公路路線設計中GIS的應用問題研究

摘 要：在公路施工過程中，公路路線的設計直接影響著該公路的使用價值，甚至關系到沿線地區的社會經濟效益，由此可見公路路線設計至關重要，隨著GIS技術的發展，公路路線設計問題得到了充分的解決。文章對GIS進行了系統的分析，并分析了公路路線應該遵循的原則，探究了公路路線設計中GIS的應用。

關鍵詞：公路路線設計；GIS；應用

引言

公路路線的設計對于公路施工的質量，以及竣工后的車輛行駛等方面都有著重要影響，公路路線設計包括了選線以及平縱橫設計，選線是根據公路的使用性質和任務等各方面的綜合考慮之后選擇的，平縱橫設計是在路線選定后，對路線進一步確定的參數。近年來地理信息系統（GIS）作為一種新興技術被應用到各行各業，在公路路線設計中GIS的應用，有效的克服了傳統的公路路線設計方法存在的不足。

1 GIS綜述

GIS是地理信息系統（Geographic Information System）[1]的簡稱，也可以稱之為資源與環境信息系統，GIS是一種特定的十分重要的空間信息系統，這一系統在計算機硬件和軟件系統的支持下，對整個或者是部分的地球表層空間中，采集、存儲、分析以及顯示有關地理數據的技術系統。簡而言之，GIS就是通過計算機系統對整個地球表層的各個地理數據進行系統的分析處理。GIS系統是由人員、數據、硬件和軟件以及過程這幾個部分構成的，其中人員是GIS系統中的重要組成部分，可以說對于任何一個系統而言，人員永遠是最為重要的，即使是最好的軟件也不能夠彌補操作人員的缺失，硬件能夠影響到GIS系統的處理速度，軟件中不僅包含了GIS軟件，還包括了各種數據庫、統計以及影像處理等其他程序。

GIS具有各種功能，其中空間分析能力是最為主要的，也是GIS和計算機軟件相區別的特征，空間分析是從空間物體的位置和聯系等方面去研究空間事物，并且對空間事物做出一定的描述。但是空間分析只能夠回答What（什么）、Where（哪里）以及How（怎么樣），它并不能夠回答Why（為什么），空間分析技術跟很多學科都有一定聯系，例如：地理學、地球物理等。此外GIS還具有資料展現、資料采集、資料操作等技術，充分的發揮了GIS系統的作用。

2 公路路線設計應該遵循的原則

公路路線是車輛行駛運行的直接載體，一旦確定了，無論優劣，都很難改變，作為公路的骨架公路路線設計的好壞，對工程造價以及公路運營安全都有著重要作用。在對公路路線進行設計的時候，必須要遵循以下幾點原則。首先，建立以曲線為主的定線原則，由于直線的設計簡單、方向明確，但是并不利于駕駛員駕駛，甚至會讓駕駛員感覺到單調疲倦，造成超速行駛或者是交通事故，因此在公路路線設計中直線的線路不宜過長，應該控制在20（v+δv）[2]以內，v是代表設計的行車速度，而δv是直線段實際行駛速度和設計速度的差值，一般約為十五至二十千米每小時。之所以以曲線為主，是因為曲線能夠有效的適應山區地形的變化，能夠圓滑的將前后線形成連接，在設計路線中應該以根據曲線為主的原則，嚴格控制直線的長度，保障交通安全。其次，堅持節約資源保護耕地的原則。節約資源首先應該體現在公路建設的用地上，應該要保護耕地，有的公路沿線大多是農田，設計人員在設計的時候并沒有堅持節約資源保護耕地的原則，在有些偏僻山區耕地是農民生存的唯一手段，一旦被用來修路，就迫使農民改變生存的方式。因此設計人員應該堅持節約資源，盡可能的避免征用農民的耕地。再有，重視平均縱坡的安全性原則。在部分山區地形起伏較大，尤其是在一些嶺路段進行公路路線設計時，應該要充分考慮長限制和平均縱坡的問題，盡可能的避免長陡坡的出現。不僅是在山區，在其他地區進行公路路線設計的時候，也應該充分的考慮到平均縱坡的安全性，在進行公路路線設計的時候，設計人員應該對整條施工路線進行勘察，注意各個方面的特點，根據現有的線路進行設計，最大限度的節約資源，重視平均縱坡的安全性。最后，遵循保護沿線的自然環境的原則。自然界支撐著人類的物質生活，同時也豐富了人們的精神生活，設計人員在設計公路路線的時候，一定要尊重自然的規律，建立人與自然的和諧關系，最大程度的降低公路建設對自然環境的破壞，要具有少砍、少蓋多恢復的思想。例如在一些旅游景區沿線修建公路，就應該盡可能的避免對當地環境的破壞，甚至可以按照當地的地形和自然環境設計公路路線，體現出連續韻律的美感。

