“3S”技术在沙漠地区公路勘察设计方面的应用

韩娟

摘要：沙漠地区地形复杂，地质条件多变，沙害严重，公路设计区的地形、地质、沙害资料的获取非常必要。由于沙漠地区恶劣的环境条件，应用传统的方法难以实现，沙漠地区公路测设必须采用采取最新的技术手段，以最短的时间，经济而可实施的方法，获取所需的各种比例尺地形图获取沙漠地区地质条件和沙漠病害等资料，以确定最优的路线方案。本文论述在沙漠地区“3S”技术是快速、高质量完成任务的最佳途径。

关键词：地理信息系统（GIS）；全球定位系统（GPS）；遥感（RS）；沙漠地区；勘察设计

中图分类号：X734文献标识码： A 文章编号：

前言

地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）与遥感（RS）— 简称“3S”技术，是近年来随着计算机技术的迅速进步而发展起来的一门综合性高新技术。“3S”技术不是GPS、GIS、RS的简单结合，而是将其通过数据接口严格地、紧密地、系统地集成起来，使其成为一个大的对地观测、处理、分析、制图系统。“3S”技术的综合应用是一种充分利用各自的技术特点，快速准确而又经济地为人们提供所需要的有关信息的新技术。

二、沙漠地区公路勘察设计的特殊性

沙漠地区通常交通不便，人烟稀少，气候恶劣，地貌标志不明显，极易迷失方向，且缺乏满足公路各测设阶段所需的各种比例尺的最新地形图。由于沙漠成因不同而引起不同性质的沙漠地形和地质条件，使得影响公路使用效果的病害复杂、多变。这决定了沙漠地区公路测设地质条件和沙漠病害资料获取的必要性。沙漠地区公路施工图设计阶段，路线中线测设及纵、横断面测设工作量十分繁重。应用常规方法进行勘察，不仅周期长，劳动条件艰苦、强度高，完不成急需要的工程地质调绘图件，而且很难准确填绘工程地质图，不能保证图件质量。

沙漠地区地形复杂多变，地貌形态差别很大，沙漠区沙埋与风蚀问题严重。为了尽量减少沙害对公路的破坏以及公路本身对沙漠地形的干扰和破坏，沙漠地区公路选线时要根据沙区地貌类型和沙丘移动的规律，尽量靠近材料产地及水源，尽可能利用有利地带，利用沙漠中的湖盆摊地及风蚀洼地，沿沙漠中的河流两岸和古河床布设线路或选在扇缘的固定、半固定沙丘地带通过，绕避严重流沙带，而选择沙害较轻的地段、沙丘的迎风坡坡角或下部通过。沙漠公路选线过程中应对沙源、气象资料、地形地貌、生态环境等进行充分调查分析，综合考虑线形和沙害、景观、地貌特征、公路等级，结合不同的沙漠类型和公路工程的特点，最终确定有利于风沙流顺畅通过的路线线位和线形。

线形设计时应以顺应自然地形为主，根据风沙地貌特点、风沙运动特征、风向、风力、路线与风向的关系，综合考虑路线线位、平纵横线形计及路基填土高度。沙漠公路干扰小，车速快，为保持良好视距，保证交通安全， 防止或减少积沙，应尽量采用直线和大半径平曲线和竖曲线，特别是凸型竖曲线。平面线形要平顺、多设直线少设曲线，平曲线容易产生近地表气流波动，而出现积沙现象，应尽量少设，必须设时，尽量以弧面迎向主风向（凸型）为好，另外导线的偏角不宜过大，平曲线半径则尽量大为宜。沙漠地区路线纵断面应按照少挖多填的原则，顺应自然地形布设，但尽量减少大起大伏，坡长也不宜过短。

三、沙漠地区公路勘察设计中应重点解决的技术问题

1、沙漠地区公路测设的特殊性及应用传统测设方法的局限性

沙漠地区地形复杂，地质条件多变，沙害严重，公路设计区的地形、地质、沙害资料的获取非常必要。由于沙漠地区恶劣的环境条件，应用传统的方法难以实现。沙漠地区公路测设必须采用采取最新的技术手段，以最短的时间，经济而可实施的方法，获取所需的各种比例尺地形图获取沙漠地区地质条件和沙漠病害等资料，以确定最优的路线方案，沙漠地区公路施工图设计阶段，路线中线测设及纵、横断面测设，若采用传统的测设方法，工作量十分繁重，测设周期长，效率低，所以沙漠地区公路路线中线、纵断面，及横断面测设必须采用现代测量技术和设计技术。

2、“3S”技术漠地区公路测设中应解决的主要技术问题

·测量沙漠地区大比例尺地形图可采用RTK技术进行碎部测量，若能够收集有关地形、地质资料，可经过数字扫描仪对地形图矢量化，再转化为栅格结构GIS，亦可直接生成三维地形模拟。

·发挥遥感与GPS技术优势，采用遥感数学图像增强处理及影像图编制技术，极大提高工程地质解译成图的速度和质量，以获取满足沙漠地区公路测设的地形信息；

·采用遥感地质解释标志和地质解释技术，尤其在沙漠区难以通行的地段，通过GPS的准确定位，可以满足1：10000工程地质调绘的要求，测量各种地质要素的数据，地质边界准确，验证地质解译预测到的活动半活动沙丘、固定沙丘的分布及分布方向，以获得路线评价所需的沙漠地质条件和沙漠病害信息。

