我國道路與鐵道工程3S應用綜述

摘 要:以3S技術為代表的現代測繪新技術，使測繪學科從理論到手段都發生了革命性的變化。本文結合3S技術的最新發展，介紹全球定位系統(GPS)技術、航測遙感(RS)技術和地理信息系統(GIS)技術在道路與鐵道工程的勘測設計、施工興建和運營管理不同階段中的應用現狀。

關鍵詞:道路與鐵道工程;GPS;航測遙感;GIS

一、勘測設計階段3S技術已經得到廣泛應用

(一)全球衛星導航定位系統的應用

全球衛星導航定位系統GNSS是指利用人造地球衛星進行導航或定位的技術系統。目前國際上全球衛星導航定位系統主要包括美國的GPS，俄國的GLONASS，歐盟的GALILEO等，我國也自主研制了“北斗”衛星導航廣域增強系統。其中，GPS是目前應用最廣泛的全球衛星導航定位系統，其技術的最新進展代表了全球衛星導航定位系統的主要發展方向[。

1.航測遙感技術的應用

利用航測遙感技術測繪大規模大比例尺(以1:2000比例尺為主)地形圖，建立數字地形模型，已經成為新線鐵路勘測設計的基礎數據;遙感工程地質和水文地質綜合信息填圖已成為繞避地質災害、確定鐵路線路走向不可缺少的控制性因素。航測遙感技術取代了繁重落后的地面測圖工作，改變了鐵路勘測設計的程序，引起了鐵路勘測設計發生了革命性飛躍，成倍地提高了鐵路勘測的速度，大大縮短了勘測的周期，提高了鐵路勘測設計的質量。

2.地理信息系統的應用

地理信息系統(GIS)是在計算機軟件和硬件支持下，把各種地理信息按照空間分布及屬性以一定的格式輸入、存儲、檢索、更新、顯示、制圖和綜合分析應用的技術系統，在鐵路和公路工程的勘測設計中正得到愈來愈多地應用。將GIS用于鐵路和公路工程建設可以保持各種數據的統一、規范，便于提高工程建設的效率，GIS和RS結合，可以獲得三維地理信息的遙感圖像信息，并利用其進行縱橫斷面分析、坡度分析等工作，從而實現三維鐵路和公路工程設計、橋梁設計、景觀設計等。

二、施工階段主要以GPS的應用為主

(一)采用靜態GPS建立高精度平面工程控制網

在橋梁和隧道工程中，目前最為廣泛的是應用GPS技術進行控制測量。杭州灣跨海大橋是當前世界第一長跨海大橋，跨海段長達31.5km，海上無任何自然島嶼，其平面控制采用靜態GPS按B級精度的要求施測;烏稍嶺隧道全長20km，是我國目前最長的鐵路隧道，其洞外控制也采用GPS技術，現在該隧道已經全線貫通交付使用。這些大型工程的建設都說明，利用GPS技術進行大型工程的控制測量，不僅可以滿足工程建設的精度需要，而且能夠加快工程建設的進度。

(二)通過GPS高程擬合建立高程控制網

目前，GPS高程測量精度較低，主要原因是無法準確獲取各點的大地高和高程異常值。較常用的計算高程異常方法是:利用測區里的若干個已知水準點，采用解析內插、曲面擬合等方法確定測區的似大地水準面，進而求出各點的高程異常。數座特大型橋梁工程測量的試驗分析表明:在小范圍的橋梁工程區域內，當地形較為平坦時，利用2~3h的GPS靜態觀測成果，經過擬合計算，可獲得二等精度的高程成果;而利用1~2h的觀測資料，可獲得三、四等精度的高程擬合成果[9]。

(三)利用GPS-RTK技術進行工程放樣

GPS技術在施工階段的應用除了建立施工控制網外，近年來隨著RTK技術的不斷完善，在工程放樣中也同樣得到了廣泛應用，從而大大降低了放樣的計算工作量和外業觀測強度，提高了作業效率。

在鐵路、公路、橋梁、港口工程施工中，利用RTK技術直接放樣點位已經被成功應用于定線放樣、縱橫斷面測量、地形圖測繪以及工程變形監控中。在杭州灣大橋、東海大橋和蘇通大橋的施工中，施工單位采用RTK技術進行寬海域的樁基施工三維定位測量，不僅解決了超長距離施工定位的難題，而且提高了測量定位的精度，通過專門研制的海上GPS打樁定位系統，還可以實現測量定位的自動化，大大縮短施工工期。

(四)GIS在工程施工管理中得到初步應用

GPS在道路與鐵道工程測量中的應用已很普遍，而遙感技術和GIS技術在施工階段應用較少，但也有成功應用的實驗。例如，以深圳地鐵變形監測數據和各種圖面資料作為信息源，利用GIS軟件及二次開發工具，開發了基于GIS的地鐵變形監測管理分析系統，并應用于地鐵施工監測，取得了良好的效果。

三、運營管理階段3S技術開始得到應用

(一)GPS技術在變形監測中正得到廣泛的應用

大型工程結構的變形監測，一直是道路與鐵道工程運營管理階段的重要課題，目前，利用GPS技術正在成為變形監測的重要技術手段。例如，虎門大橋GPS(RTK)實時位移監測系統，能夠實時監測整橋3個方同的x，y，z位移和大橋的扭轉角，并能對各點的數據進行記錄回放[11]。GPS監測大橋位移的實時性和高采樣率的數據為大橋的狀態分析提供了方便的條件，也為大橋的管理部門的決策提供了依據，使大橋的安全得到了保障。

(二)遙感技術開始得到深入認識并開展應用

目前我國已經利用航測遙感技術完成了大量的既有鐵路復測和地質病害調查工作，對成昆、寶天、寶成等10余條地形地質條件復雜，路基、地質病害較嚴重的既有鐵路重點區段和重要工程進行了遙感地質病害調查，從而為鐵路工務管理提供了及時有力的信息保障。

(三)GIS在鐵路公路的養護管理中正在起到越來越大的作用

近十年來，鐵路部門先后完成了哈爾濱等多個鐵路局20 000多公里既有鐵路復測和數字地形圖測繪工作，建立了先進的工務綜合管理信息系統，由鐵道部電子計算技術中心研制的基于GIS的鐵路工務管理信息系統，包含了鐵路設備管理，管界圖、綜合圖、速度圖、大橋略圖等17個子系統，涵蓋了鐵路工務部門的主要業務，目前已在烏魯木齊、北京等多個鐵路局得到推廣應用，為工務系統現代化管理奠定了堅實的基礎。

參考文獻:

[1]寧津生，王正濤.測繪學科發展綜述[J].測繪科學，第3l卷(l).

[2]李小勇.GPS在鐵路工程測量中的應用和設想[J].鐵道勘測與設計，2005，(4):14-17.

[3]胡志貴，韓改新.航測遙感技術在鐵路建設中的應用與開發[J].鐵道勘察，2006，(5):16-20.