試析數字化地形圖在公路勘察設計中的應用

田龔清野 張立富 黃國俊

【摘 要】在公路勘察設計中有許多新技術的應用都亟待探索和研究，先進的勘察設計技術是保證工程項目獲得成功的前提條件。本文介紹了數字化地形圖在公路勘察設計中的應用，對直接采用專業測繪的地形圖用于公路設計進行了有益探索，對全面提高公路測量的效率和質量，推進公路勘察設計科技化進程起到一定的作用。

【關鍵詞】數字化地形圖；公路勘察設計；科技化

0.前言

目前公路勘測設計中，設計過程已經廣泛使用計算機等現代設備進行設計，但是公路工程的勘察測量依然存在技術含量低、測量數據手工記錄、勞動強度大、周期長、出錯率高、不易保存等弊端。隨著公路建設的發展，科技不斷發展進步，這就需要勘察測量設計人員與時俱進，采用新的設計思路和方法，才能最大限度的提高效率。采用專業的數字化地形測繪用于公路設計，提高公路勘測的效率和質量，推進公路測量設計科技化進程。

1.數字化地形圖

1.1公路測設現狀

目前，我們在進行道路、橋梁、隧道的測量設計經常遇到地形復雜交通不便的情況。如果路線在平原地區，往往是經濟發達，重要的建筑物眾多，各種電力通訊交通管線密集，如何綜合考慮這些紛繁復雜的各種因素，常常是令測設者決策者十分頭疼的問題。如果線路在丘陵山區，經常是各種樹木生長茂盛、溝壑縱橫，難以通視，傳統的測量手段很難解決，經常令測量工作人員吃盡了苦頭。傳統的測量手段數據處理往往用手工方法記錄儲存，不僅數據顯得零亂，而且在數據后續處理中，往往手工處理，工作量大，容易出錯，測量數據不易校核。由于處理枯燥，需要耗費的重復勞動也就相當多，內業處理出錯率較高。

通過調查研究，在我國大多數單位在公路設計測量工作中采用的方法傳統，速度慢、精度差，數據不易保存校核，所以難以適用當前推進公路建設自動化、信息化建設的要求。

1.2數字化地形圖的特點

采用現在傳統的測量方法存在許多弊端，例如測量數據多，易出錯，測量完畢不易校核和保存，采用數字化地形圖可有效解決這一問題。采用專業數字化地形圖測繪，經過處理后，可以滿足公路規范的需求，每條公路的地形圖可以形成永久保存的電子檔案，勘測成果在圖上一目了然，可重復利用，并可不斷補充調整。公路設計引入專業勘測的電子地形圖，勘測效率大大提高，勘測費用降低很多，勘測設計周期會大大縮短，而且數據精確，易于保存，數據直接導入利用，免去人工錄入的繁瑣和失誤，可以重復利用，一舉多的，可以紙上選線、定線，測量數據可以視實際情況，隨時補充調整。測量成果可以直接與國家控制網轉化，以便與其他測量行業的數據共享。測量完畢或公路施工后能長久保存測量成果，并進行校核，推進公路測量的數字化進程。

1.3數字化地形圖的實施及調試

1.3.1調查和分析

我們從GPS、全站儀等先進測量理論和公路設計兩方面入手，進行了調查和分析研究，結合公路路線設計和橋梁設計中的專業知識，與專業公路路線處理軟件、橋涵設計軟件等結合，這樣才可以提高設計質量和效率，實現專業數字地形圖與現有公路設計軟件有機的對接。

1.3.2建立數字地面模型

數字地面模型是道路輔助勘測設計的基礎，數字地面模型（DigitalTertianModel）簡稱DTM，是按一定結構組織在一起的數據組，是對帶有空間位分布的地形屬性特征的數字的描述，通常空間分布是用一個平面坐標系統表示，而地形屬性特征是各個平面位置（X，Y）上地面點的高程，它是地形起伏的數字表達，是建立不同層次的地理信息系統不可缺少的組成部分。道路設計中常用的數字地面模型依據構網形式分為：三角網式數模、方格網式數模、扇形網式數模、魚骨網式數模等。我們根據實際情況做了選擇。

