淺談ＧＩＳ技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用

彭仁濤　申鎮(zhèn)豪

摘要：GIS技術(shù)在許多領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，尤其在公路工程的管理中，它比傳統(tǒng)的管理方法具有直觀、高效等優(yōu)勢。目前，在公路規(guī)劃、設(shè)計(jì)、管理等各個(gè)環(huán)節(jié)都引入了GIS技術(shù)，大大提高了管理的效率。

關(guān)鍵詞：GIS；公路工程；應(yīng)用

1前言

地理信息系統(tǒng)（GIS）是20世紀(jì)60年代開始迅速發(fā)展起來的地理學(xué)研究的新技術(shù)，它起源于傳統(tǒng)的地圖學(xué)。隨著科技的進(jìn)步，GIS技術(shù)迅速由理論研究走向?qū)嵱没彤a(chǎn)業(yè)化，廣泛地應(yīng)用于眾多行業(yè)，為各個(gè)部門提供了強(qiáng)有力的信息處理和決策支持服務(wù)。近年來，GIS技術(shù)在公路設(shè)計(jì)、公路安全、地質(zhì)災(zāi)害管理、滑坡泥石流防災(zāi)減災(zāi)等方面的研究中得到了廣泛的應(yīng)用。

2GIS技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用

2.1 GIS在公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[1]。

公路規(guī)劃設(shè)計(jì)中的路線方案選定，除綜合考慮地形、地質(zhì)、水文等自然條件外，還必須顧及交通量、工程投資等多方面因素。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、航測遙感、GPS技術(shù)和GIS技術(shù)的發(fā)展，為解決此類問題提供了先進(jìn)的技術(shù)手段支持。

在平面設(shè)計(jì)中，首先可以利用GIS技術(shù)強(qiáng)大的空間分析功能，將輔助選線所需各種數(shù)據(jù)生成數(shù)字高程模型(DEM)，幫助設(shè)計(jì)者宏觀地認(rèn)識整個(gè)沿線地區(qū)，綜合地分析評價(jià)各個(gè)因素對路線選擇的影響程度，根據(jù)公路設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，定出控制點(diǎn)，以人機(jī)交互的方式選擇合適的路線，并顯示在DEM上。其次，利用GIS技術(shù)強(qiáng)大的計(jì)算功能，快速分析各種線型組合方案，同時(shí)結(jié)合平面方案所對應(yīng)的縱、橫斷面信息，從而確定最理想的線型組合方案。

在縱斷面設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員可應(yīng)用人機(jī)交互設(shè)備，在屏幕上進(jìn)行拉坡。同時(shí)GIS技術(shù)根據(jù)公路平曲線各點(diǎn)的坐標(biāo)，內(nèi)插出各點(diǎn)的高程，并計(jì)算出豎曲線要素，從而獲得線狀縱斷面。設(shè)計(jì)人員據(jù)此進(jìn)行修改，直至滿意。同時(shí)，計(jì)算機(jī)能計(jì)算出當(dāng)前縱斷面方案中所對應(yīng)的土石方累積曲線，供設(shè)計(jì)人員參考。

在橫斷面設(shè)計(jì)中，地面線數(shù)據(jù)由平縱設(shè)計(jì)結(jié)果自動(dòng)產(chǎn)生，計(jì)算機(jī)根據(jù)所給出的標(biāo)準(zhǔn)斷面圖自動(dòng)設(shè)計(jì)出各個(gè)斷面。在自動(dòng)設(shè)計(jì)完成后，設(shè)計(jì)人員逐個(gè)進(jìn)行檢查，對不合理的設(shè)計(jì)進(jìn)行修改。

2.2 GIS在路面管理中的應(yīng)用[2]。

路面管理系統(tǒng)(PMS)是解決如何將有限的養(yǎng)護(hù)資金分配到最需要養(yǎng)護(hù)路段的問題。它一般主要包括路面狀況評價(jià)、使用性能預(yù)測和養(yǎng)護(hù)決策這幾個(gè)部分。利用GIS強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)處理能力，將空間位置信息和屬性信息有機(jī)結(jié)合起來，從而能以直觀、形象、準(zhǔn)確的方式對道路進(jìn)行有效的管理。實(shí)現(xiàn)圖形和數(shù)據(jù)的結(jié)合，以數(shù)據(jù)可視化的方式，提供一種嶄新的決策支持方法。

在基于GIS的路面管理系統(tǒng)中，首先可以對地圖進(jìn)行矢量化，建立圖形數(shù)據(jù)庫和對應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)庫。并根據(jù)路面性能指標(biāo)，建立評價(jià)公路路段等級的算法；根據(jù)實(shí)際路面性能指標(biāo)數(shù)據(jù)，結(jié)合溫度、濕度、交通量等數(shù)據(jù)，建立預(yù)測路面性能的算法。其次可以利用GIS系統(tǒng)所支持的多種程序語言進(jìn)行二次開發(fā)，用以實(shí)現(xiàn)多種功能，如實(shí)時(shí)評價(jià)和預(yù)測路面綜合使用性能功能、路面養(yǎng)護(hù)決策功能、基本的空間分析(空間查詢、SQL查詢、緩沖分析等)功能、制作各種專題圖等，以增強(qiáng)對數(shù)據(jù)潛在信息的挖掘能力。

