現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)在公路勘測(cè)中的應(yīng)用

張　輝

摘要：公路作為一種線性構(gòu)造物，是連接城市、鄉(xiāng)村主要供汽車行駛的具備一定技術(shù)條件和設(shè)旃的道路，是帶狀的空間立體交通結(jié)構(gòu)物。公路工程勘測(cè)直接關(guān)系刊路基、橋隧的安全，因此這一環(huán)節(jié)應(yīng)引起高度的重視。文章介紹了公路測(cè)量的任務(wù)與作用及對(duì)測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展要求，闡述了險(xiǎn)隘測(cè)繪技術(shù)在公路勘察設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)；勘測(cè)；3S融合；數(shù)字化測(cè)繪

中圖分類號(hào)：TM622文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2009）02-0060-02

近年來，作為國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施的公路建設(shè)得到了飛速發(fā)展，平均每年開工項(xiàng)目里程接近1500km。為保障公路的設(shè)計(jì)優(yōu)化與合理施工，與之息息相關(guān)的基礎(chǔ)測(cè)繪控制測(cè)繪工作的重要性不言而喻。近年隨著測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展，GPS測(cè)繪技術(shù)已廣泛應(yīng)用于公路測(cè)繪的方方面面，但是其工作量大、測(cè)繪時(shí)間長(zhǎng)、效率低，同時(shí)在網(wǎng)形布設(shè)、觀測(cè)方法、誤差控制等方面都存在一定的問題，再加上線路狹長(zhǎng)，周圍控制點(diǎn)少，給測(cè)繪工作帶來不便。因此在進(jìn)行基礎(chǔ)GRS測(cè)繪控制測(cè)量上應(yīng)用現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)顯得尤為必要。

一、公路工程測(cè)繪的任務(wù)與測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展要求

（一）公路工程測(cè)繪的任務(wù)與作用

每項(xiàng)工程建設(shè)都必須以社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益為依據(jù)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，測(cè)量工作是工程建設(shè)中的一項(xiàng)最基礎(chǔ)的工作，在道路、橋梁、隧道工程建設(shè)中起著重要的作用。通過觀察和走訪，可以對(duì)公路所在地區(qū)的工程地質(zhì)條件進(jìn)行綜合性的地面研究。公路工程地質(zhì)測(cè)繪的目的在于查明公路走廊范圍內(nèi)的地形、地貌、地質(zhì)條件，并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料。對(duì)路基、橋梁、隧道及其他結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定性、適宜性做出評(píng)價(jià)，為工程地質(zhì)勘探、測(cè)試工作及工點(diǎn)布置提供依據(jù)。比如為取得一條最經(jīng)濟(jì)、最合理的路線，我們首先需要進(jìn)行路線勘測(cè)，繪制帶狀地形圖，進(jìn)行縱、橫斷面測(cè)量，進(jìn)行紙上定線和路線設(shè)計(jì)，并將設(shè)計(jì)好的路平面位置、縱坡及路基邊坡在地面上標(biāo)定出來，以指導(dǎo)施工，當(dāng)路線跨越河流時(shí)，擬設(shè)置橋梁跨越之前，應(yīng)測(cè)繪河流兩岸地形圖，測(cè)定橋軸線的長(zhǎng)度及橋位處的河床斷面，橋位處的河流比降， 為橋梁方案選擇及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供必要的依據(jù)，當(dāng)路線縱坡受地形限制，采用避讓山嶺繞線平面線形不能滿足規(guī)范要求，而選用隧道方案時(shí)，測(cè)定隧道進(jìn)出口大比例尺地形圖，為隧道洞口布置選擇提供必要的數(shù)據(jù)。同時(shí)要查明巖土成因、性質(zhì)、厚度、時(shí)代和分布范圍；調(diào)查巖層產(chǎn)狀。確定地質(zhì)構(gòu)造類型、軟弱結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀及其性質(zhì)；調(diào)查新構(gòu)造活動(dòng)的痕跡、特點(diǎn)和與地震活動(dòng)的關(guān)系。

（二）公路工程測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展要求

上述公路工程測(cè)繪的任務(wù)與要求也必然引起現(xiàn)代測(cè)繪工程技術(shù)設(shè)計(jì)發(fā)生相應(yīng)的變化，并表現(xiàn)出新的特點(diǎn)：與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法不同?，F(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)設(shè)計(jì)方法的要求是動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，它與科學(xué)技術(shù)革命帶來的思維方式變革和技術(shù)對(duì)象的復(fù)雜性密切相關(guān)。數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)成為測(cè)繪重要的組成部分。由于數(shù)據(jù)獲取的手段發(fā)生了變化，測(cè)繪工程中每個(gè)環(huán)節(jié)都存在著大量的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，對(duì)這些數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的儲(chǔ)存、管理和傳遞、使用也就必然成為現(xiàn)代測(cè)繪工程中一個(gè)組成部分，客觀上要求技術(shù)設(shè)計(jì)必須進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)。同時(shí)技術(shù)設(shè)計(jì)更加專業(yè)化。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，導(dǎo)致了學(xué)科分化的發(fā)展，因此對(duì)個(gè)人而言，勝任與測(cè)繪有關(guān)的所有領(lǐng)域內(nèi)工作，已經(jīng)不再可能。因此，一個(gè)工程的技術(shù)設(shè)計(jì)也就必然細(xì)分為多個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)，由多方面的技術(shù)設(shè)計(jì)人員共同完成。

