha r e a a n da g o o dw a y t o i m p r o v es c i e n t i f i c a l n e s s ， m a n e u v e r a b i l i t ya n dt i m e l i n e s so fg 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 d e c i s i o ns u p p o r t i n g i nt h e d e s i g n o fd a t a b a s e ，d a t a b a s e m o d e l i n ga p p r o a c h e r ( e n t i t i t y r e l a t i o n ) b a s e do nr e l a t i o nm o d e li su s e di nt h ea t t r i b u t e d a t am o d e l i n g t h es p a c ed a t ai ss a v e di nt h em a pd o c u m e n to f m a p l n f o a n dt h ea t t r i b u t ed a t ai ss a v e di nm a p i n f od o c u m e n ti n c l u d i n gt a ba n d d a td o c u m e n ta n ds q ls e v e r2 0 0 0d a t a b a s e ，w h i c hr e a l i z e st h es t o r a g e ， d y n a m i cr e n e w a la n dv a i l o u sq u e r yo ft h ea t t r i b u t ea n ds p a c ed a t a t h e e x c h a n g ev i s i t sb e t w e e nt h ea t t r i b u t ea n ds p a c ed a t a t h ed e s i g na n d c o d i n go fd a t ar e f e r st ot h en a t i o n a ls t a n d a r d ，w h i c hm a k e st h ed a t a b a s e s t a n d a r da n dp o p u l a r a tt h ee n do fp a p e r , w i t ht h er e b u i l d i n gr a i l w a yo fx u a n c h e n gt o h a n g z h o u a st h es t u d yb a c k g r o u n d ，a c c o r d i n gt ot h et h e o r ya n dm e t h o d s o fs y s t e me n g i n e e r i n ga n ds o f t w a r ee n g i n e e r i n g ，a n dw i t ht h et e c h n o l o g y o fg i sa n dd a t a b a s ea si t ss u p p o r t s ，t h i sp a p e ra n a l y z e sa n ds t u d i e st h e d a t ad e m a n d e db yg r a s d s s d a t a b a s eo fg r a s d s si sd e s i g n e ds ot h a t m a k e st h eg 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 nd e c i s i o ns u p p o r i n gm o r e c o n v e n i e n t ，s c i e n t i f i ca n dp r a c t i c a l k e yw o r d sg 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 nd e c i s i o ns u p p o r t s y s t e m ，c o m p o n e n tg i s ，e n t i t i t y - r e l a t i o nm o d e l ，d a t a b a s e ! i i 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： 日期：盟年上月萼日 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。 