數(shù)字化技術(shù)在高速公路勘察設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
2012-01-10 來(lái)源：中國(guó)百科網(wǎng)
高速公路勘察設(shè)計(jì)與一般二級(jí)及二級(jí)以下公路建設(shè)項(xiàng)目的勘察設(shè)計(jì)有著本質(zhì)區(qū)別，許多新技術(shù)的應(yīng)用都亟待探索和研究，先進(jìn)的勘察設(shè)計(jì)技術(shù)是保證工程項(xiàng)目獲得成功的前提條件，控制著工程的整體質(zhì)量和工程建設(shè)周期。
一、我國(guó)公路勘察設(shè)計(jì)中的部分新技術(shù)
1.1高分辨率衛(wèi)星遙感技術(shù)（Google地球的應(yīng)用）
高速公路建設(shè)主要有改建和新建，目前我省以新建項(xiàng)目為主，這就需要大范圍的走廊帶選擇，需要了解項(xiàng)目控制點(diǎn)附近的地形、地貌、路網(wǎng)分布、土地利用及沿線自然與環(huán)境因素等。衛(wèi)星遙感技術(shù)以其豐富的地表信息和直觀圖像就在路線走廊帶以及路線方案優(yōu)化、比選方面提供了一種非常好的選擇。下面就以Google地球在勘察設(shè)計(jì)中的應(yīng)用作一些分析：
Google地球是美國(guó)Google公司向公眾提供的一種三位數(shù)字地形圖，利用它可以直接生成路線走廊帶選擇時(shí)需要的大范圍、大比例尺的地形圖，且根據(jù)工作階段的不同，可以轉(zhuǎn)化成相應(yīng)比例尺的數(shù)字地形圖。Google地球解譯出了區(qū)域路網(wǎng)、地表附屬物、自然地理地貌等各種最新的自然、經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象，在路線走廊帶優(yōu)化、比選方面具有得天獨(dú)厚的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：
（1）衛(wèi)星不受空域和地面障礙物的限制，能迅速獲取全球任何地區(qū)最新的立體影像；（2）可直接生成1：10000數(shù)字地形圖，僅用少量野外控制點(diǎn)且不必嚴(yán)格控制點(diǎn)位分布即可生成1：5000～1：2000數(shù)字地形圖，這對(duì)困難地區(qū)獲取地面數(shù)據(jù)具有極大的價(jià)值；而且由于視點(diǎn)高，其攝影死角比航攝更少，可獲取更隱蔽地區(qū)的資料；（3）它提供范圍大、面積廣，因此更有利于路線走廊帶的優(yōu)化選擇，有利于提高經(jīng)濟(jì)效益，在前期工作中大大減少了人力、物力的投入。
1.2數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量
數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量是近年來(lái)廣泛應(yīng)用于高速公路及二級(jí)公路勘察設(shè)計(jì)過(guò)程中的一種新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的自動(dòng)測(cè)圖和數(shù)字測(cè)圖。數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量與傳統(tǒng)攝影測(cè)量的區(qū)別在于它是利用相關(guān)技術(shù)自動(dòng)處理數(shù)字化影像，是完全數(shù)字形式的。這種全數(shù)字化、全自動(dòng)化的測(cè)繪方式為公路勘察設(shè)計(jì)的數(shù)字化提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。
