ＧＩＳ、ＲＳ技术在公路可行性研究中的应用

2009-01-09李培武

中国高新技术企业 2009年1期

摘要：文章介绍了在测绘基础资料不全、通行困难的高原和沙漠等地形图空白区，进行工程可行性研究，GIS和RS技术对合理确定路线方案的重要性。

关键词：GIS、RS技术；公路建设；可行性研究；基础测绘

中图分类号：U412.2 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2009）01-0139-02

新疆地域广阔，地形特点是山脉与盆地相间排列，盆地被高山环抱，总的轮廓呈“三山夹两盆”的地貌格局。既有高耸的山脉，又有低洼的盆地，广阔的沙漠，深切的河谷，地貌类型复杂多样。地质灾害类型很多，发生频繁，主要的地质灾害类型还有崩塌、碎落、滑坡、泥石流、地面塌陷、煤层自燃、湿陷性土、软弱土、冻土、沙害、盐渍土以及雪害、季节性洪水和大风等自然灾害。

一、基础测绘成果资料的现状

（一）控制点破坏严重

新疆国土面积为166万多平方公里，约占全国总面积的六分之一。空间定位的基础控制网大部分为上世纪60～70年代布设，由于自然风化和人为破坏，大部分基础控制点遭到不同程度的损坏，大大降低了使用功能。

（二）基础测绘资料欠缺

因新疆高山峻岭较多，沙漠辽阔，无人区分布广泛的特殊地理环境，使现有基础测绘成果资料覆盖率低，在工程建设中使用频率最高的1：1万和1：5万地形图的覆盖率低和成图范围更少，尚有很多地区为空白区，因通行及后勤保障困难，测图难度极大。

（三）已有资料陈旧

已有测绘成果资料因成图年代久远，现势性太差。近年来随着我国经济的迅速发展和人口的快速增长，城镇建设规模发展飞快，农林业用地的面积和布局也发生了巨大的变化。随着全球气候的急剧变化及人为因素的长期作用，河流、湖泊、森林及草原植被等生态环境发生了较大的改变。实际地貌、地物和城镇范围及地名与成果资料相差极大。

二、我区公路建设发展的现状

（一）主要公路已基本建成

国、省道主干线及省际通道、口岸公路已基本建成或前期工作已基本完成，部分路段有待择机进行升级改造。

（二）通县油路建设很快

通过十五、十一五期间公路建设的快速发展，通县油路建设工作已基本完成，通村油路建设工作正在逐步推进。

（三）公路建设进入困难地区

困难山区的国边防公路及无人区的矿区公路建设进入建设阶段。

三、传统的公路方案选择存在的问题

公路建设项目可行性研究是公路建设项目前期工作的重要组成部分，是对项目建设的必要性、技术可行性、经济合理性和实施可能性进行综合性研究的工作，是建设项目立项、决策的主要依据。

公路可行性研究中路线方案的比选极其重要，而线路长短、过境段的线位、不良工程地质地段的绕避、特殊困难山区路段的穿越位置、占用农田、草场及林地、拆迁房屋和矿产资源压覆等问题又是影响路线方案选择的重要因素。传统的地形图纸上定线，由于受我区已有基础测绘成果资料现状的制约，路线方案的合理确定非常困难。即使对纸上初定的路线方案进行实地的修正，因受通行条件和视野的局限，宏观性较差，难于统筹兼顾，只能对局部方案进行优化，致使确定的路线总体方案出现偏差。要做到路线方案的总体合理，需进行反复的实地核对及调整，外业耗费时间长、资金多。基础测绘资料空白的高原山区等困难地区路线方案比选更加困难。

四、GIS、RS技术在公路可行性研究中的作用

（一）GIS、RS技术的含义

GIS是地理信息系统的总称，它包含了卫星影像资料、航空摄影资料、地名资料和地面GPS三维控制资料等内容。RS是遥感系统的总称，它包含了影像资料的判译、融合技术。

（二）GIS、RS技术的工作原理

解译步骤包括解译前的准备工作、建立解译标志、室内解译、野外验证等。

解译前准备工作：选定作为解译用的基础影像，并且搜集与图象解译内容有关的各种图件资料和文字资料，熟悉解译地区的基本情况，并制订解译工作计划。

建立解译标志：首先在室内通过对卫星图像的分析研究，确定野外考察的典型路线和典型地段，然后通过卫星图像的野外实地对照、验证，从而建立各种地物目标在图像上的解译标志。卫星图像的目视解译标志，主要有图像的色调、形态、组合特征等。

室内解译：首先对具体解译区域进行宏观分析，建立总的概念，然后再根据解译标志，进行专题内容的识别与分析。

野外验证：在解译工作完成之后，为保证解译结果的准确性，必须通过野外抽样调查，对解译中的疑点做进一步核实，并对解译完成的专题影像草图加以修改和完善，并初选路线方案。

