數字化地形圖在公路勘察設計中的應用

摘 要：數字化地形圖在公路勘察設計中的應用具有諸多優勢，如高精度的數據獲取和處理、可視化展示設計意圖等。但也面臨著一些不足，如數據質量與準確性、技術設備的投入和數據安全等問題。基于此，對數字化地形圖在公路勘察設計中的重要性和不足進行分析，并探討了公路勘察設計中數字化地形圖的具體應用。

關鍵詞：數字化地形圖；公路勘察設計；可視化；數據分析

中圖分類號：P28 文獻標識碼：A 文章編號：2096-6903（2024）07-0091-03

1 公路勘察設計的重要性和存在的問題

1.1 公路勘察的重要性

公路勘察是確保道路安全和可靠性的基礎。在進行建設之前，必須對地質、水文、氣象等環境條件進行詳細的調查和分析，以確定合適的路線和建設方案[1]。這些調查和分析的結果將直接影響道路的結構設計、排水系統、交通控制和安全設施等方面。只有通過充分的勘察設計，才能避免由于地質災害、洪水、泥石流等自然災害引起的道路損壞和交通事故發生。

公路勘察設計關系到道路的功能和使用需求。不同類型的道路需要滿足不同的交通量、車速和荷載要求。因此，勘察設計需要根據道路的功能定位，確定合適的設計標準和參數。例如，高速公路需要具備較高的設計速度和承載能力，而城市道路則需要考慮到行人、自行車和公共交通工具的需求。

1.2 公路勘察設計存在的問題

勘察設計需要對大量的數據進行收集和處理，包括地質地貌、水文氣象、交通流量等多個方面的信息。這就要求勘察設計人員具備扎實的專業知識和技術能力。勘察設計還需要考慮到環境保護和資源利用的問題。在道路建設過程中，需要遵守相關的環境法規，合理利用土地和水資源，盡量減少對生態環境的影響。

公路勘察設計還需要充分考慮社會經濟因素和利益相關方的需求。道路建設不僅僅是為了滿足交通需求，也需要促進區域經濟發展和社會效益提升。因此，在進行勘察設計時，需要綜合考慮交通運輸成本、通行時間、沿線居民的利益等方面的因素，以確保設計方案的可行性和經濟性。

2 數字化地形圖在公路勘察設計中的應用

2.1 地形數據獲取和處理

地形數據獲取和處理是公路勘察設計中的重要步驟，它涉及到高精度測量技術、遙感技術以及數據處理與數字化地形圖生成等方面[2]。

2.1.1 高精度測量技術

目前常用的高精度測量技術RTK（載波相位差分技術），可以實時獲取地理位置信息和高程數據，并記錄下來，并形成精確的數字地形圖。可用于確定地形的起伏、坡度以及地貌特征等，為道路設計提供基礎數據。

2.1.2 無人機航拍三維建模

無人機航拍三維建模即無人機傾斜攝影建模。通過無人機航拍采集影像數據進行數據處理，輸出正射影像、三維模型等成果。無人機傾斜攝影技術是通過從一個垂直、四個傾斜、五個不同的視角同步采集影像，獲取到豐富的地表物的高分辨率紋理。它能夠真實地反映地物情況，高精度地獲取紋理信息，通過先進的定位、融合、建模等技術，生成真實的三維實景模型。并可在三維模型里面進行經緯度、海拔、高度、距離、面積、角度、坡度、土石方量計算等。同時可引入激光點云數據通過分類插值法自動生成高程特征點，在精度與效率等方面均可取得良好效果。對于山區公路地形復雜勘察人員難以實測項目或山區公路水毀修復等應急處理項目尤為有效與快捷。

2.1.3 數據處理與數字化地形圖生成

獲取到的地形測量數據和航拍數據需要進行處理和分析，以生成數字化的地形圖。這涉及到數據的整理、插值、平滑等操作，以得到更加精確和可視化的地形信息。數字化地形圖可以直觀展示地形的起伏、高程變化以及地貌特征，為勘察設計提供便利。

2.2 地形圖在公路勘察設計中的作用

地形圖在公路勘察設計中發揮著重要作用，它可以用于地形分析與規劃、工程量計算與預估、環境評價與風險分析以及設計方案的可視化展示[3]。

一是地形分析與規劃。通過對地形圖的分析，可以了解道路所經過地區的地勢起伏、坡度狀況、河流分布等地貌特征。這些信息對于確定道路的線路選擇、交叉口位置、爬坡道設計等具有重要意義。同時，地形圖還可以用于規劃道路的縱斷面和橫斷面，幫助確定合適的路基高度、邊坡穩定性等設計參數。

