GIS在公路路线设计中的应用探讨.pdf
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1、23交通科技与管理智慧交通与应用技术0引言随着经济的发展,公路工程的建设里程逐年增加,对路线设计方案的质量要求也越来越严格。如果路线方案选择不当,可能会影响后期公路行车安全性,严重的可能造成交通安全事故。传统公路路线设计是基于规范,对设计人员的综合知识和经验要求高,但设计效率较低。为了解决这一问题,有学者提出将地理信息系统(Geographic Information System,简称 GIS)用于路线设计中。GIS 技术是一门新兴交叉学科,其基本表达形式为二维或三维电子地图,用于计算、分析、管理地理坐标信息,在我国应用尚不完善1。因此,进一步研究 GIS在公路路线设计中的应用意义重大。1公
2、路选线步骤及 GIS 基本理论分析1.1公路选线步骤公路选线大致可分为全面布局、逐段安排、定线三个阶段,具体步骤总结见表 12。收稿日期:2023-08-21作者简介:李泓韦(1992),男,硕士研究生,路桥工程师,从事路桥设计工作。GIS 在公路路线设计中的应用探讨李泓韦(中咨华科交通建设技术有限公司,北京 100024)摘要为了提升公路路线设计质量,文章首先分析了 GIS 技术的功能、数据结构、平台选择方法及应用优势等,且基于 GIS 技术建立了公路选线优化模型。同时,以某高速公路为研究对象,阐述了 GIS 技术的具体应用,并从技术、经济、环境三个方面建立评价指标体系,评价了 GIS 技术
3、在路线设计中的应用效果,研究成果可为公路路线设计提供理论指导。关键词GIS;路线设计;优化模型;评价指标;工程实例中图分类号U412.3文献标识码A文章编号2096-8949(2023)20-0023-03表 1公路不同选线阶段内容选线阶段设计内容路线走向选择起讫点走向通过踏勘收集现场资料、在地形图上确定备选方案、方案初步比选路线走廊带选择连接细部控制点构成走廊带确定细部控制点,在 1 2 0001 10 000 地形图上对比走廊带定线在小比例尺地形图上开展平、纵、横路线指标综合设计、确定道路中线路线方案比选结合路基、桥涵等方案比选结果确定最终路线走向1.2GIS 基本理论(1)GIS 功能。
4、根据相关研究成果,GIS 具有数据采集、制图、地形分析、空间分析等功能,具体阐述如下:数据采集功能。这是 GIS 最基本的功能,可以将空间中的地物要素按既定规定转化成坐标及代码,输入到计算机软件;制图功能。GIS 可以制作各种专题图或全要素图,将各种地理要素显示在地图上,并赋予数值范围,用户可以结合分析需求来导出相应地图;地形分析。利用GIS可计算地形坡度、坡向、等高线、填挖方体积等,为公路路线设计提供依据。(2)GIS 数据结构。在 GIS 中,数据类型包括栅格数据和矢量数据两类。栅格数据是将地理空间划分为若干个大小相同的矩形网格,并给每个网格分别赋予相应的参数,来表达空间实体(取决于所在栅
5、格的行和列),直观性好,建模方法简单。一般情况下,栅格尺寸越小,空间分辨率越大,但是数据处理效率越低,对计算机性能的要求较高,反之亦然。矢量数据是利用离散坐标来表达地理要素的空间分布特点,即以坐标点(x、y、z)来描述抽象的空间实体的点、线、面及相互组合。由此可知,矢量数据越多,对地理数据的表达越精确,但是矢量数据的获取难度大,在实际项目中的应用不多。(3)GIS 平台选择。GIS 发展迅速,国内外平台可达数百个,比如 Mapinfo、ArcGIS、GeoMedia、MapGuide、GeoStar、MapGIS 等。每个 GIS 平台的特点、适用条件等有很大差异,要结合项目实际情况选择。从功
6、能和适用性来看,ArcGIS 平台的应用效果最好。因此,该文基于ArcGIS平台来阐述GIS在公路路线设计中的具体应用。1.3GIS 应用优势分析相对于传统设计方法,GIS 能综合使得地貌、地质等因素可视化,便于设计人员的分析,且设计人员可以将路线方案直接显示在数据高程模型上。同时,还可以2023 年第 4 卷第 20 期24交通科技与管理智慧交通与应用技术利用 GIS 中的空间分析模型来分析各个因素对路线平、纵线形指标的影响程度,并自动计算、绘制出横断面图,改善工作效率3。2基于 GIS 的公路选线综合优化模型建立2.1基础数据获取全面、精确的基础数据是公路路线设计的基础条件,也是线形合理的
7、重要保证。该文利用 ArcGIS10.0 平台内置的空间数据分析模块,阐述公路沿线土地利用数据的获取方法。(1)信息提取和处理。信息提取应坚持“先易后难、突出重点”的原则,可采用直接解译法、图像处理法等。为了便于分析,信息获取后要对其进行处理:一是基于红、绿、蓝三种基础色调,使影像叠合,生成彩色合成图像;二是利用反差增强、边缘增强、比值增强等方法对影像进行增强处理;三是选择多个控制点来纠正影像,直至与实际误差满足工程建设需求;四是将分段提取的数据进行拼接。(2)解译精度。GIS 数据的解译误差宜小于 1 个相元,相当于实地 30 m;最小图斑面积宜 66 个相元,相当于实地面积 32 400
8、m2。(3)地物处理。大量工程实践表明,GIS 所提取的部分地物数据可能与实际有差别,需进行单独处理。比如水工建筑物的 TM 影像图分辨率不能满足要求,在路线设计时需借助土地利用详查数据;再比如公路沿线的沟渠面积,不宜直接从 GIS 图像中量取,需根据现场踏勘数据来统计。2.2路线优化模型建立(1)数字高程模型和数字分析模型。数字高程模型(DEM模型)是用来模拟公路所在区域地面高程的模型,见式(1),且坡度、坡向等地貌特性也可在 DEM 模型中表示。随着计算机硬件水平的快速进步,DEM 模型所包含的地形地貌内容越来越广泛4。Vi=(xi、yi、zi)(1)式中,xi、yi 平面坐标;zi 平面
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- GIS 公路 路线 设计 中的 应用 探讨
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