3S技術在高速公路防震減災中的應用

【摘 要】文章介紹了3S技術的概念和特點，以及結合高速公路勘測設計階段，施工階段，運營養護階段的特點，簡述了3S技術在各個階段防震減災中的應用，指出了3S技術在高速公路防震減災中的應用前景，并對3S技術在高速公路防震減災中的作用進行了說明。

【關鍵詞】3S技術；高速公路；防震減災，應用

一、前言

“要想富，先修路”。高速公路作為一種現代化的公路運輸通道在當今社會經濟中正在發揮著越來越重要的作用。實踐證明高速公路作為基礎設施對沿線的物流、資源開發、招商引資、產業結構的調整、橫向經濟聯合起到積極的促進作用。為使高速公路的運輸功能的高效發揮，確保高速公路沿線免受地質災害的影響至關重要。地質災害是指在自然或者人為因素的作用下形成的，對人類生命財產、環境造成破壞和損失的地質作用（現象）。如崩塌、滑坡、泥石流、地裂縫、水土流失、土地沙漠化及沼澤化、土壤鹽堿化等。地質災害極大地影響高速公路的設計，施工和運營管理，而3S技術在高速公路防震減災中的應用有效的解決了這個問題，給國家帶來了經濟效益與社會效益。

二、3S技術概述

3S技術是遙感技術（Remote sensing，RS）、地理信息系統（Geography information systems，GIS）和全球定位系統（Global positioning systems，GPS）的統稱，是空間技術、傳感器技術、衛星定位與導航技術和計算機技術、通訊技術相結合，多學科高度集成的對空間信息進行采集、處理、管理、分析、表達、傳播和應用的現代信息技術。

全球定位系統簡稱GPS，由24顆衛星構成，有6個相互相距60度的衛星軌道面，在地球表面上任何地方任何時刻，在高度角15度以上，平均可同時觀測到6顆衛星，最多可達9顆衛星。該系統具有全能性（陸地、海洋、航空和航天）、全球性、全天候、連續性和實時性的導航、定位和定時功能，能為各類用戶提供精密的三維坐標、速度和時間。

遙感簡稱RS，遙感技術是在現代物理學、空間技術、計算機技術、數學方法和地球科學理論的基礎上建立和發展起來的邊緣科學，是一門先進的、實用的探測技術，目前正進入一個能快速、及時提供多種對地觀測及測量數據的新階段。

地理信息系統簡稱GIS，它能把各種信息同地理位置和有關的視圖結合起來，并把地理學等各種應用象、遙感、GPS技術等融為一體，利用計算機圖形與數據庫技術來采集、存儲、編輯、顯示、轉換、分析和輸出地理圖形及其屬性數據。

利用這3種技術功能的互補性[1]，將RS、GIS、GPS3種獨立技術中的有關部分有機集成起來，其功能更為強大，可實現對各種空間信息和環境信息的快速、機動、準確、可靠的收集、處理與更新。稱之為3S技術。

三、3S技術在高速公路防震減災中的應用

（一）在高速公路勘測設計階段的應用

高速公路勘測設計階段包括：高速公路選線，定線，平面設計，縱斷面設計，橫斷面設計等內容。高速公路沿線的地質情況影響著勘測設計階段各個部分內容，避讓或者以最短距離穿過不良地質區域，減少后期運營養護及治理地質災害的費用是每個設計人員始終把握的核心。3S在勘測設計階段應用給設計人員提供了方便，其中RS可以把路線要經過的整個區域的遙感衛星圖像提供給設計人員，從而設計人員可以分辨出地形良好，便于布線區域；同時選出可能發生地質災害區域，便于設計人員進一步到現場去分析判斷。GPS的應用對設計人員到現場踏勘起到了非常重要的作用。GPS可以為設計人員提供定點，定位坐標，彌補遙感衛星圖像具體點位坐標缺失的劣勢，從而為設計人員現場踏勘所得地形，地質資料提供具體坐標。把勘測設計階段收集的資料綜合起來，綜合考慮，進行高速公路的設計，這就是GIS的應用。GIS能把地質等各種信息同地理位置和有關的視圖結合起來，供設計人員綜合比選，大大減輕了設計人員的工作量。