二是工程量計算與預估。地形圖中的高程數據可以用于進行工程量的計算與預估。根據地形圖上的高程信息，可以確定道路的填方與挖方數量，估計邊坡的土方量，以及其他土木工程項目的施工量。這對于項目的預算編制、資源調配以及施工進度的安排都起到重要的指導作用。

三是環境評價與風險分析。地形圖可以為環境評價和風險分析提供基礎數據。通過地形圖，可以了解道路所經過區域的水系分布、自然保護區位置以及敏感生態環境等信息。這些信息對于評估道路建設對環境的影響、制定環保措施以及處理可能的風險具有重要意義。

四是設計方案的可視化展示。利用地形圖進行設計方案的可視化展示，可以為設計人員和相關建設方提供直觀的信息。

五是融合地形圖和設計方案可以顯示道路的線路、斷面和交叉口設置。通過將設計方案與現有地形圖進行融合，可以準確地展示道路的布局、走向和變化。這使得設計人員和相關建設方能夠清楚地看到道路的連接性、通行能力和交通流量分布等關鍵要素，從而更好地評估設計方案的合理性和可行性。

六是地形圖的融合還可以展示設計方案中的景觀特色。通過在地形圖上添加景觀元素的圖像或符號，設計人員可以直觀地展示設計方案中的景觀要素，如綠化、景觀節點等。這為相關建設方提供了對設計方案的空間感知和體驗，使他們能夠更好地評估設計方案的美觀度和景觀效果。

七是利用地形圖進行設計方案的可視化展示還可以促進設計人員和相關建設方之間的溝通和合作。通過展示設計方案與地形圖的融合效果，設計人員可以更好地向建設方傳達設計理念和意圖。相關建設方也可以更直觀地理解設計方案，并提出寶貴的意見和建議。這種互動和合作有助于優化設計方案，使其更符合實際需求和期望。

2.3 道路和橋梁設計

基于地形圖的高程數據，設計人員可以進行道路和橋梁的水平和垂直布局。通過分析地形圖上的高程信息，設計人員可以確定合適的位置和高度，以滿足道路和橋梁的功能需求。在道路和橋梁設計中，地形圖可以幫助確定道路線路的起伏和曲線設計，以及橋梁跨度和支撐方式的選擇。地形圖還可以為設計人員提供有關地基處理、排水系統和邊坡穩定性的信息。通過分析地形圖上的土壤類型、坡度和水流路徑等地理信息，可以進行地基處理的規劃和設計，確保道路的基礎穩定。通過分析地形圖上的河流、湖泊和雨水排水系統，可以設計合適的排水方案，降低建道路受水災影響的風險。地形圖還可以分析邊坡的穩定性，為邊坡工程提供參考，并采取相應的防護措施。

通過合理應用數字化地形圖，設計人員能夠更準確地評估道路、橋梁設計方案的可行性和安全性。地形圖提供了基礎數據和關鍵信息，可幫助設計人員考慮地形起伏和土壤條件對結構的影響，確保設計方案的合理性和安全性。因此，數字化地形圖在道路和橋梁設計中是不可或缺的工具，為設計人員提供了科學依據和技術支持。

3 數字化地形圖在公路勘察設計中的優勢和不足

3.1 優勢分析

在公路勘察設計中，數字化地形圖的應用提供了許多優勢，包括高精度和高效率的數據獲取和處理、可視化展示和溝通設計意圖的能力以及提高勘察設計的準確性和可靠性。

3.1.1 高精度和高效率的數據獲取和處理

數字化地形圖利用先進的測量技術和遙感技術，可以快速且準確地獲取地形數據。例如，使用RTK等高精度測量技術，可以實時獲取地理位置信息和高程數據。采用無人機攝影可以快速的獲取地表數據。這些數據可以通過計算機軟件進行處理和分析，以生成高精度的地形圖。數字化地形圖的獲取和處理過程大大提高了數據采集的效率和精度。

3.1.2 可視化展示和溝通設計意圖的能力

數字化地形圖可以以直觀的方式展示地理信息和地貌特征。通過三維地形模型、交叉剖面圖和虛擬現實技術，設計人員可以將他們的設計意圖以更具表現力的方式呈現出來。這有助于各參建相關方更好地理解設計方案，并提供反饋和建議。數字化地形圖的可視化能力促進了設計與業主和監管審查機構之間的溝通和合作。

3.1.3 提高勘察設計的準確性和可靠性

數字化地形圖的應用提供了對地形和環境條件的更全面的了解。通過精確獲取地形數據并結合其他關鍵信息，設計人員能夠更準確地評估道路建設的可行性和風險。數字化地形圖還可以幫助發現潛在的問題，如土壤穩定性、排水問題和地質災害等，從而改善設計方案并確保道路的安全性和可靠性。

