GIS技術在公路路線方案比選中的運用

李 鑫

(青海省交通規(guī)劃設計研究院有限公司 西寧 810000)

在公路行業(yè)運行及發(fā)展中，公路規(guī)劃設計中的路線方案選定是較為重要的，整個過程中，不僅需要考慮公路的地形、地址、水文等因素，還應該根據(jù)交通量及工程投資的項目特點，確定具體的公路選擇方案，以提高公路路線選擇及規(guī)劃的整體質量。但是，在當前公路路線方案比選中，存在著技術使用不合理、相關數(shù)據(jù)存儲不及時等問題，若這些現(xiàn)象不能有效解決，會影響公路路線方案選擇的質量，無法提高公路規(guī)劃的質量。因此，在公路路線方案比選中，為了提高項目選擇的整體質量，應該根據(jù)青海省的狀況，確定公路路線的選擇方案，并將GIS技術作為核心，針對系統(tǒng)運用中存在的問題，進行GIS技術的整合，以提高公路路線選擇的整體質量，為行業(yè)的發(fā)展提供支持。

1 GIS技術

1.1 GIS技術

GIS技術是指地理信息系統(tǒng)，通過計算機科學、地理學以及地圖測繪等多種學科的交叉利用，形成以地理空間為核心的數(shù)據(jù)資源庫，系統(tǒng)通過各個參數(shù)的整合、處理，會形成地理分析模式，使地理信息得到動態(tài)化的空間展現(xiàn)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理及動態(tài)化模型的構建目的，充分滿足地理測繪工程的數(shù)據(jù)分析需求[1]。

1.2 GIS技術優(yōu)勢

將GIS技術運用在公路路線方案比選中，優(yōu)勢如下：第一，在應用方法中分析，可以改變CAD系統(tǒng)中的框架問題，通過決策支持系統(tǒng)的構建，對線路進行定向及定量分析，增強線路選擇的整體效果。第二，在理論應用中分析，將GIS技術運用在公路選型中，可以通過數(shù)據(jù)庫、地理學科以及系統(tǒng)工程等知識的綜合運用，提高信息處理的效果，充分發(fā)揮GIS技術在公路路線選擇中的優(yōu)勢。第三，在GIS手段運用中，通過空間分析功能的強調(diào)，可以及時解決線路選定中存在的問題，增強公路路線項目分析的處理效果。

1.3 GIS技術公路選線的功能性

結合GIS技術特點，對公路選線的功能性進行研究：第一，平面布局。公路線路方案比選中，需要按照公路的布局需求，對地形數(shù)字進行形象化的處理，之后按照自動處理以及手動選擇的方法，完成線路的布局工作，提高平面數(shù)據(jù)選擇的整體效果，保證公路縱斷面數(shù)據(jù)選擇的整體效果。而且，在GIS技術的平面線路調(diào)整職工，應該對各項數(shù)據(jù)參數(shù)的內(nèi)容進行調(diào)整，通過準備測試以及平面線路的綜合分析，對公路的邊坡進行控制。第二，線路分析。在公路平面布局中，需要對數(shù)據(jù)進行手動設置，之后按照橫斷面及縱斷面的特點，對公路線路的各項參數(shù)進行分析及實時監(jiān)控，提高工程施工的整體質量。而且，在橫斷面公路選線中，需要按照公路開挖的設備及內(nèi)容進行確定各項參數(shù)的換算方法，增強公路選線施工的質量。第三，系統(tǒng)輸出的功能性。在GIS技術選擇中，通過繪圖儀以及打印機對地圖進行測繪，根據(jù)公路測繪的基本狀況，確定公路的地形圖及等高線，為公路邊界的邊坡構建及頂坡施工提供參考，實現(xiàn)公路坡腳線調(diào)整的完整性。第四，數(shù)據(jù)存儲及管理。在公路路線方案比選中，將GIS技術運用其中，可以提高數(shù)據(jù)存儲及管理的效果，系統(tǒng)在自動化的數(shù)據(jù)整合中，會根據(jù)數(shù)據(jù)庫的運行特點，確定輸入、存儲以及輸出功能，滿足各個用戶對數(shù)據(jù)參數(shù)的處理需求，為地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)以屬性結構形式的分析提供支持，避免公路選型錯誤現(xiàn)象的發(fā)生[2]。

