張媛　張永福

摘 要：針對現(xiàn)階段一般道路選線方法工作周期長、效率較低和耗費大量人力物力等缺陷，引入地理信息系統(tǒng)的相關理論、方法和技術分析手段，利用Google Earth、ArcGIS等系列軟件，對道路選線過程中出現(xiàn)的相關問題進行對比分析研究，選取一種最優(yōu)的道路選線方法?；贕IS的道路選線方法，不僅為道路空間分析的方案策劃、數(shù)據(jù)獲取、前期預設計提供了廣泛的空間信息技術的應用平臺，也為大區(qū)域的空間工程項目建設提供了合理的數(shù)據(jù)組織基礎，為道路工程設計提供了一個更為科學的技術設計手段。

關鍵詞：地理信息系統(tǒng)；道路選線；空間分析；工程應用

中圖分類號 TP393 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2013）08-05-03

地理信息系統(tǒng)（Geographical Information System，GIS）是計算機科學、地理學、測量學和地圖學等多門學科的交叉，它是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎，采用地理模型分析方法適時提供多種空間的和動態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務的計算機技術系統(tǒng)[1]。傳統(tǒng)的道路選線方法是選線人員通過搜集和分析線路區(qū)域內(nèi)有關技術經(jīng)濟資料，在大比例尺地形圖上選出幾個可能的線路方案。紙上定線之后，進行實地勘測，經(jīng)過反復比較確定一個較為經(jīng)濟、合理的路線方案。這種選線方法在很大程度上取決于選線人員的實際經(jīng)驗和技術水平，且費時費力[2]，因此不能滿足現(xiàn)代化道路選線工程設計的需要。

現(xiàn)一般采用CAD技術進行道路選線設計，雖然可以完成路線平、縱、橫設計計算，土石方計算和調(diào)配，縱、橫斷面圖繪制等任務[3]，但在道路選線設計中必須要考慮地質(zhì)、水文、環(huán)境等因素的影響。本文以此作為切入點，引入GIS技術，利用現(xiàn)階段常用的GIS軟件（Google Earth，ArcGIS系列軟件），對道路選線過程中出現(xiàn)的若干問題進行分析研究，將地質(zhì)、水文等空間屬性納入到選線設計考慮因素中，使得道路選線工作在質(zhì)量上得到了大大提高，而且也工作效率得到了顯著提高。

1 研究方法

利用GIS技術進行道路選線的方法較為靈活多樣，從基本空間分析方法的角度可將它們分為基于數(shù)字高程模型的線路設計方法；基于疊置分析的線路優(yōu)化選取方法；基于空間分析與模擬的綜合選線方法[4]，基于GIS支持下的道路選線流程圖見圖1。

1.1 基于數(shù)字高程模型的線路設計方法 基于數(shù)字高程模型的線路設計方法主要應用于利用GIS技術進行道路選線發(fā)展的初期。地形因素始終是道路選線中優(yōu)先考慮的重要因素。在GIS中利用數(shù)字高程模型進行道路選線設計，是傳統(tǒng)人工地形選線在GIS中的延伸。數(shù)據(jù)的來源可通過航測、遙感、紙質(zhì)地圖掃描矢量化以及野外數(shù)字化采集等方法得到?，F(xiàn)階段Google Earth軟件提供了全球近1～2a的地形數(shù)據(jù)和影像資料，對于一些缺少勘測設計資料的設計項目，可以借助Google Earth二次開發(fā)功能，提取選線區(qū)域的地形數(shù)據(jù)和影像資料，作為預可行階段中確定線路基本走向和初始平面設計線的依據(jù)，從而減少野外勘測工作，顯著降低勘測設計的成本。

圖1 GIS支持下的道路選線流程

單純的基于GIS數(shù)字高程模型的選線模型，并沒有考慮地質(zhì)、水文、交通需求、環(huán)境影響等因素，沒有很好利用和發(fā)揮地理信息系統(tǒng)的特長，設計的線路也往往不能滿足實際的選線工作，需要與其他模型與方法結(jié)合使用。

1.2 基于疊置分析的線路優(yōu)化選取方法 基于疊置分析的線路優(yōu)化選取方法主要用來對已經(jīng)擬訂的多條初選線路方案進行綜合評價與優(yōu)化?；舅悸肥歉鶕?jù)設計道路的類型、技術等級和具體要求，將線路設計方案綜合優(yōu)化的評價指標體系層次化；在GIS中，按照公路等級對初選線路做一定距離的緩沖區(qū)圖層，在多層地理數(shù)據(jù)的支持下，將線路緩沖區(qū)圖層與其他要素圖層做疊置分析，提取并計算指標信息，再利用一定的數(shù)學方法（如層次分析法、模糊數(shù)學等）獲取各方案的理論評價值，為優(yōu)化決策提供依據(jù)。

1.3 基于空間分析與模擬的綜合選線方法 道路選線由最初的地形選線到后來的地形與地質(zhì)選線相結(jié)合再發(fā)展為綜合考慮地形、地質(zhì)、生態(tài)及已有道路管線網(wǎng)絡等因素的多目標空間決策過程，體現(xiàn)了重視道路本身乃至交通運輸、區(qū)域社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的核心思想。基于空間分析與模擬的綜合選線方法是指充分利用GIS的空間分析、空間模擬、空間決策支持功能與技術，將道路選線各環(huán)節(jié)步驟在完備的空間數(shù)據(jù)和空問可視化基礎上歸于一體，試圖實現(xiàn)GIS選線自動化和集成化的一類方法。