二、現(xiàn)代技術(shù)在公路測(cè)繪中的應(yīng)用

（一）3S融合技術(shù)

3S融合技術(shù)（遙感、全球定位系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)技術(shù)）為人類探測(cè)地球和分析環(huán)境提供了先進(jìn)有效的手段。3S技術(shù)各有特長(zhǎng)：遙感圖像能夠快速獲取大面積信息，但有些地物屬性又不可全面感知（如高程和經(jīng)緯度）；GPS可以迅速定位目標(biāo)，但沒有地理屬性；GIS具有信息查詢分析和管理能力，但數(shù)據(jù)的獲取比較困難；因此它們的結(jié)合應(yīng)用是當(dāng)代信息科學(xué)發(fā)展的必然趨勢(shì)。3S技術(shù)的結(jié)合有多種形式，主要根據(jù)工作需要而定。應(yīng)用衛(wèi)星和航空遙感圖像與計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)的結(jié)合，可以快速編制各種比例尺的遙感圖和解譯工程地質(zhì)圖，指導(dǎo)選線勘察工作，其綜合效益可以提高30200倍以上，地質(zhì)選線速度可以提高3～5倍以上。3S融合技術(shù)的功能和數(shù)據(jù)資源，彼此可以相互結(jié)合，實(shí)現(xiàn)功能互補(bǔ)，資源共享。比如基于GPS的遙感探測(cè)，可以獲得具有三維地理信息的遙感圖像數(shù)據(jù)，并輸出三維地形模型數(shù)據(jù)（DEM）和各種實(shí)用的圖件，大大簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)地形測(cè)量的過程，減輕了勞動(dòng)，是地理制圖技術(shù)的一個(gè)飛躍。應(yīng)用GIS三維地形模型疊加遙感圖像的技術(shù)，可以生成真實(shí)的地形模型，是當(dāng)前在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行公路環(huán)境分析，優(yōu)化路線方案的現(xiàn)代化技術(shù)之一，對(duì)優(yōu)化路線方案，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和速度有關(guān)鍵作用，是當(dāng)前高等級(jí)公路勘察設(shè)計(jì)自動(dòng)化的主要發(fā)展方向。另外，應(yīng)用3S系統(tǒng)的信息采集、分析與制圖功能，可以有效的進(jìn)行公路交通各個(gè)階段的管理工作。

（二）數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)

測(cè)繪中傳統(tǒng)的成圖方法是人工把外業(yè)測(cè)量成果展繪在圖廓上，然后人工草繪等高線及各種地物符號(hào)形成鉛繪圖，經(jīng)過內(nèi)業(yè)審校及修改后進(jìn)行著墨清繪，驗(yàn)收部門審定后形成最終成果資料。該過程周期長(zhǎng)，且不能直接由計(jì)算機(jī)進(jìn)行各種必要的分析和計(jì)算，須由人工在圖紙上進(jìn)行量算，人耗、物耗較大。而數(shù)字化成圖技術(shù)能克服這些不足。CASS軟件是我國(guó)南方測(cè)繪儀器公司基于AutoCAD平臺(tái)開發(fā)的新一代數(shù)字化成圖軟件，它支持AutoCAD的所有版本，充分繼承了AutoCAD強(qiáng)大且方便的繪圖、編圖及打印等功能；同時(shí)結(jié)合我國(guó)測(cè)繪施工的特點(diǎn)，開發(fā)了一系列應(yīng)用于工程施工等方面的功能。外業(yè)由全站儀、GPS或回聲儀實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)以CASS6.0的格式，利用CASS6.0強(qiáng)大的功能自動(dòng)生成等高線及各種相關(guān)圖式和地形要素，打印草圖，經(jīng)審校在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行修改和編輯，最后一次性出圖。由于其矢量特性可直接進(jìn)行各種分析和計(jì)算，可節(jié)約大量人力、物力，大大縮短成圖周期。同時(shí)數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)便于做各種分析和設(shè)計(jì)，陸上地形圖的應(yīng)用之一就是做各種分析和計(jì)算，如路長(zhǎng)量算、面積量算、斷面分析等。傳統(tǒng)方法一般借助于各種量算工具，在圖紙上進(jìn)行量算，然后進(jìn)行各種對(duì)比和分析?，F(xiàn)在利用計(jì)算機(jī)解決這些問題已取得長(zhǎng)足進(jìn)展，但這方面的應(yīng)用軟件都是基于矢量圖形格式，對(duì)于光柵圖形格式卻無能為力，有時(shí)不得不進(jìn)行光柵矢量化，這些都要付出不小的代價(jià)。運(yùn)用數(shù)字化成圖技術(shù)可直接在電子圖上進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。

