淺析GIS在公路路線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

白明偉

摘 要：公路線路設(shè)計(jì)包括選線及平縱橫設(shè)計(jì)。公路線路設(shè)計(jì)需要從全局入手，進(jìn)行綜合的考量，進(jìn)而選出最為合理的公路線路。基于地理信息系統(tǒng)，文章對(duì)公路選線及其他方面的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：地理信息；系統(tǒng)公路；路線設(shè)計(jì)；公路規(guī)劃

交通運(yùn)輸作為現(xiàn)代文明建設(shè)的重要標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)代公路在生產(chǎn)運(yùn)輸及人們的日常生活中都發(fā)揮著重要作用。公路線路設(shè)計(jì)作為公路建設(shè)項(xiàng)目之中較為重要的部分，對(duì)公路使用的質(zhì)量以及工程技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性都有著直接的影響，而且對(duì)公路在整個(gè)公路網(wǎng)中作用的發(fā)揮有一定的影響，對(duì)施工、養(yǎng)護(hù)、運(yùn)營(yíng)及公路擴(kuò)建都有著重要的意義。

1 GIS的定義

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System或Geo-Information system，簡(jiǎn)稱GIS）是計(jì)算機(jī)科學(xué)、測(cè)量學(xué)、地圖學(xué)等多個(gè)學(xué)科的交叉，是一種特定的空間信息系統(tǒng)。基于地理空間數(shù)據(jù)，將計(jì)算機(jī)軟件及硬件系統(tǒng)作為支持，對(duì)空間中有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的采集、分析、儲(chǔ)存、運(yùn)算、管理、描述及顯示的技術(shù)系統(tǒng)。

隨著我國(guó)公路項(xiàng)目發(fā)展的不斷深入，公路設(shè)施儼然已經(jīng)成為重點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施之一，車流運(yùn)行量也呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢(shì)。為了保證設(shè)計(jì)的合理性，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)也是愈來愈繁瑣，GIS可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，進(jìn)而促進(jìn)公路的科學(xué)化、現(xiàn)代化及智能化。

2 公路選線中GIS的應(yīng)用

GIS不單單是圖庫(kù)管理系統(tǒng)，其對(duì)空間的分析才是主要功能。GIS不單是圖庫(kù)管理系統(tǒng)，更重要的作用是對(duì)數(shù)據(jù)的分析能力，多種空間分析功能可以為設(shè)計(jì)人員提供大量的數(shù)據(jù)對(duì)比依據(jù)，從而有利于公路線路的選取。對(duì)空間進(jìn)行系統(tǒng)的分析有利于用戶掌握整體情況，有利于線路設(shè)計(jì)人員從宏觀角度上掌握世界，通過使用科學(xué)的方式來作出正確決策。

GIS進(jìn)行選路的基礎(chǔ)是將眾多的數(shù)據(jù)作為根本依據(jù)，GIS能夠自動(dòng)生成數(shù)字地形模型（DTM），有利于設(shè)計(jì)人員對(duì)整個(gè)沿線地區(qū)進(jìn)行宏觀的認(rèn)識(shí)，從而對(duì)影響線路選擇因素進(jìn)行細(xì)致的剖析。將公路設(shè)計(jì)的要求作為基礎(chǔ)，對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行合理的設(shè)立，通過人機(jī)交換的方式選擇最為合理的公路線路，并將最后的形態(tài)展現(xiàn)DTM上。以GIS作為支持的公路選線流程如圖1所示。

圖1 GIS支持的公路選線流程

3 公路線路平面設(shè)計(jì)中GIS的應(yīng)用

一般情況下，公路平面線形由直線、圓曲線以及緩和曲線構(gòu)成。可根據(jù)設(shè)計(jì)車速速v、橫向力系數(shù)μ、超高率i，用公式R=v2/（127*（μ+i））對(duì)圓曲線半徑R進(jìn)行計(jì)算。可設(shè)置μ、i作為設(shè)計(jì)的最大數(shù)值，通過計(jì)算，圓曲線半徑R為最小值，此數(shù)值為公路上圓曲線最小半徑。在地形條件允許的情況下，公路設(shè)計(jì)盡最大可能選取較大曲線半徑，在特定的、相對(duì)困難的情況下才考慮最小半徑的使用，以此保證線路選取的合理性。

