GIS技术在道路选线中的应用_曹健

1、第 28卷第 6期测绘与空间地理信息V o .l 28, N o. 62005年 12月GEOMATICS & SPATIAL INFORMATION TECHNOLOGYD ec. , 2005G IS技术在道路选线中的应用曹健, 何东坡, 王森岭(东北林业大学土木工程学院, 黑龙江哈尔滨 150040)摘 要: 针对传统道路选线方法所具有的精度不高、效率低下和绘图周期长等缺陷, 以及现行 CAD 技术不能解决线路比选等问题, 引入地理信息系统的有关理论、方法和技术分析手段, 利用 GeoStar系列软件, 对道路选线过程中所出现的若干问题进行分析研究, 从而提出一种全新的道路选线方法。关键

2、词: 地理信息系统; 道路选线; G eoStar系列软件中图分类号: P208文献标识码: B文章编号: 1672- 5867( 2005) 06 - 0103- 02The Application ofGIS in Road Line SelectionCAO J ian, H E Dong-po, WANG Sen-ling( Co llege of C iv il Eng inee ring, N o rtheast Fo restry U niversity, H arb in 150040, Ch ina)Abstrac t: The conventiona lm ethod o

3、f road line selection is low accuracy,low effic iency and slow ly m ap m aking.techno logy can no t so lve the prob lem s in the se lections o f ro ads.Based on G eog raph ic Info rma tion System ( G IS)T he curren t CAD and G eoStar seriessoftw are, the prob lem s ex isted in road se lec tion a re

4、analyzed and resea rched in th is pape .r K ey word s: G eographic In fo rm ation System; ro ad line selection; G eoStar ser ies so ftwa re0 引言传统的道路选线方法是选线人员通过收集和分析线路区域内有关设计资料, 在大比例尺地形图上选出几个可能的路线方案。然后在纸上定线的基础上, 选线人员到实地勘测, 经过反复比较确定一个较为经济、合理的路线方案。它在很大程度上取决于选线人员的实际经验和技术水平, 而且费时费力, 因此, 已不能满足现代公路设计的需要。1如

5、何改进道路选线的方法, 是本文讨论的主要问题,为此, 引入 G IS, 利用 GeoStar系列软件, 对道路选线过程中所出现的若干问题进行分析研究, 从而提出一种全新的道路选线方法。利用普遍采用的 CAD技术进行道路选线设计, 可以完成路线平、纵、横设计计算, 土石方计算和调配, 纵、横断面图绘制等任务。但对选线设计必须考虑的地质、水文、交通、环境、气象等数据则难以进行分析处理, 使得线路 CAD 系统主要是解决勘察设计过程中的计算、绘图、制表等确定性问题, 而线路设计方案生成、方案比选与优化功能不能很好地实现 2 。随着地理信息系统技术的发展以及空间信息软件平台的不断开发, 设计人员不但能

6、考虑传统的选线因素, 对于地质、水文等空间属性也能纳入考虑范围, 这不但从质量上还是效率上都得到了大大的提高。目前常用的空间软件有 A rcIn fo、M ap Info、Geo系列软件、T ITAN G IS等。1 G IS应用于公路选线地理信息系统是用各种现代化方法来采集、量测、分析、存储、管理、显示和应用与地理有关数据的一门综合性的科学技术。从地理信息系统的功能可以看出, 应用地理信息系统进行道路选线在技术上是可行的, 它为选线提供了 3维可视化的选线环境、多种空间数据结构分析及其转换功能、空间属性的查询与编辑等。1. 1G IS公路选线过程分析根据道路的设计功能和设计要求, 需要收集道

7、路沿线所有的基础资料, 包括: 沿线各类比例尺地形图、地质图、水文、气象、交通流量等。具备了这些基本资料之后,利用 G IS 功能对各种资料进行分类处理。1. 1. 1 图形、资料数字化数字化资料包括地形图、地质图、规划设计图、文字说明等多种信息资源。图形数字化过程中需要进行投影转换、坐标转换, 经过扫描、纠正、跟踪、附属性、建立拓扑关系等步骤, 最终形成各类数据文件。目前, 常用的数据格式有: T iff、A rc/ Info E00、A rc/ In fo C overage、M ap Info、DXF收稿日期: 2005- 09- 15作者简介: 曹健( 1981- ), 男, 东北林业