三、現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)在公路勘測(cè)中的應(yīng)用實(shí)例分析

安徽省地質(zhì)測(cè)繪技術(shù)院在阜（陽）-六（安）、安（慶-景（德）、合（肥）-阜（陽）等數(shù)十條高速公路采用1：2000數(shù)字地形圖（DLG）測(cè)圖和DEM、DOM的制作。主要工作流程：選像控點(diǎn)（用1：10000地形圖）；-空三加密-建立模型-正射影像-外業(yè)像控-空三加密-建立模型-內(nèi)業(yè)測(cè)圖-外業(yè)調(diào)繪-內(nèi)業(yè)編輯（數(shù)字化成圖）-DEM制作。我們采取了在1：10000地形圖上以航飛像片每六條基線量取兩個(gè)明顯地物點(diǎn)的坐標(biāo)，作為像控點(diǎn)使用，進(jìn)行空三加密（平面和高程誤差放寬到5m）、模型定向、測(cè)量特征線、物方相關(guān)、得到像對(duì)的DEM成果、再創(chuàng)建像對(duì)DOM、最終以整公里數(shù)為單位鑲嵌成條帶狀正射影像圖。由于這條線路北段屬淮北平原地形比較平坦，淮南以南有部分丘陵地形，在制作過程中，他們根據(jù)不同地形采取了不同方法。為了保證影像的精度，每個(gè)像對(duì)測(cè)量特征線。特征線采集越多精度越高，但所需時(shí)間就越長(zhǎng)，就不能保證按時(shí)提交成果。這時(shí)他們從兩種地形中各選取了幾個(gè)像對(duì)，在測(cè)量特征線時(shí)，平坦地區(qū)用非相關(guān)區(qū)包圍整個(gè)像對(duì)，直接用物方生成DEM來得到正射影像，丘陵地區(qū)只把居民區(qū)作為非相關(guān)區(qū)處理，經(jīng)過像方相關(guān)和物方相關(guān)來得正射影像，通過拼接發(fā)現(xiàn)最大誤差不到5m。這樣整個(gè)測(cè)區(qū)200多公里的線路采取了兩種方法按線路走向拼接成26幅正射影像圖，在最短的時(shí)間內(nèi)為用戶提供了高質(zhì)量的正射影像圖。同時(shí)他們嚴(yán)格按照《公路攝影測(cè)量規(guī)范》執(zhí)行，無論是區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn)還是單航線布點(diǎn)，每條航線的基數(shù)不超過4條。利用像控成果內(nèi)業(yè)用自動(dòng)空中三角測(cè)量軟件GXP-AAT，在JX4C全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站上采取半自動(dòng)作業(yè)方式進(jìn)行空三加密。根據(jù)加密成果在JX4C上利用測(cè)圖模塊進(jìn)行模型定向，測(cè)繪地形圖。矢量測(cè)圖模塊是JX4C最有優(yōu)勢(shì)的模塊，它可以使矢量圖形疊加至影像立體上去，并可以放大縮小漫游，為DLG的立體套合查漏創(chuàng)造了有利條件，提高了作業(yè)效率，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。然后外業(yè)進(jìn)行調(diào)繪，補(bǔ)繪航內(nèi)漏繪、無法定性及難以準(zhǔn)確判讀的地物。內(nèi)業(yè)再按調(diào)繪信息，完成數(shù)字化地形圖編輯。

總之，在進(jìn)行公路基礎(chǔ)控制測(cè)繪時(shí)如果處理不當(dāng)勢(shì)必會(huì)對(duì)公路的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)帶來不利影響。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，通過上述現(xiàn)代技術(shù)與常規(guī)測(cè)繪設(shè)計(jì)技術(shù)的緊密結(jié)合，才能使公路測(cè)繪實(shí)現(xiàn)快速優(yōu)化成為可能，對(duì)提高人類利用、改造、美化環(huán)境的水平，對(duì)促進(jìn)人類的進(jìn)步具有重要意義。

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作者簡(jiǎn)介：張輝(1968- )，女，梅河口市城市規(guī)劃管理處工程師，研究方向：城市測(cè)繪。