試析數(shù)字化地形圖在公路勘察設(shè)計中的應(yīng)用

田龔清野 張立富 黃國俊

【摘 要】在公路勘察設(shè)計中有許多新技術(shù)的應(yīng)用都亟待探索和研究，先進的勘察設(shè)計技術(shù)是保證工程項目獲得成功的前提條件。本文介紹了數(shù)字化地形圖在公路勘察設(shè)計中的應(yīng)用，對直接采用專業(yè)測繪的地形圖用于公路設(shè)計進行了有益探索，對全面提高公路測量的效率和質(zhì)量，推進公路勘察設(shè)計科技化進程起到一定的作用。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化地形圖；公路勘察設(shè)計；科技化

0.前言

目前公路勘測設(shè)計中，設(shè)計過程已經(jīng)廣泛使用計算機等現(xiàn)代設(shè)備進行設(shè)計，但是公路工程的勘察測量依然存在技術(shù)含量低、測量數(shù)據(jù)手工記錄、勞動強度大、周期長、出錯率高、不易保存等弊端。隨著公路建設(shè)的發(fā)展，科技不斷發(fā)展進步，這就需要勘察測量設(shè)計人員與時俱進，采用新的設(shè)計思路和方法，才能最大限度的提高效率。采用專業(yè)的數(shù)字化地形測繪用于公路設(shè)計，提高公路勘測的效率和質(zhì)量，推進公路測量設(shè)計科技化進程。

1.數(shù)字化地形圖

1.1公路測設(shè)現(xiàn)狀

目前，我們在進行道路、橋梁、隧道的測量設(shè)計經(jīng)常遇到地形復(fù)雜交通不便的情況。如果路線在平原地區(qū)，往往是經(jīng)濟發(fā)達，重要的建筑物眾多，各種電力通訊交通管線密集，如何綜合考慮這些紛繁復(fù)雜的各種因素，常常是令測設(shè)者決策者十分頭疼的問題。如果線路在丘陵山區(qū)，經(jīng)常是各種樹木生長茂盛、溝壑縱橫，難以通視，傳統(tǒng)的測量手段很難解決，經(jīng)常令測量工作人員吃盡了苦頭。傳統(tǒng)的測量手段數(shù)據(jù)處理往往用手工方法記錄儲存，不僅數(shù)據(jù)顯得零亂，而且在數(shù)據(jù)后續(xù)處理中，往往手工處理，工作量大，容易出錯，測量數(shù)據(jù)不易校核。由于處理枯燥，需要耗費的重復(fù)勞動也就相當(dāng)多，內(nèi)業(yè)處理出錯率較高。

通過調(diào)查研究，在我國大多數(shù)單位在公路設(shè)計測量工作中采用的方法傳統(tǒng)，速度慢、精度差，數(shù)據(jù)不易保存校核，所以難以適用當(dāng)前推進公路建設(shè)自動化、信息化建設(shè)的要求。

1.2數(shù)字化地形圖的特點

采用現(xiàn)在傳統(tǒng)的測量方法存在許多弊端，例如測量數(shù)據(jù)多，易出錯，測量完畢不易校核和保存，采用數(shù)字化地形圖可有效解決這一問題。采用專業(yè)數(shù)字化地形圖測繪，經(jīng)過處理后，可以滿足公路規(guī)范的需求，每條公路的地形圖可以形成永久保存的電子檔案，勘測成果在圖上一目了然，可重復(fù)利用，并可不斷補充調(diào)整。公路設(shè)計引入專業(yè)勘測的電子地形圖，勘測效率大大提高，勘測費用降低很多，勘測設(shè)計周期會大大縮短，而且數(shù)據(jù)精確，易于保存，數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入利用，免去人工錄入的繁瑣和失誤，可以重復(fù)利用，一舉多的，可以紙上選線、定線，測量數(shù)據(jù)可以視實際情況，隨時補充調(diào)整。測量成果可以直接與國家控制網(wǎng)轉(zhuǎn)化，以便與其他測量行業(yè)的數(shù)據(jù)共享。測量完畢或公路施工后能長久保存測量成果，并進行校核，推進公路測量的數(shù)字化進程。

1.3數(shù)字化地形圖的實施及調(diào)試

1.3.1調(diào)查和分析

我們從GPS、全站儀等先進測量理論和公路設(shè)計兩方面入手，進行了調(diào)查和分析研究，結(jié)合公路路線設(shè)計和橋梁設(shè)計中的專業(yè)知識，與專業(yè)公路路線處理軟件、橋涵設(shè)計軟件等結(jié)合，這樣才可以提高設(shè)計質(zhì)量和效率，實現(xiàn)專業(yè)數(shù)字地形圖與現(xiàn)有公路設(shè)計軟件有機的對接。

1.3.2建立數(shù)字地面模型

數(shù)字地面模型是道路輔助勘測設(shè)計的基礎(chǔ)，數(shù)字地面模型（DigitalTertianModel）簡稱DTM，是按一定結(jié)構(gòu)組織在一起的數(shù)據(jù)組，是對帶有空間位分布的地形屬性特征的數(shù)字的描述，通常空間分布是用一個平面坐標(biāo)系統(tǒng)表示，而地形屬性特征是各個平面位置（X，Y）上地面點的高程，它是地形起伏的數(shù)字表達，是建立不同層次的地理信息系統(tǒng)不可缺少的組成部分。道路設(shè)計中常用的數(shù)字地面模型依據(jù)構(gòu)網(wǎng)形式分為：三角網(wǎng)式數(shù)模、方格網(wǎng)式數(shù)模、扇形網(wǎng)式數(shù)模、魚骨網(wǎng)式數(shù)模等。我們根據(jù)實際情況做了選擇。