2.3 GIS在公路沿線地質(zhì)災(zāi)害管理中的應(yīng)用[3]。

頻繁發(fā)生的滑坡、泥石流、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害是我國西部地區(qū)道路施工和運(yùn)行的重大安全隱患。而公路沿線高邊坡、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的處置規(guī)劃與管理涉及到多種不同類型、不同來源的數(shù)據(jù)。人工的管理方式不能有效地分析、處理和應(yīng)用這些數(shù)據(jù)，相應(yīng)的數(shù)據(jù)不能進(jìn)行可視化表達(dá)，管理效率不高，而GIS具有強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)表達(dá)、顯示、預(yù)測、分析、量算、管理及決策功能。引入GIS技術(shù)，可以有效地整合各類資源和信息，并使所有數(shù)據(jù)和地理位置、時(shí)間等關(guān)聯(lián)起來，并對于這些復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)高效的管理、深入的數(shù)據(jù)分析處理和精確空間分析。

在基于GIS的地質(zhì)災(zāi)害管理系統(tǒng)中，首先可以對地圖進(jìn)行矢量化，建立圖形數(shù)據(jù)庫和對應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)各工點(diǎn)的三維建模和可視化，從而。其次對系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)多種功能，如：專題圖查詢、穩(wěn)定性分析、監(jiān)測評估、災(zāi)害預(yù)測預(yù)報(bào)、滑坡體計(jì)算、工程效果評價(jià)、工程量概算等。

2.4 GIS在高速公路緊急救援管理中的應(yīng)用[4]。

高速公路突發(fā)事件是由于自然或人為的誘因，使得原有正常運(yùn)營功能減弱甚至喪失，對人民生命財(cái)產(chǎn)和社會(huì)生活造成災(zāi)難性后果的事件，包含惡劣天氣下嚴(yán)重影響行車安全事件、群體性阻斷交通事件、重特大刑事案件、重特大交通事故、自然災(zāi)害阻斷交通事件、緊急車隊(duì)通行事件、車匪路霸事件以及運(yùn)輸易燃、易爆、劇毒化學(xué)品車輛發(fā)生安全事故等。突發(fā)事件發(fā)生后進(jìn)行決策和響應(yīng)的時(shí)間十分有限，而高速公路緊急救援系統(tǒng)是降低突發(fā)事件造成重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的有效手段。

在基于GIS的高速公路緊急救援系統(tǒng)中，要建立前臺電子地圖和后臺數(shù)據(jù)庫，并在此基礎(chǔ)上通過二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)接處警、事件定位、車輛動(dòng)態(tài)監(jiān)控、預(yù)案管理、應(yīng)急車輛定位及調(diào)度和信息發(fā)布等功能。通過系統(tǒng)的高效決策和調(diào)度，有效提高搶險(xiǎn)救援效率，并降低事故的危害程度。

2.5 GIS在公路網(wǎng)綜合評價(jià)中的應(yīng)用[5]。

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國公路交通特別是高等級公路處在快速發(fā)展時(shí)期。但是，我國目前正處于經(jīng)濟(jì)開發(fā)時(shí)期，基礎(chǔ)交通網(wǎng)絡(luò)仍很不完善，當(dāng)前的主要任務(wù)是大力建設(shè)并逐步完善基礎(chǔ)交通網(wǎng)絡(luò)。因而當(dāng)前我國在公路網(wǎng)合理規(guī)劃，公路網(wǎng)優(yōu)化通設(shè)，公路網(wǎng)常規(guī)管理以及公路網(wǎng)的綜合評價(jià)方規(guī)的工作顯得特別重要。

基于GIS的公路網(wǎng)評價(jià)系統(tǒng)是以公路網(wǎng)綜合評價(jià)方法為理論依據(jù)，在公路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫和綜合評價(jià)模型的基礎(chǔ)上所建立起來的，同時(shí)它還兼有一定的路網(wǎng)管理功能。它實(shí)現(xiàn)了對地理數(shù)據(jù)的可視化管理、輸入和輸出；同時(shí)具有獨(dú)自的評價(jià)模型，實(shí)現(xiàn)對區(qū)域路網(wǎng)的評價(jià)功能，為有關(guān)部門提供輔助決策支持。

除此之外，現(xiàn)有文獻(xiàn)中GIS技術(shù)還涉及對高速公路設(shè)施管理[6]、公路建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響[7]、公路邊坡設(shè)計(jì)管理等多個(gè)方面。

3結(jié)束語

隨著GIS技術(shù)的發(fā)展，GIS在公路領(lǐng)域的應(yīng)用將更加廣泛，進(jìn)一步開發(fā)和推廣GIS技術(shù)在公路勘測設(shè)計(jì)和施工、公路管理等方面的創(chuàng)新和應(yīng)用，將大幅度提高公路建設(shè)和管理的工作效率和經(jīng)濟(jì)效益，推進(jìn)公路建設(shè)和管理模式的全面發(fā)展。

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[6]劉見平.基于動(dòng)態(tài)分段技術(shù)的GIS模型在高速公路設(shè)施管理中的應(yīng)用研究[D].吉林大學(xué), 2007.

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