探究數字化技術在高速公路勘察設計中的應用

李雄應

（湖北省國土測繪院，湖北 武漢 430010）

1 高速公路勘察設計過程中所用的數字化技術

1.1 遙感技術

從整體來看，現階段國內高速公路工程項目建設過程中主要有兩種方式，一是新建，二是改建，在高速公路建設中尤其以前者為主，這也決定了需要選擇走廊帶，全面把握工程項目控制點周圍的地形地貌以及路網分布和沿線自然生態環境條件等。高分辨率衛星遙感技術因其具備豐富的直觀圖像和地表信息，在路線走廊帶以及路線方案比選與優化等方面具有良好的選擇性。隨著遙感技術水平的不斷提升，而且定位精確度也不斷地增加，價值空間分辨較高，以至于遙感操作更加的精確和迅捷，在高速公路工程項目建設中的應用也取得了顯著的效果。高分辨率衛星遙感技術的應用過程中，衛星圖像不僅可以對區域范圍內的路網、道路沿線以及經濟布局等不同經濟和自然現象進行完整解譯，更重要的是還可以讓路況、交通調查以及地質詳查等更加地高效。在選擇路線方案以及舊路擴建模式優化比選過程中，遙感技術優勢無可替代。第一，一般而言，衛星不會受到障礙物限制，能夠迅速而又有效地取得任何區域的立體影像；第二，全色多波段影像以及高分辨率，一方面可以對區域地表的不同經濟和自然現象進行解譯，另一方面還可以利用多波段與多時段遙感信息，以此來獲得具體的地質地貌以及水文變化和自然地質災害等信息；第三，采用IKONOS圖像技術可以進行精確地定位，可直接形成數字地形圖，比例尺為1：10 000，這對那些較為偏遠的地區地面數據獲取帶來了方便。值得一提的是，由于其視點相對較高，而且攝影死角較之于航空拍攝要少，因此即便在很隱蔽區域也可獲知該區域的相關資料信息；第四，IKONOS影像技術的應用，具有范圍大以及面積廣的特點，有利于高速公路路線走廊優化選擇。

1.2 攝影測量技術

攝影測量技術，即數字攝影測量，作為一種全新的技術方法，在國內高速公路勘察設計過程中得以廣泛應用，比如自動、數字測圖。較之于傳統的攝影測量技術，數字攝影測量技術有其自身的特點和優勢，其主要是通過先進技術手段的應用對數字化影像自動化處理，在很大程度上為高速公路勘察設計工作的數字化水平提升提供了數據支撐。從實踐來看，數字攝影測量技術多用于以下方面：第一，利用航攝像片以及外業測量為高速公路工程建設勘察設計提供了大比例尺和像片平面圖，這對于選線和紙上定線具有非常重要的作用。第二，快速制作正射影像地形圖?；诹Ⅲw觀察以及判斷和實地調查，有效利用航片影像信息對公路工程項目進行建設規劃、經濟調查以及選線和地質遙感分析。第三，選用數字攝影測量方法，直接生成設計所需的三維地表坐標數據，并在此基礎上建立數字化地面模型，從而為高速公路工程項目測設自動化提供地形數據。

1.3 高精三維測量與地面地基模型

目前高速公路勘察設計時多采用GPS-RTK技術，即采用三維測量技術手段，能夠有效測量項目，大大避免了傳統測量缺陷與弊端，而且可以有效解決勘測工作問題，從而縮短高速工程勘察周期，有利于提高勘察設計效率。在高速公路勘察過程中，還可以采用三維數字地面與路基模型。實踐中可以看到，計算機輔助技術以及CAD技術的應用，為高速公路工程項目建設提供了便利條件，尤其是數字化地面模型在各類工況條件下均可有效地應用。在高速公路工程建設以及勘察設計過程中，數字地面模型實際應用效果非常地顯著；目前高速公路數字地面模型技術應用，已從原來的數據源以及模型建立和相關數據處理等環節，發展到多模型疊加以及特殊模型優化等。在高速公路線型設計時，數字地面模型的應用可以有效模擬高速公路平面以及縱面和橫斷面效果，同時可通過計算工程量比選方案。

2 數字化技術應用實踐

某高速公路工程項目長度為48 km，所在地為喀斯特地形，而且巖溶發育良好。該高速公路所經之處地形非常地平坦，并且多數地段為基本的耕地區。公路沿線分布著較多的工業去和水庫等。區域范圍內的路網非常發達，而且沿線區域范圍內有一些鐵路、公路以及通村公路等交叉布設。對于該高速公路而言，其勘察設計存在著較多的難點，通過對本工程項目分析研究，在勘察設計過程中應當注意以下難點：第一，需大范圍對路線方案進行比對選擇，盡可能避開耕地、規劃區以及巖溶路段和水庫區域等。第二，路網較為發達，高速公路沿線交叉著很多的路線走廊帶，需對路線方案進行比選，并且擴大其范圍，盡可能繞避。第三，傳統勘察技術和方法的應用，工作量非常大，而且需調繪結構物，效益低且周期相對較長。基于上述對高速公路工況條件的分析，在該工程項目勘察設計時，采用現代測量技術手段以及現有的成果可以取得一定的社會與經濟效益。

2.1 采用Google技術

在本高速工程項目勘察設計過程中，Google技術的應用始終貫穿于整個工程建設全過程，無論是走廊帶研究還是選擇合適的方案與設計匯報等，均采用了Google技術。在選擇走廊帶和比選方案比時，Google技術的應用提供了較為詳盡的地表建筑物信息資料，全部走廊帶真實可見。同時，采用技術手段可以有效減少內業工作以及不必要的現場施工踏勘工作，大大節約了高速公路勘察設計費用和縮短周期。在高速公路項目后期施工建設過程中，可以將設計成果進行還原，實現三維圖片式項目匯報，從而使設計成果更加的清晰、直觀和簡單易懂，并且使匯報得到好評。

2.2 三維數字模型與GPS-RTK技術應用

本高速公路項目，在勘察設計過程中也用到了數字地面模型。數字地面模型的應用，使得研究從原來的數據源以及模型構建和信息數據的處理逐漸發展至多模型疊加，而且實現了模型優化等，為本高速公路項目建立高精度以及高仿真的路基數字模型提供了幫助。在該高速公路項目外業測量過程中，全測量工作中利用了GPS-RTK技術進行測量，大大節約了測量人員和成本，而且有效改善了高速公路測量作業環境條件，節約了成本費用。從實踐來看，數字化技術的應用解決了以往測量技術方法應用過程中勞動強度大、溝谷以及測量視距影響等問題，使得測量工期縮短了至少10 d的時間，并且取得了良好的社會與經濟效益。

3 結語

總而言之，數字化技術方法在現階段高速公路工程項目建設以及勘察設計過程中應用非常的廣泛，從應用實踐來看其效果非常的顯著，而且在勘察設計中數字化技術的應用優勢凸顯出來。通過數字化技術的合理選用，不僅可以大大提高高速公路項目勘察設計效率，而且能夠減少投入和確保工程項目建設順利進行。