试析数字化地形图在公路勘察设计中的应用

田龚清野 张立富 黄国俊

【摘 要】在公路勘察设计中有许多新技术的应用都亟待探索和研究，先进的勘察设计技术是保证工程项目获得成功的前提条件。本文介绍了数字化地形图在公路勘察设计中的应用，对直接采用专业测绘的地形图用于公路设计进行了有益探索，对全面提高公路测量的效率和质量，推进公路勘察设计科技化进程起到一定的作用。

【关键词】数字化地形图；公路勘察设计；科技化

0.前言

目前公路勘测设计中，设计过程已经广泛使用计算机等现代设备进行设计，但是公路工程的勘察测量依然存在技术含量低、测量数据手工记录、劳动强度大、周期长、出错率高、不易保存等弊端。随着公路建设的发展，科技不断发展进步，这就需要勘察测量设计人员与时俱进，采用新的设计思路和方法，才能最大限度的提高效率。采用专业的数字化地形测绘用于公路设计，提高公路勘测的效率和质量，推进公路测量设计科技化进程。

1.数字化地形图

1.1公路测设现状

目前，我们在进行道路、桥梁、隧道的测量设计经常遇到地形复杂交通不便的情况。如果路线在平原地区，往往是经济发达，重要的建筑物众多，各种电力通讯交通管线密集，如何综合考虑这些纷繁复杂的各种因素，常常是令测设者决策者十分头疼的问题。如果线路在丘陵山区，经常是各种树木生长茂盛、沟壑纵横，难以通视，传统的测量手段很难解决，经常令测量工作人员吃尽了苦头。传统的测量手段数据处理往往用手工方法记录储存，不仅数据显得零乱，而且在数据后续处理中，往往手工处理，工作量大，容易出错，测量数据不易校核。由于处理枯燥，需要耗费的重复劳动也就相当多，内业处理出错率较高。

通过调查研究，在我国大多数单位在公路设计测量工作中采用的方法传统，速度慢、精度差，数据不易保存校核，所以难以适用当前推进公路建设自动化、信息化建设的要求。

1.2数字化地形图的特点

采用现在传统的测量方法存在许多弊端，例如测量数据多，易出错，测量完毕不易校核和保存，采用数字化地形图可有效解决这一问题。采用专业数字化地形图测绘，经过处理后，可以满足公路规范的需求，每条公路的地形图可以形成永久保存的电子档案，勘测成果在图上一目了然，可重复利用，并可不断补充调整。公路设计引入专业勘测的电子地形图，勘测效率大大提高，勘测费用降低很多，勘测设计周期会大大缩短，而且数据精确，易于保存，数据直接导入利用，免去人工录入的繁琐和失误，可以重复利用，一举多的，可以纸上选线、定线，测量数据可以视实际情况，随时补充调整。测量成果可以直接与国家控制网转化，以便与其他测量行业的数据共享。测量完毕或公路施工后能长久保存测量成果，并进行校核，推进公路测量的数字化进程。

1.3数字化地形图的实施及调试

1.3.1调查和分析

我们从GPS、全站仪等先进测量理论和公路设计两方面入手，进行了调查和分析研究，结合公路路线设计和桥梁设计中的专业知识，与专业公路路线处理软件、桥涵设计软件等结合，这样才可以提高设计质量和效率，实现专业数字地形图与现有公路设计软件有机的对接。

1.3.2建立数字地面模型

数字地面模型是道路辅助勘测设计的基础，数字地面模型（DigitalTertianModel）简称DTM，是按一定结构组织在一起的数据组，是对带有空间位分布的地形属性特征的数字的描述，通常空间分布是用一个平面坐标系统表示，而地形属性特征是各个平面位置（X，Y）上地面点的高程，它是地形起伏的数字表达，是建立不同层次的地理信息系统不可缺少的组成部分。道路设计中常用的数字地面模型依据构网形式分为：三角网式数模、方格网式数模、扇形网式数模、鱼骨网式数模等。我们根据实际情况做了选择。

