数字化地形图在公路勘察设计中的应用

摘 要：数字化地形图在公路勘察设计中的应用具有诸多优势，如高精度的数据获取和处理、可视化展示设计意图等。但也面临着一些不足，如数据质量与准确性、技术设备的投入和数据安全等问题。基于此，对数字化地形图在公路勘察设计中的重要性和不足进行分析，并探讨了公路勘察设计中数字化地形图的具体应用。

关键词：数字化地形图；公路勘察设计；可视化；数据分析

中图分类号：P28 文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2024）07-0091-03

1 公路勘察设计的重要性和存在的问题

1.1 公路勘察的重要性

公路勘察是确保道路安全和可靠性的基础。在进行建设之前，必须对地质、水文、气象等环境条件进行详细的调查和分析，以确定合适的路线和建设方案[1]。这些调查和分析的结果将直接影响道路的结构设计、排水系统、交通控制和安全设施等方面。只有通过充分的勘察设计，才能避免由于地质灾害、洪水、泥石流等自然灾害引起的道路损坏和交通事故发生。

公路勘察设计关系到道路的功能和使用需求。不同类型的道路需要满足不同的交通量、车速和荷载要求。因此，勘察设计需要根据道路的功能定位，确定合适的设计标准和参数。例如，高速公路需要具备较高的设计速度和承载能力，而城市道路则需要考虑到行人、自行车和公共交通工具的需求。

1.2 公路勘察设计存在的问题

勘察设计需要对大量的数据进行收集和处理，包括地质地貌、水文气象、交通流量等多个方面的信息。这就要求勘察设计人员具备扎实的专业知识和技术能力。勘察设计还需要考虑到环境保护和资源利用的问题。在道路建设过程中，需要遵守相关的环境法规，合理利用土地和水资源，尽量减少对生态环境的影响。

公路勘察设计还需要充分考虑社会经济因素和利益相关方的需求。道路建设不仅仅是为了满足交通需求，也需要促进区域经济发展和社会效益提升。因此，在进行勘察设计时，需要综合考虑交通运输成本、通行时间、沿线居民的利益等方面的因素，以确保设计方案的可行性和经济性。

2 数字化地形图在公路勘察设计中的应用

2.1 地形数据获取和处理

地形数据获取和处理是公路勘察设计中的重要步骤，它涉及到高精度测量技术、遥感技术以及数据处理与数字化地形图生成等方面[2]。

2.1.1 高精度测量技术

目前常用的高精度测量技术RTK（载波相位差分技术），可以实时获取地理位置信息和高程数据，并记录下来，并形成精确的数字地形图。可用于确定地形的起伏、坡度以及地貌特征等，为道路设计提供基础数据。

2.1.2 无人机航拍三维建模

无人机航拍三维建模即无人机倾斜摄影建模。通过无人机航拍采集影像数据进行数据处理，输出正射影像、三维模型等成果。无人机倾斜摄影技术是通过从一个垂直、四个倾斜、五个不同的视角同步采集影像，获取到丰富的地表物的高分辨率纹理。它能够真实地反映地物情况，高精度地获取纹理信息，通过先进的定位、融合、建模等技术，生成真实的三维实景模型。并可在三维模型里面进行经纬度、海拔、高度、距离、面积、角度、坡度、土石方量计算等。同时可引入激光点云数据通过分类插值法自动生成高程特征点，在精度与效率等方面均可取得良好效果。对于山区公路地形复杂勘察人员难以实测项目或山区公路水毁修复等应急处理项目尤为有效与快捷。

2.1.3 数据处理与数字化地形图生成

获取到的地形测量数据和航拍数据需要进行处理和分析，以生成数字化的地形图。这涉及到数据的整理、插值、平滑等操作，以得到更加精确和可视化的地形信息。数字化地形图可以直观展示地形的起伏、高程变化以及地貌特征，为勘察设计提供便利。

2.2 地形图在公路勘察设计中的作用

地形图在公路勘察设计中发挥着重要作用，它可以用于地形分析与规划、工程量计算与预估、环境评价与风险分析以及设计方案的可视化展示[3]。

一是地形分析与规划。通过对地形图的分析，可以了解道路所经过地区的地势起伏、坡度状况、河流分布等地貌特征。这些信息对于确定道路的线路选择、交叉口位置、爬坡道设计等具有重要意义。同时，地形图还可以用于规划道路的纵断面和横断面，帮助确定合适的路基高度、边坡稳定性等设计参数。

