基于GIS的先進(jìn)公路選線設(shè)計(jì)方法研究

毛建影，劉學(xué)珍

(1.東營(yíng)市公路勘察設(shè)計(jì)院(山東中咨公路咨詢?cè)O(shè)計(jì)有限公司)，山東 東營(yíng)　257091；2. 山東中咨公路咨詢?cè)O(shè)計(jì)有限公司，山東 東營(yíng)　257091)

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基于GIS的先進(jìn)公路選線設(shè)計(jì)方法研究

毛建影1，劉學(xué)珍2

(1.東營(yíng)市公路勘察設(shè)計(jì)院(山東中咨公路咨詢?cè)O(shè)計(jì)有限公司)，山東 東營(yíng)257091；2. 山東中咨公路咨詢?cè)O(shè)計(jì)有限公司，山東 東營(yíng)257091)

摘要：分析了公路選線設(shè)計(jì)的基本原則和要求，并研究了主要公路選線設(shè)計(jì)方法，著重介紹了基于GIS技術(shù)的公路線線設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：公路線線；設(shè)計(jì)方法；GIS技術(shù)

1傳統(tǒng)公路選線方法

(1)地形圖定線法：地形圖定線法又稱紙上定線法，設(shè)計(jì)者需要在在大比例尺(—般用1∶500～1∶2000)地形圖上完成整個(gè)道路的選線過程，紙上定線技術(shù)可以較好的解決路線與地形的協(xié)調(diào)，因而在山區(qū)公路設(shè)計(jì)中應(yīng)用很廣泛。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，研發(fā)人員開發(fā)了一批具有良好實(shí)用性的道路CAD軟件，并用于構(gòu)建數(shù)字地面模型DTM，從而較好地解決地面高程的自動(dòng)采集問題。運(yùn)用紙上定線法進(jìn)行公路選線，其質(zhì)量在很大程度上取決于選線人員的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)水平，目前已逐漸不能滿足現(xiàn)代公路建設(shè)的需要。

(2)直接定線法實(shí)地定線現(xiàn)場(chǎng)定線。設(shè)計(jì)人員將紙上定好的路線敷設(shè)到地面上，供詳細(xì)測(cè)量和施工之用。把紙上路線放到地面上的方法很多，常用的有穿線交點(diǎn)法、撥角法、直接定交點(diǎn)法、坐標(biāo)法等，應(yīng)根據(jù)路線復(fù)雜程度和精度要求高低、測(cè)設(shè)儀具設(shè)備、地形難易等具體條件選用。該方法適用于平原地區(qū)或者公路等級(jí)低的情況下的公路定線。直接定線法需結(jié)合實(shí)際的地形地貌和水文情況，同時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)人員的定線選線經(jīng)驗(yàn)要求很高。路線采樣點(diǎn)的密度也會(huì)對(duì)線形設(shè)計(jì)帶來(lái)影響，但在實(shí)際選線設(shè)計(jì)中，不能保證技術(shù)人員對(duì)每一個(gè)采樣點(diǎn)都進(jìn)行了精密細(xì)致的實(shí)地考察，若待建地區(qū)的地形地貌不能滿足通視條件要求，也可能會(huì)對(duì)技術(shù)人員的判斷產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響到最終的選線質(zhì)量。

傳統(tǒng)的公路選線的方法在很大程度上取決于選線人員的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)水平，效率低、高科技含量不足、質(zhì)量無(wú)法得到有效保證，已不能滿足現(xiàn)代公路建設(shè)的高質(zhì)量和短周期的建設(shè)要求，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，目前已有越來(lái)越多的專家學(xué)者將地理信息系統(tǒng)(Geographical Information System, GIS)引入公路選線設(shè)計(jì)領(lǐng)域。通過運(yùn)用GIS強(qiáng)大的空間分析決策功能，輔助線路設(shè)計(jì)師分析選線過程中涉及的諸多影響因素，使所選公路線形達(dá)到組合最佳、工程量最省、并與自然地形和周圍景觀相互協(xié)調(diào)。

2基于GIS技術(shù)的公路選線方法

2.1基于GIS技術(shù)的公路選線方法流程

GIS系統(tǒng)是以地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，采用地理模型分析方法適時(shí)提供多種空間的和動(dòng)態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務(wù)的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)。