作者签名：导师签名 醐：丑年姗斗日 硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景、目的及意义 本课题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”。 铁路建设项目是利国利民、促进经济发展的重要基础设施，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。但在经济发展的同 时，在铁路经过的地区，将不可避免地占用和分割土地，使周围的自然环境和资 源遭到破坏，引起水土流失、生态平衡被破坏等环境影响，而且由于铁路线路一 般都很长，所以这种影响是非常大的。因此，铁路建设一方面促进了社会与经济 的发展，另一方面又对环境产生了不利的影响，随着铁路环境问题的日益突出以 及可持续发展的要求，铁路建设与环境的关系变得越来越复杂。如何做到铁路建 设与环境协调发展，实现基础设施建设与自然环境的可持续发展u 刮也成为当今 的一个热点问题。 铁路“绿色”选线，是指将各种环境敏感问题的规避解决在铁路建设项目规 划设计阶段，也就是在铁路选线中融入环保理念，在线路方案选定中综合考虑地 形、地质、水文等自然条件，特别要考虑风景名胜区、自然保护区及生态环境因 素对线路方案的约束，多方案进行环境影响的综合评价，选择出对环境影响最小 的方案3 、6 。 随着计算机技术的飞速发展，g i s 技术得到了长足的发展，并逐渐成为i t 技 术研究的热点。作为一种采集、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计 算机系统，它在资源环境调查、资源环境评估、区域和城市发展规划、公共设施 管理、交通管理和安全等领域发挥着重要的作用。随着信息技术的进步，人们对 于信息、物质的交流将更加频繁，在这些频繁的交流中，有7 0 的信息与空间位 置有关，因此有必要对这些信息进行有效的管理与分析。g i s 是一门综合性的技 术，它的应用需要其他技术的支持，其中数据库技术在g i s 中的应用中尤为重要， 尤其当g i s 对人们的各种活动提供数据服务，与国民的日常生活结合在一起时， 因此，6 i s 与数据库技术的集成将成为必然u ”。 空问数据库作为任何6 i s 的核心，是g i s 发展的技术支柱，同时空间数据 库也是数据库技术的一个前沿课题，它突破了传统的数据库主要基于文字、数字 硕士学位论文 第一章绪论 信息的应用，可以用于存贮和分析大量的具有复杂结构的信息。它是一个存贮空 间和非空间数据的数据库系统，其数据模型和查询语言中能提供空间数据类型， 可以进行空间索引，并且提供空间查询和空间分析的方法。作为一种有效的工具， 地理信息系统数据库可以很好地满足人们对空间数据的管理和查询的需要，它作 为一种应用技术从数据库技术中分化出来，其目的是为用户对空间数据的查询和 操作提供便捷的服务。g i s 数据库是数据库技术和程序设计语言、软件工程和人 工智能等技术相互融合、共同发展的结果旧，它把被管理的地理空间数据从一 维推向二维、三维甚至更高，且具备对地理对象进行模拟和推理的功能。 我国铁路建设项目在勘测设计中考虑的环保问题较少，而且铁路环境的预测 模型和评价体系尚不完善，在环境因子识别和类比数据的选用上存在差异，造成 预测速度慢、精度不高，而且系统化的程度不高，可操作性不强，因此，为了能 在铁路建设项目可研阶段提供定量、半定量的环境预测数据及提高环境评价精度 和速度，建立基于6 i s 的g r a s d s s 数据库是十分必要的。 目前已经出现了各种工程数据库，如土地利用总体规划数据库，但从环境方 面研究铁路选线并系统的建立该方面数据库的研究还很少，故本文在数据库的基 础上，利用g i s 技术，叠加噪声、生态、大气、水、固体废弃物、景观和社会经 济状况等专题地图，建立了相应的计算机预测评价模型，对铁路沿线区域进行环 境影响评价，然而这项工作距离既定目标仍有很大的差距，铁路选线绿色选线决 策水平不高，因而形势仍十分严峻、任重而道远。 数据库开发是整个铁路绿色选线决策支持系统的基础卜“。本文利用数据库 建模方法“。3 建立铁路绿色选线决策支持系统属性数据库模型，以s q ls e r v e r 2 0 0 0 。：“。