3S技術在公路勘察設計中的應用研究

吐爾遜·托乎提

(新疆林業規劃設計院)

公路工程的勘察設計工作是一項較為復雜的工作，線路的勘察受地形、地貌和氣候條件等因素的影響，外業工作比較艱辛，難度較大。而公路的設計工作則需要依據勘察工作公平完成，不但需要設計人員具有較高的工作責任心，更需要具有高精度，高準確率的勘察設計技術作為依據，所以現代各種高科技測繪技術及數字技術的廣泛應用，為公路的勘察設計工作提供了更多的便利條件和更精準、高效的工作成效。本文就3S技術在公路勘察設計中的具體應用進行了深入的研究，為今后的公路勘察設計工作提供一定的參考經驗。

1 3S技術的概念及理論

3S技術主要包括GPS(全球衛星定位系統)、RS(遙感技術)以及GIS(地理信息系統)，3S技術是這三者的總稱。是現代測量技術與數字技術的重要組成部分。GPS技術是上世紀七十年代由美國軍方開始研制，并于九十年代中期建成的具有全方位、高精度的實時三維定位系統。GPS主要由空間衛星、地面接收控制系統和用戶終端設備三部分組成。它能夠高效、快捷且準確的將測量目標的三維坐標等信息提供給用戶，其全天候、高效率、高精確的特點為GPS的廣泛應用提供可能，目前GPS技術正在被普遍應用于各種測量、勘察以及交通導航等領域當中，在公路的勘察設計中GPS技術的應用效果也比較顯著;RS技術是由高空或者太空對地球表層的電磁波信息進行接收，并通過具體的信息處理技術對這些信息進行遠距離的測控。遙感技術對地面各種標地物的識別能力較高，所以被廣泛的應用于環境監測、氣象觀測、交通線路勘察等領域;GIS系統是一項進行地理信息管理與處理的軟件系統，它可以對各項地理信息進行分類、分級管理，也可以對各項地理進行具體的分析和處理。GIS主要由計算機、地理信息處理軟件、空間數據庫以及分析模型等系統組成。GIS系統還具有可視化功能，它能夠通過計算機將所有的地理信息顯示在屏幕在圖之上，使工作或設計人員能夠更加直觀的對各種地理信息進行分析和使用，同時它還能將地理信息的變化進行動態監測。所以，GIS的地理信息系統具有較強大的地理數據處理功能，對于公路的勘察設計工作有著重要的輔助作用。

2 GPS技術在公路勘察設計中的具體應用

2.1 控制網的布設及控制測量

在公路勘察過程中，對水平控制網和高程控制網進行布設作業是一項基本工作，也是非常關鍵環節所在。在公路的勘察測量工作中，由于常規的測量往往受到通視效果、定位不準、工作困難和工作難度大等因素的影響，使公路的平面測量和高程測量實施起來工作效率較低，而運行現代GPS衛星定位系統，能夠很好的解決這方面的難題，使公路勘察測量工作準確而高效。在公路工程中，通常高等級公路的控制網都需要與國家控制網進行聯測，所以勘察工作必須先找到國家的平面和高程控制點，來作為公路布網的節點和起算點。當確定完走廊帶之后，可在地形圖上對鄰近的國家控制點進行選定，得到圖上作業控制點的大致坐標，然后開始將GPS手持終端設備進行輸入尋找，公路勘察布網要求最少找到三個國家兩面控制和兩個高程控制點。控制點布設完成后，可根據控制點的平面坐標和高程，并結合控制點的特征和屬性等信息，形成具體數據輸入到控制室內的計算機上，然后使用繪圖軟件將其繪制成圖。采用GPS技術對控制點進行布控和信息采集，可以有效減少外業作業的難度，提高勘察工作效率。

2.2 線路放樣、中平測量和橫斷面測量

在控制點的布控測量結束之后，可以進行公路走廊帶的地形測量，設計人員可根據帶狀地形圖和現場的調查情況進行選線和定線任務。公路設計人員在大比例帶狀地形圖上進行定線，然后將公路的路線標定出來。外業工作人員使用GPS進行實時測量時，將公路中樁的坐標輸入到終端GPS設備中，系統軟件就可完成對放樣點的自動定位。在放樣過程中，每個測量點都是獨立定位測量，所以不會出現類似于累計測量產生的誤差，精確度較高。路線放樣過程中外業工作人員與路線的設計人員要保持緊密的合作態度，以提高工作效率和設計質量。在線路的中平測量中可采用RTK技術，RTK技術可與線路的放樣工作同時進行，這樣可以節省大量的成本，尤其是在一些相對高差較大的山區，其工作效率較為顯著。橫、縱斷放樣時，縱斷放樣先要將放樣數據輸入電子手簿當中，然后形成測設放樣點文件，進行儲存和放樣準備;橫斷放樣時，首先要確定橫斷面的填挖形式，然后將橫斷面的數據輸入到電子手簿當中，從而生成文件以備現場放樣測設，最后通過電腦繪圖軟件對沿線縱斷及橫斷面進行成圖。復測時也可采用GPS進行現場檢測。

