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摘要：GIS技术是一种空间信息分析技术，在资源环境、勘察设计等方面发挥着技术先导作用。在铁路建设中，铁路选线是其施工的基础，其对铁路工程成本、功能和经济价值都有一定的影响，因此，要科学合理地选择铁路线路，从而保障铁路运营发挥最大价值。为了实现上述目的，则需要对铁路线路进行合理设计，保障线路的可行性、可靠性，在线路设计过程中，应用GIS技术能够为线路设计提供有效的数据收集和分析，为铁路施工奠定基础。基于此，本文主要概述了GIS系统的构成、功能等，分析了GIS技术在铁路线路设计中的具体应用。
关键词：GIS技术；铁路选线设计；应用
0引言
近年来，GIS技术都得到了迅速的发展，在各个领域发挥着重要的作用。该技术不仅可以对空间属性的各种资源环境进行有效管理，而且能够快速测试和分析资源环境管理和实践模式，并能对不同时期的资源环境变化情况进行动态监测，为工程项目设计施工、资源环境管理提供有效依据，进而提高工作效率和质量。在铁路线路设计中，应用GIS技术能够为设计提供数据依据，在一定程度上保障了线路设计的可靠性，从而推动了铁路工程的建设与发展。
1 GIS技术概述
1.1地理信息系统的构成
地理信息系统主要有四个要素构成，即硬件、软件、数据和用户。具体来说，硬件是地理信息系统中物理设备的总称，主要包括输入设备、输出设备、处理设备、存储设备；软件系统是指GIS运行所需要的各种程序，主要包括地理信息系统软件、计算机软件、用于建模和分析的特定应用程序等，通过这些软件的应用，能够完成信息的处理和分析、模型的建立和研究等；数据是GIS系统的一个应用基础，也是其主要的操作对象，室内的数字化和野外采集、其他数据转换而来的数据均可作为数据的来源，该数据主要分为两种类型，即空间数据和属性数据，其中空间数据用于表示空间实体的大小、方向、几何拓扑关系等；用户是指地理信息系统的服务对象，在应用该系统的过程中，除了系统软硬件对数据的处理，还需要人来对系统进行组织管理和完善，对数据进行维护和更新等，人为因素是决定该系统应用成功与否的重要因素，其包括GIS系统的设计人员、开发人员、维护人员等[1]。
1.2地理信息系统的功能
1.2.1基本功能
地理信息系统的基本功能主要包括数据的采集与编辑、存储与管理、处理与变换、空间的查询和分析、产品的显示与输出等。具体来说，数据的采集与编辑是指通过GIS系统来获取和编辑数据，确保数据库的完整性、正确性，其中数据的共享与自动化输入是该系统的重要内容，可通过自动扫描输入、手扶跟踪数字化仪输入等来完成信息的采集和输入；数据的存储与管理是指借助计算机的存储介质，将数据以某种格式记录到介质中，同时GIS数据库还可以对数据进行有效地管理，保障属性数据和空间数据的完整性；数据的处理与变换是通过系统对数据的处理和变换，使得数据具有规范性和统一性，从而减少同一种类型数据的质量差异，完成GIS多种数据类型的设计；空间的查询与分析，该功能是GIS系统的核心功能，主要包括数据运算、数据查询与检索、数据综合分析等；产品的显示与输出，是指GIS系统可以以各种图像、图形、文字等形式来显示产品信息，其中，地图图形输出为该系统产品的主要表现形式[2]。
1.2.2应用功能
就GIS的应用功能来说，主要包括资源管理、规划设计、辅助决策等。具体来说，资源管理是指在GIS系统的应用基础上，可以完成资源的清查、管理与分析，能够有效汇集、统计和分析各种来源的数据，为资源的合理利用和规划决策提供依据；规划设计方面，GIS系统具有强大的数据处理功能、分析功能、规划设计结果可视化功能，因此可通过系统完成区域的规划、线路的设计，并建立相关模型用于分析；辅助决策方面，通过地理信息系统可建立相应的数据库，在此基础上，完成数据模型的构建和分析，从而为决策提供有效依据。
2 GIS技术在铁路线路设计中的应用