3 公路路線設計中GIS的應用

進行公路路線設計，需要進行選線，確定選線之后再進行公路路線平面設計以及縱斷面設計和橫斷面設計，因此將從這幾個方面探討公路路線設計中GIS的應用。第一，公路選線中GIS的應用。通過上文知曉GIS不僅僅是一個圖庫管理系統，還具有空間分析能力，在公路選線中GIS能夠幫助其找到所需的數據，例如：線路規劃方案、計劃以及地質水文等，GIS可以根據這些信息生成數字地形模型，更好的幫助設計人員宏觀的認識到整個沿線地區的情況，并且綜合分析評價了各因素對路線選擇的影響程度，然后根據公路設計的要求，分析出相關的控制點以及人機交互方式選擇出的合適路線，并且將其全面的顯示在數字地形模型上。第二，公路路線平面設計中GIS的應用。在確定好公路路線之后，就需要對公路路線的平面進行一個整體的設計，公路的平面設計一般是由直線、圓曲線以及緩和曲線這三種組成的，圓曲線的半徑R能夠根據設計的車速v以及橫向力系數μ，超高率i，利用公式：R=μ2/（127*（μ+i））[3]來計算。緩和曲線插設于直線和圓曲線之間，能夠保證公路的曲線更加的符合汽車在行駛過程中的重心軌跡，最大限度的保證行車的安全與舒適度。采用GIS技術，在計算機技術的幫助下，能夠迅速的計算出各曲線的數值，并且通過計算機顯示出來，此外還能夠提供所定的平面方案所對應的縱橫斷面信息等，極大的方便了設計人員的設計。第三，公路路線縱斷面設計中GIS的應用。線路縱斷面設計也就是在路線縱斷面圖上決定坡長、坡度等數值的計算，利用GIS輔助縱斷面設計，可以根據公路平曲線各點的坐標，在其中安插出各點的高度，從而獲取縱斷面的現狀，設計人員還可以通過人機交互設備，直接在屏幕上進行拉坡處理，計算機軟件能夠通過坡點變換信息，以及設計人員的要求計算并顯示出豎曲線要素，而設計人員可以根據顯示數據進行更改，一直到設計出滿意的公路路線。第四，公路路線橫斷面設計中GIS的應用。橫斷面設計主要是在繪畫出橫向地面線之后，根據縱斷面設計確定的路基填挖高度、邊坡坡度以及路基寬度來繪畫出路基的外廓線，橫斷面設計在整個公路路線設計中所占的比例較大，利用GIS輔助公路路線橫斷面設計，能夠有效的提高設計工作的效率。設計人員將相關的橫斷面數據輸入GIS系統中，然后在根據要求和各路段的具體情況來定義標準的橫斷面設計，在GIS完成設計之后，設計人員可以對其進行檢查，并且修改不合理的設計。此外，GIS還能夠應用于工程量的估算，例如土石方數量的計算，GIS能夠快速而精確的計算出來。GIS在公路路線設計中，還可以用來計算路線的長度，以及確定里程樁的位置等，極大的提高了設計人員的工作效率。

4 結束語

綜上所述，在公路路線設計中采用GIS進行輔助設計，能夠有效的提高工作效率，并且能夠應用到路線設計的各個方面，例如路線的選擇以及橫縱斷面的設計等，GIS能夠快捷準確的將設計結果顯示出來，確保了交通安全。

參考文獻

[1]盧文杰.山區高速公路的設計理念[J].黑龍江交通科技，2011（7）.

[2]劉強.試論公路施工中滑坡的防治措施[J].中國高新技術企業，2010（28）.

[3]尹智育.山區高速公路橋梁設計的問題研究[J].科技創新導報，2011（7）.