为后台数据库管理属性数据，并实现空间数据与属性数据的无缝连接， 方便用户查询、更新铁路的空间及属性数据，进而为g r a s d s s 各子系统提供动态 数据，为铁路绿色选线提供科学依据。中国政府在铁路环境保护“十五”计划也 己明确把可持续发展作为一项重要的战略决策，提出“铁路绿色选线”的新概念， 提倡文明施工，使沿线环境质量尽可能地保持铁路建设前的水平，因此，本研究 成果的应用前景被看好，不仅为铁路绿色选线决策提供所需的数据，而且对铁路 绿色选线决策的科学性、可操作性、以及对该理论与技术的发展与完善也有重要 的学术意义。 1 2 国内外研究现状 铁路绿色选线决策支持系统中数据一般分为两类：空间数据和属性数据。 在6 i s 的发展早期，多数6 i s 采用单纯文件型数据库模型。2 0 世纪6 0 年代 计算机才正式应用在地理信息系统中，当时对空间数据库描述基本类似于现 2 硕十学位论文 第一章绪论 在的属性数据。到6 0 年代末，图形数据开始保存在计算机中，但是几乎不能 进行任何图形分析工作。7 0 年代是关系型数据库从技术上升到理论的时期， 虽然关系型理论对属性数据的管理带来了很大方便，但是空间数据库并没有 太大的发展，还主要停留在制图学水平上“。 从7 0 年代末到8 0 年代中后期，商业化的g i s 一般采用混合型数据库模型， 将空间数据与属性数据分开管理，这一领域的专家认为这是两类不同性质的数 据，应该用不同的系统来管理和操纵。所以，目前一般的地理信息系统使用关系 型的r d b m s ( r e l a t i o n a ld a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e m ) 管理属性数据，采用自定 义的数据文件管理空间数据，空间数据与属性数据通过唯一内码建立连接。之所 以说是自定义是因为不同的g i s 厂家都有各自的数据文件格式，不同的格式支持 具有各自特色的技术。从目前情况来看，地理信息系统大都采用混合数据结构来 组织数据库中的数据，即采用两种或两种以上的模型来分别组织和管理空间数据 和属性数据。属性数据采用关系模型，而图形数据采用拓扑数据模型。属性数据 具有与一般事务类数据相同的特征。当前关系数据库技术己经成熟，适合组织与 管理地理数据库中的属性数据，因此组织和管理g r a s d s s 中的属性数据可以运用 一般数据库设计方法。对空间数据来说虽然没有形成固定的格式规范，但在应用 上却有了基本的性能要求，其中最重要的一点是对拓扑关系表示与分析的支持。 然而，混合型数据库模型会带来一些问题：一是空间数据与属性数据之间的连接 太弱，易造成空间数据与属性数据的脱节；二是空间与属性数据不能统一管理， 实质上是两套系统管理，造成资源的浪费和管理的混乱；三是由于空间数据不能 统一在标准数据库里存放，造成空间数据不能在网络上长期共享。 要解决这些难题，唯一的出路是将空间和属性数据存放在统一的数据库里。 关系型数据库管理系统己提供了对地理空间数据的支持，一些地理信息系统厂商 在空间数据向关系型数据转化方面做了尝试，如m a p i n f o 公司的s p a t i a lw a r e 就是一个基于o r a c l e 数据库系统的综合空间信息管理系统，它包括数据分析、 制图、报表和用于多种客户端应用的模型工具。实现空间数据和属性数据的统一 数据库管理是地理信息系统的必然趋势。 在国外，有众多的研究机构、大学和公司进行空间数据库技术的研究”。 美国正在着手建立全球空间数据库，当前市场中已有像m a p i n f o 、a r c i n f o 等实 用g i s 系统。自g e o d a t a b a s e 数据模型提出后，e s r i 根据g e o d a t a b a s e ”。数据 模型提出了一套完整的空间数据库解决方案空间数据引擎a r c s d e 。另外一 些主流关系型数据库系统如o r a c l e 、i n f o r m i x 、s y b a s e 等都开始提供空间数据 的处理功能，其中以o r a c e l 公司的数据库系统最为成熟，o r a c l e 于8 0 4 版本中 推出了空问数据管理工具一s p a t i a lc a r t r i d g e ( s c ) ，它是一个真正的 3 硕士学位论文第一章绪论 c 1 i e n t s e r v e r 机制的产品，提供了分布式处理能力，全部的o r a c l e 安全管理 机制，s o l 方式访问空间数据等功能。o r a c l e 在充分利用现有的关系数据库管理 技术上，结合当前面向对象的新技术，提出对象一关系空白j 数据模型，实现了属 性数据和空间数据的一体化存储，从理论上保证了数据的完整性和数据共享。