公路路線設(shè)計(jì)中GIS技術(shù)的應(yīng)用分析

郭睿

公路路線設(shè)計(jì)，是城市道路工程中的基礎(chǔ)工作。將GIS技術(shù)融入公路路線設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，可以提高公路路線設(shè)計(jì)效率，控制該環(huán)節(jié)人力及物力損耗。因此，本文基于某公路工程案例，以及公路路線設(shè)計(jì)中GIS技術(shù)應(yīng)用價(jià)值，對(duì)GIS技術(shù)在公路縱面、橫截面、平面等路線設(shè)計(jì)工作中的應(yīng)用展開(kāi)分析。借此優(yōu)化公路路線設(shè)計(jì)方案，保障公路工程建設(shè)水平。

一、引言

公路路線設(shè)計(jì)期間，GIS技術(shù)的應(yīng)用，是借助自身操作、處理、地形分析等功能，高效計(jì)算公路路線中的地理數(shù)據(jù)，為公路最優(yōu)設(shè)計(jì)方案的確定打好基礎(chǔ)。其在路線設(shè)計(jì)中的運(yùn)用，對(duì)公路選線、方案改進(jìn)意義重大。因此，本文對(duì)公路路線設(shè)計(jì)中GIS技術(shù)的具體應(yīng)用做出簡(jiǎn)單闡述，以明確GIS在公路路線設(shè)計(jì)中的實(shí)踐要點(diǎn)。

二、工程概況

某公路工程，屬于該地區(qū)東西走向中的主干道，該工程在施工建設(shè)中，采用設(shè)計(jì)速度為150km/h的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，路基寬度約為28m，公路總長(zhǎng)53.1km。全程設(shè)有服務(wù)區(qū)兩處、大橋8座、中小橋16座。該公路工程路線設(shè)計(jì)核心，在于解決地形障礙，并在各平面設(shè)計(jì)中，以公路平面設(shè)計(jì)為主。在此期間，為確保公路路線設(shè)計(jì)的科學(xué)性，以及地形障礙解決的有效性，施工方將GIS技術(shù)，用于路線設(shè)計(jì)中的平面、縱面、橫斷面設(shè)計(jì)中。借此利用該技術(shù)，獲取該地區(qū)地形信息，科學(xué)調(diào)整路線設(shè)計(jì)內(nèi)容。

三、公路路線設(shè)計(jì)中GIS技術(shù)應(yīng)用價(jià)值

GIS技術(shù)，全稱為“地理信息系統(tǒng)”，是以地理空間數(shù)據(jù)為核心，使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，對(duì)地區(qū)空間數(shù)據(jù)的輸出、存儲(chǔ)、整合、分析?？捎糜诠芾淼乩砦恢眯畔?，并借助電子地圖顯示地理信息。該技術(shù)在應(yīng)用中，是集成制圖學(xué)、地理學(xué)、計(jì)算機(jī)、測(cè)量學(xué)等學(xué)科知識(shí)，發(fā)揮自身對(duì)空間數(shù)據(jù)的輸出功能，解決現(xiàn)有空間問(wèn)題。近些年，城市文明發(fā)展中，公路工程項(xiàng)目增多。但由于我國(guó)地形與地質(zhì)條件的多樣性、復(fù)雜性，難以利用傳統(tǒng)公路工程技術(shù)，完成公路路線設(shè)計(jì)、管理等任務(wù)。而GIS技術(shù)在公路路線設(shè)計(jì)中，可準(zhǔn)確、快速采集工程區(qū)域內(nèi)地理圖像，測(cè)繪、精確分析地形，指導(dǎo)公路工程建設(shè)。同時(shí)在公路工程施工中，相關(guān)人員可基于路線設(shè)計(jì)效果，有序開(kāi)展工程后期維修作業(yè)。提高我國(guó)公路工程路線設(shè)計(jì)水平，推動(dòng)公路工程建設(shè)。

四、公路路線設(shè)計(jì)中GIS技術(shù)的應(yīng)用

1.公路選線

由于社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等因素，會(huì)影響公路選線結(jié)果。所以在公路路線設(shè)計(jì)中，相關(guān)人員可利用GIS技術(shù)，建立選線影響因素分析模型。具體分析內(nèi)容包括擬定路線、道路網(wǎng)、居民地、耕地、地形線，以及地址構(gòu)造線與地下管線等內(nèi)容。同時(shí)借助GIS技術(shù)對(duì)地理空間的梳理功能，生成公路選線空間模型，使施工人員全面掌握擬選路線的公路帶狀緩沖區(qū)內(nèi)，路線占地面積、類型等信息。公路選線期間，施工方可基于GIS技術(shù)，對(duì)選線空間模型中屬性數(shù)據(jù)展開(kāi)研究，并根據(jù)公路選線要求，輸出公路擬選路線斷面圖、縱面及平面線形圖。另外，GIS技術(shù)，在公路路線設(shè)計(jì)中，需運(yùn)用公路地質(zhì)圖、氣象文件等多形式圖像，在公路選線后，生成數(shù)字模型，為公路路線設(shè)計(jì)工作提供參考依據(jù)。而公路設(shè)計(jì)人員可在GIS系統(tǒng)中，結(jié)合數(shù)據(jù)模型，及時(shí)發(fā)現(xiàn)工程路線設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)，選定合理公路路線。

2.平面設(shè)計(jì)

