基于地球空間信息技術(shù)的新型公路勘察設(shè)計研究

董天兵

(浙江省交通規(guī)劃設(shè)計研究院，浙江 杭州　310012)

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基于地球空間信息技術(shù)的新型公路勘察設(shè)計研究

董天兵

(浙江省交通規(guī)劃設(shè)計研究院，浙江 杭州310012)

摘要：勘察設(shè)計在公路建設(shè)中發(fā)揮了重要作用，隨著現(xiàn)代地球空間信息技術(shù)的快速發(fā)展，基于空間信息技術(shù)的數(shù)字化公路勘察設(shè)計體系應(yīng)運而生，該體系在我國諸多公路建設(shè)及改擴(kuò)建工程中得到了應(yīng)用，為我國公路勘察設(shè)計方法提供了全新的設(shè)計模式和手段。

關(guān)鍵詞：公路勘察設(shè)計；地球空間信息技術(shù)；衛(wèi)星觀測；公路CAD

1勘察設(shè)計技術(shù)要求

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，我國許多已建公路面臨車流量飽和問題，相應(yīng)的公路擴(kuò)容改建勘察設(shè)計也是道路建設(shè)的一大難題。相比較新建公路，公路擴(kuò)建面臨著路基沉降、橋梁道路拼接等技術(shù)問題，最關(guān)鍵的是此類公路處于交通運營中,道路勘察必須在不中斷交通情況下采用新的勘察手段和方法。 此外，隨著道路建設(shè)的發(fā)展，環(huán)境保護(hù)與景觀設(shè)計也要與時俱進(jìn)，必須摒棄傳統(tǒng)的先建設(shè)再保護(hù)的觀念，在勘察設(shè)計時應(yīng)當(dāng)引入環(huán)境人文保護(hù)觀念，并自始至終給予貫徹，避免不必要重復(fù)設(shè)計或施工破壞造成的破壞。

為了解決公路勘察設(shè)計面臨的問題，有效提高勘察設(shè)計的技術(shù)手段和效率，將數(shù)字高速公路觀念引入設(shè)計中，即將高速公路與信息化數(shù)字化相結(jié)合，創(chuàng)建數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的公路信息模型，對公路的勘察設(shè)計甚至于施工、監(jiān)管、養(yǎng)護(hù)等環(huán)節(jié)進(jìn)行全面的數(shù)字化管理，進(jìn)而服務(wù)于公路全壽命周期。數(shù)字化公路勘察設(shè)計是一個嶄新的發(fā)展課題，因此新的基于空間信息技術(shù)的公路勘察設(shè)計體系對技術(shù)人員同樣提出了新的挑戰(zhàn)。

2公路勘察設(shè)計體系

在空間信息技術(shù)發(fā)展的同時，公路CAD技術(shù)也隨之迅速發(fā)展，公路CAD技術(shù)與空間信息技術(shù)有效集成，通過面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)工具并結(jié)合已有的觀測數(shù)據(jù)及工程數(shù)據(jù)等，能夠開發(fā)基于windows系統(tǒng)的公路勘測系統(tǒng)。兩技術(shù)的交叉融合形成了新的公路勘察技術(shù)體系。新的勘察體系以GPS、GIS和RS技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合空間信息技術(shù)和對地觀測數(shù)據(jù)對公路進(jìn)行勘察和設(shè)計。該體系涉及到諸多學(xué)科：對地測量學(xué)、遙感遙測技術(shù)、計算機(jī)CAD、地球物理學(xué)和地球環(huán)境學(xué)科等。

2.1勘察體系特點

GPS測量結(jié)合工程大地水準(zhǔn)面模型，可以使精度達(dá)到厘米級；利用遙感觀測對設(shè)計區(qū)域進(jìn)行生態(tài)景觀分析，能有效促進(jìn)工程建設(shè)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的可持續(xù)發(fā)展；此外基于空間信息技術(shù)的公路勘察設(shè)計體系能通過多源多時相數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分析，從而區(qū)分地表中穩(wěn)定和變化的部分，為公路路線設(shè)計提供數(shù)據(jù)依據(jù)。通過Ikonos衛(wèi)星進(jìn)行空間觀測能有效提高精度，更好地建立復(fù)雜地質(zhì)條件下的遙測勘察模型。

2.2技術(shù)流程

基于空間信息技術(shù)的公路勘察設(shè)計體系應(yīng)用了GPS衛(wèi)星、重力測高衛(wèi)星、航空攝影、遙感衛(wèi)星等空間硬件。首先通過GPS測量結(jié)合重力衛(wèi)星測高衛(wèi)星得到地球重力場模型和大地水準(zhǔn)面，進(jìn)而進(jìn)行空間定位，再利用航空攝影技術(shù)和高分辨率衛(wèi)星并結(jié)合空間定位進(jìn)行數(shù)字影像計算機(jī)處理，得到數(shù)字化的地形圖、高程模型和正射影像；其次利用遙感衛(wèi)星進(jìn)行物體識別和特征提取進(jìn)行災(zāi)害、不良地質(zhì)和環(huán)境景觀的觀測，進(jìn)而分析地表變遷和生態(tài)景觀；最后基于地表調(diào)查和設(shè)計規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用得到的數(shù)字化模型并結(jié)合地表、景觀分析結(jié)果，進(jìn)行公路路線、橋梁隧道、地質(zhì)景觀的勘察設(shè)計；在此基礎(chǔ)上便可得到多尺度景觀的動態(tài)可視化模型并為公路施工和運營管理提高理論數(shù)據(jù)和精確模型。

3公路勘探設(shè)計的工程應(yīng)用

(1)應(yīng)用全彩、670 m超低空且1比5 000的大比例航空攝影技術(shù)，獲得了更高精度的觀測數(shù)據(jù)。

(2)基于數(shù)字?jǐn)z影觀測技術(shù)，得到了高比例的全要素三維地形圖，精度達(dá)到平面低于0.15 m、高程低于0.12 m級別，同時數(shù)字?jǐn)z影觀測技術(shù)還獲取了路面路基、道路設(shè)備設(shè)施等數(shù)據(jù)，在以上數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上創(chuàng)建了高速公路全線地面及路況數(shù)字模型，為擴(kuò)建設(shè)計提供了更有利的原始材料。

(3)應(yīng)用GPS三維定位技術(shù)，建立高速公路高分辨率的大地水準(zhǔn)面數(shù)字模型，該測量數(shù)據(jù)為工程海拔高程提供了最為直接的觀測結(jié)果。通過數(shù)字正射影像技術(shù)能完整地展現(xiàn)公路所在區(qū)域的地形地貌特征，為公路勘察設(shè)計提供直接參照。

(4)對于舊的路面路基,則采用滿足設(shè)計要求的GPS-RTK技術(shù)沿路邊緣進(jìn)行三維坐標(biāo)采集，并結(jié)合航測數(shù)字模型進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理修正，最終得到完整的舊有路面路基數(shù)字模型。

(5)通過計算機(jī)集成和三維動態(tài)可視化技術(shù),將公路路線橋、梁隧道等工程結(jié)構(gòu)建立成三維模型。此外,通過計算機(jī)集成,將上述各類數(shù)字模型和數(shù)據(jù)完整有效地集成為一體,便于擴(kuò)建后高速公路的數(shù)字化管理和養(yǎng)護(hù)。

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收稿日期：2016-04-11

作者簡介：董天兵(1971-)，男，浙江黃巖人，高級工程師，研究方向：交通規(guī)劃設(shè)計。

中圖分類號：U412

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)05-0051-02