2.1空间数据基础的转变与统一
在铁路选线设计中，可通过GIS系统来进行数据基础的转换，对平面设计坐标进行统一，均转换为球面坐标，同时根据工程设计的需求，对平面坐标进行动态关联，从而对空间数据进行有效显示，最终在工程勘测设计体系中实现绝对定位测量与传统相对控制测量的统一。要想实现空间数据的统一性、稳定性，则需要将大地坐标设定在标准椭球体上，并对空间数据与工程数据进行转换。此系统中，全部的编辑流程均为双向可逆，坐标转换体系能够实现椭球体变换、坐标换带、地图投影等方面的融合，且保障高精度、高效率。另外，在该体系中已知任意两个节点的控制参数，就可以完成相应坐标的自动转换。基于上述空间信息转换体系，可以为大地坐标系统的信息统一提供便利。通常在项目设计中，转变多为平面转变，但平面坐标具有一定的特殊性、局限性，对此可通过汇集大面积空间信息基础，形成比较可靠的标准椭球体的大地经纬度系统。要想与普通的GPS、GIS系统进行汇总，可选用CG CS2000或者WGS 84坐标系。统一信息基础的构建可有效收集平面影像项目信息，确保GIS空间信息与项目研究信息在空间分解和策略上的统一性，有利于信息的无缝连接，以实现GIS空间信息数据的收集和编辑。
2.2空间数据的自动采集与转换
众所周知，GoogleEarth是一个全球三维GIS公共平台，其具有多项技术优势，比如速度快、信息量丰富等，在这些技术优势下，可将数字地球概念转换为三维模型。在实际的工程设计中，可通过GoogleEarth完成高程数据的获取，从而有效提取线路的横断面地形、纵断面地形，或者建立沿线区域的数字地面模型，用于线路的设计。地面高程数据的方位点是GoogleEarth的主要研究对象，在工程设计中，首先要确立采集点的集合，通常这些点是以球面坐标形式表示，所以可对这些点进行点集，之后进行转换，最终通过GoogleEarth的运用来定位采点[3]。其中，采点点集的转换工作是以线位角点数据为基础，对线位中线点集进行确立，并通过空间分析来完成的，比如可通过缓冲区分析，明确选线区域两侧不对称的多边形采集点区域，最终完成区域DEM的下载。实际上，GoogleEarth高程数据的获取精度能够满足大多数区域的规划和研究，因此其得到了广泛的应用。
2.3先进的电子地图在线综合选线
随着电子产业的不断发展，出现了一些先进的电子地图。在线路设计过程中，可通过电子地图进行在线选线设计，可在同一坐标空间内，同时进行电子地图、地形图、高分辨率卫星图的切换，最终实现综合选线。这里所指电子地图不仅包括GoogleMaps，还包括雅虎地图、百度地图等。就电子地图选线设计来说，其是以JavaScript研发为基础，对球面坐标进行针对性研究。运用电子地图进行综合选线，具有以下几点优势：其一，能够实现多层次、多分辨率的表达，不仅可以从宏观上对整体线位走向进行把控，而且可以实现局部的调节；其二，通过电子地图进行选线设计时，宜采用动态局部平面的方式来实现投影的有效转换，可对较大区域进行选线设计，同时进行若干线路的设计，并能保障设计的精度；其三，电子地图选线设计模式提高了设计的效率和质量，能够深入认识区域、建筑分布、交通布局等，从而为区域综合选线设计提供有效数据，在一定程度上增强了选线设计的效果增强，提高了选线设计的质量；其四，具有多种空间数据的支持，包括栅格图像数据、矢量数据等，这些数据在坐标体系上的统一能够提高选线参照系统的真实性，符合地球模型的真实表达[5]。
3基于GIS的山区铁路选线具体应用分析
3.1山区铁路选线的复杂性
与平原及丘陵地区铁路选线不同，山区的选线通常根据地形地质的实际情况，综合考虑各方面因素，比如政府对线路走向的意见、施工工期、投资控制等方面，从而决定了山区铁路选线的复杂性，具体表现为：
3.1.1平面局限于数条走廊