在直線與圓曲線間設(shè)立正確的緩和曲線，可以達(dá)到公路曲線設(shè)計(jì)與汽車行駛時(shí)的重心軌跡相符合的要求，為了保證車輛行駛的物力特性，通常利用回旋線的形式進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)工作。在兩條直線線段的轉(zhuǎn)角，緩和曲線長(zhǎng)度，緊接圓曲線的半徑確定后，緩和曲線各要素（圖2所示），依據(jù)相應(yīng)的計(jì)算公式能夠進(jìn)行計(jì)算。就傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法來說，用在平面設(shè)計(jì)上的時(shí)間較長(zhǎng)，運(yùn)用GIS技術(shù)，加之計(jì)算機(jī)技術(shù)的輔助，能夠?qū)η€要素進(jìn)行快速的計(jì)算，并能直觀的顯示于電腦顯示器上，以此方便設(shè)計(jì)人員進(jìn)行觀察。此外，還能夠提供平面方案所對(duì)應(yīng)橫、縱斷面的具體信息，并且能夠輸出線略圖，還可顯示或輸出多組參數(shù)下的圖案，便于設(shè)計(jì)人員分析、對(duì)比，以保證選定為最佳。

圖2 緩和曲線要素

4 公路線路設(shè)計(jì)中GIS的應(yīng)用

目前我國(guó)公路設(shè)計(jì)中GIS的在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用愈加廣泛，我國(guó)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)之中，公路作為不可或缺的一部分，在日常的使用過程中出現(xiàn)磨損及破壞是不可避免的，導(dǎo)致道路運(yùn)營(yíng)費(fèi)用及維修的費(fèi)用隨使用的時(shí)間而增加。GIS技術(shù)在公路設(shè)計(jì)中的合理應(yīng)用，能夠?qū)窢顩r的信息進(jìn)行準(zhǔn)確采集，通過科學(xué)合理分析之后，對(duì)公路未來的路面性能進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而使設(shè)計(jì)更為規(guī)范化、合理化。GIS技術(shù)的有效利用能夠?qū)分車膶?shí)際情況進(jìn)行全面、及時(shí)的掌握，通過現(xiàn)代高科技動(dòng)態(tài)技術(shù)手段的輔助，能夠?qū)Φ缆穼傩詫?shí)現(xiàn)組合查詢。通過采集信息質(zhì)量的等級(jí)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及定義，以此來適應(yīng)項(xiàng)目級(jí)與網(wǎng)絡(luò)級(jí)數(shù)據(jù)的要求，很大程度避免了數(shù)據(jù)重復(fù)收集情況的出現(xiàn)。

公路初設(shè)引進(jìn)了GIS技術(shù)，在實(shí)際的應(yīng)用中取得了一定的成績(jī)，GIS技術(shù)可以精準(zhǔn)提取公路選線因素相應(yīng)的影響屬性，通過層次分析法可以很好中和公路選線中的諸多因素，從而進(jìn)行客觀的分析及評(píng)價(jià)，提供給公路選線人員最為直觀的結(jié)果。隨著GIS技術(shù)自身的不斷發(fā)展及擴(kuò)展，GIS開發(fā)了更為專業(yè)的軟件平臺(tái)，對(duì)于我國(guó)公路建設(shè)項(xiàng)目而言，無疑能夠提供更為有力的技術(shù)支持，使我國(guó)公路建設(shè)能夠從規(guī)劃到最后運(yùn)營(yíng)管理融為一體。公路走向是由控制點(diǎn)連線而成，利用數(shù)字高程模型能夠自動(dòng)生成公路平面設(shè)計(jì)圖，進(jìn)而生成地形的縱剖圖，橫斷面設(shè)計(jì)圖隨后生成，高程模型還能對(duì)施工中的材料使用量進(jìn)行計(jì)算，最后將土方數(shù)量表呈現(xiàn)與設(shè)計(jì)人員面前。

5 結(jié)束語

隨著地理信息系統(tǒng)技術(shù)的普遍應(yīng)用，公路工程項(xiàng)目中地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)應(yīng)用更為廣泛，同時(shí)進(jìn)一步研發(fā)及推廣了GIS技術(shù)在公路項(xiàng)目中各個(gè)方面的具體應(yīng)用，提升了公路線路設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性、合理性及規(guī)范性，很大程度上提升公路建設(shè)與管理的經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)境效益，進(jìn)而推動(dòng)我國(guó)公路工程管理模式的深入發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]楊雪林.高等級(jí)公路路線設(shè)計(jì)的體會(huì)與認(rèn)識(shí)[J].科技信息，2011（8）.

[2]楊宏志，韓躍杰，李芬，許金良.基于GIS和遺傳算法的公路智能選線[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009（3）.

[3]楊佳.基于GIS平臺(tái)的道路選線優(yōu)化系統(tǒng)研究[D].重慶交通大學(xué)，2008.

[4]趙學(xué)燾，王磊.GIS在公路路線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2013（17）.