论现代测绘技术在云南山区公路建设中应用1

龚振文　王庆

摘要：以云南大理至丽江高速公路为例，分析了云南山区地形地貌特点，论述现代测绘技术应用于公路工程规划设计管理的优越性，探讨了其在公路工程地质勘察和设计选线、施工测设技术与质量控制等方面的应用。而数字公路技术（“3S”集成技术）应用，可实现公路勘测设计一体化、智能化，信息化，使云南山区公路勘测设计水平全面提升。

关键词：现代测绘技术应用数字公路；山区公路建设

中图分类号：TB

文献标识码：A

文章编号：16723198（2014）05018502

1引言

云南大理至丽江高速公路是国家高速公路网横口杭州至瑞丽公路的主要组成部分，也是国道214线在云南境内的重要路段，是滇西北与滇南间的重要运输通道，是云南通边，进藏的重要通道，该项目主线起于大理洲大理市凤仪镇，经华营、海东、挖色、双廊、江尾、邓川、右所、洱源、王营、牛街、甸南、金华、剑川、九河、白汉场、拉市海，止于丽江黄山垭口西K197+000，建设里程259.81km（综合里程）。其中主线长191.77km，路基宽24.5米，设计时速查100公里/小时，项目地处云南省西北部，自然资源及文体资源十分丰富，气候十二分独特，路线主经地区以山地、平坝、河谷三种地形为主，地势西北高，东南低。沿线地质构造复杂，气候水文特征明显。该项目概算总投资亿元，是云南省迄今为止里程最长、投资最大的高速公路项目。

大丽高速公路桥隧比例为31%，桥隧投资比例占路基工程总投资的67%，全线共有435座桥梁及多处隧道，其中花椒箐隧道长4.398千米，是云南已建成的最长的高速公路隧道。大丽高速公路是云南省通往滇西、入川、进藏的重要战略通道，是连接大理、丽江风景名胜区的重要旅游通道。它的建成，对促进滇西北地区旅游业和经济社会的进一步发展，乃至加快云南省经济社会协调发展具有十分重要的作用。

云南是典型的多山省份，地貌由滇东高原与滇西纵谷形成基本骨架。地势由西北向东南倾斜，呈阶梯式递降。滇西北最高，海拔3000—4000m；滇中高原为第二梯层，海拔2000—2500m，山间盆地多在2000m以下；滇南各地为第三梯层，海拔在1200—1500m，山谷盆地在600-1000m。各层次内均有不同的山地与河谷相切，纵横交错，地形十分复杂。滇西北多高山，从西至东有高黎贡山、怒山、云岭山三大山系呈南北走向纵贯滇西，其间挟持有怒江、澜沧江、金沙江，形成著名的横断山纵谷地带；云南是一个山高谷深、地形地质复杂，山地面积占94%的典型的多山省份。应用测绘新技术在公路的工程规划设计、施工放样、变形观测能极大进行公路高效勘测设计工作。山区公路往往线路长，已知点却很少，且山区一般高差较大、地形复杂多样、雨雾天气多、通视条件差，因此在此类工程测量中，传统方法无法保证精度且费时费力（见图1）。

2公路测绘新技术

2.1数字公路

在公路工程规划、勘测、设计、施工、运营、养护中采用现代测绘新技术实现数据采集，设计，公路管理的一体化，集成化，数字化，把全站仪、GPS、遥感技术以及陀螺惯性测量和GIS技术集成，实现公路天空，地面一体化的三维空间测绘。把公路设计施工的要素，如地形、地质、气候、水文、植被、地物等用GIS技术进行三维虚拟，采集数据只是一次，数据可重复应用到选线设计、定线测量、土石方计算、工程造价、施工组织、运营管理等方面，使公路工程数据采集，处理，分析，规划，设计，设计图成果输出全套一体化，自动化，智能化。

2.2机载激光雷达技术应用在山区高速公路

机载激光雷达（LIDAR）技术是把激光、GPS、惯性导航系统的数据采集技术，可进行道路地形测量；能测绘道路数字正射影像图；能获得道路数字高程模型，能获得数字线划地形图，能获得道路线横断面图。

