GIS技術(shù)在公路路線設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用與分析

李 慶

（鄭州市交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院， 河南 鄭州 450000）

0 引言

隨著公路建設(shè)的快速發(fā)展，交通運(yùn)輸業(yè)也發(fā)展迅速。公路作為我國(guó)主要交通體現(xiàn)，有著公路運(yùn)輸?shù)某杀颈容^低，能夠滿足人們對(duì)時(shí)間、速度的要求等好處，所以現(xiàn)階段對(duì)其的應(yīng)用還是非常廣泛的。公路路線設(shè)計(jì)在公路施工技術(shù)中作為最基礎(chǔ)性的工作，它涉及到方方面面，如規(guī)劃、路網(wǎng)、經(jīng)濟(jì)、功能、施工、養(yǎng)護(hù)、營(yíng)運(yùn)等，它的作用可想而知非常重要。根據(jù)自然環(huán)境因素，如地質(zhì)，地形，地貌等，需要設(shè)計(jì)師來(lái)設(shè)計(jì)符合根據(jù)需求和道路的要求性質(zhì)，還要包括要其滿足政治，經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的需求。因而在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要大量的調(diào)查和數(shù)據(jù)。為了提高設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)效率的質(zhì)量，已經(jīng)出現(xiàn)了使用地理信息系統(tǒng)來(lái)輔助線路選擇方法（GIS）。本文初步探討了GIS技術(shù)在公路路線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

1 對(duì)GIS技術(shù)的簡(jiǎn)單介紹

在物質(zhì)世界的任何功能已被牢牢打上時(shí)間和空間。在人們的生產(chǎn)和生活的信息和地理空間位置的80%以上是相關(guān)的。地理信息系統(tǒng)（GIS）作為地理空間數(shù)據(jù)技術(shù)和學(xué)科獲取，處理，管理和分析的重要工具，受到了先鋒隊(duì)的廣泛關(guān)注和快速發(fā)展。

從技術(shù)和應(yīng)用的角度來(lái)看，GIS是一個(gè)工具，方法和技術(shù)解決空間問(wèn)題。從學(xué)科的角度來(lái)看，GIS是一門(mén)基于地理學(xué)，制圖學(xué)，測(cè)量學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的學(xué)科。獨(dú)立的學(xué)科體系;GIS具有功能，具有獲取，存儲(chǔ)，顯示，編輯，處理，分析，輸出和應(yīng)用空間數(shù)據(jù)的功能;從系統(tǒng)科學(xué)的角度看，GIS具有一定的結(jié)構(gòu)和功能，是一個(gè)完整的系統(tǒng)?？傊?，地理信息系統(tǒng)是用于根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）管理空間對(duì)象的信息系統(tǒng)。地理空間數(shù)據(jù)的運(yùn)行是GIS與其他信息系統(tǒng)之間的根本區(qū)別。從應(yīng)用的角度，地 GIS由硬件、軟件、數(shù)據(jù)、人員和方法五部分組成。硬件和軟件為地理信息系統(tǒng)建設(shè)提供環(huán)境；數(shù)據(jù)是GIS的重要內(nèi)容；方法為GIS建設(shè)提供解決方案；人員是系統(tǒng)建設(shè)中的關(guān)鍵和能動(dòng)性因素，直接影響和協(xié)調(diào)其它幾個(gè)組成部分。

2 GIS在公路路線設(shè)計(jì)的應(yīng)用與分析

2.1 GIS在公路選線中的應(yīng)用

合理使用 GIS與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的計(jì)算和分析是分不開(kāi)的。通過(guò)計(jì)算機(jī)的科學(xué)分析，能夠獲得諸如用于施工所需要的空間的特定數(shù)據(jù)。計(jì)算結(jié)果可為設(shè)計(jì)技術(shù)人員提供理論依據(jù)和合理化。建議提供決策信息。在一方面，GIS可以進(jìn)行圖書(shū)管理。另一個(gè)重要功能是，進(jìn)行有限元分析，并通過(guò)建立的圖形和數(shù)據(jù)庫(kù)，以建立空間和分析的分析，并分析設(shè)計(jì)人員獲取設(shè)計(jì)所需數(shù)據(jù)所需的空間和距離。設(shè)計(jì)師和業(yè)主進(jìn)行直觀的分析和研究，并道航的整體布局，并作出合理的建設(shè)計(jì)劃。

