道路選線中GIS技術(shù)的應(yīng)用研究

施 敏

株洲市規(guī)劃設(shè)計院，湖南株洲 412000

基于計算機和通信技術(shù)，依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及接口，構(gòu)建的地理信息系統(tǒng)，為各領(lǐng)域工作的開展，提供了大量的地理信息，支撐著相關(guān)工作順利開展。道路選線工作是道路勘測設(shè)計工作的主要組成部分，涉及道路性質(zhì)和地理性質(zhì)等范疇，具有復(fù)雜性和一定的難度，而GIS技術(shù)的應(yīng)用，極大程度上提高了此項工作的效率。

1 GIS技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢分析

從GIS應(yīng)用功能角度來說，GIS技術(shù)能夠分析交通流量和人口數(shù)據(jù)等，預(yù)測道路等級，為道路線路的制定提供有價值的信息。在實際應(yīng)用中，將地質(zhì)信息、水文信息、人文數(shù)據(jù)等，相互結(jié)合起來，設(shè)計道路線路，能夠保證線路設(shè)計的合理性。利用GIS軟件，采取空間搜索算法和網(wǎng)絡(luò)分析等方法，為道路規(guī)劃以及公共設(shè)施配置等工作的開展，提供有效的決策數(shù)據(jù)信息支撐。

2 道路選線中GIS技術(shù)的應(yīng)用分析

基于GIS的道路選線工作的開展，流程為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集和處理-構(gòu)建3D地形場景-空間量算分析-選定線路-線路漫游和飛行模擬檢查[1]。以某地區(qū)為例，區(qū)域面積約16km2，高程范圍在55.2～295.7范圍內(nèi)。區(qū)域內(nèi)部地質(zhì)條件好，存在著大量的村落，沒有大型水域，以一般耕地以及經(jīng)濟林為主。為了提升區(qū)域內(nèi)交通運行水平，建設(shè)一條長度為5km的公路，將其和過境干線道路相互連接。在線路設(shè)計中，選用了GIS技術(shù)。現(xiàn)結(jié)合工程實踐，總結(jié)技術(shù)應(yīng)用流程：

2.1 構(gòu)建3D場景

利用Skyline模塊，構(gòu)建3D地形數(shù)據(jù)庫平臺。此軟件擁有大量的影像數(shù)據(jù)和高程數(shù)據(jù)等信息，能夠創(chuàng)建出精確性較高的3D地形模型。創(chuàng)建流程如下：（1）采集遙感影像數(shù)據(jù)信息和DEM數(shù)據(jù)信息，將測量的數(shù)據(jù)信息，導(dǎo)入到TerraBuilder，生成初級3D場景模型。（2） 對模型進行編制，貼紋理，使得3D模型影像數(shù)據(jù)和地表模型DEM充分融合，生成地形數(shù)據(jù)庫，最終獲得可視化3D場景。

2.2 空間量算分析

利用TerraExplorer Pro軟件，使用空間量算工具，開展相應(yīng)的工作。在空間量算工具中，含有水平距離兩側(cè)以及垂直距離量測等，為分析工作開展，提供了技術(shù)支持。道路選線工程中的空間分析，具體包括可視化分析和視域分析等。利用Skyline軟件的三維GIS分析功能，流程如下：（1） 在三維場景中，依據(jù)遙感圖像資料和航片數(shù)據(jù)信息，標(biāo)記不良地質(zhì)環(huán)境，比如斷裂構(gòu)造和滑坡等，在圖像中全部標(biāo)志。（2） 打開地理信息層，即矢量數(shù)據(jù)圖層，展現(xiàn)相關(guān)信息，包括路網(wǎng)信息和居民點等。（3） 在道路選線區(qū)域，開展地形分析操作，顯示等高線及其輪廓圖，打開高程顏色渲染。（4）設(shè)計選線。在設(shè)計道路線路時，要盡量避免線路經(jīng)過陡坡，可以使用坡度地圖工具，展現(xiàn)地形邊坡坡度以及坡向，并且按照坡度著色，使用箭頭標(biāo)志坡向。利用坡度圖，做好地形分析后，開展進行路線選擇。坡度圖是基于地形實際情況創(chuàng)建的，能夠展現(xiàn)坡度和方向。按照陡度，進行著色，使用箭頭標(biāo)識坡度方向。應(yīng)用坡度圖以及箭頭，能夠指定矩形區(qū)域或者整個區(qū)域的地形。（5） 線路繪制。通過對線路所在區(qū)域的地形和地質(zhì)等，進行綜合分析，借助地形坡度圖，來選擇路線。對于最佳線路的選擇，可以利用軟件的最佳路徑工具，來計算受到上下坡斜率限制的地形，其2個位置之間最為合理的線路。通過創(chuàng)建1個標(biāo)注于地面上的線對象，表現(xiàn)計算結(jié)果。此計算方法，考慮了地形的高程值，為啟發(fā)式算法，適用于參數(shù)搜索，直接決定著最佳路徑確定的時間以及概率。（6） 導(dǎo)出線路數(shù)據(jù)坐標(biāo)和高程，利用CAD軟件，繪制道路線路。