从 2 0 世纪8 0 年代中后期开始开展了面向对象数据库的研究，数据库厂商也在进行 着数据对象化的研究，并研制出了许多原型系统，也有商品化的面向对象数据库 管理系统，如o b j e c t s t o r e 、o n t o s 、0 2 等。进入9 0 年代中期以后，更进一步强 调了空间数据仓库、空间数据联机分析和空间数据挖掘的研究。空间数据仓库已 成为国外g i s 界研究的热点，并已经被应用到多个项目，如美国的e o s d i s 、澳 大利亚的土地管理系统、苏格兰的资源环境信息系统等。 在国内，虽然国产数据库的研究比较晚，但由于国内g i s 快速发展和实际应 用的需要，国内许多部门和机构纷纷开展了对空间数据库的研究。如刘春等 ( 1 9 9 9 ) 在已有数字图形和属性数据的基础上，通过m i c r o s t a t i o ng e o g r a p h i c 软件平台构筑g i s 环境下空间数据库，试图有效地连接属性与图形数据，为g i s 空问查询提供依据p ”2 。赵军等( 2 0 0 0 ) 以m a p g i s 为平台建立内蒙古地区的l ： 2 0 万( 1 ：5 万) 数字地质图空间数据库”。孟凡荣( 2 0 0 2 ) 根据选用的g e o s t a r 软件平台的数据模型和数据源的情况，提出了北京三库一体化的空间数据库建库 方案，这些空间数据库大多数是按文件目录的方式组织空间数据库，而空问数据 格式也多是s h a p e 、e 0 0 、t i f 、w l 等文件格式，这种空间数据库的研究主要是一 种应用型的研究“。 由于g r a s d s s 的建立是基于c o m 技术的g i s - - d s s 集成开发模式，以v i s u a l b a s i c n e t 为开发平台，并采用m a p x 组件技术，故本文采用双数据库型对数据库 进行存储管理，即属性数据存放在外部s o ls e r v e r2 0 0 0 数据库和m a p l n f o 文件 ( t a b 和d a t 文件) 中，地图数据采用的是m a p l n f o 空间数据结构，将其直接保 存在m a p l n f o 图形文件中。 1 3 研究内容、方法以及预期研究成果 1 3 1 研究内容 1 系统数据库的研究 本文采用系统工程和软件工程的原理，将数据库管理系统、g i s 技术以及d s s 技术相结合，建立一种基于g i s 的数据库系统，以实现g r a s d s s 数据库中属性数 4 硕七学位论文 第一章绪论 据和空间数据的动态更新、查询以及空间数据和属性数据的互访，为g r a s d s s 中 的线路方案评价、线路方案环境影响分析、工程措施查询、工程投资分析以及模 型库中的各种预测评价模型( 噪声预测评价、水环境预测评价、大气环境预测评 价、生态环境预测评价、固体废弃物预测评价) 等提供公共数据支持。通过g i s 技术实现属性数据与空间数据互访，为g r a s d s s 提供数字化数据，同时实现 g r a s d s s 数据库的推广。为达到以上的目标，本文进行了如下研究： 1 根据g r a s d s s 的特点，利用数据库建模方法进行数据库概念设计。 2 将设计实体一联系模型转化为关系模型，并对关系模式进行规范化设计。 3 将已规范化的关系模型转化为s q ls e r v e r2 0 0 0 的具体数据库。 4 通过对数据进行处理，采用矢量化一数据转换一编辑一拓扑一空间数据库 的流程，生成了g r a s d s s 所需要的标准空间数据格式，实现了空间数据库的入库。 5 为模型库预测、评价提供所需数据，通过调用模型库的各种预测模型，实 现数据库中数据的批量计算。 6 以s o ls e r v e r2 0 0 0 为后台数据库，利用m a p x 组件技术管理系统空间数 据库，并提供机制将空间数据与属性数据进行无缝联接。 7 以v i s u mb a s i c n e t 为开发平台，集成s q ls e r v e r2 0 0 0 以及m a p x 5 0 进行开发，为用户提供绿色选线决策的空间和属性数据的查询、调用及更新等操 作。 8 为g r a s d s s 的空间分析及其他模块提供数据支持，并利用图形叠置法实现 了线路方案的优选。 1 3 2 研究方法 为完成上述内容，在研究开发中，以系统论为指导，采用e - r 方法进行数据 库建模，用面向对象的软件设计开发方法和“引进一应用一二次开发一的研究与 开发模式，把m a p x 组件嵌入到v i s u a lb a s i c n e t 开发平台上，构建一种基于 g i s 的g r a s d s s 数据库。