GIS需要設(shè)計(jì)行進(jìn)路線時(shí)，下列信息：每個(gè)設(shè)計(jì)路線的方向，沿著路線地圖，地理環(huán)境，氣象變化，城市規(guī)劃，經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略等，這些基本信息是設(shè)計(jì)路線的基礎(chǔ)。有了這些基礎(chǔ)，GIS可以建立一個(gè)模型，表達(dá)對(duì)視覺(jué)圖像的設(shè)計(jì)理念，并分析影響道路路線的所有因素。同時(shí)，它可以根據(jù)要求和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)最佳。此路線還可以匯總影響道路路線的關(guān)鍵點(diǎn)，然后將其顯示在DTM上。

2.2 GIS在公路路線平面設(shè)計(jì)的應(yīng)用

合理使用 GIS與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的計(jì)算和分析是分不開(kāi)的。通過(guò)計(jì)算機(jī)的科學(xué)分析，能夠獲得諸如用于施工所需要的空間的特定數(shù)據(jù)。計(jì)算結(jié)果可為設(shè)計(jì)技術(shù)人員提供理論依據(jù)和合理化。建議提供決策信息。在一方面，GIS可以進(jìn)行圖書(shū)管理。另一個(gè)重要功能是，進(jìn)行有限元分析，并通過(guò)建立的圖形和數(shù)據(jù)庫(kù)，以建立空間和分析的分析，并分析設(shè)計(jì)人員獲取設(shè)計(jì)所需數(shù)據(jù)所需的空間和距離。設(shè)計(jì)師和業(yè)主進(jìn)行直觀的分析和研究，并道航的整體布局，并作出合理的建設(shè)計(jì)劃。

在設(shè)計(jì)道路時(shí)，GIS需要以下信息：每條設(shè)計(jì)路線的方向，沿線的地圖，地理環(huán)境，氣象變化，城市規(guī)劃，經(jīng)濟(jì)策略等。這些基本信息是設(shè)計(jì)路線的基礎(chǔ)。通過(guò)這些基礎(chǔ)，GIS可以構(gòu)建模型，用可視圖像表達(dá)設(shè)計(jì)概念，并分析影響道路路線的所有因素。同時(shí)，它可以根據(jù)要求和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。該路線還可以總結(jié)影響道路路線的關(guān)鍵點(diǎn)，然后將其顯示在DTM中。圖1顯示了GIS支持的道路選擇過(guò)程。

2.3 GIS在公路路線縱斷面設(shè)計(jì)的應(yīng)用

路線剖面設(shè)計(jì)的含義是分析整個(gè)路線的縱向，以確定曲線半徑，坡長(zhǎng)和坡度。在斜率變化的區(qū)域中，必要時(shí)使用垂直曲線。二次拋物線是一種常用的方法。在對(duì)兩個(gè)斜坡的傾斜角w和垂直曲線半徑R進(jìn)行建模之后，可以分析垂直曲線的關(guān)鍵元素。，即：外部距離E，切線長(zhǎng)度T和曲線長(zhǎng)度L.

當(dāng)使用 GIS技術(shù)來(lái)分析公路輪廓的數(shù)據(jù)，在平面曲線的每個(gè)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)可以被設(shè)計(jì)，然后這些關(guān)鍵點(diǎn)用于高程插值以獲得線性輪廓數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)人員可以在設(shè)備的斜坡頂部進(jìn)行設(shè)計(jì)，并通過(guò)設(shè)備屏幕將其設(shè)計(jì)為實(shí)際的時(shí)間和路線。并實(shí)時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)思路，直到選擇最合適的線條。同時(shí)，設(shè)計(jì)者也可以用計(jì)算機(jī)來(lái)計(jì)算在此配置文件，為設(shè)計(jì)人員提供最可靠的設(shè)計(jì)依據(jù)的土石方累計(jì)曲線的變化。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，如果你想改變斜率點(diǎn)，當(dāng)你移動(dòng)一個(gè)斜坡點(diǎn)，你會(huì)同時(shí)增加斜率點(diǎn)取消等坡面點(diǎn)。當(dāng)某些斜率變更時(shí)，斜率長(zhǎng)度將發(fā)生變化。如果發(fā)生這種情況，由ARC / INFO GIS提供的數(shù)據(jù)可用于設(shè)計(jì)變更。

