鐵路選線設(shè)計是整個鐵路設(shè)計中事關(guān)全局的總體性工作，是集創(chuàng)造性、知識性與
實踐性于一體的多目標(biāo)決策過程。其基本流程是：從社會經(jīng)濟(jì)需求出發(fā)，結(jié)合項目所
處自然、生態(tài)環(huán)境，大面積著手，逐步細(xì)化，確定建設(shè)項目的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、空間位置，
協(xié)調(diào)布設(shè)各種建筑物。該決策過程受地形、水文、地質(zhì)、土地利用等因數(shù)約束，需滿
足各種技術(shù)規(guī)范和運(yùn)輸要求，處理各種字符、數(shù)值、圖形、圖像資料，要考慮各種定
性、定量、確定性和不確定的信息，加之評價指標(biāo)不一致，使得該決策過程異常復(fù)雜，
難以建立統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型。以圖形交互為主要特征的計算機(jī)輔助設(shè)計的普及以及鐵路
勘測勘測設(shè)計一體化的推進(jìn)，選線設(shè)計工作的速度、質(zhì)量都有很大提高，但未能從根
本上解決選線設(shè)計中方案有限、決策周期長、評價指標(biāo)單一、設(shè)計勞動強(qiáng)度大以及采
用方案難以有效論證等問題。鐵路選線設(shè)計任務(wù)的復(fù)雜性、創(chuàng)造性、重要性決定對設(shè)
計方法進(jìn)行深入研究是必要的，而常規(guī)軟件方法未能有效解決問題，需要探索智能化
方法。因此鐵路選線設(shè)計的智能化研究對變革鐵路選線方法具有重要意義。
借鑒國內(nèi)外人工智能在鐵路、公路選線設(shè)計中的應(yīng)用經(jīng)驗，結(jié)合鐵路選線設(shè)計的
特點，鐵路選線設(shè)計智能化的實現(xiàn)應(yīng)該：1)有效識別和利用空間地理信息；2)協(xié)同
人和計算機(jī)在智能選線中的智能職能；3)聯(lián)合使用數(shù)值和符號的方法；4)從較高抽
象層次和領(lǐng)域應(yīng)用角度統(tǒng)一規(guī)劃選線設(shè)計知識。為此論文提出了基于GIS鐵路選線系
統(tǒng)智能環(huán)境(GBGBRLIE)的綜合解決方案，即基于知識工程和GIS技術(shù)，構(gòu)建具備專
家級問題求解能力，追求知識綜合運(yùn)用，集輔助性、創(chuàng)造性、教育性于一體，具有沉
浸感的人機(jī)協(xié)同設(shè)計復(fù)雜智能信息系統(tǒng)。
論文主要進(jìn)行了以下幾個方面的工作：
1)提出了GBRLIE的本體建模方法并建立了鐵路選線設(shè)計領(lǐng)域本體。借鑒知識系統(tǒng)
開發(fā)經(jīng)驗，根據(jù)鐵路選線對知識模型的共享、交互以及互操作等要求，提出使用本體
建立鐵路選線知識模型，并分析了本體在GBRLIE的地位和作用；結(jié)合GBRLIE特點，提
出使用改進(jìn)迭代法、UML語言和微軟的ViSio構(gòu)建本體；提出并詳細(xì)描述了采用面向?qū)?br /> 象技術(shù)和UML輕量級擴(kuò)展的領(lǐng)域本體形式化表示方式；最后構(gòu)建了鐵路選線設(shè)計的領(lǐng)域
本體，包括線路本體、選線地理環(huán)境本體和線路評價本體。
2)智能環(huán)境中人機(jī)協(xié)同的知識表示、獲取與利用技術(shù)。a)將選線系統(tǒng)知識分為
面向領(lǐng)域人員和面向計算機(jī)知識，基于本體構(gòu)建面向計算機(jī)知識模型和概念關(guān)系詞典，
基于概念關(guān)系詞典建立面向領(lǐng)域人員的知識模型，面向計算機(jī)和面向領(lǐng)域人員的知識
通過概念關(guān)系詞典映射。b)面向領(lǐng)域人員知識概念上用語義網(wǎng)絡(luò)表示，實現(xiàn)時采用面
向?qū)ο蠛土魑臋n技術(shù)表示為帶元知識的知識森林。c)用面向?qū)ο蠹夹g(shù)表示面向計算機(jī)
知識：一般知識類表示事實知識，規(guī)則采用層次模型和雙層形式化模型，把問題求解
知識表示為推理機(jī)控制知識，實現(xiàn)推理機(jī)與控制策略的分離。d)提出并實現(xiàn)了提案一
目標(biāo)驗證通用嵌入式推理，即通過提出可能方案，’經(jīng)過一系列推理，然后再驗證其是
