基于地球空間信息技術的新型公路勘察設計研究

董天兵

(浙江省交通規劃設計研究院，浙江 杭州　310012)

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基于地球空間信息技術的新型公路勘察設計研究

董天兵

(浙江省交通規劃設計研究院，浙江 杭州310012)

摘要：勘察設計在公路建設中發揮了重要作用，隨著現代地球空間信息技術的快速發展，基于空間信息技術的數字化公路勘察設計體系應運而生，該體系在我國諸多公路建設及改擴建工程中得到了應用，為我國公路勘察設計方法提供了全新的設計模式和手段。

關鍵詞：公路勘察設計；地球空間信息技術；衛星觀測；公路CAD

1勘察設計技術要求

隨著經濟建設的高速發展，我國許多已建公路面臨車流量飽和問題，相應的公路擴容改建勘察設計也是道路建設的一大難題。相比較新建公路，公路擴建面臨著路基沉降、橋梁道路拼接等技術問題，最關鍵的是此類公路處于交通運營中,道路勘察必須在不中斷交通情況下采用新的勘察手段和方法。 此外，隨著道路建設的發展，環境保護與景觀設計也要與時俱進，必須摒棄傳統的先建設再保護的觀念，在勘察設計時應當引入環境人文保護觀念，并自始至終給予貫徹，避免不必要重復設計或施工破壞造成的破壞。

為了解決公路勘察設計面臨的問題，有效提高勘察設計的技術手段和效率，將數字高速公路觀念引入設計中，即將高速公路與信息化數字化相結合，創建數字化、智能化、網絡化的公路信息模型，對公路的勘察設計甚至于施工、監管、養護等環節進行全面的數字化管理，進而服務于公路全壽命周期。數字化公路勘察設計是一個嶄新的發展課題，因此新的基于空間信息技術的公路勘察設計體系對技術人員同樣提出了新的挑戰。

2公路勘察設計體系

在空間信息技術發展的同時，公路CAD技術也隨之迅速發展，公路CAD技術與空間信息技術有效集成，通過面向對象的軟件開發工具并結合已有的觀測數據及工程數據等，能夠開發基于windows系統的公路勘測系統。兩技術的交叉融合形成了新的公路勘察技術體系。新的勘察體系以GPS、GIS和RS技術為基礎，結合空間信息技術和對地觀測數據對公路進行勘察和設計。該體系涉及到諸多學科：對地測量學、遙感遙測技術、計算機CAD、地球物理學和地球環境學科等。

2.1勘察體系特點

GPS測量結合工程大地水準面模型，可以使精度達到厘米級；利用遙感觀測對設計區域進行生態景觀分析，能有效促進工程建設與生態環境保護的可持續發展；此外基于空間信息技術的公路勘察設計體系能通過多源多時相數據進行空間分析，從而區分地表中穩定和變化的部分，為公路路線設計提供數據依據。通過Ikonos衛星進行空間觀測能有效提高精度，更好地建立復雜地質條件下的遙測勘察模型。

2.2技術流程

基于空間信息技術的公路勘察設計體系應用了GPS衛星、重力測高衛星、航空攝影、遙感衛星等空間硬件。首先通過GPS測量結合重力衛星測高衛星得到地球重力場模型和大地水準面，進而進行空間定位，再利用航空攝影技術和高分辨率衛星并結合空間定位進行數字影像計算機處理，得到數字化的地形圖、高程模型和正射影像；其次利用遙感衛星進行物體識別和特征提取進行災害、不良地質和環境景觀的觀測，進而分析地表變遷和生態景觀；最后基于地表調查和設計規范標準，應用得到的數字化模型并結合地表、景觀分析結果，進行公路路線、橋梁隧道、地質景觀的勘察設計；在此基礎上便可得到多尺度景觀的動態可視化模型并為公路施工和運營管理提高理論數據和精確模型。

3公路勘探設計的工程應用

(1)應用全彩、670 m超低空且1比5 000的大比例航空攝影技術，獲得了更高精度的觀測數據。

(2)基于數字攝影觀測技術，得到了高比例的全要素三維地形圖，精度達到平面低于0.15 m、高程低于0.12 m級別，同時數字攝影觀測技術還獲取了路面路基、道路設備設施等數據，在以上數據基礎上創建了高速公路全線地面及路況數字模型，為擴建設計提供了更有利的原始材料。

(3)應用GPS三維定位技術，建立高速公路高分辨率的大地水準面數字模型，該測量數據為工程海拔高程提供了最為直接的觀測結果。通過數字正射影像技術能完整地展現公路所在區域的地形地貌特征，為公路勘察設計提供直接參照。

(4)對于舊的路面路基,則采用滿足設計要求的GPS-RTK技術沿路邊緣進行三維坐標采集，并結合航測數字模型進行數據的整理修正，最終得到完整的舊有路面路基數字模型。

(5)通過計算機集成和三維動態可視化技術,將公路路線橋、梁隧道等工程結構建立成三維模型。此外,通過計算機集成,將上述各類數字模型和數據完整有效地集成為一體,便于擴建后高速公路的數字化管理和養護。

參考文獻：

[1]李德仁，等. 空間信息系統的集成與實現[M].武漢測繪科技大學出版社,2000.

[2]李為樂. 遙感與GIS技術在山區鐵路工程地質勘察中的應用研究[D].成都理工大學,2008.

[3]吳強,楊季湘. “GPS航測遙感CAD集成技術”主要研究成果的推廣應用[A]. 中國公路學會計算機應用學會2002年年會學術論文集,中國公路學會計算機應用學會[C].2002.

收稿日期：2016-04-11

作者簡介：董天兵(1971-)，男，浙江黃巖人，高級工程師，研究方向：交通規劃設計。

中圖分類號：U412

文獻標識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)05-0051-02