·在沙漠地区公路施工图设计阶段，当路线的方案在可行性研究或初步设计中确定后，在路线的走廊带可布设GPS控制网，最后在野外选点并按GPS静态测量的作业模式进行外业观测，外业结束后进行内业处理，内业处理全过程均由计算机自动完成处理。沙漠地区公路路线平、纵、横设计完成后，然后将中线逐桩坐标数据通过计算机输入GPS接收机，采用RTK技术放样路线中线，并检验，复核路线的平、纵、横数据并进行必要的修改。

·采用RS和GPS与GIS之间数据交换技术，建立以GIS为空间数据整理和分析平台的公路数字化地理信息系统，从而实现沙漠地区公路测设的现代化。

四、“3S”技术在沙漠地区公路勘察设计方面的应用

1. “3S”技术在沙漠地区公路工程可行性研究中的应用

公路工程可行性研究的主要内容包括①市场分析：主要研究拟建道路的必要性；②技术分析：研究项目实施的可能性；③财务分析：从微观角度分析拟建项目建成后的盈利水平；④经济评价：从宏观角度评价拟建项目对国民经济发展起的作用。“3S”技术在沙漠地区公路工程可行性研究阶段的应用主要包括公路路线选线或路线规划两方面的应用。

其应用程序见图1；

图1沙漠地区公路工程可行性研究程序框图

2. “3S”技术在沙漠地区公路初步设计阶段的应用

初步设计应根据批准的可行性研究的要求和初步资料，拟定修建原则，选定设计方案，计算主要工程量，提出施工方案的一件，编制设计概算，提供文字说明及图表资料。“3S”技术在沙漠地区公路初步设计阶段的应用程序见图2。

图2沙漠地区公路初步设计程序框图

3. “3S”技术在沙漠地区公路施工图设计阶段的应用

施工图设计应根据批准的初步设计和定测资料，进一步对所审定的修建原则、设计方案、技术决定加以具体和深化，最终确定工程量，提出文字说明和适应施工需要的图表资料以及施工组织计划，编制施工图概算。

“3S”技术在沙漠公路施工图设计中的应用程序见图2。

图3沙漠地区公路施工图设计程序框图

4. 应用工程实例介绍

近年来，陕西省院应用遥感地质、GPS、GIS综合技术开展工程地质调绘工作取得了令人鼓舞的成果。陕西省公路勘察设计院曾将“3S”技术应用在毛乌素沙漠东南部边缘地带的榆（林）靖（边）高速公路勘察设计工作中。他们应用遥感科研成果，于1999年3月～5月对榆（林）靖（边）沙漠区高速公路设计路线进行了首次大规模（正线117公里、比较线和连接线32.5公里，合计149.5公里）的工程地质调绘生产应用工作。榆靖线路区80%以上是复杂的沙丘分布区，其中活动沙丘占40%以上，沙害严重。由于交通不便，人烟稀少，按常规方法不但不能按要求在短期内完成1：10000工程地质调绘成图任务，而且沙丘区地形复杂，地貌标志不明显，极易迷失方向，难以保证调绘质量。 实践证明，应用“3S”技术是快速、高质量完成任务的最佳途径。“3S”科研成果在快速优质完成榆靖公路调绘中发挥了关键作用，全面并超额完成了各项任务。

五、结论

1、遥感、地理信息系统与全球定位系统及计算机信息处理技术的发展，为沙漠区公路勘察设计提供了全新高效的方法和信息源。“3S”技术在公路方案规划、道路选线、不良地质调查、路线中桩放样工作的应用，尤其能够全面掌握公路规划区的环境地貌与地质构造要素，提高公路规划决策水平，不但可加快了工作速度，而且能提高了质量，有非常高的经济效益和社会效益。2、应用遥感信息在识别沙漠地质地貌特征、优化选线方面有其他方法难以达到的优点，其宏观真实性、实时性、信息丰富性、具有一定透视性的特点可以给我们许多规律性的认识，从而指导我们更好的进行路线的选线定位工作，提高选线的质量和水平。同时，应用GPS技术可以大大提高调绘速度和定位精度。今后应坚持开展航天航空综合遥感技术在公路工程地质调绘选线及勘察设计中的应用，可以全面提高路线方案质量和水平。

3、当代沙漠公路的快速发展及生态环境的不断恶化，促使人类注重对环境质量的改善。要搞好现代高速公路的设计优化，提高环境质量，必须大力发展“3S”技术。而只有通过“3S”技术与常规勘察设计技术的紧密结合，才能使公路勘察设计实现快速优化成为可能。大力推广“3S”技术在公路建设中的普及应用，有利于加快科技进步，提高人类利用、改造、美化环境的水平，对促进整个人类的进步具有重要意义。我国政府十分重视“3S”技术的发展应用，作为最重要的关键高新技术之一列入国家发展计划。1999年10月中国已经成功发射了资源遥感卫星，为加速推广“3S”技术的应用创造了良好的条件。我们相信，随着遥感、地理信息系统、全球定位系统以及计算机信息技术的进一步发展普及，将对人类公路交通建设事业起到更大的促进作用，国家与整个世界的高速公路的网络化与信息高速公路的网络化远景得到更快的实现。

参考文献：1. 陈晓光，罗俊宝，张生辉. 沙漠地区公路建设成套技术.北京：人民交通出版社，2006.

彭世古.沙漠地区公路设计、施工与环保养护.北京：人民交通出版社，2004.

3.新疆交通科学研究院等. 沙漠地区公路建设成套技术论文集.北京：人民交通出版社，2006.

4.余小龙，陈宏斌.3S技术在公路勘察设计中的应用.华东公路，2007

作者简介：韩 娟（1980- ）女，河北衡水人，2003年毕业于河北工业大学交通工程专业，学士学位，工程师，主要从事道路和桥梁设计工作。