基于GIS的先进公路选线设计方法研究

毛建影，刘学珍

(1.东营市公路勘察设计院(山东中咨公路咨询设计有限公司)，山东 东营　257091；2. 山东中咨公路咨询设计有限公司，山东 东营　257091)



基于GIS的先进公路选线设计方法研究

毛建影1，刘学珍2

(1.东营市公路勘察设计院(山东中咨公路咨询设计有限公司)，山东 东营257091；2. 山东中咨公路咨询设计有限公司，山东 东营257091)

摘要：分析了公路选线设计的基本原则和要求，并研究了主要公路选线设计方法，着重介绍了基于GIS技术的公路线线设计方法。

关键词：公路线线；设计方法；GIS技术

1传统公路选线方法

(1)地形图定线法：地形图定线法又称纸上定线法，设计者需要在在大比例尺(—般用1∶500～1∶2000)地形图上完成整个道路的选线过程，纸上定线技术可以较好的解决路线与地形的协调，因而在山区公路设计中应用很广泛。随着计算机技术的发展，研发人员开发了一批具有良好实用性的道路CAD软件，并用于构建数字地面模型DTM，从而较好地解决地面高程的自动采集问题。运用纸上定线法进行公路选线，其质量在很大程度上取决于选线人员的实际经验和技术水平，目前已逐渐不能满足现代公路建设的需要。

(2)直接定线法实地定线现场定线。设计人员将纸上定好的路线敷设到地面上，供详细测量和施工之用。把纸上路线放到地面上的方法很多，常用的有穿线交点法、拨角法、直接定交点法、坐标法等，应根据路线复杂程度和精度要求高低、测设仪具设备、地形难易等具体条件选用。该方法适用于平原地区或者公路等级低的情况下的公路定线。直接定线法需结合实际的地形地貌和水文情况，同时对设计人员的定线选线经验要求很高。路线采样点的密度也会对线形设计带来影响，但在实际选线设计中，不能保证技术人员对每一个采样点都进行了精密细致的实地考察，若待建地区的地形地貌不能满足通视条件要求，也可能会对技术人员的判断产生影响，进而影响到最终的选线质量。

传统的公路选线的方法在很大程度上取决于选线人员的实际经验和技术水平，效率低、高科技含量不足、质量无法得到有效保证，已不能满足现代公路建设的高质量和短周期的建设要求，随着信息技术的不断发展，目前已有越来越多的专家学者将地理信息系统(Geographical Information System, GIS)引入公路选线设计领域。通过运用GIS强大的空间分析决策功能，辅助线路设计师分析选线过程中涉及的诸多影响因素，使所选公路线形达到组合最佳、工程量最省、并与自然地形和周围景观相互协调。

2基于GIS技术的公路选线方法

2.1基于GIS技术的公路选线方法流程

GIS系统是以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法适时提供多种空间的和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。

2.2实例分析

某待建公路的所在地全境东西长71.45 km , 宽70.1 km , 面积2 349 km2。该地区大部分坡度在10%以上，部分地区坡度为3%～10%，待建地中部有2 km2的煤矿采空区，不能进行大规模建设。海拔850 m以下的地区被水淹没。现欲建设一条从山顶到半岛最下端点的一条公路。通过前期勘察，已得到地形等高线数据、地表水文数据、当前土地利用数据、地质勘测数据等基本数据。选线过程需考虑地形坡度、水文情况、土地征用费用、地质工程状况等影响因素。

(1)数据准备。将选线过程中涉及的地形数据(DEM)、水文数据、地质数据、土地利用数据等信息输入到GIS数据源中，并对这些数据栅格化处理。

(2)利用坡度分析模块对DEM数据进行分析，生成坡度专题数据，可分析不同坡度条件下的相对成本(表1)。

表1　坡度与相对成本对照表

(3)运用欧氏距离拓展法对该地区水文数据进行分析，生成待建地区的地面与水面距离的专题数据(表2)，方便公路地基处理，避免公路被水淹没。

表2　公路到水面距离和相对成本对照表

(4)通过对待建地区的土地利用情况进行分析，给出不同功用土地的道路建设成本数据，该地区的土地主要为耕地、林地和住房用地，可将耕地的道路建设成本定为1，将住房用地的成本定为4。

(5)通过对该地区的工程地质情况进行勘测，将地质状况进行分类，并对不同地质条件下的道路建设成本进行估算分级。

(6)将坡度专题数据、水文专题数据、土地使用状况专题数据、工程地质分级专题数据进行综合分析，各类数据的权重可由专家讨论得出。

(7)运用GIS中的成本距离拓展分析模块，对待建区域内的点到道路终点的成本距离进行分析，本例中以道路终点为拓展 的起点，其坐标为743546，463722。

(8)运用导流分析模块，在DEM数据的基础上进行水流的模拟分析，得到水流路径，该路径即为综合计算后得出的最小成本的道路建设路线，本例中以道路的起点坐标738587， 462259为道路起点。后期还可应用曲线拟合法等多种方法对该路径进行进一步优化。

3结语

公路选线是公路路线设计的重要环节，合理的线形设计对于提高车辆行驶的安全性、舒适性，以及保证公路的技术水平和经济收益至关重要。在实际设计过程中，应综合考虑地形、地质、自然环境、成本预算、政治等因素，选择合适的公路选线设计方法，科学的、定量的分析比选，找到最优的或者说接近最优的方案，实现公路选线的最优设计。

参考文献：

[1]李红阳,王若檀.公路选线设计方法研究[J].工程建设与设计,2012，(2):122-124.

[2]李芬.基于GIS的公路智能选线若干问题研究[D].西安:长安大学,2008.

[3]王登茂.新河高速公路选线设计关健技术研究[D].成都:西南交通大学,2006.

桥梁工程

收稿日期：2016-02-11

作者简介：毛建影(1982-)，男，安徽宿州人，工程师，研究方向：路线。

中图分类号：U412

文献标识码：C

文章编号：1008-3383(2016)06-0092-01