“3S”在公路勘測設計中的應用前景

蔡碧聰

（北京市公路局公路設計研究院）

“3S”在公路勘測設計中的應用前景

蔡碧聰

（北京市公路局公路設計研究院）

我們在大規模進行高等級公路建設的同時，也清楚地意識到勘測質量的好壞以及設計水平的高低直接影響著整個工程的質量。因為一個公路建設項目質量的好壞、投資的多少以及運營的完善與否，直接取決于勘測工作是否周全，設計方案是否合理，二者是相輔相成，互為影響的。但遺憾的是，公路勘測設計仍然沒有擺脫傳統的勘測設計模式和方法，技術含量低，特別是高科技含量不足，嚴重地制約了高等級公路建設地發展。如何有效地加快勘測速度，縮短設計周期，優化設計方案，提高設計質量是公路設計人員面臨的重要任務。

美國副總統戈爾提出了"數字化地球"概念。并通過“3S計劃”來實現，即：

（1）豐富的全球地理信息系統；

（2）精確的全球衛星定位系統；

（3）先進的遙感衛星測設系統。

未來的世界將是“數字化的世界”，數字化的概念將滲透到我國的各行各業。公路行業的數字化，它也包括三個部分：

（1）公路的數字化地理信息系統；

（2）公路的全球衛星定位系統；

（3）公路的遙感衛星測設系統。

1 公路的數字化地理信息系統（Geogr-aphic Information System）

實際上公路GIS是綜合處理三維公路信息的一個計算機軟硬件系統，它是GIS技術在公路領域的發展，是GIS與多種公路信息分析和處理技術的集成。真正的數字化地理信息系統應該具備詳細的地形數據資料，包括平面點的坐標、高程，已建道路和橋梁的位置、名稱，道路沿線的民宅、工礦企事業單位、田地、果林、魚塘、水渠、河流、電力管線等詳細地面資料。當然對于這樣一個龐大的系統工程，單靠公路一家是無法實現的還需與其它兄弟單位通力合作，如測繪部門、航測部門、規劃部門、地勘部門。那么GIS可以為我們的公路設計人員提供什么樣的方便?通過鼠標在地形圖上選取控制點，控制點的屬性也同時顯示在電腦屏幕上（包括點的坐標、高程），控制點連線后，路線的走向就基本確定下來了，接下來就是輸入一些平曲線要素，這樣一來一條路線方案很快就選出來了。如果對所選路線方案不滿意，可以隨時用鼠標修改，同時地形圖比例也可以根據需要隨時調節。在路線方案選定的同時，我們還可以從地理信息系統數據庫中獲取其它相關信息資料，它包括最佳路徑、最短出行時間、交通流量、道路沿線地區人口數量、經濟狀況、建材分布、儲量、運輸條件、土壤、地質和植被情況等。同時設計人員對于同一起終點的路線，可以選取不同的路線方案進行分析、對比、篩選直至獲得最佳滿意方案為止。

2 公路的全球衛星定位系統（GLOBAL POSITIONING SYSTEM）

GPS（全球衛星定位系統）作為新一代的衛星導航和定位系統，不僅具有全球性、全天候、連續性、實時性的精密三維導航與定位能力，而且具有良好的抗干擾性和保密性。相對于經典測量學說，GPS定位技術具有觀測點之間無需通視、定位精度高、觀測時間短、提供三維坐標、操作簡便以及全天候作業等主要特點。由于其高度自動化及其所達到的精度和具有的巨大潛力，GPS一面世就廣泛滲透到經濟建設和科學技術的許多領域，如無線電導航、地震網監測、大壩變形監測、大陸板塊飄移監測和大地測量。隨著GPS事業的快速發展，產品的更新換代，新一代具備RTK系統功能雙頻GPS接受機地誕生，給當今公路測設事業注入了新的活力。最新的RTK技術在公路測設中具備以下幾個功能和作用：

2.1 繪制大比例尺地形圖

高等級公路選線多是在大比例尺（1：1000或1：2000）帶狀地形圖上進行。用傳統方法測圖，先要建立控制點，然后進行碎部測量，繪制成大比例尺地形圖。這種方法工作量大，速度慢，花費時間長。用實時GPS動態測量可以完全克服這個缺點，只需在沿線每個碎部點上停留一兩分鐘，即可獲得每點的坐標、高程。結合輸入的點特征編碼及屬性信息，構成帶狀所有碎部點的數據，在室內即可用繪圖軟件成圖。由于只需要采集碎部點的坐標和輸入其屬性信息，而且采集速度快，因此大大降低了測圖難度，既省時又省力，非常實用。

