２０１６年第６期 （总第２６８期） 黑龙江交通科技 ＨＥ ＬＬＯＮＧＪＩＡＮＧ ＪｌＡＯＴＯＮＧ ＫＥＪＩ Ｎｏ．６，２０１６ （Ｓｕｍ Ｎｏ．２６８） 基于ＧＩＳ的先进公路选线设计方法研究 毛建影 ，刘学珍 （１．东营市公路勘察设计院（山东中咨公路咨询设计有限公司）。山东东营２．山东中咨公路咨询设计有限公司，山东东营摘２５７０９１； ２５７０９１） 要：分析了公路选线设计的基本原则和要求，并研究了主要公路选线设计方法，着重介绍了基于ＧＩＳ 技术的公路线线设计方法。 关键词：公路线线；设计方法；ＧＩＳ技术 中图分类号：Ｕ４１２ 文献标识码：Ｃ 文章编号：１００８—３３８３（２０１６）０６—００９２—０１ １传统公路选线方法 （１）地形图定线法：地形图定线法又称纸上定 线法，设计者需要在在大比例尺（一般用１：５００～ １：２０００）地形图上完成整个道路的选线过程，纸上 定线技术可以较好的解决路线与地形的协调，因而 在山区公路设计中应用很广泛。随着计算机技术 的发展，研发人员开发 一批具有良好实用性的道 路ＣＡＤ软件，并用于构建数字地面模型ＤＴＭ，从而 较好地解决地面高程的自动采集问题。运用纸上 定线法进行公路选线，其质量在很大程度上取决于 选线人员的实际经验和技术水平，目前已逐渐不能 满足现代公路建设的需要。 （２）直接定线法实地定线现场定线。设计人员 将纸上定好的路线敷设到地面上，供详细测量和施 Ｔ之用。把纸上路线放到地面上的方法很多，常用 的有穿线交点法、拨角法、直接定交点法、坐标法 等，应根据路线复杂程度和精度要求高低、测设仪 具设备、地形难易等具体条件选用。该方法适用于 平原地区或者公路等级低的情况下的公路定线。 直接定线法需结合实际的地形地貌和水文情况，同 时对设计人员的定线选线经验要求很高。路线采 样点的密度也会对线形设计带来影响，但在实际选 线设计中，不能保证技术人员对每一个采样点都进 行了精密细致的实地考察，若待建地区的地形地貌 不能满足通视条件要求，也可能会对技术人员的判 断产牛影响，进而影响到最终的选线质量。 传统的公路选线的方法在很大程度上取决于 程中涉及的诸多影响因素，使所选公路线形达到组 合最佳、工程量最省、并与自然地形和周围景观相 互协调。 ２基于ＧＩＳ技术的公路选线方法 ２．１ 基于ＧＩＳ技术的公路选线方法流程 ＧＩＳ系统是以地理空间数据库为基础，采用地 理模型分析方法适时提供多种空间的和动态的地 理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术 系统。 ２．２ 实例分析 某待建公路的所在地全境东西长７１．４５ ｋｍ， 宽７０．１ ｋｍ，面积２ ３４９ ｋｍ 。该地区大部分坡度 在１０％以上，部分地区坡度为３％～１０％，待建地中 部有２ ｋｍ 的煤矿采空区，不能进行大规模建设。 海拔８５０ ｍ以下的地区被水淹没。现欲建设一条 从山顶到半岛最下端点的一条公路。通过前期勘 察，已得到地形等高线数据、地表水文数据、当前土 地利用数据、地质勘测数据等基本数据。选线过程 需考虑地形坡度、水文情况、土地征用费用、地质工 程状况等影响因素。 （１）数据准备。将选线过程中涉及的地形数据 （ＤＥＭ）、水文数据、地质数据、土地利用数据等信息 输入到ＧＩＳ数据源中，并对这些数据栅格化处理。 （２）利用坡度分析模块对ＤＥＭ数据进行分析， 生成坡度专题数据，可分析不同坡度条件下的相对 成本（表１）。 表１ 坡度与相对成本对照表 坡度百分比 ０％～ｌ０％ １０％～２Ｏ％ ２０％～３０％ ３０％～５Ｏ％ ５０％～１Ｏ０％ 选线人员的实际经验和技术水平，效率低、高科技 含量不足、质量无法得到有效保证，已不能满足现 代公路建设的高质量和短周期的建设要求，随着信 息技术的不断发展，日前已有越来越多的专家学者 将地理信息系统（Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ， ＧＩＳ）引人公路选线设计领域。通过运用ＧＩＳ强大 的 问分析决策功能，辅助线路设计师分析选线过 收稿日期：２０１６—０２—１１ 相对工程成本 １．０ １．５ ３，５ ７．０ ８．５ （下转第９４页） 作者简介：毛建影（１９８２一），男，安徽宿州人，工程师，研究方向：路线。 ·９２· 第２６８期 黑龙江交通科技 第６期 大量的沉降实测数据，建立合理的预测模型，对预 测路基未来沉降量具有重要意义。 工程实例：深圳滨海大道全长９．６６ ｋｍ，其中７． ２５ ｋｍ位于潮间带和水下浅滩，存在大量的淤泥层， 为软基沉降监测的重点路段。在该路段的Ｋ１＋ ８００试验段，铺设沉降板进行地表沉降监测。在施 工期间，每填筑一层土观测一次；在路堤填筑后的 堆载预压期，每半月或一个月观测一次。如图２（ａ） 所示（曲线４），沉降板监测的沉降量呈“ｓ”形趋势 变化。 重系数，构建了一种变权重组合ｓ型模型，从而更 加精确的预测了路基的沉降量变化（图２ｂ），与工 程实测数据基本一致。 其中，１为Ｇｏｍｐｅｒｔｚ模型，２为Ｐｅａｒｌ模型，３为 Ｗｅｉｂｕｌｌ模型，４为实测数据 ３结论 随着国家公路网的建设，公路建设区域的地质 和人文情况的复杂性增加，给公路的路基建设增加 了很大难度，很多公路将使用特殊路基，甚至 良 路基，如软土地基等，更易引起路基的沉降。 此， 在施工和工后使用过程中，非常有必要实时监测路 基沉降的变化情况，根据实测沉降数据分析路基沉 降的规律，并在出现异常情况时及时采取有效的控 制措施，以避免大面积路基沉降对公路的破坏 参考文献： 图２沉降板监测和几种Ｓ型成长模型预测路基沉降量 ［１］ 万星．公路填筑路基沉降监测施 控制技术研究 同时，还采用几种“ｓ”型成长模型对路基沉降 趋势进行了预测。在２２０ ｄ前，Ｇｏｍｐｅｒｔｚ模型、Ｐｅａｒｌ 模型、Ｗｅｉｂｕｌｌ模型均可以很好的预测的沉降趋势， ［Ｄ］．重庆：重庆交通大学，２０１３． ［２］郏东耀．基于ＧＩＳ的公路路基沉降监测系统［Ａ］．现 代测量技术与地理信息系统科技创新及产业发展研 讨会论文集［Ｃ］．２００９：９３—９７． ［３］ 刘优平，吴文清，黎剑华，等．高等级公路软基沉降光 纤光栅监测技术研究［Ｊ］．建筑科学，２０１３，２９（９）： ２１—２４ 与工程实测沉降量基本一致，但是在２２０ ｄ后，３种 模型预测值与实测数据均存在较大误差。不过，将 上述３种模型组合，并给每个模型设定一定的变权 （上接第９２页） （３）运用欧氏距离拓展法对该地区水文数据进 ７４３５４６，４６３７２２。 （８）运用导流分析模块，在ＤＥＭ数据的基础上 进行水流的模拟分析，得到水流路径，该路径即为 综合计算后得出的最小成本的道路建设路线，本例 中以道路的起点坐标７３８５８７，４６２２５９为道路起点。 后期还可应用曲线拟合法等多种方法对该路径进 行进一步优化。 ３ 结语 行分析，生成待建地区的地面与水面距离的专题数 据（表２），方便公路地基处理，避免公路被水淹没。 表２公路到水面距离和相对成本对照表 到水面距离 （）一ｌ０ 相对工程成本 ４．Ｏ ２．５ ｌ０～２Ｏ ２０～３０ ＞３Ｏ １．５ ０ （４）通过对待建地区的土地利用情况进行分 析，给出不同功用土地的道路建设成本数据，该地 区的土地主要为耕地、林地和住房用地，可将耕地 的道路建设成本定为１，将住房用地的成本定为４。 （５）通过对该地区的工程地质情况进行勘测， 将地质状况进行分类，并对不同地质条件下的道路 建设成本进行估算分级。 （６）将坡度专题数据、水文专题数据、土地使用 状况专题数据、工程地质分级专题数据进行综合分 析，各类数据的权重可由专家讨论得出。 （７）运用ＧＩＳ中的成本距离拓展分析模块，对 公路选线是公路路线设计的重要环节，合理的 线形设计对于提高车辆行驶的安全性、舒适性，以 及保证公路的技术水平和经济收益至关重要。在 实际设计过程中，应综合考虑地形、地质、自然环 境、成本预算、政治等因素，选择合适的公路选线设 计方法，科学的、定量的分析比选，找到最优的或者 说接近最优的方案，实现公路选线的最优设计 ． 参考文献： ［１］李红阳，王若檀．公路选线设训‘方法研究［Ｊ］．Ｔ 程建 设与设计，２０１２，（２）：１２２—１２４． ［２］李芬．基于ＧＩＳ的公路智能选线若Ｉ 问题研究［Ｄ］． 西安：长安大学，２００８． ［３］上登茂．新河高速公路选线设计关健技术研究［Ｉ）』． 成都：两南交通大学，２００６． 待建区域内的点到道路终点的成本距离进行分析， 本例中以道路终点为拓展的起点，其坐标为 ９４· ·