（二）在高速公路施工階段的應用

高速公路施工階段，施工人員安全與施工質量是至關重要的，其中施工人員安全是放到第一位的。3S技術的應用提高了施工人員的安全系數。高速公路的施工難免會對周圍環境造成影響，其中地質情況變化是人們難易預測的，崩塌、滑坡、泥石流，地震等地質災害隨時可能發生，3S技術的應用緩解了這種情況，用RS得到施工區域的遙感衛星圖像，判斷可能發生地質災害的部位，以及施工對周圍環境的影響范圍與影響程度，從而進行地質評價，提出防治的方案與措施；把GPS發射器布置在可能發生地質災害區域的特征點上，進行實時監控，獲得特征點三維坐標、速度和時間；把實時拍攝的遙感衛星圖像和GPS接收到的數據輸入GIS中，施工人員就可以從GIS中得到該區域地質變化趨勢，從而盡快采取措施，必要時組織施工人員撤出施工現場，保證施工人員的安全。3S技術的應用也極大地提高了施工工程的質量。施工質量是整個工程的核心，保證施工質量是所有施工人員的職責所在。使用RS獲得整個施工區域的氣象遙感衛星圖像，提前預測施工現場天氣情況，有利于施工中水泥等特殊材料的保管和應用，從而保證工程質量，確保抵抗地質災害的能力；使用GPS可以獲得精確地放樣點位和工程構建的精確尺寸，減少誤差，從而提高防震減災的等級；而使用GIS可以記錄，整理施工階段整個過程的RS和GPS數據，為地質災害發生前判斷高速公路薄弱環節，進而采取加固措施提供科學的依據。

（三）在高速公路運營養護階段的應用

高速公路投入使用后，在公路運輸方面起著不可代替的作用，所以確保高速公路的通暢，功能的發揮是運營養護階段的主要任務。高速公路運營養護階段發生的地質災害中，一部分來源于防護設施的老化，一部分來源于施工階段對周圍環境干擾的后期效應，還有部分來源于不可抗力的因素，比如地殼運動引起的地震等。防護設施的老化可以通過定期檢查更換予以消除，但施工對周圍環境干擾的后期效應是不可預測的，必須通過RS拍攝遙感衛星圖像，布置GPS發射器，利用GIS實時監測分析高速公路周圍地質變化，做到防患于未然。對于由于不可抗力因素引起的地質災害，首先要求高速公路本身就有一定的抵抗能力，其次高速公路作為主要的抗震救災渠道，是通往災區的快速路，利用RS拍攝的遙感衛星圖像，觀測受災情況，利用GPS定位重點受災區域，利用GIS合理調配抗震救災人員與物資的運輸，對挽救災區人民生命與財產起到重要作用。

（四）3S技術在高速公路中的應用前景

我們可以用“兩只眼睛一個大腦”來通俗地描述3S技術在高速公路防震減災的應用思路。“兩只眼睛”分別指遙感技術（RS）與全球衛星定位系統（GPS）技術，“一個大腦”指地理信息系統（GIS）的綜合管理、規劃和決策。3S技術在高速公路勘測設計階段，施工階段和運營養護階段的應用，使得GIS系統在防震減災方面數據比較完善，從而可以做個全國高速公路防震減災方面GIS區劃，劃分為不同等級，便于領導人決策，將對整個交通發展意義重大。

四、總結

高速公路是現代經濟發展對交通需求的客觀反映，其不僅是交通現代化的重要標志，也是國家現代化的重要標志。3S技術在高速公路防震減災中的應用帶來了良好的社會效益和經濟效益，是交通發展的必然趨勢，具有很好的發展前景。

【參考文獻】

[1] 鄧愛麗，龐清江，鹿新高，王偉.3S技術在我國洪水預報中的應用[J].水利經濟，2010，28[4]：45-47

作者簡介：蘇龍（1988-）男，長安大學公路學院，研究方向：道路與鐵道工程。