1.3.3数字化地形图的调试

进一步在公路设计中推广应用，直接采用专业测绘的电子地形图用于设计，电子数据与专业公路路线处理软件、桥涵设计软件等直接导入对接，发现数据精度、软件对接方面存在的问题，并提出解决可行的方案。

目前，采用专业人员测绘电子地形图，已推广应用，并在数条国省道测量中得到应用，收到了很好的经济社会效益。缩短测量周期达60%以上，提高了测量效率和质量，大大节约了人力、物力，大大推进了由传统的测量方法到现代的测量方法的变革。通过调试及修改，经过全院的应用调试，数字化地形图全面应用已逐步成熟。由于我们数字化地形图的精度满足高等级公路，采用数字化地形图用于这次设计任务中，设计运算速度快，一个含数千个点位的数十公里的公路，仅需几分钟便可输出公路设计所要的数据，并自动考虑横坡及超高的影响。

2. 公路勘察设计中的部分新技术

2.1高分辨率卫星遥感技术（Google地球的应用）

高速公路建设主要有改建和新建，目前我省以新建项目为主，这就需要大范围的走廊带选择，需要了解项目控制点附近的地形、地貌、路网分布、土地利用及沿线自然与环境因素等。卫星遥感技术以其丰富的地表信息和直观图像就在路线走廊带以及路线方案优化、比选方面提供了一种非常好的选择。下面就以Google地球在勘察设计中的应用作一些分析：

Google地球是美国Google公司向公众提供的一种三位数字地形图，利用它可以直接生成路线走廊带选择时需要的大范围、大比例尺的地形图，且根据工作阶段的不同，可以转化成相应比例尺的数字地形图。Google地球解译出了区域路网、地表附属物、自然地理地貌等各种最新的自然、经济现象，在路线走廊带优化、比选方面具有得天独厚的技术优势：

（1）卫星不受空域和地面障碍物的限制，能迅速获取全球任何地区最新的立体影像；（2）可直接生成1：10000数字地形图，仅用少量野外控制点且不必严格控制点位分布即可生成1：5000～1：2000数字地形图，这对困难地区获取地面数据具有极大的价值；而且由于视点高，其摄影死角比航摄更少，可获取更隐蔽地区的资料。

1.2数字摄影测量

数字摄影测量是近年来广泛应用于高速公路及二级公路勘察设计过程中的一种新技术，实现了真正意义上的自动测图和数字测图。数字摄影测量与传统摄影测量的区别在于利用相关技术自动处理数字化影像，是完全数字形式的。这种全数字化、全自动化的测绘方式为公路勘察设计的数字化提供了数据支持。

（1）采用航摄像片减少了大量的外业测图工作，外业测量工作简化为像控点布设、控制点布设及新增地物的调绘，这样就可以为公路勘测设计提供大比例尺地的形图，供纸上定线和方案比选使用。（2）通过立体观察，充分利用航片丰富的影像信息进行规划、选线、经济调查、工程地质遥感分析等。（3）借助于数字摄影测量，直接产生设计所需的地表三维坐标数据，建立工程数字地面模型，为公路测设自动化系统提供原始地形数据。

3. 结语与建议

目前我们对数字化地形图应用经验还不是很丰富，尚需利用其他手段对数据成果不断进行检查和校核、维护和改进，使它的功能更全面、更强大。“他山之石，可以攻玉”，公路设计引入专业电子地形测绘，建立专门的电子存档库，与专业公路路线处理软件、桥涵设计软件等相辅相成，使公路设计准确、优质、高效，极大的改变了我院测量设计方法，实现了由传统测量到现代化测量的变革，路线勘测设计实现了飞跃，使得每条公路的纵断、横断、桥涵在图上一目了然，必将推动公路测量设计的进一步发展。

参考文献：

〔1〕徐绍，等.GPS测量原理及应用.武汉：武汉测绘科技大学出版社，1998.

〔2〕《公路全球定位系統》（JTJ/T066-98）.

〔3〕《公路全球定位系统》（JTJ/T066-98）.