3 GIS技術在公路勘察設計中的具體應用

在公路的勘察設計當中，GIS技術主要是用于綜合處理三維公路信息的一個計算機軟硬件系統，GIS在公路領域的應用范圍主要表現在公路的信息分析和技術的處理方面。隨著遙感技術、計算機技術、網絡技術和其它現代數字技術的快速發展，使GIS技術的數據更新和數據資源得到了豐富，也使GIS技術具備了多維動態、智能分析和統一的標準。GIS系統為公路的勘察設計工作提供了非常豐富，且內容精準的數據資源，比如GIS系統可以為公路設計人員提供廣泛的地理信息查詢、分析以及輔助設計參考。GIS系統還可以為設計人員提供公路走廊帶的自然條件、經濟狀態、環境敏感點等信息。這為公路的勘察設計工作提供了必要的地理信息和知識保障。在公路勘察設計工作開始時，設計人員可以通過計算機操作在地形圖上，初步選取合適的控制點，控制點上的地理特點和屬性就是同時的顯示出來，包括控制點的平面坐標或者高程。當控制點確定以后，將其連線，就會基本確定出路線的走向，然后進行一些平面要素的輸入，路線的方案便可基本選定，并可以隨時調整。GIS可以準確的確定出路線的占地寬度，也可以自動計算出路線的占地面積，還可以計算出占地線范圍建筑物和標地物的拆遷工程量。對于路線的前期規劃工作有較大的幫助，可以顯著提高規劃工作的工作效率。

4 RS技術在公路勘察設計中的具體應用

現代遙感技術的發展速度較快，具有傳感器多、分辨率高和多時相的特征，所以它能獲取更多地形、地貌以及地質構造信息。RS技術具有其它勘測技術所無法具備的宏觀性、全面性和豐富性，它可為公路的勘察設計工作提供非常可行的地物信息。RS技術可以為公路設計人員提供路線所經過區域的地質、水文、植被資料，為設計人員了解路線提供幫助;RS技術還可以為設計人員提供沿線建筑材料的分布、運輸條件、和開挖條件，以公路施工創造方便;RS的地質資料也可為路線的選線方案提供科學的指導，從而迅速勘察出區域的地質構造，有效的避開地質危險區;RS技術還可為以選好的線路進行三維透視，以幫助設計人員進行反復調整。RS技術為公路的環保、安全和經濟選擇提供了良好的保證。另外，衛星遙感技術與計算機系統的聯合工作，還可以快速的繪制出各種的比例的遙感地圖。

5 3S集成技術的合理應用

3S集成技術的應用是公路勘察設計工作實現高效率和高科技應用效果的必然趨勢。3S集成技術不但可以實現空間數據的實時采集，還可以對大量的地理信息數據進行更新、處理以及分析，使公路的勘察設計工作完全實現智能化。3S集成技術可對地下、地上、三維空間環境，以及構成要素進行綜合的分析，進而為公路的選擇提供最優方案。3S集成技術，可以以GIS為基礎信息平臺，公路的勘察設計工作所需要的大理地理信息可以通過GIS系統來提供。GIS需要具有豐富的標準化數據、發達的網絡平臺以及智能化的決策系統。GPS+RS技術可以為RS系統提供實時、動態的地形、地貌數據信息，并在些基礎上制作出三維的數字地面模型和其它地形圖，3S集成技術的科學應用改變了常規地形測量工作的高強度作業方式，大大提高了公路勘察設計工作的效率，也有效節省了工程的成本。

6 結論

在公路的勘察設計工作中3S技術具有非常廣闊的應用前景。數字化勘察技術的全面應用，使公路勘察設計工作的勞動強度大幅減少，也大大提高了公路工作的效率和經濟效益。3S技術是現代科技成果和數字技術在工程領域得到有效發揮的成功案例。

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