众所周知，我国地域辽阔，包含多种地形地质，特别是山区地质情况比较复杂。但在山岭地区常常存在不良地质（滑坡体等）或者自然保护区、间以地质断层等，基于此，在进行铁路选线时，应尽量绕开这些地质情况，这就决定了线路走向难以顺直。
3.1.2纵断面受工点影响大
就山岭地区来说，含有较多数量的陡坡深谷，要想设置铁路线路则需要建设大量高桥或者长隧道。对于一些深沟跨越点，其纵断面具有一定深度，当其过高时，相对应的桥墩也比较高，此种情况是选线方面难以接受的，此时需加大跨度来解决此问题。在选线过程中，应尽量减少特殊大跨的使用，从而保障线路的安全性。
3.1.3横断面放坡困难
受山区横断面放坡困难的影响，区间内应尽量降低短路基的使用，从而保障线路的平顺性、稳定性。对于路基车站来说，因山区地形复杂，难以找到一块开阔的地形作为站址，在一定程度上增加了选线的难度。
3.1.4地质情况随时间变化而变化
对于山区地区来说，地质活动容易形成堰塞湖等次生灾害，一旦堰塞湖溃坝或者山体发生滑坡，对铁路桥墩的冲击是毁灭性的，而且这种次生灾害面积很广。
总之，山区选线应以地质条件为前提，以平面为主导，并对纵断面进行不断调整。在实际的铁路选线中，则需要全面、直观地了解所在区域的情况，进而保障选线的科学性、合理性。
3.2基于GIS的山区铁路选线应用
3.2.1主要影响因素的选取
在选取路线过程中，要结合山区的地形、地质、地物、环境等多方面情况，从而保障路线的可操作性。具体来说，在铁路选线设计时，要充分考虑地形因素，力争工程数量最少，为工程施工、铁路运营及维护创造有利的条件；地质方面，应尽量选择路基稳定的地区，从而保障铁路运行的安全性；地物方面，应本着减少破坏、保证人身安全、降低工程投资的原则；环境方面，合理设计线路坡度，将填挖方量降到最低，保护植被，保持水土，远离水源[6]。
3.2.2 GIS的水流分析
基于GIS系统和ArcGIS系统，能够构建数字高程模型（DEM），并从中提取铁路选线所在区域的水文特征，不仅包括水流的方向、流域的汇流能力，还包括流域的边界情况、子流域情况等等。通过提取水流相关数据，对水流特征进行分析，从而为选线方向提供依据。
3.2.3模型的求解
利用ArcGIS的最优路径算法，对铁路行经不同地区的累计费用成本进行计算，筛选出费用成本最小的线路方案，也就是单因素影响下的最优线路方案。具体来说，在各个因素栅格图层的基础上，对其进行权重值叠加，从而完成综合因素成本图层的生成，构建综合因素影响下的铁路选线费用分析模型。基于模型分析，并通过相应计算，从而得出综合因素影响下的最优路径。其中，建模和求解的过程如图1所示。
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图1选线分析模型
4结束语
总而言之，铁路选线设计是铁路建设施工的重要前提，该工作的好坏直接影响着后期的铁路规划建设和运营使用，因此要重视选线设计，并采取有效的方法和措施来提高选线设计的效率和质量。在实际的铁路选线设计中，可采用GIS技术，因为该技术能够有效收集和处理数据，并能建立三维模型，更好地进行数据分析和设计，从而保障铁路选线设计的合理性、可行性，进而推动铁路事业的持续发展。
参考文献：
[1]骆建.GIS技术在铁路选线设计中的应用研究[J].自动化与仪器仪表，2017（7）：119-120.
[2]刘振宇.GIS在工程测量中的应用微探[J].工程建设与设计，2016（18）：1-2.
[3]佚名.铁路线路设计考虑因素分析与发展探讨[J].工程建设与设计，2018，397（23）：114-115+118.
[4]范登科.BIM与GIS融合技术在铁路信息化建设中的研究[J].铁道工程学报，2016，33（10）：106-110.
[5]佚名.议铁路线路运用三维可视化的设计原理与方法[J].工程建设与设计，2018，397（23）：116-118.
[6]尹煊.铁路选线要素在线路设计中的具体应用研究[J].科技展望，2015，25（26）.