二是工程量计算与预估。地形图中的高程数据可以用于进行工程量的计算与预估。根据地形图上的高程信息，可以确定道路的填方与挖方数量，估计边坡的土方量，以及其他土木工程项目的施工量。这对于项目的预算编制、资源调配以及施工进度的安排都起到重要的指导作用。

三是环境评价与风险分析。地形图可以为环境评价和风险分析提供基础数据。通过地形图，可以了解道路所经过区域的水系分布、自然保护区位置以及敏感生态环境等信息。这些信息对于评估道路建设对环境的影响、制定环保措施以及处理可能的风险具有重要意义。

四是设计方案的可视化展示。利用地形图进行设计方案的可视化展示，可以为设计人员和相关建设方提供直观的信息。

五是融合地形图和设计方案可以显示道路的线路、断面和交叉口设置。通过将设计方案与现有地形图进行融合，可以准确地展示道路的布局、走向和变化。这使得设计人员和相关建设方能够清楚地看到道路的连接性、通行能力和交通流量分布等关键要素，从而更好地评估设计方案的合理性和可行性。

六是地形图的融合还可以展示设计方案中的景观特色。通过在地形图上添加景观元素的图像或符号，设计人员可以直观地展示设计方案中的景观要素，如绿化、景观节点等。这为相关建设方提供了对设计方案的空间感知和体验，使他们能够更好地评估设计方案的美观度和景观效果。

七是利用地形图进行设计方案的可视化展示还可以促进设计人员和相关建设方之间的沟通和合作。通过展示设计方案与地形图的融合效果，设计人员可以更好地向建设方传达设计理念和意图。相关建设方也可以更直观地理解设计方案，并提出宝贵的意见和建议。这种互动和合作有助于优化设计方案，使其更符合实际需求和期望。

2.3 道路和桥梁设计

基于地形图的高程数据，设计人员可以进行道路和桥梁的水平和垂直布局。通过分析地形图上的高程信息，设计人员可以确定合适的位置和高度，以满足道路和桥梁的功能需求。在道路和桥梁设计中，地形图可以帮助确定道路线路的起伏和曲线设计，以及桥梁跨度和支撑方式的选择。地形图还可以为设计人员提供有关地基处理、排水系统和边坡稳定性的信息。通过分析地形图上的土壤类型、坡度和水流路径等地理信息，可以进行地基处理的规划和设计，确保道路的基础稳定。通过分析地形图上的河流、湖泊和雨水排水系统，可以设计合适的排水方案，降低建道路受水灾影响的风险。地形图还可以分析边坡的稳定性，为边坡工程提供参考，并采取相应的防护措施。

通过合理应用数字化地形图，设计人员能够更准确地评估道路、桥梁设计方案的可行性和安全性。地形图提供了基础数据和关键信息，可帮助设计人员考虑地形起伏和土壤条件对结构的影响，确保设计方案的合理性和安全性。因此，数字化地形图在道路和桥梁设计中是不可或缺的工具，为设计人员提供了科学依据和技术支持。

3 数字化地形图在公路勘察设计中的优势和不足

3.1 优势分析

在公路勘察设计中，数字化地形图的应用提供了许多优势，包括高精度和高效率的数据获取和处理、可视化展示和沟通设计意图的能力以及提高勘察设计的准确性和可靠性。

3.1.1 高精度和高效率的数据获取和处理

数字化地形图利用先进的测量技术和遥感技术，可以快速且准确地获取地形数据。例如，使用RTK等高精度测量技术，可以实时获取地理位置信息和高程数据。采用无人机摄影可以快速的获取地表数据。这些数据可以通过计算机软件进行处理和分析，以生成高精度的地形图。数字化地形图的获取和处理过程大大提高了数据采集的效率和精度。

3.1.2 可视化展示和沟通设计意图的能力

数字化地形图可以以直观的方式展示地理信息和地貌特征。通过三维地形模型、交叉剖面图和虚拟现实技术，设计人员可以将他们的设计意图以更具表现力的方式呈现出来。这有助于各参建相关方更好地理解设计方案，并提供反馈和建议。数字化地形图的可视化能力促进了设计与业主和监管审查机构之间的沟通和合作。

3.1.3 提高勘察设计的准确性和可靠性

数字化地形图的应用提供了对地形和环境条件的更全面的了解。通过精确获取地形数据并结合其他关键信息，设计人员能够更准确地评估道路建设的可行性和风险。数字化地形图还可以帮助发现潜在的问题，如土壤稳定性、排水问题和地质灾害等，从而改善设计方案并确保道路的安全性和可靠性。

