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        基于GIS的先進(jìn)公路選線設(shè)計(jì)方法研究

        2016-08-05 03:27:14毛建影劉學(xué)珍
        黑龍江交通科技 2016年6期
        關(guān)鍵詞:設(shè)計(jì)方法

        毛建影,劉學(xué)珍

        (1.東營市公路勘察設(shè)計(jì)院(山東中咨公路咨詢設(shè)計(jì)有限公司),山東 東營 257091;2. 山東中咨公路咨詢設(shè)計(jì)有限公司,山東 東營 257091)

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        基于GIS的先進(jìn)公路選線設(shè)計(jì)方法研究

        毛建影1,劉學(xué)珍2

        (1.東營市公路勘察設(shè)計(jì)院(山東中咨公路咨詢設(shè)計(jì)有限公司),山東 東營257091;2. 山東中咨公路咨詢設(shè)計(jì)有限公司,山東 東營257091)

        摘要:分析了公路選線設(shè)計(jì)的基本原則和要求,并研究了主要公路選線設(shè)計(jì)方法,著重介紹了基于GIS技術(shù)的公路線線設(shè)計(jì)方法。

        關(guān)鍵詞:公路線線;設(shè)計(jì)方法;GIS技術(shù)

        1傳統(tǒng)公路選線方法

        (1)地形圖定線法:地形圖定線法又稱紙上定線法,設(shè)計(jì)者需要在在大比例尺(—般用1∶500~1∶2000)地形圖上完成整個道路的選線過程,紙上定線技術(shù)可以較好的解決路線與地形的協(xié)調(diào),因而在山區(qū)公路設(shè)計(jì)中應(yīng)用很廣泛。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,研發(fā)人員開發(fā)了一批具有良好實(shí)用性的道路CAD軟件,并用于構(gòu)建數(shù)字地面模型DTM,從而較好地解決地面高程的自動采集問題。運(yùn)用紙上定線法進(jìn)行公路選線,其質(zhì)量在很大程度上取決于選線人員的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)水平,目前已逐漸不能滿足現(xiàn)代公路建設(shè)的需要。

        (2)直接定線法實(shí)地定線現(xiàn)場定線。設(shè)計(jì)人員將紙上定好的路線敷設(shè)到地面上,供詳細(xì)測量和施工之用。把紙上路線放到地面上的方法很多,常用的有穿線交點(diǎn)法、撥角法、直接定交點(diǎn)法、坐標(biāo)法等,應(yīng)根據(jù)路線復(fù)雜程度和精度要求高低、測設(shè)儀具設(shè)備、地形難易等具體條件選用。該方法適用于平原地區(qū)或者公路等級低的情況下的公路定線。直接定線法需結(jié)合實(shí)際的地形地貌和水文情況,同時對設(shè)計(jì)人員的定線選線經(jīng)驗(yàn)要求很高。路線采樣點(diǎn)的密度也會對線形設(shè)計(jì)帶來影響,但在實(shí)際選線設(shè)計(jì)中,不能保證技術(shù)人員對每一個采樣點(diǎn)都進(jìn)行了精密細(xì)致的實(shí)地考察,若待建地區(qū)的地形地貌不能滿足通視條件要求,也可能會對技術(shù)人員的判斷產(chǎn)生影響,進(jìn)而影響到最終的選線質(zhì)量。

        傳統(tǒng)的公路選線的方法在很大程度上取決于選線人員的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)水平,效率低、高科技含量不足、質(zhì)量無法得到有效保證,已不能滿足現(xiàn)代公路建設(shè)的高質(zhì)量和短周期的建設(shè)要求,隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展,目前已有越來越多的專家學(xué)者將地理信息系統(tǒng)(Geographical Information System, GIS)引入公路選線設(shè)計(jì)領(lǐng)域。通過運(yùn)用GIS強(qiáng)大的空間分析決策功能,輔助線路設(shè)計(jì)師分析選線過程中涉及的諸多影響因素,使所選公路線形達(dá)到組合最佳、工程量最省、并與自然地形和周圍景觀相互協(xié)調(diào)。

        2基于GIS技術(shù)的公路選線方法

        2.1基于GIS技術(shù)的公路選線方法流程

        GIS系統(tǒng)是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ),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(wù)的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)。

