3S技術(shù)在公路勘察設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

吐爾遜·托乎提

(新疆林業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院)

公路工程的勘察設(shè)計(jì)工作是一項(xiàng)較為復(fù)雜的工作，線路的勘察受地形、地貌和氣候條件等因素的影響，外業(yè)工作比較艱辛，難度較大。而公路的設(shè)計(jì)工作則需要依據(jù)勘察工作公平完成，不但需要設(shè)計(jì)人員具有較高的工作責(zé)任心，更需要具有高精度，高準(zhǔn)確率的勘察設(shè)計(jì)技術(shù)作為依據(jù)，所以現(xiàn)代各種高科技測(cè)繪技術(shù)及數(shù)字技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為公路的勘察設(shè)計(jì)工作提供了更多的便利條件和更精準(zhǔn)、高效的工作成效。本文就3S技術(shù)在公路勘察設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用進(jìn)行了深入的研究，為今后的公路勘察設(shè)計(jì)工作提供一定的參考經(jīng)驗(yàn)。

1 3S技術(shù)的概念及理論

3S技術(shù)主要包括GPS(全球衛(wèi)星定位系統(tǒng))、RS(遙感技術(shù))以及GIS(地理信息系統(tǒng))，3S技術(shù)是這三者的總稱。是現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)與數(shù)字技術(shù)的重要組成部分。GPS技術(shù)是上世紀(jì)七十年代由美國(guó)軍方開始研制，并于九十年代中期建成的具有全方位、高精度的實(shí)時(shí)三維定位系統(tǒng)。GPS主要由空間衛(wèi)星、地面接收控制系統(tǒng)和用戶終端設(shè)備三部分組成。它能夠高效、快捷且準(zhǔn)確的將測(cè)量目標(biāo)的三維坐標(biāo)等信息提供給用戶，其全天候、高效率、高精確的特點(diǎn)為GPS的廣泛應(yīng)用提供可能，目前GPS技術(shù)正在被普遍應(yīng)用于各種測(cè)量、勘察以及交通導(dǎo)航等領(lǐng)域當(dāng)中，在公路的勘察設(shè)計(jì)中GPS技術(shù)的應(yīng)用效果也比較顯著;RS技術(shù)是由高空或者太空對(duì)地球表層的電磁波信息進(jìn)行接收，并通過具體的信息處理技術(shù)對(duì)這些信息進(jìn)行遠(yuǎn)距離的測(cè)控。遙感技術(shù)對(duì)地面各種標(biāo)地物的識(shí)別能力較高，所以被廣泛的應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、氣象觀測(cè)、交通線路勘察等領(lǐng)域;GIS系統(tǒng)是一項(xiàng)進(jìn)行地理信息管理與處理的軟件系統(tǒng)，它可以對(duì)各項(xiàng)地理信息進(jìn)行分類、分級(jí)管理，也可以對(duì)各項(xiàng)地理進(jìn)行具體的分析和處理。GIS主要由計(jì)算機(jī)、地理信息處理軟件、空間數(shù)據(jù)庫以及分析模型等系統(tǒng)組成。GIS系統(tǒng)還具有可視化功能，它能夠通過計(jì)算機(jī)將所有的地理信息顯示在屏幕在圖之上，使工作或設(shè)計(jì)人員能夠更加直觀的對(duì)各種地理信息進(jìn)行分析和使用，同時(shí)它還能將地理信息的變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。所以，GIS的地理信息系統(tǒng)具有較強(qiáng)大的地理數(shù)據(jù)處理功能，對(duì)于公路的勘察設(shè)計(jì)工作有著重要的輔助作用。