数字化地形图在公路勘察设计中发挥着重要作用。它提供了高精度和高效率的数据获取和处理，具有可视化展示和沟通设计意图的能力，并提高了勘察设计的准确性和可靠性。数字化地形图的应用促进了公路建设的科学化和智能化，为设计人员和相关建设方提供了更好的决策依据和合作平台。

3.2 存在的不足

在数字化地形图的应用中，存在着一些挑战和问题，包括数据质量和准确性的保证、技术设备的投入和人员培训成本以及数据安全和隐私保护的问题[4]。

3.2.1 数据质量和准确性难保证

数字化地形图的质量和准确性对勘察设计至关重要。然而，获取地形数据和进行处理时可能会面临一些困难，如天气条件、设备精度和数据采集误差等造成的不确定性。因此，需要采取一系列措施来保证数据的质量和准确性，如使用高精度测量仪器、校正和验证数据、多源数据的融合等。

3.2.2 技术设备和人员培训成本高

数字化地形图的应用需要投入先进的测量和航拍设备，以及专业的软件工具进行数据处理和分析。这涉及到较高的设备成本和维护费用。同时，为了熟练操作这些设备和软件，需要对相关人员进行培训和教育。因此，投入和培训成本也是数字化地形图应用所面临的挑战之一。

3.2.3 存在数据安全和隐私保护问题

在数字化地形图的应用中，涉及大量的地理和环境数据，有可能包含敏感信息。因此，数据安全和隐私保护成为一个重要的问题。需要建立合理的数据管理和保护机制，确保数据不被未经授权的访问和使用。遵守相关法规和隐私保护政策，可以保护个人和企业的权益。

3.3 解决措施

加强质量控制和数据验证，确保数字化地形图的准确性和可靠性是关键的。在进行数字化地形图的创建和更新过程中，需要采取一系列的措施来保证数据的质量。

3.3.1 建立严格的质量控制流程

质量控制流程包括对原始数据的采集、处理和分类，以及对生成的数字化地形图进行评估和验证。通过使用高精度的测量设备和先进的测绘技术来获取原始数据，可以提高数据的准确性。在数字化地形图的生成过程中，应该进行多次的数据比对和验证，确保各个环节的数据一致性和准确性。

3.3.2 谨慎选择技术、设备

在选择技术、设备时，应根据实际需求和预算合理投入，并考虑设备的性能、稳定性和可靠性。高质量的设备可以提供更准确和可靠的数据，从而增强数字化地形图的质量。此外，还应定期进行设备的维护和更新，以确保其正常运行和性能。

3.3.3 建立完善的数据安全和隐私保护体系

数字化地形图中可能包含重要的地理信息和敏感数据，需要采取有效的措施来保护这些数据不被未经授权的人员访问和使用。可以采用加密传输技术，确保数据在传输过程中的安全性。此外，还应建立权限管理机制，限制只有授权人员才能访问和修改数据。定期进行数据备份也是必要的，以防止数据丢失或损坏。

加强质量控制和数据验证、谨慎选择技术与设备、建立完善的数据安全和隐私保护体系，是确保数字化地形图准确性和可靠性的关键措施。通过这些措施的实施，可以提高数字化地形图的质量，并为相关领域的决策和规划提供可靠的空间信息支持。

4 结束语

数字化地形图在公路勘察设计中的应用具有重要的意义和价值。通过高精度和高效率的数据获取和处理，设计人员可以准确了解道路所经过地区的地形特征和环境条件，为设计提供科学依据和技术支持。数字化地形图的可视化展示和沟通设计意图的能力，促进了设计团队与相关建设方之间的合作和交流。数字化地形图的应用还提高了勘察设计的准确性和可靠性。通过对地形数据的分析和处理，可以更好地评估道路建设的可行性和风险，并及时发现和解决潜在问题。

数字化地形图在公路勘察设计中扮演着重要角色，为道路建设提供了科学依据、技术支持和沟通平台。尽管存在一些不足，通过合理应用和解决方案，数字化地形图的应用将进一步推动公路勘察设计的发展和优化，为交通运输提供更安全、可靠和高效的基础设施。

参考文献

[1] 白嘉毅.无人机倾斜摄影测量在大比例尺地形图测绘中的应用探讨[J].中国科技期刊数据库工业，2022（2）：97-99.

[2] 侯东光.测绘技术在公路勘察设计中的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2016（1）：819.

[3] 刘相法.BIM技术在提升公路勘察设计质量中的应用研究[J].公路工程，2016，41（6）：164-168.

[4] 韩晓娟.数字化技术在高速公路勘察设计中的应用[J].青海交通科技，2013（3）：16+19.