数据库的建立流程如图卜1 下： 5 硕士学位论文第一章绪论 图1 - 1 数据库的建立流程 数据库锊理系统框架如图卜2 所示。 1 3 3 预期研究成果 图卜2 数据库管理系统框架 数据库在g r a s d s s 中的应用如下： 将a u t o c a d 数据文件转换成标准的空间数据文件入库，并且实现了图形 数据库与属性数据库的关联。 能制作各种专题地图以及数据统计，为科学合理决策的作出提供依据。 6 硕士学位论文 第一章绪论 管理数据库的能力，数据的定义、数据库的建立、更新、修改、维护等 功能。 支持空间数据的双向查询和检索，能够及时、准确地向用户提供全面而 有价值的信息。 利用g i s 的空间分析能力，实现线路方案的优选功能。 能为模型库提供数据支持，为模型的运行提供基础数据。 能为人机交互系统提供可视化的交互环境，如专题地图、统计值和图形 文件的输出。 数据库的使用权限以及安全维护即能够设置用户对数据库的使用权限 以及数据的备份和恢复。 7 硕士学位论文第二章g r a s d s s 的研究设计 第二章g r a s d s s 的研究设计 2 1g r a s d s s 的设计目标、原则 1 系统的设计目标 系统的设计目标是由其决策任务决定的。铁路绿色选线是典型的半结构化空 间决策问题，既需要对铁路沿线环境因素进行定性分析又要对各因素的影响程度 进行定量计算。为此，g r a s d s s 的指导思想是：根据区域的自然、社会经济条件、 历史文化基础以及社会和经济发展的需要，在国家和区域宏观政策的指导下，以 可持续发展思想为指导，进行铁路建设，寻求社会效益、经济效益和环境效益的 平衡，实现铁路的可持续发展。 2 g r a s d s s 的设计原则 根据铁路绿色选线决策支持的任务和要求，在g r a s d s s 的设计过程中，我们 遵循以下主要原则： ( 1 ) 科学性原则 g r a s d s s 是一个现代化的辅助决策支持系统，其设计与开发必须符合科学性 的原则，尽量采用新思想和新技术； ( 2 ) 实用性原则 整个系统的开发是为了实现铁路建设经济效益、社会效益和环境效益三效益 的协调统一，最终实现铁路的可持续发展，这要求系统结构合理、功能强大、操 作方便、界面友好； ( 3 ) 可靠性原则 铁路建设项目影响国民经济发展及社会可持续发展，关系到国计民生，具有 重要的经济、社会和政治意义，因此必须保证系统j 下确可靠的运行； ( 4 ) 开放性原则 各子系统功能独立，在信息处理上既保持相互独立又相互联系和作用，通过 数据及图形信息资源的共享实现相互关联； ( 5 ) 动态性原则 铁路选线是一个动态的系统，g r a s d s s 系统的各功能模块应设计成动态、开 发的形式，并且具有良好的继承性； ( 6 ) 面向用户的原则 8 硕士学位论文第二章g r a s d s s 的研究设计 系统应能满足决策者的决策需要，具备操作简单的特点，便于用户掌握使用。 2 2g r a s d s s 总体设计 2 2 1 系统功能 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； 综合评价。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建议； 根据对线路的环境影响空间分析、方案比选结果和环保措施建议，修改 线路方案走向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所需的费用，汇总成环 保经济总费用，为线路方案的经济评价提供基础数据。 2 2 2g r a s d s s 的d s s 和g is 集成开发模式 现有的g i s 与d s s 的结合开发模式主要有集成d s s 开发模式、g i s 建模方式、 模型g i s 连接模式和基于t o m 技术的g i s - - d s s 集成开发模式。g r a s d s s 采用基 于c o m 技术的g i s d s s 集成开发模式，。 1 基于c o m 技术的g i s - - d s s 集成开发模式： 该模式以d s s 为主体，通过g i s 所提供的空间分析来调用空间数据和空间分 析功能。其开发难度大，但是系统耦合程度高，决策分析能力最强。