2 公路路線方案比選中存在的問題

2.1 直線線路設計中存在的問題

針對公路路線方案比選的狀況，在直線線路設計中，應該針對公路道路的直線及曲線特點，確定具體的施工方案，并對路段進行準確性分析，增強各項參數(shù)確定的整體效果，避免公路線路使用中安全隱患的發(fā)生。但是，由于高速公路路線的特殊性，在方案比選中，經(jīng)常遇到山區(qū)陡峭以及建筑阻礙等多種因素，若在施工中缺少細致的線路設計方案，會影響公路線路的選擇效果，為直線線路的設計帶來限制。因此，在具體施工中，施工單位及項目設計者應該將公路路線的選擇作為核心，通過安全隱患問題的分析，確定GIS技術使用方案，以實現(xiàn)公路路線比選的目的[3]。

2.2 數(shù)據(jù)調(diào)查不充分

在以往公路線路選型中，由于工程項目的復雜性、程序的多樣性，在公路路線方案比選中經(jīng)常遇到數(shù)據(jù)調(diào)查不充分的問題，如，公路道路設計中地形、地質等參數(shù)調(diào)查不完整、基礎數(shù)據(jù)設計不科學等問題，若這些問題不能及時處理，會降低公路路線方案比選的整體質量，無法滿足公路路線的施工需求。又如，在山區(qū)公路路線方案比選中，一些設計人員缺少對連續(xù)縱坡的認識，導致整個線路的連接缺少持續(xù)性，無法保證山區(qū)公路線路選擇的穩(wěn)定性，同時也為公路線路選線帶來限制[4]。

3 GIS技術在公路路線方案比選中的運用

3.1 公路選線中的運用

GIS技術與計算機系統(tǒng)存在關聯(lián)，在數(shù)據(jù)分析中，通過計算機的科學分分析，得到地理空間的相關參數(shù)，之后，技術人員根據(jù)參數(shù)得到合理化的決策信息，增強公路選線技術的使用效果。一般情況下，在將GIS技術運用在公路選線中應該做到：第一，在路線方案規(guī)劃、計劃以及統(tǒng)計資料中，通過地質、水文以及氣象資料的綜合分析，可以確定各個地圖的地形圖、地質圖。第二，GIS系統(tǒng)會根據(jù)地理信息的具體參數(shù)形成數(shù)字地形模型，引導施工人員按照線路地區(qū)進行施工，提高公路選線的整體效果[5]。第三，在綜合評價以及分析各項公路線路的參數(shù)過程中，通過對線路因素的對比以及方案的選擇，按照公路設計的標準等，分析出線路控點，從而實現(xiàn)人機交互的線路選擇方案。第四，在GIS技術的公路線路選擇中，可以獲取公路線路的沿線地圖，根據(jù)地理環(huán)境以及城市規(guī)劃等建立GIS數(shù)據(jù)模型，提高影像數(shù)據(jù)表達的準確性。而且，在GIS技術中，也可以對線路的相關影響因素進行分析，確定公路路線的關鍵點，優(yōu)化公路路線選擇流程[6]。

3.2 線路平面中的運用

在公路路線選擇中，存在著曲線、圓曲線等交叉布局，為了得出公路路線的圓曲線半徑(R)，應該確定超高率(i)、橫向率系數(shù)(L)以及車速(v)，具體的計算方法如式(1)。在公路路線計算中，可以更好的確定公路路線，并在比較大的曲線半徑中，確定線路平面的計算方案，以增強公路路線選擇的有效性。一般情況下，在公路圓曲線以及直線過渡區(qū)域中，應該按照線路的重心運動軌跡以及曲線運行狀態(tài)等，去頂線路平面的計算方法，以便在最大限度上提高公路線路設計的安全性。應該注意的是，在公路路線交叉分析的情況下，若采用緩和曲線進行線路布置，需要精確得到曲線的長度及位置，從而得到曲線半徑。公路路線設計中，一般會受到地面建筑物以及物理環(huán)境等多因素的限制，如果面臨復雜的地質環(huán)境，施工人員應該根據(jù)地理環(huán)境的特點以及GIS技術，制定具體的線路設計方案，以增強線路選擇的有效性。例如，在公路線路平面設計中，將GIS技術運用其中，若實際路線無法繞開建筑物，應該確定復曲線，之后在曲線半徑較大的情況下，計算出曲線的半徑，系統(tǒng)在這種環(huán)境下會按照GIS的標準，得到具體的建設路線，提高線路平面的使用效果[7]。

