GIS在公路路线设计中的应用

GIS在公路路线设计中的应用

李伟

滨州市公路勘察设计院有限公司 山东滨州 256600

摘要：公路路线设计的质量高低关乎到整条公路的通行效能高低，也会影响到公路通行车辆的安全稳定性与通畅性。我国对于GIS技术的深入研究，是解决公路路线设计问题的主要支持技术。本文就GIS技术在我国公路路线设计中的应用入手，重点介绍GIS技术在公路选线、平面设计、纵断面设计、横断面设计以及其他方面等设计领域的应用，进而提高有关工作人员对GIS技术应用的认识，优化工作原则与设计质量。

关键词：公路选线；平面设计；纵断面设计；横断面设计

引言

公路路线设计，是城市道路工程中的基础工作。将GIS技术融入公路路线设计环节，可以提高公路路线设计效率，控制该环节人力及物力损耗。因此，本文基于某公路工程案例，以及公路路线设计中GIS技术应用价值，对GIS技术在公路纵面、横截面、平面等路线设计工作中的应用展开分析。借此优化公路路线设计方案，保障公路工程建设水平。

1GIS技术的简要说明

随着我国对地理学的深入研究，GIS在地理学以及其他延伸领域的应用作用越来越大，逐渐成为了我国处理我国资源资料、环境数据的信息系统。GIS技术的工作原理便是利用计算机的硬件软件，并将所覆盖部分的数据经过计算机分析处理后汇成的完整数据空间，以便于有关人员借用并做后续处理。GIS技术的应用有利于提升我国对地理信息进行分析管理的水平与能力。GIS，又名地理信息系统，由GIS操作人员、计算机硬件、计算机软件、数据、处理过程五大核心领域组成。GIS的操作人员可以说是GIS技术应用的核心，可操控计算机处理各地收集来的数据信息，并做好分析工作后并入数据库进行统一管理，有利于优化地理信息系统的总体性能。而计算机硬件软件的功能就在于对数据空间的绘制与储存上，GIS技术应用的过程中能够对地理信息进行全面的概述与分析，提高所应用领域的工作效率。

2公路路线的设计原则

2.1以曲线为主的定线原则

公路路线主要分为曲线和直线这两种形式，将公路设计成直线路线，能缩短设计工作的时间，确定明确的方向，但会影响驾驶员的驾驶行为，易使驾驶员产生疲惫心理，超速行驶甚至产生严重的交通事故，因此，设计人员在设计路线时不能设计较长的直线路线；设计人员应以曲线线路为主，它不仅能有效适应山区地形的变化，还能圆滑地将前后线进行连接。

2.2保护耕地的原则

现阶段，我国很多公路的建设目的都是为了方便人们的生产生活，因此，很多公路都在居民区附近，很多耕地、居民住宅就会被占用。耕地是很多农民赖以生存的重要资源，一旦耕地资源遭到破坏，不仅会使农民减产减收，失去重要的经济来源，还会进一步威胁我国的耕地资源，使“耕地红线”进一步减少。因此，设计人员要科学、合理地设计公路路线，尽量减少或避免设计过程中占用耕地资源。

2.3保护沿线自然环境的原则

设计人员在设计公路路线时，要尊重自然规律，人与自然和谐相处，最大限度地减少公路工程建设、施工对周边地区生态环境的影响，尽量按照当地的地形、地质条件和自然环境设计公路路线。

3公路路线设计中GIS技术的应用

3.1公路选线

由于社会、经济、技术等因素，会影响公路选线结果。所以在公路路线设计中，相关人员可利用GIS技术，建立选线影响因素分析模型。具体分析内容包括拟定路线、道路网、居民地、耕地、地形线，以及地址构造线与地下管线等内容。同时借助GIS技术对地理空间的梳理功能，生成公路选线空间模型，使施工人员全面掌握拟选路线的公路带状缓冲区内，路线占地面积、类型等信息。公路选线期间，施工方可基于GIS技术，对选线空间模型中属性数据展开研究，并根据公路选线要求，输出公路拟选路线断面图、纵面及平面线形图。另外，GIS技术，在公路路线设计中，需运用公路地质图、气象文件等多形式图像，在公路选线后，生成数字模型，为公路路线设计工作提供参考依据。而公路设计人员可在GIS系统中，结合数据模型，及时发现工程路线设计关键点，选定合理公路路线。