基于c o m 技 术的g i s 与d s s 集成又有以下两种方案： ( 1 ) 基于o l e 和二次语言开发的g i s - d s s 集成方案 这种方法是将g i s 软件以o l ea u t o m a t i o ns e r v e r 的方式在后台运行，然后 在应用程序中调用g i s 中已有的功能，或者应用g i s 提供的二次开发语言开发的 新功能。在开发中，常用的g i s 软件是m a p i n f o ，m a p b a s i c 是m a p i n f o 提供的二 次开发语言。 ( 2 ) 基于组件式的g i s 与d s s 集成方案 9 硕士学位论文第二章g r a s d s s 的研究设计 随着g i s 应用领域的不断扩展，应用型g i s 的开发”“工作日显重要，组 件式g i s 的优越性越显明显。 组件式g i s 。”“( c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ，c o m g i s ) 是g i s 开发的一个新 领域。c o m g i s 是面向对象技术和组件式软件在g i s 软件开发中的应用。它是o l e 和a c t i v e x 共同的基础。它基于标准的组件式平台，各个组件之间不仅可以进行 自由、灵活的重组，而且具有面向对象的可视化的界面和使用方便的标准接口， 可以与传统的m i s 、o a 等系统有机的集成，克服传统g i s 与m i s 系统难于集成一 体的缺点。主要开发技术是利用g i s 工具软件生产厂家提供的建立在o c x 基础 上的g i s 功能组件( 如e s r i 的m a p o b j e c t ，m a p i n f o 公司的m a p x 等) ，在v i s u a l b a s i c 、v i s u a lb a s i c n e t 等编程工具编制的应用程序中，直接将g i s 功能嵌入 其中，实现g i s 的各种功能。 组件式g i s 的出现，为g i s - - d s s 的数据集成提供了良好的接口。许多在g i s 软件无法与专业的应用软件集成的问题，在组件式g i s 下迎刃而解。组件式g i s 不依赖于某一种开发语言，可以嵌入通用的开发环境，如v is u a lb a s i c 中实现 g i s 的功能，而专业模型则在这些语言环境下不但容易开发实现，而且还可以插 入其他的专业性模型分析控件。基于组件式的g i s - - d s s 的集成环境h “如图2 - 1 所示： 图2 - 1 组件式g i s d s s 集成示意图 2 0 0 5 年，中南大学冉茂平在对g r a s d s s 进行总体设计时采用基于c o m 技术 的g i s - - d s s 集成开发模式中的o l e 与二次开发语言的g i s - d s s 集成模式。本文 在此研究基础上，利用组件式g i s 的优越性，采用基于基于组件式的g i s - - d s s 集成丌发模式，对g r a s d s s 进行改进。g r a s d s s 的详细研究进展介绍见2 2 3 节。 2 2 3g r a s d s s 的研究进展 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开发目标是使铁 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，利用g i s 的空间 分析能力，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 1 0 硕士学位论文第二章g r a s d s s 的研究设计 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 i n f o 软件作为g i s 软件平台，使用其二次开发 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，采用模型分析一图形叠置法，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”。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一模型库系统 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 的开发方式，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，采用组件技术丌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态管理“。