公路路线设计中GIS技术的应用分析

郭睿

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。

一、引言

公路路线设计期间，GIS技术的应用，是借助自身操作、处理、地形分析等功能，高效计算公路路线中的地理数据，为公路最优设计方案的确定打好基础。其在路线设计中的运用，对公路选线、方案改进意义重大。因此，本文对公路路线设计中GIS技术的具体应用做出简单阐述，以明确GIS在公路路线设计中的实践要点。

二、工程概况

某公路工程，属于该地区东西走向中的主干道，该工程在施工建设中，采用设计速度为150km/h的技术标准，路基宽度约为28m，公路总长53.1km。全程设有服务区两处、大桥8座、中小桥16座。该公路工程路线设计核心，在于解决地形障碍，并在各平面设计中，以公路平面设计为主。在此期间，为确保公路路线设计的科学性，以及地形障碍解决的有效性，施工方将GIS技术，用于路线设计中的平面、纵面、横断面设计中。借此利用该技术，获取该地区地形信息，科学调整路线设计内容。

三、公路路线设计中GIS技术应用价值

GIS技术，全称为“地理信息系统”，是以地理空间数据为核心，使用计算机系统，对地区空间数据的输出、存储、整合、分析。可用于管理地理位置信息，并借助电子地图显示地理信息。该技术在应用中，是集成制图学、地理学、计算机、测量学等学科知识，发挥自身对空间数据的输出功能，解决现有空间问题。近些年，城市文明发展中，公路工程项目增多。但由于我国地形与地质条件的多样性、复杂性，难以利用传统公路工程技术，完成公路路线设计、管理等任务。而GIS技术在公路路线设计中，可准确、快速采集工程区域内地理图像，测绘、精确分析地形，指导公路工程建设。同时在公路工程施工中，相关人员可基于路线设计效果，有序开展工程后期维修作业。提高我国公路工程路线设计水平，推动公路工程建设。

四、公路路线设计中GIS技术的应用

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。

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。为设计人员提供更为全面的参考数据，使其能够制定最佳设计方案。例如，GIS技术，可用于计算公路平面线形信息中的“圆曲线横向力系数μ的取值”，确保车辆行驶过程中，不会出现横向滑移现象，一般取为控制值。除此之外，公路路线设计过程中，相关人员可通过设计路线方向、地理位置、沿线地图等信息，基于GIS技术，建立公路平面设计模型，拟定设计标准。

3.横断面设计

公路工程路线横断面设计，是使用具体数据，分析公路横截面结构，使设计人员在公路路线设计中，可进一步明确公路斜坡长度、侧槽轮廓，以及公路路基深度与高度。在公路路面整体设计中，横截面设计属于人力、时间投入较大的环节。但GIS技术，在该环节中的运用，可提高横截面设计效率，确保横截面设计的科学性。其应用步骤，主要体现在以下方面。其一，输入公路横截面相关数据，在GIS技术自主运算后，生成数据模型。横断面数据包括硬路肩、路缘带、分隔带、路基宽度等。其二，设计人员结合不同路段的横断面设计要求，在GIS系统中获取设计数据。其三，数据生成后，可在GIS系统主界面，根据横截面直观显示，详细检查横截面设计，并及时纠正不合理位置。

4.纵面设计

公路路线纵面设计，是对路线纵向设计的分析，旨在明确路线曲线半径、坡度、坡长。并针对斜率变化路段内，借助垂直曲线，减少斜率变化对纵面设计整体合理性的影响。其中，较为常用的方法为“二次抛物线”，相关人员可根据路线垂直曲线半径、斜坡倾斜角，建立纵断面设计模型后。应用GIS技术，分析公路路线纵面轮廓数据，比如外部距离、曲线程度等。同时在获取轮廓数据后，采用高程差值方法，获取公路路线的线性轮廓数据。与此同时，GIS技术可在提供线路纵向信息的基础上，节约纵断面设计工序。便于设计人员根据GIS技术所提供的变坡点、曲线半径值等数据，拟定初步纵向设计方案。同时在路线纵面设计数据对比、分析，设计图纸绘制中，优化路线设计方案。

再者，GIS技术在公路路线设计基础时期，可快速更换工程区域内地理坐标、里程站，定位公路位置，提高公路路线设计的准确性。并且GIS技术，可有效解决公路路线链条断裂问题，定位、记录周边路程站与道路长度。或是在公路施工中，合理计算工程量，以及工程项目中的土方工程量。有利于提高公路路线设计效率，完善公路工程建设体系，对我国公路建设事业的进步与发展意义重大。

五、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。