3.2平面设计

公路工程作为三维空间内的实体工程，该类工程中的路线主要指道路空间位置中部的路线平面，即公路水平方向的路线投影。公路平面设计中，其线性设计内容有直线、缓和曲线、垣曲线等。在当前时期，公路工程平面线形三要素，多由“角度为零→曲率为零→直线”“角度为变数→曲率为变数→缓和曲线”“角度为常数→曲率为常数→圆曲线”等基础线形组成。所以在公路路线平面设计中，需结合地区地形信息，在重复试算后，完成平面设计方案。而GIS技术，在公路路线平面设计工作中，可通过计算机系统，计算线形要素中的曲线及直线要素。

3.3地形分析

地形分析的目的是对地形环境进行认知，按照地形分析复杂程度，可将地形分析大致分成以下两类：第一类为对基本地形因子进行计算；第二类为对复杂地形进行分析。内容包括通视分析、地形特征参数提取、水系特征参数提取等，这些内容都与地形模型直接相关。在不同地形模型中，往往采用不同的分析方法，例如以规则格网为基础的地形分析和以TIN为基础的地形分析，以及以等高线为基础的地形分析，无论是数据处理还是算法都完全不同。

3.4三维分析

三维信息实际上是二维信息不断向立体的扩展，人们肉眼能够看到的地形和建筑，实际上都属于三维，是对现实世界最直观和准确的体现。在测绘过程中，地形图纸只是一个简单的平面，无法直观表达出真实世界对应的三维景观，只可以在测绘图上进行间接表达。例如用等高线对地形起伏进行描述，用层数表达建筑高度。而采用GIS后，能提供两种专用的模型用于描述三维信息，分别为数字地形模型和数字高程模型。其中，前者是对范围内地理空间数据进行描述的基本方法，可以为地理空间分析提供可靠的基础数据，而后者是建立不同地形模型的重要基础，根据数字高程模型能方便地获取地表上所有特征参数，其实际应用目前已经遍布整个地学领域。

3.5在横断面设计方面的应用

设计工作者进行横断面设计时，会将横向公里进行截面绘制，再结合司机情况进行结构性断面设计，进而保证公里边沟、边坡、路基的长度、高度、深度适宜公路的整体布局。就整体的公路设计工作来看，横截面设计的工作较为复杂，耗时相对较长，需要工作人员对数据进行反复勘测绘制。这时，利用GIS技术进行辅助勘测汇总、参与设计，就能极大的提高公路横截面设计的精准度与设计效率。其工作的原理是，将横截面的有关数据通过数字的方式输入到计算机中，再利用GIS技术中国的数据自动核算技术将平面及纵面设计汇入三维立体模型中。工作人员即可通过对各路段的模拟图与其他设计情况进行横断面的设计处理与计算分析。并且计算机会保留每一步的数据汇入过程、计算过程与修改过程，以便后期的修改与处理。

结语

综上所述，随着GIS技术在公路施工、设计中的广泛应用，我国公路工程建设取得较为明显的进步。路线设计作为公路工程的核心内容，其设计方案质量，影响着公路整体性能的完善。为此，相关人员需在公路路线设计中，将GIS技术用于公路横断面、平面设计中，用以计算各环节设计数据、建立路线模型，科学控制设计阶段的投入成本，保障公路工程路线设计的合理性。

参考文献

[1]李庆.GIS技术在公路路线设计中的实际应用与分析[J].四川水泥，2019（02）：111.

[2]徐瑞.公路路线设计中GIS的有效应用[J].四川水泥，2017（10）：81.