2.4 GIS在公路路線橫斷面設(shè)計(jì)的應(yīng)用

高速公路的橫截面設(shè)計(jì)是映射橫向路的橫截面，然后用實(shí)際的數(shù)據(jù)來(lái)設(shè)計(jì)的部分的結(jié)構(gòu)，以便進(jìn)一步確定側(cè)槽的輪廓，所述斜坡的長(zhǎng)度，高度和路基的深度。在整個(gè)道路設(shè)計(jì)過(guò)程中，橫截面設(shè)計(jì)非常耗費(fèi)人力并且經(jīng)常重復(fù)幾次。如果 GIS技術(shù)在設(shè)計(jì)公路的橫截面的過(guò)程中使用，工作效率將得到極大改善。精度。

主要工作步驟是：以數(shù)字形式輸入橫截面相關(guān)數(shù)據(jù)或通過(guò) GIS技術(shù)自動(dòng)計(jì)算所需的數(shù)據(jù)模型。設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)每個(gè)路段的具體情況和設(shè)計(jì)要求對(duì)每個(gè)路段進(jìn)行分析和計(jì)算，并通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成所需的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù);一旦自動(dòng)生成，就會(huì)顯示計(jì)算機(jī)屏幕的橫截面，設(shè)計(jì)人員可以對(duì)每個(gè)橫截面進(jìn)行詳細(xì)檢查，以改變不合理或錯(cuò)誤的位置。

2.5 GIS在公路路線設(shè)計(jì)中其他方面的應(yīng)用

GIS在公路路線的初始階段具有非凡的意義。除了上述問(wèn)題之外，還涉及其他方面。例如， GIS技術(shù)可以快速轉(zhuǎn)換里程站和地理坐標(biāo)，從而可以準(zhǔn)確定位道路的具體位置，從而保證土地的準(zhǔn)確計(jì)算，有效地幫助項(xiàng)目管理人員和施工人員提高工作效率。其次，GIS技術(shù)可以有效地解決鏈條斷裂問(wèn)題，準(zhǔn)確定位和記錄里程站，計(jì)算道路長(zhǎng)度，使原有的復(fù)雜任務(wù)變得極為簡(jiǎn)單。

GIS的另一個(gè)重要功能是輕松計(jì)算建筑工程量。在選擇道路的過(guò)程中，土石方的使用有很大的影響。如果在設(shè)計(jì)中使用 GIS技術(shù)，則可以非常準(zhǔn)確地計(jì)算項(xiàng)目中使用的土方工程數(shù)量。

3 結(jié)束語(yǔ)

公路線路的設(shè)計(jì)通常包括水平和垂直設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)以及線路的選擇。具體設(shè)計(jì)必須根據(jù)具體情況確定，結(jié)合既定方案和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)地面建筑物，地形和地形進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，從整體考慮設(shè)計(jì)和注重設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)選擇最多合適的設(shè)計(jì)路線。隨著 GIS技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)與公路線路的設(shè)計(jì)密不可分。但就發(fā)展來(lái)說(shuō)，我們對(duì)于新技術(shù)的運(yùn)用還有很長(zhǎng)路要走，我們差的不是一點(diǎn)，這不單單是技術(shù)的問(wèn)題，還有根本上的理論。先進(jìn)是因?yàn)閷?duì)理論研究的透徹，對(duì)實(shí)踐了解的深入，做精做細(xì)就是做強(qiáng)。目前，中國(guó)正處于高速公路快速發(fā)展的時(shí)期，GIS技術(shù)必將得到廣泛推廣。