基于GIS铁路选线CAD系统的研究与应用

论文摘要

根据现代铁路选线设计发展的趋势和“3S”技术广泛应用的现状,将GIS应用于铁路选线设计是当前研究的重点和热点之一,充分利用GIS强大的空间分析与决策能力、多维多层次表达和三维可视化等独特优势,对于全面提升当前基于CAD开发的铁路选线系统有着巨大的潜力,而在此基础上采用欧氏障碍空间最短路径理论对线路平面方案进行优化更有着良好的应用前景。在当前的GIS应用中,Google Earth是一款使用广泛的三维可视化地球软件,它把卫星影像、航空照片、三维地面模型等GIS信息布置在一个地球的三维模型上,具备一系列特点能够满足铁路选线设计的需要,从而使得基于GIS进行铁路选线设计的研究具有重要现实意义。针对传统铁路选线CAD系统存在的不足,本文以Microsoft Visual Studio 2010为开发平台,以AutoCAD Civil 3D 2011为CAD绘图平台和GIS平台,同时以Google Earth和SRTM作为GIS数据来源,采用C#语言编程形成GIS+CAD的双开发模式,在与原系统相兼容的基础上实现了GIS和CAD的有机结合和优势互补。通过将GIS全面应用于铁路选线设计各环节,有效弥补了原有系统存在的一些缺陷,同时扩展了其功能应用,从而明显提升铁路选线设计的技术水平。文中分别对CAD和GIS的各种二次开发技术作了详细的分析和比较,并根据现实情况确定出比较合理且现实可行的开发方案,以确保所设计的功能可以编程实现。通过对Google Earth数据的来源和精度进行深入分析,推导出将WGS-84大地坐标与铁路选线所采用的北京1954平面坐标进行相互转换的可行方法,同时采用现场实验的方式验证了数据转换的精度和可靠性,进而确定出将GIS数据应用于铁路选线设计的可行性和具体的应用范围。最后,本文对整个系统的开发过程及所采用的关键技术作了详细介绍和分析,整体的介绍了基于GIS的铁路选线设计系统的功能设计和具体程序实现,展示了系统的界面和主要功能设置,实现了在Google Earth三维空间中进行平面选线设计、地面高程数据提取和地面线绘制、GIS资源下载及利用、GIS空间分析及线路优化等功能模块,同时对线路的三维效果作了部分展示,最后以福建南三龙铁路的可行性研究为例具体说明了系统的应用及进一步改进的途径和方法,具有一定的实用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究动态和发展趋势
• 1.2.1 国外研究动态
• 1.2.2 国内研究动态
• 1.2.3 铁路选线设计发展趋势
• 1.3 现状分析及存在的问题
• 1.4 选题理由及本文研究的范围
• 1.4.1 选题理由
• 1.4.2 本文研究范围和主要内容
• 2 CAD二次开发技术及方法
• 2.1 AutoCAD软件及功能特点
• 2.2 CAD二次开发工具简介
• 2.2.1 CAD二次开发工具演进过程
• 2.2.2 CAD二次开发工具及特点
• 2.3 CAD二次开发工具选择
• 2.3.1 主要开发工具对比
• 2.3.2 开发工具的选择
• 2.4 开发环境的搭建
• 2.4.1 开发平台的选择
• 2.4.2 开发语言的选择
• 2.4.3 CAD软件及版本选择
• 2.5 CAD数据库结构分析
• 2.6 CAD二次开发方法及其实现
• 2.6.1 CAD二次开发的基本形式
• 2.6.2 AutoCAD.NET API接口
• 2.6.3 CAD图形对象交换接口
• 2.6.4 CAD二次开发的具体流程
• 2.6.5 CAD实体创建方法
• 2.6.6 CAD二次开发实现方案
• 3 GIS数据获取及精度分析
• 3.1 GIS简介
• 3.2 GIS与CAD之对比分析
• 3.3 GIS在铁路选线中的应用
• 3.4 GIS主要软件工具
• 3.5 GIS数据获取途径
• 3.6 Google Earth数据分析
• 3.6.1 Google Earth简介
• 3.6.2 Google Earth的图形对象
• 3.6.3 Google Earth的影像数据
• 3.6.4 Google Earth的DEM数据
• 3.6.5 Google Earth采用的坐标
• 3.6.6 Google Earth坐标转换
• 3.6.7 Google Earth数据精度分析
• 3.6.8 Google Earth数据分析结论
• 4 Google Earth二次开发技术及方法
• 4.1 Google Earth二次开发方式
• 4.1.1 Google Earth的特点
• 4.1.2 Google Earth版本选择
• 4.1.3 Google Earth二次开发方式
• 4.2 基于Google Earth COM API的开发
• 4.2.1 COM API接口
• 4.2.2 Google Earth COM API类库
• 4.2.3 Google Earth COM API二次开发所用坐标系
• 4.2.4 Google Earth地理坐标获取
• 4.2.5 Google Earth COM API开发步骤
• 4.3 基于KML文件的开发
• 4.3.1 KML文件简介
• 4.3.2 KML语法规则
• 4.3.3 KML代码结构分析
• 4.3.4 KML文件的创建与读写
• 4.3.5 KML文件的开发流程
• 4.3.6 KML文件与DXF文件相互转换
• 5 基于GIS铁路选线CAD系统设计及功能实现
• 5.1 系统总体设计思路
• 5.2 系统开发采用的主要技术
• 5.2.1 COM组件技术
• 5.2.2 进程和多线程技术
• 5.2.3 Hook API技术
• 5.2.4 数据库处理技术
• 5.3 计算机系统软件及硬件配置要求
• 5.4 系统界面设计
• 5.5 主要功能模块设计及程序实现
• 5.5.1 软件界面控制及项目管理功能模块
• 5.5.2 GE平面选线设计功能模块
• 5.5.3 获取地形三维曲面与纵断面设计功能模块
• 5.5.4 GE资源下载及应用功能模块
• 5.5.5 GIS空间分析及线路优化功能模块
• 5.5.6 设计成果三维效果展示功能模块
• 6 具体应用及其改进
• 6.1 基于GE的平面选线设计
• 6.1.1 项目简介
• 6.1.2 制作三维等高线地形图
• 6.1.3 GE中叠合等高线地形图
• 6.2 坐标转换及误差分析
• 6.3 构建DEM
• 6.4 地质布孔及辅助测绘
• 6.5 基于GE的铁路三维选线
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 程序部分代码
• 攻读学位期间的研究成果