2 應用實例

縱貫“死亡之?！钡陌⒗瓲栔梁吞锕肥亲灾螀^(qū)重點工程項目，是自治區(qū)規(guī)劃中穿越塔克拉瑪干大沙漠的第二條沙漠公路。阿拉爾至和田沙漠公路起點在阿拉爾12團2連生產(chǎn)道與阿拉爾—圖木舒克道路交叉處，終點位于新的G315線玉龍喀什河大橋東岸橋頭，公路等級二級，設計行車速度80km/h，公路建成后從阿克蘇到和田車程可以縮短1/2。阿拉爾至和田沙漠公路建成對兩地區(qū)間經(jīng)濟發(fā)展，尤其對全國重點貧困地區(qū)和田的經(jīng)濟發(fā)展和社會進步將起到極大的促進作用，也將有利于地區(qū)間經(jīng)濟發(fā)展和經(jīng)濟互補，對于加快南北疆的溝通與交流、促進南疆地區(qū)資源優(yōu)勢向經(jīng)濟優(yōu)勢轉(zhuǎn)換有重要意義。

2.1 Google Earth獲取高程數(shù)據(jù) 在工程設計中，從Google Earth獲取高程數(shù)據(jù)通常用于3個方面的用途，提取線路的縱斷面地形、橫斷面地形或是沿線區(qū)域的數(shù)字地面模型，可以通過結(jié)合GIS平臺軟件進行相關的生產(chǎn)與設計。Google Earth共享了受許可的航空圖片、衛(wèi)星圖片及經(jīng)緯度高程信息，數(shù)據(jù)涵蓋全球[5]?，F(xiàn)已有文章提出從Google Earth上提取高程數(shù)據(jù)，并提供程序下載，從而快速、靈活的獲取Google Earth上的高程數(shù)據(jù)，利用提供的開放的API端口實現(xiàn)批量、便捷的獲取高程信息，為建立DEM等各種應用提供支持。

2.2 ArcGIS空間分析 在公路可行性研究中，不僅需要搜集工程沿線的政治、經(jīng)濟、人口、發(fā)展規(guī)劃、交通狀況等內(nèi)容，同時對沿線的地形、地貌、工程地質(zhì)、氣象、水文等地理信息要進行深入的調(diào)查。這些信息除了具有信息量大、動態(tài)、不確定、復雜、非線性、時變等特征外，還具有明顯的地理特征，這就決定了研究公路問題離不開地理信息，不僅需要文字和圖形描述信息，同時還要對信息的文字和圖形進行描述。在以往的調(diào)查中，這些信息是相互獨立的，當涉及多種信息時，設計者必須穿梭于各種信息之間，因而浪費大量的時間，致使效率降低。而在做好衛(wèi)星影像圖以后，就能利用GIS有效地組織和管理各種繁雜的信息，使設計者能對各種信息進行可視化管理，使設計者不再沉迷于各種信息的收集和整理，而致力于公路路線的合理性、技術性、經(jīng)濟性、服務性，從而為決策者對工程總體方案的選擇提供科學的參考依據(jù)。研究中根據(jù)前期準備的遙感影像數(shù)據(jù)及其他綜合數(shù)據(jù)在ArcGIS中進行疊加分析，輸入控制點，選擇三套方案進行后期進一步比對分析（見圖2）。

利用ArcGIS地統(tǒng)計學工具分別對三套研究方案進行空間疊加分析，主要考慮覆蓋地物、地質(zhì)、水文、地形（見圖3）、坡度、坡向（見圖4）等相關要素，確定最終一個最優(yōu)路線進行實地勘察，從而進行下一道程序的設計。

最終綜合考慮各方面的因素，方案一距離最短，跨越地帶地質(zhì)條件較差，沙漠流動性較強，后續(xù)防風固沙工作較為困難，方案三地質(zhì)條件較為優(yōu)越，沙漠流動性較小，但水文條件較差，整條線路需要修建涵洞數(shù)量較大，項目投資明顯增加，方案二可以很好的綜合了方案一和方案三的優(yōu)勢，水文、地質(zhì)等因素均較為適宜，因此最終選定方案二為最優(yōu)方案，從而進入后續(xù)實地踏勘階段進行進一步的分析與設計。

3 結(jié)論與展望

道路選線由最初的僅依靠紙質(zhì)地形圖畫線，實地勘測選線的方式發(fā)展為引入GIS技術綜合考慮地形、地質(zhì)、水文、生態(tài)及已有道路網(wǎng)絡等因素的多目標空間決策過程，并且在整個過程中可以實現(xiàn)完全數(shù)字化，效率更高，質(zhì)量更好。通過實例分析可以得出：GIS技術因其空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的完美結(jié)合、強大的空間模擬和空間分析功能而被吸納到道路選線工作中，應用GIS技術進行道路選線具有巨大的優(yōu)勢，無論是對道路選線所用資料的管理還是對其選線成果的修改都是十分方便的，這將極大的提高工作效率，因此我們完全有理由相信，隨著理論水平和技術水平的不斷完善與提高，利用GIS技術可以進一步滿足道路工程選線自動化和決策支持系統(tǒng)的需求。

參考文獻

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[2]慕慧，楊少偉. 多層次模糊評價法在公路路線方案比選中的應用[J]. 鄭州大學學報：工學版，2009，30（3）：134-138.

[3]韓元利. 基于GIS的數(shù)字鐵路選線在工程設計中的應用[J]. 鐵道工程學報，2010（8）：29-33.

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[5]劉瑞敏，李華，王思鍇，等. 基于Google Earth的地鐵亦莊線GPS控制網(wǎng)布設[J]. 測繪通報，2008（11）：47-49.

（責編：徐煥斗）