1.3.3數字化地形圖的調試

進一步在公路設計中推廣應用，直接采用專業測繪的電子地形圖用于設計，電子數據與專業公路路線處理軟件、橋涵設計軟件等直接導入對接，發現數據精度、軟件對接方面存在的問題，并提出解決可行的方案。

目前，采用專業人員測繪電子地形圖，已推廣應用，并在數條國省道測量中得到應用，收到了很好的經濟社會效益。縮短測量周期達60%以上，提高了測量效率和質量，大大節約了人力、物力，大大推進了由傳統的測量方法到現代的測量方法的變革。通過調試及修改，經過全院的應用調試，數字化地形圖全面應用已逐步成熟。由于我們數字化地形圖的精度滿足高等級公路，采用數字化地形圖用于這次設計任務中，設計運算速度快，一個含數千個點位的數十公里的公路，僅需幾分鐘便可輸出公路設計所要的數據，并自動考慮橫坡及超高的影響。

2. 公路勘察設計中的部分新技術

2.1高分辨率衛星遙感技術（Google地球的應用）

高速公路建設主要有改建和新建，目前我省以新建項目為主，這就需要大范圍的走廊帶選擇，需要了解項目控制點附近的地形、地貌、路網分布、土地利用及沿線自然與環境因素等。衛星遙感技術以其豐富的地表信息和直觀圖像就在路線走廊帶以及路線方案優化、比選方面提供了一種非常好的選擇。下面就以Google地球在勘察設計中的應用作一些分析：

Google地球是美國Google公司向公眾提供的一種三位數字地形圖，利用它可以直接生成路線走廊帶選擇時需要的大范圍、大比例尺的地形圖，且根據工作階段的不同，可以轉化成相應比例尺的數字地形圖。Google地球解譯出了區域路網、地表附屬物、自然地理地貌等各種最新的自然、經濟現象，在路線走廊帶優化、比選方面具有得天獨厚的技術優勢：

（1）衛星不受空域和地面障礙物的限制，能迅速獲取全球任何地區最新的立體影像；（2）可直接生成1：10000數字地形圖，僅用少量野外控制點且不必嚴格控制點位分布即可生成1：5000～1：2000數字地形圖，這對困難地區獲取地面數據具有極大的價值；而且由于視點高，其攝影死角比航攝更少，可獲取更隱蔽地區的資料。

1.2數字攝影測量

數字攝影測量是近年來廣泛應用于高速公路及二級公路勘察設計過程中的一種新技術，實現了真正意義上的自動測圖和數字測圖。數字攝影測量與傳統攝影測量的區別在于利用相關技術自動處理數字化影像，是完全數字形式的。這種全數字化、全自動化的測繪方式為公路勘察設計的數字化提供了數據支持。

（1）采用航攝像片減少了大量的外業測圖工作，外業測量工作簡化為像控點布設、控制點布設及新增地物的調繪，這樣就可以為公路勘測設計提供大比例尺地的形圖，供紙上定線和方案比選使用。（2）通過立體觀察，充分利用航片豐富的影像信息進行規劃、選線、經濟調查、工程地質遙感分析等。（3）借助于數字攝影測量，直接產生設計所需的地表三維坐標數據，建立工程數字地面模型，為公路測設自動化系統提供原始地形數據。

3. 結語與建議

目前我們對數字化地形圖應用經驗還不是很豐富，尚需利用其他手段對數據成果不斷進行檢查和校核、維護和改進，使它的功能更全面、更強大。“他山之石，可以攻玉”，公路設計引入專業電子地形測繪，建立專門的電子存檔庫，與專業公路路線處理軟件、橋涵設計軟件等相輔相成，使公路設計準確、優質、高效，極大的改變了我院測量設計方法，實現了由傳統測量到現代化測量的變革，路線勘測設計實現了飛躍，使得每條公路的縱斷、橫斷、橋涵在圖上一目了然，必將推動公路測量設計的進一步發展。

參考文獻：

〔1〕徐紹，等.GPS測量原理及應用.武漢：武漢測繪科技大學出版社，1998.

〔2〕《公路全球定位系統》（JTJ/T066-98）.

〔3〕《公路全球定位系統》（JTJ/T066-98）.