2.3基于3S技术的高速公路虚拟地理环境系统设计与实现

在云南山区高速公路的勘察设计、施工运营等各阶段工作中的特别要考虑环保要素。云南山区高差较大，山体滑坡，泥石流容易突发，而高速公路建设的挖方、填方、修筑隧道，都对地质环境造成严重破坏，影响道路景观，对公路正常车辆通行构成威胁。要建设一条兼顾交通、环保、生态等方面要求的高标准的山区高速公路，必须重视和加强地质环境工作，而基于遥感技术、地理信息系统和全球定位技术建设的虚拟地理环境系统可以在其中发挥巨大的辅助作用。虚拟地理环境是在网络环境下多用户共享三维环境，未来场景的预测、设计规划、协同工作和群体决策等。它不但要管理空间数据，而且要协调用户在地学虚拟环境中与空间数据库的交互，同时也是多种地学分析模型的集成环境。用虚拟地理环境技术可帮助在云南公路规划、设计、管理中全面协调公路工程与自然环境的和谐关系（见图2）。

2.4地面三维激光扫描技术在道路工程测绘中的应用

新建道路设计阶段需要测绘部门测绘设计线路的1/500或1/1000大比例尺地形图供设计单位使用，待施工中线确定后要测绘对应设计中线各桩点的横断面数据及中线纵断面数据。为解决传统测量方式数据采集信息单一、效率低、占用大量人力、体力劳动强度高、上路作业风险大等缺点，将三维激光扫描技术应用于道路工程测量，运用这项技术进行外业数据采集，并通过点云处理，进行平面虚拟测量、DEM建模、等高线、纵横断面等模型生成的过程。虽然操作简单方便，易于上手，但因为测量精度低、采点密度不高，在一些要求精度高、对地物地貌要求高的工程中就显得力不从心。

2.5利用网络技术的发展建立分布式的RGIS的数据库

对于公路勘测设计而言，基于WebGIS的公路勘测设计一体化系统分为两部分.各设计人员通过WebGIS服务器实现数据共享；进行数据的传递，提高工作效率。同时也解决了RGIS在公路勘测设计中应用的数据问题。

3现代测绘技术在公路工程的应用

3.1数字公路应用

数字公路是应用3S技术，借助计算机及网络技术，把公路相关数据信息化、数字化，实现公路从规划、勘测、设计到施工、运营等各环节上的数字化管理。

（1）可行性研究和初步设计阶段。

云南拟建公路沿线的地形图测绘，由于多数地段山高、森林多，常规的大比例尺测图很难完成。应采用摄制测量与遥感技术可高效完成公路地形图草图测绘，在了解沿线的地形、地貌、植被、土地、水体情况，了解特大桥或隧道工程位置、地质灾害常发生地段，为多方案比选提供依据。

（2）勘测设计阶段。

在云南省问题特别严重。云南交通不便、山高、耗时长、3S技术特别能发挥巨大作用，如布设公路带状GPS控制网工效提高了几十倍，GPS也可进行定线、中桩、横断面测量，GPSRTK能实时得到所需点的3维坐标。遥感技术可获得公路沿线地形、地质、形态等信息，应用GIS技术能进行仿真优化设计，进行方案比选，确定最佳路线方案，节省资金，缩短工期。（见图3）

（3）工程施工阶段。

云南公路施工主要是放样中线、边线、边坡和填挖土石方量等工作，数字公路在施工控制方面，运用GPSRTK，保证质量，提高工效。在公路大桥运用GPS布设平面控制网进行动态实时控制，保证了特大桥施工的质量。应用动态GPS（RTK）技术在野外实时定位放样，放出中线和边桩。运用GPS、全站仪，GIS能快速，完成路线填挖土石方量的计算。

（4）运营管理。

利用3S技术能实时获取，显示云南的国道、省道及县乡道路分布，路网信息、路况信息、桥梁信息、附属设施信息及沿线管养机构及人员信息。可进行智能交通管理，在线监测路况，真正实现公路运营管理现代化、科学化。

