探究數(shù)字化技術(shù)在高速公路勘察設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

李雄應(yīng)

（湖北省國土測繪院，湖北 武漢 430010）

1 高速公路勘察設(shè)計(jì)過程中所用的數(shù)字化技術(shù)

1.1 遙感技術(shù)

從整體來看，現(xiàn)階段國內(nèi)高速公路工程項(xiàng)目建設(shè)過程中主要有兩種方式，一是新建，二是改建，在高速公路建設(shè)中尤其以前者為主，這也決定了需要選擇走廊帶，全面把握工程項(xiàng)目控制點(diǎn)周圍的地形地貌以及路網(wǎng)分布和沿線自然生態(tài)環(huán)境條件等。高分辨率衛(wèi)星遙感技術(shù)因其具備豐富的直觀圖像和地表信息，在路線走廊帶以及路線方案比選與優(yōu)化等方面具有良好的選擇性。隨著遙感技術(shù)水平的不斷提升，而且定位精確度也不斷地增加，價(jià)值空間分辨較高，以至于遙感操作更加的精確和迅捷，在高速公路工程項(xiàng)目建設(shè)中的應(yīng)用也取得了顯著的效果。高分辨率衛(wèi)星遙感技術(shù)的應(yīng)用過程中，衛(wèi)星圖像不僅可以對區(qū)域范圍內(nèi)的路網(wǎng)、道路沿線以及經(jīng)濟(jì)布局等不同經(jīng)濟(jì)和自然現(xiàn)象進(jìn)行完整解譯，更重要的是還可以讓路況、交通調(diào)查以及地質(zhì)詳查等更加地高效。在選擇路線方案以及舊路擴(kuò)建模式優(yōu)化比選過程中，遙感技術(shù)優(yōu)勢無可替代。第一，一般而言，衛(wèi)星不會受到障礙物限制，能夠迅速而又有效地取得任何區(qū)域的立體影像；第二，全色多波段影像以及高分辨率，一方面可以對區(qū)域地表的不同經(jīng)濟(jì)和自然現(xiàn)象進(jìn)行解譯，另一方面還可以利用多波段與多時段遙感信息，以此來獲得具體的地質(zhì)地貌以及水文變化和自然地質(zhì)災(zāi)害等信息；第三，采用IKONOS圖像技術(shù)可以進(jìn)行精確地定位，可直接形成數(shù)字地形圖，比例尺為1：10 000，這對那些較為偏遠(yuǎn)的地區(qū)地面數(shù)據(jù)獲取帶來了方便。值得一提的是，由于其視點(diǎn)相對較高，而且攝影死角較之于航空拍攝要少，因此即便在很隱蔽區(qū)域也可獲知該區(qū)域的相關(guān)資料信息；第四，IKONOS影像技術(shù)的應(yīng)用，具有范圍大以及面積廣的特點(diǎn)，有利于高速公路路線走廊優(yōu)化選擇。

1.2 攝影測量技術(shù)

攝影測量技術(shù)，即數(shù)字?jǐn)z影測量，作為一種全新的技術(shù)方法，在國內(nèi)高速公路勘察設(shè)計(jì)過程中得以廣泛應(yīng)用，比如自動、數(shù)字測圖。較之于傳統(tǒng)的攝影測量技術(shù)，數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)有其自身的特點(diǎn)和優(yōu)勢，其主要是通過先進(jìn)技術(shù)手段的應(yīng)用對數(shù)字化影像自動化處理，在很大程度上為高速公路勘察設(shè)計(jì)工作的數(shù)字化水平提升提供了數(shù)據(jù)支撐。從實(shí)踐來看，數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)多用于以下方面：第一，利用航攝像片以及外業(yè)測量為高速公路工程建設(shè)勘察設(shè)計(jì)提供了大比例尺和像片平面圖，這對于選線和紙上定線具有非常重要的作用。第二，快速制作正射影像地形圖?；诹Ⅲw觀察以及判斷和實(shí)地調(diào)查，有效利用航片影像信息對公路工程項(xiàng)目進(jìn)行建設(shè)規(guī)劃、經(jīng)濟(jì)調(diào)查以及選線和地質(zhì)遙感分析。第三，選用數(shù)字?jǐn)z影測量方法，直接生成設(shè)計(jì)所需的三維地表坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上建立數(shù)字化地面模型，從而為高速公路工程項(xiàng)目測設(shè)自動化提供地形數(shù)據(jù)。

