浅谈GIS在公路选线定线中的应用
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摘 要： 分析了传统公路选定线方法中的技术局限性及对公路选定线方法技术支持的广泛性介绍了一个成功应用事例。
关键词：公路选线 定线 软件介绍
导言
公路是一种带状的三维空间结构物,其设计工作包括平面、纵断面和横断面三个方面的设计。公路设计中的选线、定线是在综合考虑这三方面基本要求的前提下,根据公路等级,合理运用地形,正确采用技术标准,将道路中心线位置具体落实到地面上。具体方法有纸上定线、实地定线和航测定线等。高等级公路通常采用在大比例尺地形图上纸上定线的方法。
路线方案设计是公路设计中最关键的一环,常要涉及人、车、路和环境几方面要求,其合理与否不但直接关系到工程投资和工程质量,运输效率,而且要影响到路线在公路网中是否起到应有的作用,即满足国家政治、经济,国防要求和长远利益。选择路线基本走向时,应根据指定的路线总方向,考虑公路等级及其在公路网中的作用 ,并结合铁道、航道、管道等的布局和周围城镇、厂矿企业、资源状况、以及水文、气象、地质等自然条件进行方案比选,作到经济、安全可行。同时在工程量增加不大的情况下,尽量采用各项高技术指标,以使行车安全,乘客舒适并注意使路线与周围的环境、自然景观相协调。而所有这些影响因素往往是既相互联系又相互排斥,想做到全面兼顾,比较困难且工作量很大。规划人员利用GIS对交通流量、土地利用和人口数据进行分析,预测将来的道路等级。工程技术人员利用把地质、水文和人文数据结合起来 ,进行路线和构造设计。另外非常擅长分析新建道路对环境和经济文化的影响。使用二次开发工具,能够快速建立适合于交通规划、设计和管理部门使用的各种应用软件,利用软件工具可进行数据录入、管理、显示和分析,解决所面临的各种实际问题。近几年来，已在交通规划、综合运输、公共交通等方面有了广泛的应用 ,有些已经取得了显著的经济效益和社会效益。
2公路选定线中的技术支持
GIS软件是建立、编辑、显示、查询和管理、图形数据库的强大工具,并且可对地理线性、网络进行空间分析,可以对公路线形设计起到以下辅助作用。
(1)灵活的地理线性数据模型
•结点拓扑关系,完美地表达了地理线性网络
•路径和区段完美超前的线性目标设计思想
•里程和其他路径表达方式
•非连续的、分支的和重叠的路径
•在一个地图文件中可存储多个路径系统 。
(2)复杂的空间分析能力
•线性特征的静态和动态分段
•线性数据叠加
•不同参照下线性数据相互转换
•最佳路径选择
•资源分配
•相邻和最近分析
随着地理信息系统的逐步发展和广泛应用,这种集计算机图形和属性数据库为一体,储存和处理空间信息的新技术在公路交通领域有了更深入地运用。它可把地理位置和相关属性有机结合起来,根据实际需要,真实准确、图文并茂地输出给用户,满足道路设计对空间信息的要求,借助其独有的空间分析功能和可视化表达,对公路设计进行各种辅助决策。本文只介绍为评价可行的路线走向设计方案而建立的一个集成化辅助工具,该辅助决策工具集成了边坡稳定性分析和路线辅助设计软件包,利用了作为系统引擎和接口,针对软件包进行代码编写而实现的。该软件考虑的影响因素虽不全面,但极具代表性。
3应用软件介绍
基于平台的路线走向辅助决策工具由平台模块、分析处理模块和评价模块三个主要模块组成。
平台模块实际上是一个包含了各种类型数据层图形特征和属性特征或者是相关特征的描述的地理信息数据库。是该系统进行路线走向方案辅助决策的基础,也是任何项目研究不可或缺的。它主要包括问题域的确定、所需数据层的确定、每一层代表何种类型的数据以及该类型数据代表何种属性数据、如何将这些属性数据进行编码组织。最后,还要将各种比例地图与基准地图的比例变换与投影变换信息添加到该数据库中去。
为一个指定区域建立地理信息数据库所需要的数铭层类型随着欲在此基础上所从事的分析和应用的不同而不同。文中所介绍的路线走向辅助决策系统,就包含内容广泛的信息,包括有行政区划图、现有路网分布、现存构造物、地表植被、土地利用情况、地形、地貌、工程地质和水文地质等。相同的GIS平台模块也适用于其他类型的应用,如自动选择可行的工程废弃物堆填处等。
由于进行路线走向方案决策时影响因素(评价指标)很多,因此创建分析处理模埠的工作非常复杂和烦琐。最终开发得到的分析处理模块的处理流程可分为七个步骤。用户仅需在GIS平台模块中定义好路线走向(利用鼠标或输人相应的坐标来交互式的定义一系列点)以后的分析处理过程由系统自动完成:包括自动调用相应 的支撑平台的功能和二次开发代码、无须用户干涉自动转到下一处理阶段、自动生成结果报表。整个分析处理如下所示:
1系统自动通过将给定路线走向方案分别与地质、土质数据进行空间叠加来识别给定路线走向处连续的地质、土质特征。
2利用适当的数字地面模型(DTM),和相应的道路几何断面自动进行填挖分析(AUTO-CIVIL)。
3通过将沿路线走向的填挖方情况与地质、土质数据层进行空间叠加分类后 自动的对从(AUTO-CIVIL)。中得到的数据进行定性的分析。
4打印沿路线走向所有横断面的填挖方图表。
5通过将地形数据与地质数据、土工数据进行空间叠加,由对每一个横断面进行边坡稳定性分析,计算其边坡稳定安全系数。并突出显示稳定性不满足要求的断面。
6针对那些边坡稳定安全系数不满足要求的断面自动生成描述性文件。
7生成总结报表。
该系统评价模块由几何线形控制、土工技术、环境影响和社区联系影响四部分组成。
几何线形控制方面:系统会自动求出路线总长,在纵断面上按路线纵坡对行车速度的不同影响分别计算出不同类型路段的累计长度,在平面上系统会自动求出半径小于某个特定值的平曲线的数量等,可用以评价几何线形是否满足设计车速需要。
环境影响评价方面:可以用沿公路两侧某特定距离内的居民数量作为公路上的车流所产生的噪声可能会对居民生活产生影响的噪声污染评价指标。也可以通过建立将排放量与车辆行驶速度、车辆类型、交通量等因素联系起来的模型来将关于空气质量方面的考虑加人到评价模块中去。
社区联系影响方面可用系统中生成 的公路用地、征地范围内被拆除的构造物的数量作为评价指标。
该决策辅助工具还可以在屏幕上或者是输出结果中高亮度显示针对上述各种评价指标来说存在问题的区域。设计人员可以借助于将这些图形化的定性评价结果与上述由系统生成的定量评价结果结合起来,进行路线走向方案比选以得到最优的方案。
结束语
本文分析了公路选、定线中的多因素影响以及GIS技术支持下的选、定线方法,并介绍一项基于GIS辅助决策平台进行选线方案比选的研究成果,进一步表明技术的利用比传统的公路选线定线设计方法更加客观、高效、准确和系统化。而随着目前交通建设规模不断扩大和交通管理设施日趋现代化, GIS技术将在交通建设和管理领域具有更广泛的运用前景。
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