3.2现代化隧道测量系统应用

该隧道测量功能直接装载在全站仪内，功能强大、操作简便。可以解决各种平曲线、各种轮廓的隧道施工测量问题，其功能模块应用于隧道施工测量的各个环节中。能应用于隧道施工的各个阶段：开挖断面轮廓线放样，全自动断面测量及分析，隧道超欠挖实时检测及激光标示，喷锚层厚度的测定，隧道中边桩放样，围岩变形测量，工程方量计算，腰线及轴线放样，钢架安装净空、衬砌台车检校，隧道附属设施放样与检测，路基坡面、路面放样与检测，开坡线、坡脚线放样，桥墩台中心、四角特征点放样。可以解决所有复合型平曲线、竖曲线；可以解决各种轮廓形状的隧道；所有设计数据可一次性全部输入，解算时程序自动分析、调用；集成了超欠挖随机检测、开挖轮廓线放样、横断面测量、围岩收敛测量、隧道中线放样及数据分析处理等多个功能模块，完全可以解决隧道施工中的各种测量、放样问题。内业工作简单化，外业操作简便、系统稳定，速度快、精度高，既可减轻测量人员野外工作强度，也可加快施工进度。施工过程控制更准确，有效提高了施工质量；施工测量更快捷迅速加快了工程施工进度；减少了测量作业人员投入，有效地控制了超欠挖，降低了施工成本。

隧道测量系统软件的引进与应用，大大提高了测量工作效率与工作质量，使测量人员从反复繁杂的工作中脱离出来，降低了测量人员的劳动强度，轻而易举地解决了隧道施工的大断面炮孔放样、隧道超欠挖的随机检查、隧道渐变段施工测量等一切难题，测量成果实现了及时输出，有效地掌控了现场施工情况，并及时采取了控制措施，加快了施工进度，保证了工程质量。

3.3网络RTK在道路测量中的应用

道路测量内容是控制测量、地形图测量、中线放样、纵、横断面测量等。采用网络RTK，只需与CORS系统联系，便可作业，大大提高了效率和精度。用GPS建立精密工程控制网用于道路中线、边线施工放样，建立工程或滑坡变形自动化监测系统，纵、横断面测量，建立桥梁、隧道施工控制网，汽车导航和交通管理，变形观测；在控制测量中可沿规划道路走向，在路幅外侧布设RTK控制点，地形图测绘是进行道路选线，充份了解实地的一个原始依据。在中线放样中，RTK可快速定出道路中线位置。在纵、横断面测量中，RTK可快速测绘出道路纵向、横向方向各点三维坐标，把数据输入软件就能画出纵、横断面图。RTK这种方法为在高差大、通视不良区域进行断面测量提供了方便。

4公路测绘新技术展望

云南山区公路勘察设计将应用航空测量，工程地质遥感“3S”集成技术，把公路地形要素装进电脑，完成系统的勘察设计工作，形成工程资料共享，最终实现公路勘测设计一体化、智能化。实时GPS技术全面应用到公路工程中，如用GPS建立控制网，用实时GPSRTK能高效完成采集数据，马上绘出地形图。公路中线测设，采用实时GPS测量，只需将中线柱点的坐标输入GPS接收机中，系统就会定出放样的点位。公路中线确定后，利用中线桩点坐标，通过绘图软件，即可给出路线纵断面和各桩点的横断面。应用GPS进行变形观测如用较长的观测时间，可达到2mm-3mm的精度。

遥感技术提供现势图片，指导经济建设道路设计、选线（应用遥感数据或航空航天数据进行三维道路选线、设计）道路红线内土地利用分析（确定道路红线内土地利用情况，为道路设计预算提供及时准确的征地、拆迁、赔偿信息），道路交通分析（利用遥感图片的现势性进行交通通达性分析）。3S集成是把遥感信息、测绘信息、统计信息等多源信息资料输入GIS系统，进行公路沿线地形，地貌，社会经济要素虚拟仿真，进行公路选线和规划设计，比选出最佳公路设计方案；我国高分辨率卫星1号已发射，利用高分辨率卫星图像进行公路勘测设计，如制作大比例尺地形图，进行公路选线、线路设计、工程量计算，进行公路勘测设计各阶段室内仿真设计等已成为可能。

5结语

现代测绘技术在云南山区公路工程中广泛应用，大大节省了工作时间，提高了测量工作效率；提高了测量工作质量；节省了测量人员的人员投入，大大减少了测量内、外业工作量，测量更轻松；可远离工作面，测量作业更安全。特别是数字公路技术（“3S”集成技术）应用，可实现公路勘测设计一体化、智能化，信息化，使云南山区公路勘测设计水平全面提升，为云南经济跨越式发展，建成旅游大省，建成全国人民旅游圣地作贡献力量。

参考文献

[1]潘宝玉，王贵祥.3S技术集成及其在地质领域中的应用[J].地矿测绘，1999，15（1）：1020.

[2]戴文晗，魏清，戴磊.遥感技术在公路勘察设计中的应用[J].地理信息科学，2001，3（3）：5053.