數字化地形圖在公路勘察設計中發揮著重要作用。它提供了高精度和高效率的數據獲取和處理，具有可視化展示和溝通設計意圖的能力，并提高了勘察設計的準確性和可靠性。數字化地形圖的應用促進了公路建設的科學化和智能化，為設計人員和相關建設方提供了更好的決策依據和合作平臺。

3.2 存在的不足

在數字化地形圖的應用中，存在著一些挑戰和問題，包括數據質量和準確性的保證、技術設備的投入和人員培訓成本以及數據安全和隱私保護的問題[4]。

3.2.1 數據質量和準確性難保證

數字化地形圖的質量和準確性對勘察設計至關重要。然而，獲取地形數據和進行處理時可能會面臨一些困難，如天氣條件、設備精度和數據采集誤差等造成的不確定性。因此，需要采取一系列措施來保證數據的質量和準確性，如使用高精度測量儀器、校正和驗證數據、多源數據的融合等。

3.2.2 技術設備和人員培訓成本高

數字化地形圖的應用需要投入先進的測量和航拍設備，以及專業的軟件工具進行數據處理和分析。這涉及到較高的設備成本和維護費用。同時，為了熟練操作這些設備和軟件，需要對相關人員進行培訓和教育。因此，投入和培訓成本也是數字化地形圖應用所面臨的挑戰之一。

3.2.3 存在數據安全和隱私保護問題

在數字化地形圖的應用中，涉及大量的地理和環境數據，有可能包含敏感信息。因此，數據安全和隱私保護成為一個重要的問題。需要建立合理的數據管理和保護機制，確保數據不被未經授權的訪問和使用。遵守相關法規和隱私保護政策，可以保護個人和企業的權益。

3.3 解決措施

加強質量控制和數據驗證，確保數字化地形圖的準確性和可靠性是關鍵的。在進行數字化地形圖的創建和更新過程中，需要采取一系列的措施來保證數據的質量。

3.3.1 建立嚴格的質量控制流程

質量控制流程包括對原始數據的采集、處理和分類，以及對生成的數字化地形圖進行評估和驗證。通過使用高精度的測量設備和先進的測繪技術來獲取原始數據，可以提高數據的準確性。在數字化地形圖的生成過程中，應該進行多次的數據比對和驗證，確保各個環節的數據一致性和準確性。

3.3.2 謹慎選擇技術、設備

在選擇技術、設備時，應根據實際需求和預算合理投入，并考慮設備的性能、穩定性和可靠性。高質量的設備可以提供更準確和可靠的數據，從而增強數字化地形圖的質量。此外，還應定期進行設備的維護和更新，以確保其正常運行和性能。

3.3.3 建立完善的數據安全和隱私保護體系

數字化地形圖中可能包含重要的地理信息和敏感數據，需要采取有效的措施來保護這些數據不被未經授權的人員訪問和使用。可以采用加密傳輸技術，確保數據在傳輸過程中的安全性。此外，還應建立權限管理機制，限制只有授權人員才能訪問和修改數據。定期進行數據備份也是必要的，以防止數據丟失或損壞。

加強質量控制和數據驗證、謹慎選擇技術與設備、建立完善的數據安全和隱私保護體系，是確保數字化地形圖準確性和可靠性的關鍵措施。通過這些措施的實施，可以提高數字化地形圖的質量，并為相關領域的決策和規劃提供可靠的空間信息支持。

4 結束語

數字化地形圖在公路勘察設計中的應用具有重要的意義和價值。通過高精度和高效率的數據獲取和處理，設計人員可以準確了解道路所經過地區的地形特征和環境條件，為設計提供科學依據和技術支持。數字化地形圖的可視化展示和溝通設計意圖的能力，促進了設計團隊與相關建設方之間的合作和交流。數字化地形圖的應用還提高了勘察設計的準確性和可靠性。通過對地形數據的分析和處理，可以更好地評估道路建設的可行性和風險，并及時發現和解決潛在問題。

數字化地形圖在公路勘察設計中扮演著重要角色，為道路建設提供了科學依據、技術支持和溝通平臺。盡管存在一些不足，通過合理應用和解決方案，數字化地形圖的應用將進一步推動公路勘察設計的發展和優化，為交通運輸提供更安全、可靠和高效的基礎設施。

參考文獻

[1] 白嘉毅.無人機傾斜攝影測量在大比例尺地形圖測繪中的應用探討[J].中國科技期刊數據庫工業，2022（2）：97-99.

[2] 侯東光.測繪技術在公路勘察設計中的應用[J].城市建設理論研究（電子版），2016（1）：819.

[3] 劉相法.BIM技術在提升公路勘察設計質量中的應用研究[J].公路工程，2016，41（6）：164-168.

[4] 韓曉娟.數字化技術在高速公路勘察設計中的應用[J].青海交通科技，2013（3）：16+19.