8、大学硕士研究生, 研究方向为 G IS在道路与铁道工程中的应用。104测绘与空间地理信息2005年等。在地形图进行数字化的过程中, 需对各类影响线路的空间要素进行分层空间数据管理, 为以后的空间分析做好准备。沿线主要的空间数据层有: 地形层、地质图层、城市层、乡村层、植被层、沿线水系层、水利设施层、铁路层等。对空间数据层的分类应尽可能地详细, 避免遗漏。同时 , 使用的资料应为最新资料, 保证空间数据的时效性及其准确性。比如, 在线路的设计阶段, 应采用较大比例尺的地形图进行数字化, 这样就能在一定范围内调整路线,同时能更精确地计算开挖方量和填方量。其他各数据层的空间数据, 也要根据道路选线的

9、不同阶段高效地进行采集3 。1. 1. 2 地理数据的空间分析根据道路的设计标准和使用要求, 利用 G eoS tar软件对各类数据文件进行分析是采用地理信息系统进行道路选线的核心。GeoStar软件的空间分析功能主要有地形分析、缓冲分析、叠置分析、网络分析等, 这能帮助设计人员宏观地认识设计区域。在数据处理过程中, 应该尽可能地准确规范, 这对于以后建立数字地面模型 DEM、地面正射影像图 DOM 等数据具有重要作用。1. 1. 3 建立数字地面模型 DEM数字地面模型可为道路选线提供直观图形并可以与 G IS 的空间分析结果进行叠加分析。同时可为今后的道路最佳路径分析、纵横断面设计、填挖方

10、量的计算提供快捷成果。1. 1. 4 叠加分析利用 G eoS tar 软件, 将矢量数据库、影像数据库和 DEM 数据库三库叠加, 生成 3 维景观再现。在计算机叠加分析的结果里, 确定道路控制点的桩号以及线路的大致走向, 接着根据设计规范和要求, 在 3维景观里进行路线设计, 确定道路变坡点位置、交点位置、坡度、曲线半径等要素, 这样设计人员能随时根据地形来进行设计, 非常方便。1. 1. 5 线路的比选根据要求一般设计二到三条线路, 然后利用 GeoStar 的空间分析功能进行比选, 考虑的因素主要有土地、水文、路线长度、地质条件、政治因素、经济状况、气象等。比方说, 在设计中, 道路应

11、尽量避免穿过农田、森林, 并且线路通过地段的地质水文状况应满足工程设计要求, 以此作为选线条件。此时可以从空间数据层中分别提取乡村层、植被层、地质层、沿线水系层的相应数据, 将它们的数据绘以不同颜色的图形, 根据选线人员给定的选线条件和范围分别与地形图形拓扑叠加, 此时在计算机上就可以分别显示出满足要求的范围。根据这些范围, 选线人员再进行综合修改, 重新制定设计条件, 在计算机上反复进行叠加拓扑分析获取最终结果。这种选线过程非常直观明了, 结果也可随时以图形、表格、数字的形式打印输出。由以上分析可以看出, 采用 G IS进行道路选线是一种有效的方法。当然地理信息系统在道路设计中的应用绝不止于此, 在道路的平、纵、横设计, 辅助设施设计等方面仍具有很大的应用空间, 这还需我们进一步地进行分析研究。1. 2G IS道路选线流程图如图 1所示。图 1GIS支持下的公路选线流程图F ig. 1H ighway s line selection flow chartunderG IS support2结 语从以上的分析可以得出结论: 应用 G IS进行道路选线具有较大的优势, 无论是对道路选线所用资料的管理还是对其选线成果的修改都是十分方便的, 这将极大地提高工作效率, 因此我们完全有理由相信, 随着理论水平的不断完善, 道路工程中的路线设计采用 G IS进行是一种必然