2.2實(shí)例分析

某待建公路的所在地全境東西長(zhǎng)71.45 km , 寬70.1 km , 面積2 349 km2。該地區(qū)大部分坡度在10%以上，部分地區(qū)坡度為3%～10%，待建地中部有2 km2的煤礦采空區(qū)，不能進(jìn)行大規(guī)模建設(shè)。海拔850 m以下的地區(qū)被水淹沒。現(xiàn)欲建設(shè)一條從山頂?shù)桨雿u最下端點(diǎn)的一條公路。通過前期勘察，已得到地形等高線數(shù)據(jù)、地表水文數(shù)據(jù)、當(dāng)前土地利用數(shù)據(jù)、地質(zhì)勘測(cè)數(shù)據(jù)等基本數(shù)據(jù)。選線過程需考慮地形坡度、水文情況、土地征用費(fèi)用、地質(zhì)工程狀況等影響因素。

(1)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。將選線過程中涉及的地形數(shù)據(jù)(DEM)、水文數(shù)據(jù)、地質(zhì)數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)等信息輸入到GIS數(shù)據(jù)源中，并對(duì)這些數(shù)據(jù)柵格化處理。

(2)利用坡度分析模塊對(duì)DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，生成坡度專題數(shù)據(jù)，可分析不同坡度條件下的相對(duì)成本(表1)。

表1　坡度與相對(duì)成本對(duì)照表

(3)運(yùn)用歐氏距離拓展法對(duì)該地區(qū)水文數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，生成待建地區(qū)的地面與水面距離的專題數(shù)據(jù)(表2)，方便公路地基處理，避免公路被水淹沒。

表2　公路到水面距離和相對(duì)成本對(duì)照表

(4)通過對(duì)待建地區(qū)的土地利用情況進(jìn)行分析，給出不同功用土地的道路建設(shè)成本數(shù)據(jù)，該地區(qū)的土地主要為耕地、林地和住房用地，可將耕地的道路建設(shè)成本定為1，將住房用地的成本定為4。

(5)通過對(duì)該地區(qū)的工程地質(zhì)情況進(jìn)行勘測(cè)，將地質(zhì)狀況進(jìn)行分類，并對(duì)不同地質(zhì)條件下的道路建設(shè)成本進(jìn)行估算分級(jí)。

(6)將坡度專題數(shù)據(jù)、水文專題數(shù)據(jù)、土地使用狀況專題數(shù)據(jù)、工程地質(zhì)分級(jí)專題數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，各類數(shù)據(jù)的權(quán)重可由專家討論得出。

(7)運(yùn)用GIS中的成本距離拓展分析模塊，對(duì)待建區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)到道路終點(diǎn)的成本距離進(jìn)行分析，本例中以道路終點(diǎn)為拓展 的起點(diǎn)，其坐標(biāo)為743546，463722。

(8)運(yùn)用導(dǎo)流分析模塊，在DEM數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行水流的模擬分析，得到水流路徑，該路徑即為綜合計(jì)算后得出的最小成本的道路建設(shè)路線，本例中以道路的起點(diǎn)坐標(biāo)738587， 462259為道路起點(diǎn)。后期還可應(yīng)用曲線擬合法等多種方法對(duì)該路徑進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。

3結(jié)語(yǔ)

公路選線是公路路線設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，合理的線形設(shè)計(jì)對(duì)于提高車輛行駛的安全性、舒適性，以及保證公路的技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)收益至關(guān)重要。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)綜合考慮地形、地質(zhì)、自然環(huán)境、成本預(yù)算、政治等因素，選擇合適的公路選線設(shè)計(jì)方法，科學(xué)的、定量的分析比選，找到最優(yōu)的或者說接近最優(yōu)的方案，實(shí)現(xiàn)公路選線的最優(yōu)設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李紅陽(yáng),王若檀.公路選線設(shè)計(jì)方法研究[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì),2012，(2):122-124.

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[3]王登茂.新河高速公路選線設(shè)計(jì)關(guān)健技術(shù)研究[D].成都:西南交通大學(xué),2006.

橋梁工程

收稿日期：2016-02-11

作者簡(jiǎn)介：毛建影(1982-)，男，安徽宿州人，工程師，研究方向：路線。

中圖分類號(hào)：U412

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C

文章編號(hào)：1008-3383(2016)06-0092-01