（1）采用航攝像片減少了大量的外業(yè)測(cè)圖工作，外業(yè)測(cè)量工作簡(jiǎn)化為像控點(diǎn)布設(shè)、控制點(diǎn)布設(shè)及新增地物的調(diào)繪，這樣就可以為公路勘測(cè)設(shè)計(jì)提供大比例尺地的形圖，供紙上定線和方案比選使用。（2）通過(guò)立體觀察，充分利用航片豐富的影像信息進(jìn)行規(guī)劃、選線、經(jīng)濟(jì)調(diào)查、工程地質(zhì)遙感分析等。（3）借助于數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量，直接產(chǎn)生設(shè)計(jì)所需的地表三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，建立工程數(shù)字地面模型，為公路測(cè)設(shè)自動(dòng)化系統(tǒng)提供原始地形數(shù)據(jù)。
1.3 GPS-RTK測(cè)量
GPS-RTK三維測(cè)量技術(shù)是近年發(fā)展起來(lái)的測(cè)量方法，廣泛用于各種測(cè)量中，克服了常規(guī)測(cè)量種的許多不足（如常規(guī)測(cè)量通常是平面測(cè)量和高程測(cè)量分別實(shí)施，這樣就存在著視線不暢、水準(zhǔn)高程測(cè)量困難、工作強(qiáng)度大、工作效率低等），對(duì)常規(guī)測(cè)量中存在的問(wèn)題提供了一套很好的解決方案，加快了工程勘察設(shè)計(jì)進(jìn)度、解決了勘察工期短的問(wèn)題，提高了經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，使得工程建設(shè)能夠如期、順利、保質(zhì)保量完成。
（1）大量節(jié)約了人員的投入，從而減少物力的投入，提高經(jīng)濟(jì)效益。（2）測(cè)量不受視線的限制，提高了測(cè)量速度，保證了勘察設(shè)計(jì)工期，從而保證了工程建設(shè)工期，提高了項(xiàng)目的社會(huì)效益。（3）克服了傳統(tǒng)測(cè)量方法因轉(zhuǎn)站過(guò)多而引起累積誤差的缺點(diǎn)，有效控制了測(cè)量精度，保證了工程建設(shè)質(zhì)量。
1.4三維數(shù)字地面模型
隨著數(shù)字化技術(shù)的不斷提高和深入發(fā)展，數(shù)字地面模型廣泛應(yīng)用于各類工程活動(dòng)中，是計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的核心之一。目前公路勘察設(shè)計(jì)軟件行業(yè)中，都把數(shù)字地面模型作為自身的亮點(diǎn)和特點(diǎn)來(lái)?yè)屨际袌?chǎng)份額，也得到了同行業(yè)工作者的認(rèn)可和重視，這也是數(shù)字地面模型在公路行業(yè)快速發(fā)展的重要原因。目前主要有緯地道路設(shè)計(jì)軟件、海地道路設(shè)計(jì)軟件、Bid-Land道路設(shè)計(jì)軟件以及AutoCAD2008以上版本中鑲嵌的Civil3D等均可建立三維數(shù)字地面模型。
數(shù)字地面模型可以用來(lái)進(jìn)行公路平面、縱面、橫斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)，計(jì)算其相應(yīng)工程數(shù)量，從而進(jìn)行路線方案的取舍。由于不需要大量的外業(yè)工作，投入少，故可大范圍、多角度的進(jìn)行比選研究。
二、應(yīng)用實(shí)例
貴州省普定至惠水高速公路普定至安順段暨安順西繞城高速公路工程位于黔中腹地安順市境內(nèi)，是《貴州省高速公路網(wǎng)規(guī)劃》“678”網(wǎng)及4個(gè)環(huán)線中安順環(huán)線的主要組成部分，項(xiàng)目全長(zhǎng)48.47公里，主要特點(diǎn)有：
（1）地處黔中腹地的安順市，屬于典型的喀斯特地形地貌，巖溶比較發(fā)育。（2）所經(jīng)過(guò)地形平坦，多數(shù)地段均屬于基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)。（3）是安順市的環(huán)線，規(guī)劃區(qū)范圍大，且安順市是我省的主要軍工企業(yè)集居地，沿線工業(yè)、廠礦、水庫(kù)分布較多。（4）區(qū)域內(nèi)路網(wǎng)發(fā)達(dá)，沿線區(qū)域內(nèi)鐵路有轎子山煤礦專用鐵路、貴昆鐵路及規(guī)劃的貴昆高速鐵路；公路有清鎮(zhèn)至鎮(zhèn)寧高速公路、G320、S102、S209、縣道以及沿線的通鄉(xiāng)、通村公路。本項(xiàng)目的特點(diǎn)決定了在本項(xiàng)目勘察設(shè)計(jì)過(guò)程中的難點(diǎn)和重點(diǎn)，通過(guò)對(duì)項(xiàng)目的認(rèn)真研究和分析，在本項(xiàng)目的勘察設(shè)計(jì)中需要堅(jiān)持的重點(diǎn)和克服的難點(diǎn)主要有：