公路工程作為三維空間內(nèi)的實(shí)體工程，該類工程中的路線主要指道路空間位置中部的路線平面，即公路水平方向的路線投影。公路平面設(shè)計(jì)中，其線性設(shè)計(jì)內(nèi)容有直線、緩和曲線、垣曲線等。在當(dāng)前時(shí)期，公路工程平面線形三要素，多由“角度為零→曲率為零→直線”“角度為變數(shù)→曲率為變數(shù)→緩和曲線”“角度為常數(shù)→曲率為常數(shù)→圓曲線”等基礎(chǔ)線形組成。所以在公路路線平面設(shè)計(jì)中，需結(jié)合地區(qū)地形信息，在重復(fù)試算后，完成平面設(shè)計(jì)方案。而GIS技術(shù)，在公路路線平面設(shè)計(jì)工作中，可通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，計(jì)算線形要素中的曲線及直線要素。為設(shè)計(jì)人員提供更為全面的參考數(shù)據(jù)，使其能夠制定最佳設(shè)計(jì)方案。例如，GIS技術(shù)，可用于計(jì)算公路平面線形信息中的“圓曲線橫向力系數(shù)μ的取值”，確保車輛行駛過(guò)程中，不會(huì)出現(xiàn)橫向滑移現(xiàn)象，一般取為控制值。除此之外，公路路線設(shè)計(jì)過(guò)程中，相關(guān)人員可通過(guò)設(shè)計(jì)路線方向、地理位置、沿線地圖等信息，基于GIS技術(shù)，建立公路平面設(shè)計(jì)模型，擬定設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

3.橫斷面設(shè)計(jì)

公路工程路線橫斷面設(shè)計(jì)，是使用具體數(shù)據(jù)，分析公路橫截面結(jié)構(gòu)，使設(shè)計(jì)人員在公路路線設(shè)計(jì)中，可進(jìn)一步明確公路斜坡長(zhǎng)度、側(cè)槽輪廓，以及公路路基深度與高度。在公路路面整體設(shè)計(jì)中，橫截面設(shè)計(jì)屬于人力、時(shí)間投入較大的環(huán)節(jié)。但GIS技術(shù)，在該環(huán)節(jié)中的運(yùn)用，可提高橫截面設(shè)計(jì)效率，確保橫截面設(shè)計(jì)的科學(xué)性。其應(yīng)用步驟，主要體現(xiàn)在以下方面。其一，輸入公路橫截面相關(guān)數(shù)據(jù)，在GIS技術(shù)自主運(yùn)算后，生成數(shù)據(jù)模型。橫斷面數(shù)據(jù)包括硬路肩、路緣帶、分隔帶、路基寬度等。其二，設(shè)計(jì)人員結(jié)合不同路段的橫斷面設(shè)計(jì)要求，在GIS系統(tǒng)中獲取設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。其三，數(shù)據(jù)生成后，可在GIS系統(tǒng)主界面，根據(jù)橫截面直觀顯示，詳細(xì)檢查橫截面設(shè)計(jì)，并及時(shí)糾正不合理位置。

4.縱面設(shè)計(jì)

公路路線縱面設(shè)計(jì)，是對(duì)路線縱向設(shè)計(jì)的分析，旨在明確路線曲線半徑、坡度、坡長(zhǎng)。并針對(duì)斜率變化路段內(nèi)，借助垂直曲線，減少斜率變化對(duì)縱面設(shè)計(jì)整體合理性的影響。其中，較為常用的方法為“二次拋物線”，相關(guān)人員可根據(jù)路線垂直曲線半徑、斜坡傾斜角，建立縱斷面設(shè)計(jì)模型后。應(yīng)用GIS技術(shù)，分析公路路線縱面輪廓數(shù)據(jù)，比如外部距離、曲線程度等。同時(shí)在獲取輪廓數(shù)據(jù)后，采用高程差值方法，獲取公路路線的線性輪廓數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，GIS技術(shù)可在提供線路縱向信息的基礎(chǔ)上，節(jié)約縱斷面設(shè)計(jì)工序。便于設(shè)計(jì)人員根據(jù)GIS技術(shù)所提供的變坡點(diǎn)、曲線半徑值等數(shù)據(jù)，擬定初步縱向設(shè)計(jì)方案。同時(shí)在路線縱面設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)比、分析，設(shè)計(jì)圖紙繪制中，優(yōu)化路線設(shè)計(jì)方案。

再者，GIS技術(shù)在公路路線設(shè)計(jì)基礎(chǔ)時(shí)期，可快速更換工程區(qū)域內(nèi)地理坐標(biāo)、里程站，定位公路位置，提高公路路線設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。并且GIS技術(shù)，可有效解決公路路線鏈條斷裂問(wèn)題，定位、記錄周邊路程站與道路長(zhǎng)度?；蚴窃诠肥┕ぶ校侠碛?jì)算工程量，以及工程項(xiàng)目中的土方工程量。有利于提高公路路線設(shè)計(jì)效率，完善公路工程建設(shè)體系，對(duì)我國(guó)公路建設(shè)事業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展意義重大。

五、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著GIS技術(shù)在公路施工、設(shè)計(jì)中的廣泛應(yīng)用，我國(guó)公路工程建設(shè)取得較為明顯的進(jìn)步。路線設(shè)計(jì)作為公路工程的核心內(nèi)容，其設(shè)計(jì)方案質(zhì)量，影響著公路整體性能的完善。為此，相關(guān)人員需在公路路線設(shè)計(jì)中，將GIS技術(shù)用于公路橫斷面、平面設(shè)計(jì)中，用以計(jì)算各環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、建立路線模型，科學(xué)控制設(shè)計(jì)階段的投入成本，保障公路工程路線設(shè)計(jì)的合理性。