公路路線設計中GIS技術的應用分析

郭睿

公路路線設計，是城市道路工程中的基礎工作。將GIS技術融入公路路線設計環節，可以提高公路路線設計效率，控制該環節人力及物力損耗。因此，本文基于某公路工程案例，以及公路路線設計中GIS技術應用價值，對GIS技術在公路縱面、橫截面、平面等路線設計工作中的應用展開分析。借此優化公路路線設計方案，保障公路工程建設水平。

一、引言

公路路線設計期間，GIS技術的應用，是借助自身操作、處理、地形分析等功能，高效計算公路路線中的地理數據，為公路最優設計方案的確定打好基礎。其在路線設計中的運用，對公路選線、方案改進意義重大。因此，本文對公路路線設計中GIS技術的具體應用做出簡單闡述，以明確GIS在公路路線設計中的實踐要點。

二、工程概況

某公路工程，屬于該地區東西走向中的主干道，該工程在施工建設中，采用設計速度為150km/h的技術標準，路基寬度約為28m，公路總長53.1km。全程設有服務區兩處、大橋8座、中小橋16座。該公路工程路線設計核心，在于解決地形障礙，并在各平面設計中，以公路平面設計為主。在此期間，為確保公路路線設計的科學性，以及地形障礙解決的有效性，施工方將GIS技術，用于路線設計中的平面、縱面、橫斷面設計中。借此利用該技術，獲取該地區地形信息，科學調整路線設計內容。

三、公路路線設計中GIS技術應用價值

GIS技術，全稱為“地理信息系統”，是以地理空間數據為核心，使用計算機系統，對地區空間數據的輸出、存儲、整合、分析。可用于管理地理位置信息，并借助電子地圖顯示地理信息。該技術在應用中，是集成制圖學、地理學、計算機、測量學等學科知識，發揮自身對空間數據的輸出功能，解決現有空間問題。近些年，城市文明發展中，公路工程項目增多。但由于我國地形與地質條件的多樣性、復雜性，難以利用傳統公路工程技術，完成公路路線設計、管理等任務。而GIS技術在公路路線設計中，可準確、快速采集工程區域內地理圖像，測繪、精確分析地形，指導公路工程建設。同時在公路工程施工中，相關人員可基于路線設計效果，有序開展工程后期維修作業。提高我國公路工程路線設計水平，推動公路工程建設。

四、公路路線設計中GIS技術的應用

1.公路選線

由于社會、經濟、技術等因素，會影響公路選線結果。所以在公路路線設計中，相關人員可利用GIS技術，建立選線影響因素分析模型。具體分析內容包括擬定路線、道路網、居民地、耕地、地形線，以及地址構造線與地下管線等內容。同時借助GIS技術對地理空間的梳理功能，生成公路選線空間模型，使施工人員全面掌握擬選路線的公路帶狀緩沖區內，路線占地面積、類型等信息。公路選線期間，施工方可基于GIS技術，對選線空間模型中屬性數據展開研究，并根據公路選線要求，輸出公路擬選路線斷面圖、縱面及平面線形圖。另外，GIS技術，在公路路線設計中，需運用公路地質圖、氣象文件等多形式圖像，在公路選線后，生成數字模型，為公路路線設計工作提供參考依據。而公路設計人員可在GIS系統中，結合數據模型，及時發現工程路線設計關鍵點，選定合理公路路線。

2.平面設計

公路工程作為三維空間內的實體工程，該類工程中的路線主要指道路空間位置中部的路線平面，即公路水平方向的路線投影。公路平面設計中，其線性設計內容有直線、緩和曲線、垣曲線等。在當前時期，公路工程平面線形三要素，多由“角度為零→曲率為零→直線”“角度為變數→曲率為變數→緩和曲線”“角度為常數→曲率為常數→圓曲線”等基礎線形組成。所以在公路路線平面設計中，需結合地區地形信息，在重復試算后，完成平面設計方案。而GIS技術，在公路路線平面設計工作中，可通過計算機系統，計算線形要素中的曲線及直線要素。為設計人員提供更為全面的參考數據，使其能夠制定最佳設計方案。例如，GIS技術，可用于計算公路平面線形信息中的“圓曲線橫向力系數μ的取值”，確保車輛行駛過程中，不會出現橫向滑移現象，一般取為控制值。除此之外，公路路線設計過程中，相關人員可通過設計路線方向、地理位置、沿線地圖等信息，基于GIS技術，建立公路平面設計模型，擬定設計標準。

3.橫斷面設計

公路工程路線橫斷面設計，是使用具體數據，分析公路橫截面結構，使設計人員在公路路線設計中，可進一步明確公路斜坡長度、側槽輪廓，以及公路路基深度與高度。在公路路面整體設計中，橫截面設計屬于人力、時間投入較大的環節。但GIS技術，在該環節中的運用，可提高橫截面設計效率，確保橫截面設計的科學性。其應用步驟，主要體現在以下方面。其一，輸入公路橫截面相關數據，在GIS技術自主運算后，生成數據模型。橫斷面數據包括硬路肩、路緣帶、分隔帶、路基寬度等。其二，設計人員結合不同路段的橫斷面設計要求，在GIS系統中獲取設計數據。其三，數據生成后，可在GIS系統主界面，根據橫截面直觀顯示，詳細檢查橫截面設計，并及時糾正不合理位置。

4.縱面設計

公路路線縱面設計，是對路線縱向設計的分析，旨在明確路線曲線半徑、坡度、坡長。并針對斜率變化路段內，借助垂直曲線，減少斜率變化對縱面設計整體合理性的影響。其中，較為常用的方法為“二次拋物線”，相關人員可根據路線垂直曲線半徑、斜坡傾斜角，建立縱斷面設計模型后。應用GIS技術，分析公路路線縱面輪廓數據，比如外部距離、曲線程度等。同時在獲取輪廓數據后，采用高程差值方法，獲取公路路線的線性輪廓數據。與此同時，GIS技術可在提供線路縱向信息的基礎上，節約縱斷面設計工序。便于設計人員根據GIS技術所提供的變坡點、曲線半徑值等數據，擬定初步縱向設計方案。同時在路線縱面設計數據對比、分析，設計圖紙繪制中，優化路線設計方案。

再者，GIS技術在公路路線設計基礎時期，可快速更換工程區域內地理坐標、里程站，定位公路位置，提高公路路線設計的準確性。并且GIS技術，可有效解決公路路線鏈條斷裂問題，定位、記錄周邊路程站與道路長度。或是在公路施工中，合理計算工程量，以及工程項目中的土方工程量。有利于提高公路路線設計效率，完善公路工程建設體系，對我國公路建設事業的進步與發展意義重大。

五、結語

綜上所述，隨著GIS技術在公路施工、設計中的廣泛應用，我國公路工程建設取得較為明顯的進步。路線設計作為公路工程的核心內容，其設計方案質量，影響著公路整體性能的完善。為此，相關人員需在公路路線設計中，將GIS技術用于公路橫斷面、平面設計中，用以計算各環節設計數據、建立路線模型，科學控制設計階段的投入成本，保障公路工程路線設計的合理性。