（1）需要大范圍的研究路線方案，盡量避開基本農(nóng)田、規(guī)劃區(qū)、水庫(kù)及巖溶路段。（2）路網(wǎng)發(fā)達(dá)，路線走廊帶及路線方案比選范圍寬，困難大，路線方案控制點(diǎn)多，需要繞避的結(jié)構(gòu)工程多。（3）如采用傳統(tǒng)的勘察方法，工作量大，需要調(diào)繪的結(jié)構(gòu)物多，周期長(zhǎng)，效益低。
基于以上分析，在本項(xiàng)目勘察設(shè)計(jì)中，充分應(yīng)用現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)和現(xiàn)有成果，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，現(xiàn)介紹如下：
2.1 Google地球的應(yīng)用
在本項(xiàng)目中，Google地球的應(yīng)用貫穿了整個(gè)過(guò)程，從走廊帶研究到方案選擇，再到設(shè)計(jì)匯報(bào)等均多次用到了Google地球。在走廊帶選擇及方案比選階段，由于Google地球提供了比較詳盡、清晰的地表建筑物，使得所有可能的走廊帶均變得真實(shí)可見，克服了在地形圖上選擇時(shí)遇到的路線走廊帶在地形、地貌上可行，而結(jié)合沿線地表附屬物時(shí)就不可行的問(wèn)題。減少了不必要的內(nèi)業(yè)工作和現(xiàn)場(chǎng)踏勘工作，節(jié)約了項(xiàng)目勘察設(shè)計(jì)成本，縮短了勘察設(shè)計(jì)周期。在項(xiàng)目后期階段，主要是將設(shè)計(jì)成果還原到三位圖片上進(jìn)行項(xiàng)目匯報(bào)，這樣設(shè)計(jì)成果直觀、清晰、易懂，匯報(bào)得到了主管部門和專家的好評(píng)，為單位樹立了良好的形象。
2.2數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量和三維數(shù)字地面模型
v在本項(xiàng)目的勘察設(shè)計(jì)中各個(gè)階段均用到數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量和三維數(shù)字地面模型，是本項(xiàng)目主要數(shù)據(jù)來(lái)源的基礎(chǔ)。生成全線1：5000正射影像地形圖，用于初步設(shè)計(jì)方案研究；生成1：2000三維數(shù)字地形圖用于紙上定線和建立數(shù)字地面模型，這一技術(shù)應(yīng)用比較成熟，在此不再贅述。
2.3 GPS-RTK測(cè)量技術(shù)
在本項(xiàng)目外業(yè)測(cè)量期間，全測(cè)量過(guò)程均運(yùn)用了GPS-RTK測(cè)量技術(shù)，使得測(cè)量人員和測(cè)量成本節(jié)約了約1/3，改善了測(cè)量工人的工作環(huán)境，節(jié)約了開支。解決了采用傳統(tǒng)測(cè)量方法工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、測(cè)量視距、溝谷的影響?？s短了測(cè)量工期10余天，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
三、結(jié)語(yǔ)
通過(guò)對(duì)現(xiàn)有數(shù)字技術(shù)的分析并結(jié)合貴州省普定至安順高速公路暨安順西繞城高速公路項(xiàng)目中數(shù)字化勘察設(shè)計(jì)新技術(shù)的應(yīng)用介紹，探討了數(shù)字技術(shù)在高速公路勘察設(shè)計(jì)中的必要性和經(jīng)濟(jì)性，為高速公路項(xiàng)目勘察設(shè)計(jì)提供了一個(gè)很好的范例。