        2.2實(shí)例分析

        某待建公路的所在地全境東西長71.45 km , 寬70.1 km , 面積2 349 km2。該地區(qū)大部分坡度在10%以上,部分地區(qū)坡度為3%~10%,待建地中部有2 km2的煤礦采空區(qū),不能進(jìn)行大規(guī)模建設(shè)。海拔850 m以下的地區(qū)被水淹沒?,F(xiàn)欲建設(shè)一條從山頂?shù)桨雿u最下端點(diǎn)的一條公路。通過前期勘察,已得到地形等高線數(shù)據(jù)、地表水文數(shù)據(jù)、當(dāng)前土地利用數(shù)據(jù)、地質(zhì)勘測數(shù)據(jù)等基本數(shù)據(jù)。選線過程需考慮地形坡度、水文情況、土地征用費(fèi)用、地質(zhì)工程狀況等影響因素。

        (1)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。將選線過程中涉及的地形數(shù)據(jù)(DEM)、水文數(shù)據(jù)、地質(zhì)數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)等信息輸入到GIS數(shù)據(jù)源中,并對這些數(shù)據(jù)柵格化處理。

        (2)利用坡度分析模塊對DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,生成坡度專題數(shù)據(jù),可分析不同坡度條件下的相對成本(表1)。

        表1 坡度與相對成本對照表

        (3)運(yùn)用歐氏距離拓展法對該地區(qū)水文數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,生成待建地區(qū)的地面與水面距離的專題數(shù)據(jù)(表2),方便公路地基處理,避免公路被水淹沒。

        表2 公路到水面距離和相對成本對照表

        (4)通過對待建地區(qū)的土地利用情況進(jìn)行分析,給出不同功用土地的道路建設(shè)成本數(shù)據(jù),該地區(qū)的土地主要為耕地、林地和住房用地,可將耕地的道路建設(shè)成本定為1,將住房用地的成本定為4。

        (5)通過對該地區(qū)的工程地質(zhì)情況進(jìn)行勘測,將地質(zhì)狀況進(jìn)行分類,并對不同地質(zhì)條件下的道路建設(shè)成本進(jìn)行估算分級。

        (6)將坡度專題數(shù)據(jù)、水文專題數(shù)據(jù)、土地使用狀況專題數(shù)據(jù)、工程地質(zhì)分級專題數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析,各類數(shù)據(jù)的權(quán)重可由專家討論得出。

        (7)運(yùn)用GIS中的成本距離拓展分析模塊,對待建區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)到道路終點(diǎn)的成本距離進(jìn)行分析,本例中以道路終點(diǎn)為拓展 的起點(diǎn),其坐標(biāo)為743546,463722。

        (8)運(yùn)用導(dǎo)流分析模塊,在DEM數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行水流的模擬分析,得到水流路徑,該路徑即為綜合計(jì)算后得出的最小成本的道路建設(shè)路線,本例中以道路的起點(diǎn)坐標(biāo)738587, 462259為道路起點(diǎn)。后期還可應(yīng)用曲線擬合法等多種方法對該路徑進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。

        3結(jié)語

        公路選線是公路路線設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié),合理的線形設(shè)計(jì)對于提高車輛行駛的安全性、舒適性,以及保證公路的技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)收益至關(guān)重要。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中,應(yīng)綜合考慮地形、地質(zhì)、自然環(huán)境、成本預(yù)算、政治等因素,選擇合適的公路選線設(shè)計(jì)方法,科學(xué)的、定量的分析比選,找到最優(yōu)的或者說接近最優(yōu)的方案,實(shí)現(xiàn)公路選線的最優(yōu)設(shè)計(jì)。

        參考文獻(xiàn):

        [1]李紅陽,王若檀.公路選線設(shè)計(jì)方法研究[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì),2012,(2):122-124.

        [2]李芬.基于GIS的公路智能選線若干問題研究[D].西安:長安大學(xué),2008.

        [3]王登茂.新河高速公路選線設(shè)計(jì)關(guān)健技術(shù)研究[D].成都:西南交通大學(xué),2006.

        橋梁工程

        收稿日期:2016-02-11

        作者簡介:毛建影(1982-),男,安徽宿州人,工程師,研究方向:路線。

        中圖分類號:U412

        文獻(xiàn)標(biāo)識碼:C

        文章編號:1008-3383(2016)06-0092-01

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