2 GPS技術(shù)在公路勘察設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

2.1 控制網(wǎng)的布設(shè)及控制測(cè)量

在公路勘察過程中，對(duì)水平控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)進(jìn)行布設(shè)作業(yè)是一項(xiàng)基本工作，也是非常關(guān)鍵環(huán)節(jié)所在。在公路的勘察測(cè)量工作中，由于常規(guī)的測(cè)量往往受到通視效果、定位不準(zhǔn)、工作困難和工作難度大等因素的影響，使公路的平面測(cè)量和高程測(cè)量實(shí)施起來工作效率較低，而運(yùn)行現(xiàn)代GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)，能夠很好的解決這方面的難題，使公路勘察測(cè)量工作準(zhǔn)確而高效。在公路工程中，通常高等級(jí)公路的控制網(wǎng)都需要與國(guó)家控制網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，所以勘察工作必須先找到國(guó)家的平面和高程控制點(diǎn)，來作為公路布網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)和起算點(diǎn)。當(dāng)確定完走廊帶之后，可在地形圖上對(duì)鄰近的國(guó)家控制點(diǎn)進(jìn)行選定，得到圖上作業(yè)控制點(diǎn)的大致坐標(biāo)，然后開始將GPS手持終端設(shè)備進(jìn)行輸入尋找，公路勘察布網(wǎng)要求最少找到三個(gè)國(guó)家兩面控制和兩個(gè)高程控制點(diǎn)。控制點(diǎn)布設(shè)完成后，可根據(jù)控制點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程，并結(jié)合控制點(diǎn)的特征和屬性等信息，形成具體數(shù)據(jù)輸入到控制室內(nèi)的計(jì)算機(jī)上，然后使用繪圖軟件將其繪制成圖。采用GPS技術(shù)對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行布控和信息采集，可以有效減少外業(yè)作業(yè)的難度，提高勘察工作效率。

2.2 線路放樣、中平測(cè)量和橫斷面測(cè)量

在控制點(diǎn)的布控測(cè)量結(jié)束之后，可以進(jìn)行公路走廊帶的地形測(cè)量，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)帶狀地形圖和現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)查情況進(jìn)行選線和定線任務(wù)。公路設(shè)計(jì)人員在大比例帶狀地形圖上進(jìn)行定線，然后將公路的路線標(biāo)定出來。外業(yè)工作人員使用GPS進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量時(shí)，將公路中樁的坐標(biāo)輸入到終端GPS設(shè)備中，系統(tǒng)軟件就可完成對(duì)放樣點(diǎn)的自動(dòng)定位。在放樣過程中，每個(gè)測(cè)量點(diǎn)都是獨(dú)立定位測(cè)量，所以不會(huì)出現(xiàn)類似于累計(jì)測(cè)量產(chǎn)生的誤差，精確度較高。路線放樣過程中外業(yè)工作人員與路線的設(shè)計(jì)人員要保持緊密的合作態(tài)度，以提高工作效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。在線路的中平測(cè)量中可采用RTK技術(shù)，RTK技術(shù)可與線路的放樣工作同時(shí)進(jìn)行，這樣可以節(jié)省大量的成本，尤其是在一些相對(duì)高差較大的山區(qū)，其工作效率較為顯著。橫、縱斷放樣時(shí)，縱斷放樣先要將放樣數(shù)據(jù)輸入電子手簿當(dāng)中，然后形成測(cè)設(shè)放樣點(diǎn)文件，進(jìn)行儲(chǔ)存和放樣準(zhǔn)備;橫斷放樣時(shí)，首先要確定橫斷面的填挖形式，然后將橫斷面的數(shù)據(jù)輸入到電子手簿當(dāng)中，從而生成文件以備現(xiàn)場(chǎng)放樣測(cè)設(shè)，最后通過電腦繪圖軟件對(duì)沿線縱斷及橫斷面進(jìn)行成圖。復(fù)測(cè)時(shí)也可采用GPS進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。

3 GIS技術(shù)在公路勘察設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

在公路的勘察設(shè)計(jì)當(dāng)中，GIS技術(shù)主要是用于綜合處理三維公路信息的一個(gè)計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)，GIS在公路領(lǐng)域的應(yīng)用范圍主要表現(xiàn)在公路的信息分析和技術(shù)的處理方面。隨著遙感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和其它現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)的快速發(fā)展，使GIS技術(shù)的數(shù)據(jù)更新和數(shù)據(jù)資源得到了豐富，也使GIS技術(shù)具備了多維動(dòng)態(tài)、智能分析和統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。GIS系統(tǒng)為公路的勘察設(shè)計(jì)工作提供了非常豐富，且內(nèi)容精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)資源，比如GIS系統(tǒng)可以為公路設(shè)計(jì)人員提供廣泛的地理信息查詢、分析以及輔助設(shè)計(jì)參考。GIS系統(tǒng)還可以為設(shè)計(jì)人員提供公路走廊帶的自然條件、經(jīng)濟(jì)狀態(tài)、環(huán)境敏感點(diǎn)等信息。這為公路的勘察設(shè)計(jì)工作提供了必要的地理信息和知識(shí)保障。在公路勘察設(shè)計(jì)工作開始時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以通過計(jì)算機(jī)操作在地形圖上，初步選取合適的控制點(diǎn)，控制點(diǎn)上的地理特點(diǎn)和屬性就是同時(shí)的顯示出來，包括控制點(diǎn)的平面坐標(biāo)或者高程。當(dāng)控制點(diǎn)確定以后，將其連線，就會(huì)基本確定出路線的走向，然后進(jìn)行一些平面要素的輸入，路線的方案便可基本選定，并可以隨時(shí)調(diào)整。GIS可以準(zhǔn)確的確定出路線的占地寬度，也可以自動(dòng)計(jì)算出路線的占地面積，還可以計(jì)算出占地線范圍建筑物和標(biāo)地物的拆遷工程量。對(duì)于路線的前期規(guī)劃工作有較大的幫助，可以顯著提高規(guī)劃工作的工作效率。

