铁路选线设计是一个涉及多个专业的综合性规划设计工作。在铁路选线设计中,线路工程师必须充分利用他们的领域知识和信息,对地形、地质、水文地质等自然环境进行分析,以便设计出一条满足政治、经济、技术等各方面要求的铁路线路。由于线路在空间位置的确定依赖于设计人员对自然条件的分析,所以选线设计比其他许多工程设计对环境具有更强的依赖性。为了提高设计质量和设计速度,自50 年代以来,道路与铁路领域的专家和学者们就开始探索基于数字地形信息的计算机辅助线路设计的理论和方法。尽管目前已有了一些计算机辅助线路设计的软件系统,但是它们通常只能针对设计中的单一对象和特殊工作提供帮助。这些专门化的软件是孤立和自封闭的。这种情况很难让设计人员充分发挥和利用各自的专业知识和信息资源协调工作,共同完成有效的总体设计。尤其在铁路可行性研究和初步设计阶段进行大量的方案研究,这些以自动化孤岛形式开发的软件很难为总体工程师的创造性思维活动提供帮助。建立一套完整的集成化选线设计系统已经成为研究和开发人员的一个主要目标。本文提出研究“虚拟环境线路设计系统”的思想,目的是将从线路走向选择直到方案的技术经济评价的选线设计的诸问题集成为一体,建立一个从处理地形信息开始直到完成方案的运营指标计算和工程概算并进行方案综合评选的智能CAD 系统。以“虚拟环境选线设计系统”的理论和方法研究为主题,本文主要进行了以下几个方面的研究工作。1 在线路勘测设计信息技术领域首次提出了“虚拟环境”的概念。将选线设计系统中建立智能设计的智能界面、图形核心系统、知识库与推理机制、工程数据库等计算机技术的实现统一定义为“智能环境建模”;将在选线设计系统中实现数字勘测信息自动识别、处理和利用的技术统一定义为“自然环境建模”;从而使得“计算机辅助线路设计”的概念更加规范和统一。2 将KBE 和面向对象建模理论和方法用于建立选线设计智能环境,实现了定线过程中信息与知识的智能交换。在分析研究铁路选线领域知识的体系结构和知识分类的基础上,研究面向对象知识表达模式和推理机制。笔者提出的类谓词逻辑知识表达模式,将具有很坚实的理论基础的谓词逻辑知识表达法与面向对象技术相结合,在知识表达方面具有更强的能力。