2.2 道路中線放樣

設計人員在大比例尺帶狀地形圖上定線后，需將公路中線在地面上標定出來。采用實時GPS測量，只需將中樁點坐標輸入到GPS電子手簿中，系統軟件就會自動定出放樣點的點位。由于每個點測量都是獨立完成的，不會產生累計誤差，各點放樣精度趨于一致。

我們知道，道路路線主要是由直線、緩和曲線、圓曲線構成。放樣時（見示意圖），我們只要先輸入各主控點樁號（ZH、HY、QZ、YH、HZ），然后輸入起終點的方位角a1、a2，直線段距離D1、D2，緩和曲線距離LS1、LS2，圓曲線半徑R，這樣就可以很輕松放樣了，而且一切工作均由GPS電子手簿來完成。這種方法簡單實用，比起傳統的弦線撥角法要快速得多。另外，如果你需要在各直線段和曲線段間加樁，只需輸入加樁點的樁號就行了，剩下工作由GPS來完成。

2.3 道路的橫、縱斷放樣和土石方量計算

（1）縱斷放樣時，先把需要放樣的數據輸入到電子手簿中（如：各變坡點樁號、直線正負坡度值、豎曲線半徑），生成一個施工測設放樣點文件，并儲存起來，隨時可以到現場放樣測設。

（2）橫斷放樣時，先確定出橫斷面形式（填、挖、半填半挖），然后把橫斷面設計數據輸入到電子手簿中（如邊坡坡度、路肩寬度、路幅寬度、超高、加寬、設計高），生成一個施工測設放樣點文件，儲存起來，并隨時可以到現場放樣測設。同時軟件可以幫助你自動與地面線銜接進行“戴帽”工作，并利用“斷面法”進行土方量計算。通過繪圖軟件，可繪出沿線的縱斷面和各點的橫斷面圖來。因為所用數據都是測繪地形圖時采集而來的，不需要到現場進行縱、橫斷面測量，大大減少了外業工作。而且必要時，可用動態GPS到現場檢測復合，這與傳統方法相比，既經濟又實用，前景又廣闊。

2.4 橋梁結構物放樣

對于在長江、黃河上修建的大跨徑橋梁，采用傳統光學儀器和全站儀來定位是比較困難的，因為江面過寬、霧氣較大，易造成儀器讀數誤差。另外，江面情況變化多端、觀測浮標位置飄浮不定，影響定位精度。那么有什么好方法來解決這個問題?GPS在這方面發揮了一定的優勢。因為GPS采用的是空間三點后方距離交會法原理來定位，不受江面外界情況干擾，點與點之間不要求必須通視，2～3min測一個點，簡捷方便，精度高，大大提高了作業效率。它的平面坐標定位精度在5MM±1PPM左右，基線長度有幾米到幾十公里，這完全符合橋梁控制網地要求。同樣對隧道控制網、立交控制網也可以采用GPS的方法進行精確定位，效果也不錯。

3 公路的遙感衛星測設系統（Remote Sensing System）

遙感衛星測設系統（RSS）是利用航片或衛星照片上含有的豐富的地表信息，通過立體觀察和相片判釋并經過計算機的自動處理、自動識別，從而獲得與路線相關的各種地質、水文、建材等資料的一個計算機軟硬件系統。

衛星遙感在公路勘測設計中有以下優點：

（1）它可以幫助設計人員對路線所經區域的地形、地貌、河流、居民地以及交通網系等進行概要判讀，以了解其對路線地影響，有助于對路線方案的優化。

（2）同時它提供詳細的地質、水文、植被資料，幫助設計人員了解不良工程地質現象對路線的影響程度，以便提早改線，避免不必要的損害和事故發生。

（3）通過衛星遙感資料，可以幫助設計人員了解沿線土壤和植被類型，了解農作物及經濟作物的分布情況，以便為綠化設計作準備。

（4）通過衛星遙感資料，還可以幫助設計人員了解沿線建筑材料的分布、儲量、開挖、運輸條件，為施工創造良好便利條件。

（5）同時通過衛星遙感資料，可以對所選路線線形進行三維透視，可以幫助設計人員了解路線線形是否順暢，行車視距是否良好，與周圍景觀是否協調一致。

總之，在不久的將來，我們的公路勘測設計就會轉變成以GIS為基礎，以GPS為工具，以RSS為輔助手段的全方位、立體化、多層次的設計新模式?！?S”的未來應用前景十分廣闊，各國在“3S”領域的競爭也將十分激烈，我們應該緊跟國際潮流自我創新，才能在未來的"3S"的競爭中處于不敗之地。

U412.24

A

1004-7344（2016）25-0156-02

2016-8-20

蔡碧聰（1979-），女，畢業于武漢電力電力職業技術學院，工程測量技術專業，從事測繪相關工作。