基于ArcGIS的铁路网模型构建方法

（一）Arc GIS软件简介

地理信息系统（Geographic Information System，GIS）是对地理空间信息进行描述、采集、处理、存储、管理、分析和应用的一门交叉学科；它以地理空间数据库为基础，运用地理模型的分析方法，提供多种地理信息，以便解决复杂的规划和管理问题。在众多的GIS软件平台中，美国ESRI公司推出的Arc GIS地理信息系统平台是最具代表性，该软件平台具有强大的地图制作、空间分析和空间信息整合等能力。

Arc GIS软件融合了GIS与数据库、人工智能和软件工程等计算机技术，由Arc GIS桌面产品、服务端产品和嵌入式GIS软件这三个部分组成。此软件可进行地图浏览；创建、编辑和维护管理地理数据，提供在线地图服务功能；使用空间处理功能，实现对二维数据、三维数据的空间分析和空间建模工作；用二维、三维地图数据进行可视化并能够显示基于时间的动态现象等。

（二）构建“丝路经济带”铁路网模型

1.节点城市的确定

在“丝路经济带”范围内，少部分国家城市铁路网相对发达，通达性较好，但多数国家城市通达性实际是较差的。更加深入地了解、研究区内整体铁路网现状，找出铁路网通达性较差的关键原因，对“丝路经济带”沿带城市铁路网的通达性尤其是对通达性一般和较差地区进行评价，能为寻找有效提高通达性的方式提供理论依据，具有一定的现实意义。

考虑到界定的研究区面积较大，为有效提前铁路网络的骨架，在选定的研究区39国的基础上，首先按地理区域划分为中亚5国、西亚/北非9国、中东欧18国以及包括中国在内的其他地区7国，并列举出各国首都、首府/省会及主要城市，详见表6-1-1。

表6-1-1　“丝路经济带”沿线国家的主要城市

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鉴于人口数量和区域经济发展水平都是影响铁路运输的重要因素，因此对选定区域内各国家的城市计算人口和地区生产总值的几何平均值，详见表6-1-2。

表6-1-2　各国城市人口及经济状况表

(www.xing528.com)

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选择表6-1-2城市所属区域内人口和地区生产总值的几何平均值前50%的城市，并考虑以该城市的政治地位，即是否为首都或所属省份、州的省会城市，及该城市的交通情况即是否为交通枢纽城市；根据以上步骤完成节点城市的选取，确定了121座城市作为研究通达性的对象，以期能够通过城市、国家之间通达性的测算来全面反映研究区总体通达水平。

2.铁路网数据集的建立

其中空间矢量数据包括：研究区国家级、省级行政区划、铁路道路网数据，主要来源于2018年开放街道地图（Open Street Map，简称OSM）。OSM是一个开源的、任何人都可以进行编辑的全民地图。

属性数据包括：行政区域人口和GDP数据，来源于哥伦比亚大学地球观测系统数据与信息中心和世界银行网站。

（三）数据预处理

针对空间数据的预处理，需借助Arc GIS软件实现。

（1）创建一个地理数据库用以储存研究区各城市的点、线、面信息，并按 90 千米/小时的速度计算铁路运行时间。地理数据库是按照层次性的数据对象来组织地理数据的，如图6-1-1所示。该地理数据库是Arc GIS实现网络分析功能的基础，也是本文分析整个研究区铁路网通达性的根本。

图6-1-1　地理数据库的数据组织框图

（2）在创建完地理数据库后，必须定义空间参考坐标。一般用于通达性分析的坐标系统定义（地理坐标和投影坐标）：地理坐标统一定义为 GCS_WGS_1984，投影坐标统一定义为WGS_1984_World_Mercator。

（3）运用ArcGIS将存有研究区城市数据、铁路数据和省级行政区划数据将数据信息可视化，依据空间地理要素的类别，按照点、线、面三种要素类型，将收集到的研究区数据信息划分为研究区城市、研究区铁路和研究区省级行政区划三个图层。

（4）按城市所在国家对所属同一地区的相邻城市进行拼接。经多次校正拼接，得到一张初步完整的研究区现有铁路分布图。最后对已得到的研究区现有铁路分布图与其他可获得电子矢量地图进行对比，验证其真实性，将不合理、不必要的街道线路删除，得到最终的研究区现有铁路分布图。