基于GIS的先進公路選線設計方法研究

毛建影，劉學珍

(1.東營市公路勘察設計院(山東中咨公路咨詢設計有限公司)，山東 東營　257091；2. 山東中咨公路咨詢設計有限公司，山東 東營　257091)

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基于GIS的先進公路選線設計方法研究

毛建影1，劉學珍2

(1.東營市公路勘察設計院(山東中咨公路咨詢設計有限公司)，山東 東營257091；2. 山東中咨公路咨詢設計有限公司，山東 東營257091)

摘要：分析了公路選線設計的基本原則和要求，并研究了主要公路選線設計方法，著重介紹了基于GIS技術的公路線線設計方法。

關鍵詞：公路線線；設計方法；GIS技術

1傳統公路選線方法

(1)地形圖定線法：地形圖定線法又稱紙上定線法，設計者需要在在大比例尺(—般用1∶500～1∶2000)地形圖上完成整個道路的選線過程，紙上定線技術可以較好的解決路線與地形的協調，因而在山區公路設計中應用很廣泛。隨著計算機技術的發展，研發人員開發了一批具有良好實用性的道路CAD軟件，并用于構建數字地面模型DTM，從而較好地解決地面高程的自動采集問題。運用紙上定線法進行公路選線，其質量在很大程度上取決于選線人員的實際經驗和技術水平，目前已逐漸不能滿足現代公路建設的需要。

(2)直接定線法實地定線現場定線。設計人員將紙上定好的路線敷設到地面上，供詳細測量和施工之用。把紙上路線放到地面上的方法很多，常用的有穿線交點法、撥角法、直接定交點法、坐標法等，應根據路線復雜程度和精度要求高低、測設儀具設備、地形難易等具體條件選用。該方法適用于平原地區或者公路等級低的情況下的公路定線。直接定線法需結合實際的地形地貌和水文情況，同時對設計人員的定線選線經驗要求很高。路線采樣點的密度也會對線形設計帶來影響，但在實際選線設計中，不能保證技術人員對每一個采樣點都進行了精密細致的實地考察，若待建地區的地形地貌不能滿足通視條件要求，也可能會對技術人員的判斷產生影響，進而影響到最終的選線質量。

傳統的公路選線的方法在很大程度上取決于選線人員的實際經驗和技術水平，效率低、高科技含量不足、質量無法得到有效保證，已不能滿足現代公路建設的高質量和短周期的建設要求，隨著信息技術的不斷發展，目前已有越來越多的專家學者將地理信息系統(Geographical Information System, GIS)引入公路選線設計領域。通過運用GIS強大的空間分析決策功能，輔助線路設計師分析選線過程中涉及的諸多影響因素，使所選公路線形達到組合最佳、工程量最省、并與自然地形和周圍景觀相互協調。

2基于GIS技術的公路選線方法

2.1基于GIS技術的公路選線方法流程

GIS系統是以地理空間數據庫為基礎，采用地理模型分析方法適時提供多種空間的和動態的地理信息，為地理研究和地理決策服務的計算機技術系統。

2.2實例分析

某待建公路的所在地全境東西長71.45 km , 寬70.1 km , 面積2 349 km2。該地區大部分坡度在10%以上，部分地區坡度為3%～10%，待建地中部有2 km2的煤礦采空區，不能進行大規模建設。海拔850 m以下的地區被水淹沒。現欲建設一條從山頂到半島最下端點的一條公路。通過前期勘察，已得到地形等高線數據、地表水文數據、當前土地利用數據、地質勘測數據等基本數據。選線過程需考慮地形坡度、水文情況、土地征用費用、地質工程狀況等影響因素。

(1)數據準備。將選線過程中涉及的地形數據(DEM)、水文數據、地質數據、土地利用數據等信息輸入到GIS數據源中，并對這些數據柵格化處理。

(2)利用坡度分析模塊對DEM數據進行分析，生成坡度專題數據，可分析不同坡度條件下的相對成本(表1)。

表1　坡度與相對成本對照表

(3)運用歐氏距離拓展法對該地區水文數據進行分析，生成待建地區的地面與水面距離的專題數據(表2)，方便公路地基處理，避免公路被水淹沒。

表2　公路到水面距離和相對成本對照表

(4)通過對待建地區的土地利用情況進行分析，給出不同功用土地的道路建設成本數據，該地區的土地主要為耕地、林地和住房用地，可將耕地的道路建設成本定為1，將住房用地的成本定為4。

(5)通過對該地區的工程地質情況進行勘測，將地質狀況進行分類，并對不同地質條件下的道路建設成本進行估算分級。

(6)將坡度專題數據、水文專題數據、土地使用狀況專題數據、工程地質分級專題數據進行綜合分析，各類數據的權重可由專家討論得出。

(7)運用GIS中的成本距離拓展分析模塊，對待建區域內的點到道路終點的成本距離進行分析，本例中以道路終點為拓展 的起點，其坐標為743546，463722。

(8)運用導流分析模塊，在DEM數據的基礎上進行水流的模擬分析，得到水流路徑，該路徑即為綜合計算后得出的最小成本的道路建設路線，本例中以道路的起點坐標738587， 462259為道路起點。后期還可應用曲線擬合法等多種方法對該路徑進行進一步優化。

3結語

公路選線是公路路線設計的重要環節，合理的線形設計對于提高車輛行駛的安全性、舒適性，以及保證公路的技術水平和經濟收益至關重要。在實際設計過程中，應綜合考慮地形、地質、自然環境、成本預算、政治等因素，選擇合適的公路選線設計方法，科學的、定量的分析比選，找到最優的或者說接近最優的方案，實現公路選線的最優設計。

參考文獻：

[1]李紅陽,王若檀.公路選線設計方法研究[J].工程建設與設計,2012，(2):122-124.

[2]李芬.基于GIS的公路智能選線若干問題研究[D].西安:長安大學,2008.

[3]王登茂.新河高速公路選線設計關健技術研究[D].成都:西南交通大學,2006.

橋梁工程

收稿日期：2016-02-11

作者簡介：毛建影(1982-)，男，安徽宿州人，工程師，研究方向：路線。

中圖分類號：U412

文獻標識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)06-0092-01