4 RS技術(shù)在公路勘察設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

現(xiàn)代遙感技術(shù)的發(fā)展速度較快，具有傳感器多、分辨率高和多時(shí)相的特征，所以它能獲取更多地形、地貌以及地質(zhì)構(gòu)造信息。RS技術(shù)具有其它勘測(cè)技術(shù)所無法具備的宏觀性、全面性和豐富性，它可為公路的勘察設(shè)計(jì)工作提供非常可行的地物信息。RS技術(shù)可以為公路設(shè)計(jì)人員提供路線所經(jīng)過區(qū)域的地質(zhì)、水文、植被資料，為設(shè)計(jì)人員了解路線提供幫助;RS技術(shù)還可以為設(shè)計(jì)人員提供沿線建筑材料的分布、運(yùn)輸條件、和開挖條件，以公路施工創(chuàng)造方便;RS的地質(zhì)資料也可為路線的選線方案提供科學(xué)的指導(dǎo)，從而迅速勘察出區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造，有效的避開地質(zhì)危險(xiǎn)區(qū);RS技術(shù)還可為以選好的線路進(jìn)行三維透視，以幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行反復(fù)調(diào)整。RS技術(shù)為公路的環(huán)保、安全和經(jīng)濟(jì)選擇提供了良好的保證。另外，衛(wèi)星遙感技術(shù)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的聯(lián)合工作，還可以快速的繪制出各種的比例的遙感地圖。

5 3S集成技術(shù)的合理應(yīng)用

3S集成技術(shù)的應(yīng)用是公路勘察設(shè)計(jì)工作實(shí)現(xiàn)高效率和高科技應(yīng)用效果的必然趨勢(shì)。3S集成技術(shù)不但可以實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，還可以對(duì)大量的地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行更新、處理以及分析，使公路的勘察設(shè)計(jì)工作完全實(shí)現(xiàn)智能化。3S集成技術(shù)可對(duì)地下、地上、三維空間環(huán)境，以及構(gòu)成要素進(jìn)行綜合的分析，進(jìn)而為公路的選擇提供最優(yōu)方案。3S集成技術(shù)，可以以GIS為基礎(chǔ)信息平臺(tái)，公路的勘察設(shè)計(jì)工作所需要的大理地理信息可以通過GIS系統(tǒng)來提供。GIS需要具有豐富的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)、發(fā)達(dá)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)以及智能化的決策系統(tǒng)。GPS+RS技術(shù)可以為RS系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的地形、地貌數(shù)據(jù)信息，并在些基礎(chǔ)上制作出三維的數(shù)字地面模型和其它地形圖，3S集成技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用改變了常規(guī)地形測(cè)量工作的高強(qiáng)度作業(yè)方式，大大提高了公路勘察設(shè)計(jì)工作的效率，也有效節(jié)省了工程的成本。

6 結(jié)論

在公路的勘察設(shè)計(jì)工作中3S技術(shù)具有非常廣闊的應(yīng)用前景。數(shù)字化勘察技術(shù)的全面應(yīng)用，使公路勘察設(shè)計(jì)工作的勞動(dòng)強(qiáng)度大幅減少，也大大提高了公路工作的效率和經(jīng)濟(jì)效益。3S技術(shù)是現(xiàn)代科技成果和數(shù)字技術(shù)在工程領(lǐng)域得到有效發(fā)揮的成功案例。

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