同年中南大学 郑小燕硕士论文铁路绿色选线环境影响经济损失分析理论方法研究及系统功能 模块的实现估算出由铁路建设造成的环境影响经济损失值“。2 0 0 8 年，本人 对g r a s d s s 数据库进行了研究，建立了g r a s d s s 数据库，为g r a s d s s 的稳定运行 提供数据支持，我的同学欧阳志峰和杨立国分别对g r a s d s s 知识库和人机交互集 成进行了研究，逐步完善了g r a s d s s 的各项功能。 。- 2 2 4 总体结构设计 在已有的研究基础上，根据g r a s d s s 的系统功能，采用模块化设计的思想， 根据系统实现的功能，将其分为几个主要模块，分别进行开发与实现。最后将不 硕士学位论文 第二章g r a s d s s 的研究设计 同功能模块组合成一个完整的系统。g r a s d s s 总体结构如图2 - 2 所示。 2 2 5 系统软硬件要求 图2 - 2g r a s d s s 总体结构 1 硬件平台 主机：p e n t i u ui i l 7 2 0 的c p u ， 2 5 6 m 的s d r a m ，2 0 g 的硬盘，1 5 寸纯屏 数字彩显； 扫描仪：h p ( a 4 ) ； 打印机：h p4 l l 激光打印机； 2 软件环境与配置 基本操作系统 m i c r o s o f tw i n d o w sx p 2 0 0 0 9 8 或w i n d o w sn t4 0 2 0 0 0 ： 专业软件 m a p i n f op r o f e s s i o n a 7 8 ，m a p x 组件： 开发平台 v i s i u a lb a s i c n e t 平台 系统关系数据库 s o ls e r v e r2 0 0 0 数据库 1 2 硕士学位论文第三章g r a s d s s 数据库的设计 第三章g r a s d s s 数据库的设计 数据库是g r a s d s s 的核心组成部分，它直接决定着系统的成功与否，建立数 据库不仅仅是为了保存数据，更主要的是为了帮助人们管理和控制与这些数据相 关联的事物。g r a s d s s 的数据库设计包含包括两个部分：空间数据和属性数据。 g r a s d s s 中的数据大多数都是地理数据，它与通常意义上的数据相比，具有 自己的特点：地理数据类型多样，各类型实体之间关系复杂，数据量大，而且每 个线状或面状地物的字节长度都不等长等。地理数据的特点决定了利用目前流行 的数据库系统直接管理地理空间数据，存在着明显不足，故g r a s d s s 必须发展自 己的数据库一空间数据库。 空间数据库是一种应用于地理空间数据处理与信息分析领域的具有工程性 质的数据库，它所管理的对象主要是地理空间数据( 主要包括空间数据和非空间 数据) 。因此，g r a s d s s 数据库的建立主要包括数据标准的确立，入库的内容和 分类，数据信息来源，数据库逻辑设计和模块组成、空间数据采集及误差控制。 由于铁路绿色选线决策支持系统涉及到铁路对沿线地区产生的各种环境影 响：铁路对沿线地区产生的噪声影响、水污染、大气污染、生态影响以及固体废 物污染，故在数据库的建立过程中，必须参考各种环境质量标准和污染物排放标 准。 目前铁路运输大都采用电力机车，对大气环境产生污染的内燃机车已极少使 用，除非在电力供应不足的情况下才使用( 以2 0 0 8 年冰灾为例) 。g r a s d s s 数据 库考虑到数据的全面性，在建立数据库的时候，也把大气环境影响因素考虑进来， 若牵引类型是电力机车则不考虑大气环境影响因素，若是内燃机车或是燃煤机车 或是燃油机车就考虑大气环境影响因素，从而保证了数据库的完整性。 3 1 数据标准 g r a s d s s 的首要任务是建立数据库，将铁路途径沿线大量的地质资料、决 策过程中各种环境影响( 噪声、水、大气、生态以及固体废弃物) 预测所需数据 以及预测结果进行统一管理。建立数据库，首要问题就是数据标准仃训，没有 标准，就很难将分散在不同地方的数据统一起来，更不可能统一规划数据库的结 构、字段代码、表达方式等。g r a s d s s 数据库的建立根据我国现行的环境质量标 硕士学位论文第三章g r a s d s s 数据库的设计 准以及污染物排放标准瑚1 制定。 我国现行的环境质量标准表列于表3 - 1 、污染物排放标准列于表3 2 。 表3 - 1 环境质量标准 标准名称 代号 城市区域环境噪卢标准 g b 3 0 9 6 9 3 城市区域环境振动标准g b l 0 0 7 0 8 8 地表水环境质鼙标准 g b 3 8 3 8 2 0 0 2