2.3 可視化飛行檢查

使用三維GIS軟件，導(dǎo)出路線，按照道路設(shè)計相關(guān)規(guī)范以及標(biāo)準(zhǔn)，開展平縱橫設(shè)計，以dxf格式，將三維成果全面輸出，使用3Dmax進行渲染，利用Pro軟件，加載道路3D模型，開展道路路線3D可視化檢查[2]。如圖1所示，在模型中，進行可視化檢查，設(shè)計人員能夠“身臨其境”，以使用者的身份檢查道路，了解需求給予的不足之處，并且進行完善。

圖1 道路3D模擬圖

2.4 應(yīng)用效果

利用GIS技術(shù)，開展道路路線選擇，能夠提高選線工作效率，縮短道路線路制定時間周期，保證線路選擇的科學(xué)性以及客觀性。利用GIS技術(shù)，開展基礎(chǔ)地理分析，如坡度分析和道路起伏程度分析，能夠提高選擇結(jié)果的可行性。在選擇的過程中，利用成本距離加權(quán)函數(shù)法，將地理要素當(dāng)作影響道路成本的主要因素，也就是各類地理要素。其消耗的距離成本不同，具體包括時間成本和經(jīng)濟成本等。利用成本距離加權(quán)函數(shù)法，能夠把各類成本要素全部體現(xiàn)在空間上。總的來說，利用GIS技術(shù)，發(fā)揮信息技術(shù)和數(shù)據(jù)信息的優(yōu)勢，能夠提高道路選線的水平和效率。

3 道路選線中GIS技術(shù)應(yīng)用要點

3.1 做好數(shù)據(jù)信息采集的把控

應(yīng)用GIS技術(shù)，開展道路選線，其前提基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)采集，因此是技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量把控的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的道路選線工作的開展，多采取人工勘查作業(yè)的方式，前期工作時間花費較大，使得后期工作無法正常開展。目前，利用無人機遙感攝影技術(shù)和其他技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)勘察一體化[3]。該技術(shù)不僅能夠獲得完整的數(shù)據(jù)信息，還能夠保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性以及高分辨率，為后期選線工作的開展，提供數(shù)據(jù)信息支持，提高選線工作效率。依據(jù)道路選線工作開展的實際需求，開展遙感影像數(shù)據(jù)信息或者其他數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)備。目前，利用GIS能夠?qū)ο嚓P(guān)部門提供的數(shù)據(jù)信息，如地質(zhì)圖和行政區(qū)劃圖、進行掃描和地理配準(zhǔn)等，獲得相關(guān)數(shù)據(jù)信息。

3.2 做好數(shù)據(jù)信息處理環(huán)節(jié)的把控

對于道路線路的選擇，要綜合地質(zhì)條件和氣候條件等，做好綜合分析，最終確定道路線路。基于GIS平臺，道路路線的選擇，具體步驟如下：（1） 選取影響道路選線的因素，做好資料數(shù)據(jù)信息收集。（2） 考慮到每個影響因素由不同的因子組成，因此通過權(quán)重分析，生成影響因素數(shù)據(jù)集。（3） 按照影響程度，運用層次分析法，確定影響權(quán)重，開展隨機一致性檢驗，對于沒有通過檢驗的因素，重新確定權(quán)重，直到生成數(shù)據(jù)集。（4） 通過選線終點與距離、方向成本數(shù)據(jù)集，輸出最佳選線路徑[4]。（5） 分析所選的路線。應(yīng)用GIS技術(shù)，開展道路選線工作，要做好數(shù)據(jù)信息處理環(huán)節(jié)的把控。以道路因子選取為例，其直接影響著道路選擇，因此要做好定性分析和定量分析。在選取路線關(guān)鍵因子時，要堅持以下原則：（1） 主導(dǎo)因素原則。做好道路選擇影響因素的科學(xué)分析以及判斷，選擇影響最大的因子。（2） 穩(wěn)定性原則。選擇穩(wěn)定性較好的因子，確保道路后期運行的狀態(tài)。（3） 現(xiàn)實性原則。即可行性原則，若選擇的因子不具有可行性，則道路線路不具有價值。

4 結(jié)語

綜上所述，應(yīng)用GIS技術(shù)，開展道路選線工作，能夠提高選線工作的效率和質(zhì)量。在實際應(yīng)用中，發(fā)揮其各類功能作用，比如空間量算分析，能夠獲得不錯的效果。為了保證GIS技術(shù)的合理應(yīng)用，需要做好基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)信息處理等環(huán)節(jié)的把控。

[1] 龔明昊，歐陽志云，宋延齡.基于野生動物棲息地成本和GIS技術(shù)的道路選線——以大熊貓棲息地內(nèi)四川306省道椅子埡口段為例[J].生態(tài)學(xué)報，2014，34（19）：5627-5634.

[2] 張媛，張永福.GIS技術(shù)在道路選線中的應(yīng)用研究[J].安徽農(nóng)學(xué)通報，2013，19（8）：5-7.

[3] 張紅.GIS技術(shù)下的工程道路選線技術(shù)改良[J].測繪標(biāo)準(zhǔn)化，2015，31（1）：43-44.

[4] 苗東利.基于GIS技術(shù)的森林公園道路選線設(shè)計與規(guī)劃[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2016，39（17）：60-62，66.