浅析GIS在公路路线设计中的应用

白明伟

摘 要：公路线路设计包括选线及平纵横设计。公路线路设计需要从全局入手，进行综合的考量，进而选出最为合理的公路线路。基于地理信息系统，文章对公路选线及其他方面的应用进行了分析。

关键词：地理信息；系统公路；路线设计；公路规划

交通运输作为现代文明建设的重要标准，现代公路在生产运输及人们的日常生活中都发挥着重要作用。公路线路设计作为公路建设项目之中较为重要的部分，对公路使用的质量以及工程技术的经济性都有着直接的影响，而且对公路在整个公路网中作用的发挥有一定的影响，对施工、养护、运营及公路扩建都有着重要的意义。

1 GIS的定义

地理信息系统（Geographic Information System或Geo-Information system，简称GIS）是计算机科学、测量学、地图学等多个学科的交叉，是一种特定的空间信息系统。基于地理空间数据，将计算机软件及硬件系统作为支持，对空间中有关地理分布数据进行相应的采集、分析、储存、运算、管理、描述及显示的技术系统。

随着我国公路项目发展的不断深入，公路设施俨然已经成为重点基础设施之一，车流运行量也呈现逐年递增的趋势。为了保证设计的合理性，设计数据也是愈来愈繁琐，GIS可以对数据进行准确的分析，进而促进公路的科学化、现代化及智能化。

2 公路选线中GIS的应用

GIS不单单是图库管理系统，其对空间的分析才是主要功能。GIS不单是图库管理系统，更重要的作用是对数据的分析能力，多种空间分析功能可以为设计人员提供大量的数据对比依据，从而有利于公路线路的选取。对空间进行系统的分析有利于用户掌握整体情况，有利于线路设计人员从宏观角度上掌握世界，通过使用科学的方式来作出正确决策。

GIS进行选路的基础是将众多的数据作为根本依据，GIS能够自动生成数字地形模型（DTM），有利于设计人员对整个沿线地区进行宏观的认识，从而对影响线路选择因素进行细致的剖析。将公路设计的要求作为基础，对控制点进行合理的设立，通过人机交换的方式选择最为合理的公路线路，并将最后的形态展现DTM上。以GIS作为支持的公路选线流程如图1所示。

图1 GIS支持的公路选线流程

3 公路线路平面设计中GIS的应用

一般情况下，公路平面线形由直线、圆曲线以及缓和曲线构成。可根据设计车速速v、横向力系数μ、超高率i，用公式R=v2/（127*（μ+i））对圆曲线半径R进行计算。可设置μ、i作为设计的最大数值，通过计算，圆曲线半径R为最小值，此数值为公路上圆曲线最小半径。在地形条件允许的情况下，公路设计尽最大可能选取较大曲线半径，在特定的、相对困难的情况下才考虑最小半径的使用，以此保证线路选取的合理性。

在直线与圆曲线间设立正确的缓和曲线，可以达到公路曲线设计与汽车行驶时的重心轨迹相符合的要求，为了保证车辆行驶的物力特性，通常利用回旋线的形式进行相应的设计工作。在两条直线线段的转角，缓和曲线长度，紧接圆曲线的半径确定后，缓和曲线各要素（图2所示），依据相应的计算公式能够进行计算。就传统的设计方法来说，用在平面设计上的时间较长，运用GIS技术，加之计算机技术的辅助，能够对曲线要素进行快速的计算，并能直观的显示于电脑显示器上，以此方便设计人员进行观察。此外，还能够提供平面方案所对应横、纵断面的具体信息，并且能够输出线略图，还可显示或输出多组参数下的图案，便于设计人员分析、对比，以保证选定为最佳。

图2 缓和曲线要素

4 公路线路设计中GIS的应用

目前我国公路设计中GIS的在各个领域中的应用愈加广泛，我国的基础设施建设之中，公路作为不可或缺的一部分，在日常的使用过程中出现磨损及破坏是不可避免的，导致道路运营费用及维修的费用随使用的时间而增加。GIS技术在公路设计中的合理应用，能够对公路状况的信息进行准确采集，通过科学合理分析之后，对公路未来的路面性能进行预测，从而使设计更为规范化、合理化。GIS技术的有效利用能够对公路周围的实际情况进行全面、及时的掌握，通过现代高科技动态技术手段的辅助，能够对道路属性实现组合查询。通过采集信息质量的等级，对数据进行分析及定义，以此来适应项目级与网络级数据的要求，很大程度避免了数据重复收集情况的出现。

公路初设引进了GIS技术，在实际的应用中取得了一定的成绩，GIS技术可以精准提取公路选线因素相应的影响属性，通过层次分析法可以很好中和公路选线中的诸多因素，从而进行客观的分析及评价，提供给公路选线人员最为直观的结果。随着GIS技术自身的不断发展及扩展，GIS开发了更为专业的软件平台，对于我国公路建设项目而言，无疑能够提供更为有力的技术支持，使我国公路建设能够从规划到最后运营管理融为一体。公路走向是由控制点连线而成，利用数字高程模型能够自动生成公路平面设计图，进而生成地形的纵剖图，横断面设计图随后生成，高程模型还能对施工中的材料使用量进行计算，最后将土方数量表呈现与设计人员面前。

5 结束语

随着地理信息系统技术的普遍应用，公路工程项目中地理信息系统（GIS）技术应用更为广泛，同时进一步研发及推广了GIS技术在公路项目中各个方面的具体应用，提升了公路线路设计方案的科学性、合理性及规范性，很大程度上提升公路建设与管理的经济效益及环境效益，进而推动我国公路工程管理模式的深入发展。

参考文献

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