应用RS技术对初选路线方案走廊带的地貌单元、地层岩性、地质构造、不良地质和特殊地质现象等工程地质条件进行解译。使路线选择尽量避开有活动断裂带、大型采空区、不良地质（如软土、盐渍土、膨胀土、多年冻土等）、滑坡、雪崩、泥石流等地质灾害发生频繁的区域。利用遥感数据提供的大范围不同比例尺的三维空间可视化数字地图（包含了地形、地貌、地物、地质、水系、灾害、环境等的大量信息），进行占地、拆迁、筑路材料和生态环境等的调查和评价。在路线选择时尽量避开农田、自然保护区、水资源保护区、文物及遗址保护区、高压输电线路、地下油气及输水管道、大面积绿地、居民区、大型蓄洪区及水库等，尽量减少征地拆迁。

利用遥感技术成图精度均匀，具有位置准确和视野开阔的特点，综合考虑走廊带的社会、经济、地形、地貌、地质、气候、交通等诸多因素，建立的数学模型、全面的进行分析，客观的进行公路路线的多方案比选，合理选定路线方案。

数字卫星影像数据、卫星影像图、DEM数据、解译的信息的精度达到1：5万地形图的数学精度和几何精度，满足了公路可行性研究的要求。

（三）GIS、RS技术的优点

公路路线属于地表线形地物，延伸距离远，跨越的地物、地貌单元和各种地质类型多。项目区域的宏观地质环境及微观地质结构对公路建设前期工作中路线方案的选定尤为重要。工程地质遥感技术是近年来引入工程建设前期工作中用于判断和识别项目区域工程宏观地质环境的重要辅助技术手段，此技术是基于卫星影像资料通过波段合成及热成像技术的不断发展而得到广泛应用的。通过对精度卫星影像片采用不同波段的技术合成数据和色彩显示及影像片直观反映的项目区域的地表状况对比分析判译，再利用已有的项目区域的工程地质图等技术资料，初步确定项目区域的宏观地质环境。对区域内的断裂带、采空区、盐渍土的分布区域、碎落崩塌、泥石流、故河床和湖泊的沉积情况、地质拗陷及漏斗、冰川分布、雪崩和山洪的分布及运动趋势、沙漠的分布及移动趋势均可进行初步的大范围的揭示。克服目前传统的采用技术人员现场踏勘，因经费和通行环境、人的自身条件和时间因素而使得项目区域地质环境调查范围小，不全面而造成的路线方案选定出现局限性，也避免了传统方法即费时又费力的缺点。

在项目区域地质环境初步了解的前提下，初步进行工程地质选线，绕避不良的工程地质地段和有重大工程地质病害的地段。根据卫星影像图所反映的不同地质病害的分布情况和类别，对初步确定的路线方案沿线进行有针对性的实地地质调查和勘探，通过微观的调查资料与宏观的地质判译资料的对比分析和纠正，确定项目区域的总体工程地质条件。充分利用卫星影像图范围广的特点，提高工程技术人员合理选择路线方案的视野，确定合理的推荐路线方案。

任何地质灾害发生都会在地貌上留下变形迹象。利用彩红外像片，根据形体光谱（色调），影纹和几何形态特征，进行判别和圈定其边界范围。识别灾害类型，并通过收集阅读已有资料和少量实地典型公路段的考察，建立地质灾害判译标志，为工程可行性研究提供宝贵信息。

结合地貌分类、构造、岩性等遥感解译，为公路可行性研究提供工程地质资料，对重点地区进行不良灾害性地质解译，结合少许调查资料查验，解释出不良工程地质现象，如活动性冲沟，表面滑坡，沟谷性泥石流，古墓群，地下河，岩石等，进而在最终确定线路的比较分析中予以充分考虑。

GIS、RS技术在研究路线方案、评价路线工程地质条件、分析公路病害发生、征地拆迁、环境保护的宏观控制中较传统方法有显著的优势。GIS、RS技术在公路可行性研究中的应用优点可归纳为以下几个方面：

1．调查中能充分发挥多、快、好、省优势，以较少的投入和较短的外业期间内，高效查明工作区的工程地质条件，节省工程勘探投资。

2．遥感技术的宏观性强的特点适宜于大范围的公路路线方案优化选择。

3．采用遥感技术进行公路工程地质调查，易于发现常规地质调查难以发现的地质病害，如暗河、采空区、滑坡、溶洞和变迁河床。

4．适用于基础测绘资料欠缺，通行条件困难的高原和沙漠地区的路线方案比选。

5．因卫星影像资料具有现势性较强的特点，真实地反映了项目沿线的最新地貌、地物特征，可及时纠正因使用陈旧地形图纸上定线而产生的误差。

6．利用影像资料色彩鲜明的优势，准确区分绿洲、草原及林地的边界，为环保选线提供可靠依据。

7．利用不同时段的卫星影像资料进行对比，可以清晰的反映出流动性沙漠的迁移趋势和速度，为合理选定路线位置提供依据。

8．利用地理空间数据，可以实现道路线形及全景透视图的三维仿真模拟，用来检查路线平、纵设计的合理性，从而提高路线的设计质量。

因此，GIS、RS技术在公路可行性研究中可以很大程度地避免传统纸上定线的缺陷，能够较好地解决公路中存在的上述问题。尤其是高原山区、荒漠无人地区等无基础地理资料的困难地区具有常规方法所无法比拟的优势。