否滿足目標(biāo)條件的方式解決問題。e)提出了GBRLIE中符號推理和數(shù)值計算的集成方法。
通過采用統(tǒng)一的知識模型，利用面向?qū)ο蠹夹g(shù)表示知識對象，并把這些知識內(nèi)部表示
第1I頁西南交通大學(xué)博士研究生學(xué)位論文
為町執(zhí)行形式，實現(xiàn)符號推理時直接使用數(shù)值方法中的對象；以及推理機(jī)按組件形式
開發(fā)，在常規(guī)軟件系統(tǒng)中直接調(diào)用推理機(jī)。
3)提出了鐵路選線系統(tǒng)智能環(huán)境中地理信息相關(guān)知識與信息的獲取方法。首先討
論GBRLIE中地理信息獲取與利用的任務(wù)層次，結(jié)合人機(jī)不同的信息利用方式提出了人
機(jī)協(xié)同的地理信息利用模型。然后闡述基于本體以及遙感圖像建立鐵路選線地理信息
數(shù)據(jù)庫的方法。接著介紹GBRLIE中地形分析與可視化技術(shù)以及基于地理信息的線路評
價知識獲取方法。最后提出了基于知識與柵格路徑分析的線路初始平面生成方法：通
過采用16單元的騎士鄰域單元模式，在費(fèi)用模型上考慮橋梁、隧道、線路長度相關(guān)費(fèi)
用以及線路坡度、速度目標(biāo)值，改進(jìn)了Dijkstra算法，在多個控制點間生成柵格最優(yōu)
路徑；利用平面設(shè)計相關(guān)知識和提案一目標(biāo)驗證推理機(jī)，實現(xiàn)自動曲線配置；最后通
過二分漸進(jìn)和自動曲線配置，依據(jù)最優(yōu)路徑生成線路初始平面。
4)構(gòu)建了基于地理信息系統(tǒng)的鐵路選線智能平臺。通過統(tǒng)一規(guī)劃鐵路選線設(shè)計知
識，采用人機(jī)協(xié)同設(shè)計理念，基于地理信息系統(tǒng)，利用人機(jī)協(xié)同的知識模型，聯(lián)合軟
件工程與知識工程的知識建模方法，借助提案一一目標(biāo)驗證通用推理，建立了基于地
理信息系統(tǒng)的鐵路選線智能平臺。
5)提出了鐵路選線系統(tǒng)智能環(huán)境的選線方法。a)采用方法本體表示與領(lǐng)域無關(guān)
的問題求解方法，并用UML冪IJ面向?qū)ο蠹夹g(shù)描述方法本體；根據(jù)鐵路選線設(shè)計任務(wù)需要，
提出并描述了多目標(biāo)決策問題求解的多目標(biāo)決策方法本體，提出并描述了采用“生成
一篩選一改進(jìn)”方法解決的，追求在多個目標(biāo)值上全局最優(yōu)或最滿意的創(chuàng)造性多目標(biāo)
(IMO)設(shè)計方法本體。b)通過改造方法本體適應(yīng)領(lǐng)域本體和應(yīng)用的方法，把多目標(biāo)
決策和IMO設(shè)計方法本體用于解決新建單線鐵路局部方案和局部方案縱斷面的自動設(shè)
計問題。c)利用局部方案自動設(shè)計方法，借助GBRLIE的地形可視化技術(shù)和人機(jī)協(xié)同地
理信息利用模型，基于IMO設(shè)計的“生成一篩選一改進(jìn)”思想，提出了既能發(fā)揮傳統(tǒng)技
術(shù)標(biāo)準(zhǔn)選擇和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)綜合優(yōu)化方法優(yōu)點，避免各自缺點，又能實現(xiàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)多目標(biāo)
比選的人機(jī)協(xié)同技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)比選方法。
6)實現(xiàn)了新線鐵路快速方案比選原型系統(tǒng)。為驗證所提方法的科學(xué)性以及可行性，
提出并實現(xiàn)了新線鐵路快速方案比選原型系統(tǒng)，描述了其體系結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)方法和主要
功能，并給出了實驗驗證結(jié)果。結(jié)果表明論文理論正確，方法切實可行。
論文的研究結(jié)果可為鐵路選線自動化或智能化的實現(xiàn)提供理論依據(jù)和可操作方法。研究是針對新建鐵路設(shè)計的，研究成果經(jīng)改進(jìn)可用于增建二線及既有線改建設(shè)計，也可用于公路路線設(shè)計系統(tǒng)開發(fā)。研究成果還可供其他研究具有鐵路選線設(shè)計類似特征的空間決策問題或土木工程設(shè)計問題的人員參考。