1.3 高精三維測量與地面地基模型

目前高速公路勘察設(shè)計(jì)時多采用GPS-RTK技術(shù)，即采用三維測量技術(shù)手段，能夠有效測量項(xiàng)目，大大避免了傳統(tǒng)測量缺陷與弊端，而且可以有效解決勘測工作問題，從而縮短高速工程勘察周期，有利于提高勘察設(shè)計(jì)效率。在高速公路勘察過程中，還可以采用三維數(shù)字地面與路基模型。實(shí)踐中可以看到，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)以及CAD技術(shù)的應(yīng)用，為高速公路工程項(xiàng)目建設(shè)提供了便利條件，尤其是數(shù)字化地面模型在各類工況條件下均可有效地應(yīng)用。在高速公路工程建設(shè)以及勘察設(shè)計(jì)過程中，數(shù)字地面模型實(shí)際應(yīng)用效果非常地顯著；目前高速公路數(shù)字地面模型技術(shù)應(yīng)用，已從原來的數(shù)據(jù)源以及模型建立和相關(guān)數(shù)據(jù)處理等環(huán)節(jié)，發(fā)展到多模型疊加以及特殊模型優(yōu)化等。在高速公路線型設(shè)計(jì)時，數(shù)字地面模型的應(yīng)用可以有效模擬高速公路平面以及縱面和橫斷面效果，同時可通過計(jì)算工程量比選方案。

2 數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐

某高速公路工程項(xiàng)目長度為48 km，所在地為喀斯特地形，而且?guī)r溶發(fā)育良好。該高速公路所經(jīng)之處地形非常地平坦，并且多數(shù)地段為基本的耕地區(qū)。公路沿線分布著較多的工業(yè)去和水庫等。區(qū)域范圍內(nèi)的路網(wǎng)非常發(fā)達(dá)，而且沿線區(qū)域范圍內(nèi)有一些鐵路、公路以及通村公路等交叉布設(shè)。對于該高速公路而言，其勘察設(shè)計(jì)存在著較多的難點(diǎn)，通過對本工程項(xiàng)目分析研究，在勘察設(shè)計(jì)過程中應(yīng)當(dāng)注意以下難點(diǎn)：第一，需大范圍對路線方案進(jìn)行比對選擇，盡可能避開耕地、規(guī)劃區(qū)以及巖溶路段和水庫區(qū)域等。第二，路網(wǎng)較為發(fā)達(dá)，高速公路沿線交叉著很多的路線走廊帶，需對路線方案進(jìn)行比選，并且擴(kuò)大其范圍，盡可能繞避。第三，傳統(tǒng)勘察技術(shù)和方法的應(yīng)用，工作量非常大，而且需調(diào)繪結(jié)構(gòu)物，效益低且周期相對較長。基于上述對高速公路工況條件的分析，在該工程項(xiàng)目勘察設(shè)計(jì)時，采用現(xiàn)代測量技術(shù)手段以及現(xiàn)有的成果可以取得一定的社會與經(jīng)濟(jì)效益。

2.1 采用Google技術(shù)

在本高速工程項(xiàng)目勘察設(shè)計(jì)過程中，Google技術(shù)的應(yīng)用始終貫穿于整個工程建設(shè)全過程，無論是走廊帶研究還是選擇合適的方案與設(shè)計(jì)匯報(bào)等，均采用了Google技術(shù)。在選擇走廊帶和比選方案比時，Google技術(shù)的應(yīng)用提供了較為詳盡的地表建筑物信息資料，全部走廊帶真實(shí)可見。同時，采用技術(shù)手段可以有效減少內(nèi)業(yè)工作以及不必要的現(xiàn)場施工踏勘工作，大大節(jié)約了高速公路勘察設(shè)計(jì)費(fèi)用和縮短周期。在高速公路項(xiàng)目后期施工建設(shè)過程中，可以將設(shè)計(jì)成果進(jìn)行還原，實(shí)現(xiàn)三維圖片式項(xiàng)目匯報(bào)，從而使設(shè)計(jì)成果更加的清晰、直觀和簡單易懂，并且使匯報(bào)得到好評。

2.2 三維數(shù)字模型與GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用

本高速公路項(xiàng)目，在勘察設(shè)計(jì)過程中也用到了數(shù)字地面模型。數(shù)字地面模型的應(yīng)用，使得研究從原來的數(shù)據(jù)源以及模型構(gòu)建和信息數(shù)據(jù)的處理逐漸發(fā)展至多模型疊加，而且實(shí)現(xiàn)了模型優(yōu)化等，為本高速公路項(xiàng)目建立高精度以及高仿真的路基數(shù)字模型提供了幫助。在該高速公路項(xiàng)目外業(yè)測量過程中，全測量工作中利用了GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行測量，大大節(jié)約了測量人員和成本，而且有效改善了高速公路測量作業(yè)環(huán)境條件，節(jié)約了成本費(fèi)用。從實(shí)踐來看，數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用解決了以往測量技術(shù)方法應(yīng)用過程中勞動強(qiáng)度大、溝谷以及測量視距影響等問題，使得測量工期縮短了至少10 d的時間，并且取得了良好的社會與經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)語

總而言之，數(shù)字化技術(shù)方法在現(xiàn)階段高速公路工程項(xiàng)目建設(shè)以及勘察設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用非常的廣泛，從應(yīng)用實(shí)踐來看其效果非常的顯著，而且在勘察設(shè)計(jì)中數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢凸顯出來。通過數(shù)字化技術(shù)的合理選用，不僅可以大大提高高速公路項(xiàng)目勘察設(shè)計(jì)效率，而且能夠減少投入和確保工程項(xiàng)目建設(shè)順利進(jìn)行。