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3.3 公路路線在斷面中的運用

3.3.1 在縱斷面設計中的運用

路線縱斷面設計的過程中，需要相關單位以及設計人員將整體路線進行縱斷面的規(guī)劃及分析，以確定路線的曲線半徑、坡長等。例如，在坡度變化區(qū)域確定中，應該根據(jù)曲線的特點，得到二次拋物線，以提高縱斷面設計的整體效果。而且，在GIS技術運用中，可以針對公路縱斷面的特點，確定公路線路關鍵點的坐標，從而獲得最優(yōu)化的縱斷面數(shù)據(jù)。項目設計人員在GIS技術使用中，應該對設備屏幕進行實時性的計劃，根據(jù)系統(tǒng)指示調(diào)整及設計思路，細化各項縱斷面的處理流程，從而確定最優(yōu)的線路設計方案。同時，在縱斷面公路路線設計中，項目操作者應該根據(jù)坡點變化確定設計方案，并在增加坡點的基礎上，對坡點的變更狀態(tài)進行調(diào)整，避免GIS系統(tǒng)分析中各項參數(shù)不準確的問題，增強公路縱斷面數(shù)據(jù)選擇的整體效果[8]。

3.3.2 在橫斷面設計中的運用

針對公路橫斷面的設計狀況，在GIS技術使用中，應該根據(jù)公路線路的設計狀況對截面進行測繪，并按照實際的數(shù)據(jù)需求，確定公路的邊溝、坡長等，增強公路橫斷面數(shù)據(jù)處理的效果。一般情況下，在橫斷面公路設計中應該做到：第一，在公路設計中，由于橫截面設計中的工作量相對較大，需要經(jīng)過反復的數(shù)據(jù)測試，通過GIS技術的使用，對各項公路線路進行輔助設計，以提高公路橫斷面技術運用的整體效率，滿足公路路線的參數(shù)設計需求。第二，在數(shù)字輸入性的橫截面參數(shù)計算中，可以使用GIS技術自動得到數(shù)據(jù)模型，為之后的公路線路計算提供參考。相關設計人員在GIS技術使用中，可以通過數(shù)據(jù)的自動計算，確定數(shù)據(jù)模型，之后按照公路斷面的相關參數(shù)，進行數(shù)據(jù)的計算、分析，從而得到自動化的統(tǒng)計結果。而且，在GIS技術使用中，可以對橫斷面的各個參數(shù)進行詳細檢查，當發(fā)現(xiàn)錯誤問題會及時處理，提高各個參數(shù)分析的準確性[9]。

3.4 在其他路線中的設計

結合公路路線的選擇方案，在GIS技術使用中，需要根據(jù)公路線路的特點，對各項參數(shù)進行調(diào)整。第一，在地理坐標以及里程樁號轉換中，通過GIS技術的使用，可以提高數(shù)據(jù)參數(shù)的精確性，保證各項數(shù)據(jù)測繪的精準性，之后得到簡便的線路。第二，在工程量估算中，項目設計者應該按照土石方數(shù)量選擇路線，在土石方數(shù)量計算中，需要計算平均斷面法，計算方法如式(2)。公式(2)中的A1及A2分別是相鄰樁號的斷面面積，通過斷面面積的計算，可以確定橫斷面線以及路基的設計方案，增強線路確定及選擇的整體效果。通過綜合性公路線路的選擇，可以按照工程項目的規(guī)劃特點，確定具體的線路施工方案，以提高公路線路線路選擇的整體效果[10]。

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4 結束語

總而言之，在公路路線選擇中，應該將GIS技術的選擇作為重點，通過各項數(shù)據(jù)分析以及各項參數(shù)的調(diào)整，確定具體的公路路線選擇參數(shù)，滿足GIS技術的使用需求。項目管理者及設計人員在公路路線施工方案整合中，應該根據(jù)GIS技術的使用特點，確定公路路線的選擇機制，通過公路選線技術的使用、公路線路平面技術的運用以及公路路線斷面中的技術運用，保證各項數(shù)據(jù)參數(shù)的有效調(diào)整，增強公路線路選擇及確定的質量，而且，在GIS技術的公路線路選擇中，可以獲取公路線路的沿線地圖，根據(jù)地理環(huán)境以及城市規(guī)劃等建立GIS數(shù)據(jù)模型，提高影像數(shù)據(jù)表達的準確性，為GIS技術在公路路線方案比選中的運用提供數(shù)據(jù)支持。