1.3.3數(shù)字化地形圖的調(diào)試

進一步在公路設(shè)計中推廣應(yīng)用，直接采用專業(yè)測繪的電子地形圖用于設(shè)計，電子數(shù)據(jù)與專業(yè)公路路線處理軟件、橋涵設(shè)計軟件等直接導(dǎo)入對接，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)精度、軟件對接方面存在的問題，并提出解決可行的方案。

目前，采用專業(yè)人員測繪電子地形圖，已推廣應(yīng)用，并在數(shù)條國省道測量中得到應(yīng)用，收到了很好的經(jīng)濟社會效益?？s短測量周期達60%以上，提高了測量效率和質(zhì)量，大大節(jié)約了人力、物力，大大推進了由傳統(tǒng)的測量方法到現(xiàn)代的測量方法的變革。通過調(diào)試及修改，經(jīng)過全院的應(yīng)用調(diào)試，數(shù)字化地形圖全面應(yīng)用已逐步成熟。由于我們數(shù)字化地形圖的精度滿足高等級公路，采用數(shù)字化地形圖用于這次設(shè)計任務(wù)中，設(shè)計運算速度快，一個含數(shù)千個點位的數(shù)十公里的公路，僅需幾分鐘便可輸出公路設(shè)計所要的數(shù)據(jù)，并自動考慮橫坡及超高的影響。

2. 公路勘察設(shè)計中的部分新技術(shù)

2.1高分辨率衛(wèi)星遙感技術(shù)（Google地球的應(yīng)用）

高速公路建設(shè)主要有改建和新建，目前我省以新建項目為主，這就需要大范圍的走廊帶選擇，需要了解項目控制點附近的地形、地貌、路網(wǎng)分布、土地利用及沿線自然與環(huán)境因素等。衛(wèi)星遙感技術(shù)以其豐富的地表信息和直觀圖像就在路線走廊帶以及路線方案優(yōu)化、比選方面提供了一種非常好的選擇。下面就以Google地球在勘察設(shè)計中的應(yīng)用作一些分析：

Google地球是美國Google公司向公眾提供的一種三位數(shù)字地形圖，利用它可以直接生成路線走廊帶選擇時需要的大范圍、大比例尺的地形圖，且根據(jù)工作階段的不同，可以轉(zhuǎn)化成相應(yīng)比例尺的數(shù)字地形圖。Google地球解譯出了區(qū)域路網(wǎng)、地表附屬物、自然地理地貌等各種最新的自然、經(jīng)濟現(xiàn)象，在路線走廊帶優(yōu)化、比選方面具有得天獨厚的技術(shù)優(yōu)勢：

（1）衛(wèi)星不受空域和地面障礙物的限制，能迅速獲取全球任何地區(qū)最新的立體影像；（2）可直接生成1：10000數(shù)字地形圖，僅用少量野外控制點且不必嚴(yán)格控制點位分布即可生成1：5000～1：2000數(shù)字地形圖，這對困難地區(qū)獲取地面數(shù)據(jù)具有極大的價值；而且由于視點高，其攝影死角比航攝更少，可獲取更隱蔽地區(qū)的資料。

1.2數(shù)字?jǐn)z影測量

數(shù)字?jǐn)z影測量是近年來廣泛應(yīng)用于高速公路及二級公路勘察設(shè)計過程中的一種新技術(shù)，實現(xiàn)了真正意義上的自動測圖和數(shù)字測圖。數(shù)字?jǐn)z影測量與傳統(tǒng)攝影測量的區(qū)別在于利用相關(guān)技術(shù)自動處理數(shù)字化影像，是完全數(shù)字形式的。這種全數(shù)字化、全自動化的測繪方式為公路勘察設(shè)計的數(shù)字化提供了數(shù)據(jù)支持。

（1）采用航攝像片減少了大量的外業(yè)測圖工作，外業(yè)測量工作簡化為像控點布設(shè)、控制點布設(shè)及新增地物的調(diào)繪，這樣就可以為公路勘測設(shè)計提供大比例尺地的形圖，供紙上定線和方案比選使用。（2）通過立體觀察，充分利用航片豐富的影像信息進行規(guī)劃、選線、經(jīng)濟調(diào)查、工程地質(zhì)遙感分析等。（3）借助于數(shù)字?jǐn)z影測量，直接產(chǎn)生設(shè)計所需的地表三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，建立工程數(shù)字地面模型，為公路測設(shè)自動化系統(tǒng)提供原始地形數(shù)據(jù)。

3. 結(jié)語與建議

目前我們對數(shù)字化地形圖應(yīng)用經(jīng)驗還不是很豐富，尚需利用其他手段對數(shù)據(jù)成果不斷進行檢查和校核、維護和改進，使它的功能更全面、更強大。“他山之石，可以攻玉”，公路設(shè)計引入專業(yè)電子地形測繪，建立專門的電子存檔庫，與專業(yè)公路路線處理軟件、橋涵設(shè)計軟件等相輔相成，使公路設(shè)計準(zhǔn)確、優(yōu)質(zhì)、高效，極大的改變了我院測量設(shè)計方法，實現(xiàn)了由傳統(tǒng)測量到現(xiàn)代化測量的變革，路線勘測設(shè)計實現(xiàn)了飛躍，使得每條公路的縱斷、橫斷、橋涵在圖上一目了然，必將推動公路測量設(shè)計的進一步發(fā)展。

參考文獻：

〔1〕徐紹，等.GPS測量原理及應(yīng)用.武漢：武漢測繪科技大學(xué)出版社，1998.

〔2〕《公路全球定位系統(tǒng)》（JTJ/T066-98）.

〔3〕《公路全球定位系統(tǒng)》（JTJ/T066-98）.