数字化技术在高速公路勘察设计中的应用
2012-01-10 来源：中国百科网
高速公路勘察设计与一般二级及二级以下公路建设项目的勘察设计有着本质区别，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，控制着工程的整体质量和工程建设周期。
一、我国公路勘察设计中的部分新技术
1.1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；（3）它提供范围大、面积广，因此更有利于路线走廊带的优化选择，有利于提高经济效益，在前期工作中大大减少了人力、物力的投入。
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它是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可靠的数据支持。
（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。
1.3 GPS-RTK测量
GPS-RTK三维测量技术是近年发展起来的测量方法，广泛用于各种测量中，克服了常规测量种的许多不足（如常规测量通常是平面测量和高程测量分别实施，这样就存在着视线不畅、水准高程测量困难、工作强度大、工作效率低等），对常规测量中存在的问题提供了一套很好的解决方案，加快了工程勘察设计进度、解决了勘察工期短的问题，提高了经济效益和社会效益，使得工程建设能够如期、顺利、保质保量完成。
（1）大量节约了人员的投入，从而减少物力的投入，提高经济效益。（2）测量不受视线的限制，提高了测量速度，保证了勘察设计工期，从而保证了工程建设工期，提高了项目的社会效益。（3）克服了传统测量方法因转站过多而引起累积误差的缺点，有效控制了测量精度，保证了工程建设质量。
1.4三维数字地面模型
随着数字化技术的不断提高和深入发展，数字地面模型广泛应用于各类工程活动中，是计算机辅助技术的核心之一。目前公路勘察设计软件行业中，都把数字地面模型作为自身的亮点和特点来抢占市场份额，也得到了同行业工作者的认可和重视，这也是数字地面模型在公路行业快速发展的重要原因。目前主要有纬地道路设计软件、海地道路设计软件、Bid-Land道路设计软件以及AutoCAD2008以上版本中镶嵌的Civil3D等均可建立三维数字地面模型。
数字地面模型可以用来进行公路平面、纵面、横断面进行设计，计算其相应工程数量，从而进行路线方案的取舍。由于不需要大量的外业工作，投入少，故可大范围、多角度的进行比选研究。
二、应用实例
贵州省普定至惠水高速公路普定至安顺段暨安顺西绕城高速公路工程位于黔中腹地安顺市境内，是《贵州省高速公路网规划》“678”网及4个环线中安顺环线的主要组成部分，项目全长48.47公里，主要特点有：
（1）地处黔中腹地的安顺市，属于典型的喀斯特地形地貌，岩溶比较发育。（2）所经过地形平坦，多数地段均属于基本农田保护区。（3）是安顺市的环线，规划区范围大，且安顺市是我省的主要军工企业集居地，沿线工业、厂矿、水库分布较多。（4）区域内路网发达，沿线区域内铁路有轿子山煤矿专用铁路、贵昆铁路及规划的贵昆高速铁路；公路有清镇至镇宁高速公路、G320、S102、S209、县道以及沿线的通乡、通村公路。本项目的特点决定了在本项目勘察设计过程中的难点和重点，通过对项目的认真研究和分析，在本项目的勘察设计中需要坚持的重点和克服的难点主要有：
（1）需要大范围的研究路线方案，尽量避开基本农田、规划区、水库及岩溶路段。（2）路网发达，路线走廊带及路线方案比选范围宽，困难大，路线方案控制点多，需要绕避的结构工程多。（3）如采用传统的勘察方法，工作量大，需要调绘的结构物多，周期长，效益低。
基于以上分析，在本项目勘察设计中，充分应用现代测量技术和现有成果，取得了良好的经济效益和社会效益，现介绍如下：
2.1 Google地球的应用
在本项目中，Google地球的应用贯穿了整个过程，从走廊带研究到方案选择，再到设计汇报等均多次用到了Google地球。在走廊带选择及方案比选阶段，由于Google地球提供了比较详尽、清晰的地表建筑物，使得所有可能的走廊带均变得真实可见，克服了在地形图上选择时遇到的路线走廊带在地形、地貌上可行，而结合沿线地表附属物时就不可行的问题。减少了不必要的内业工作和现场踏勘工作，节约了项目勘察设计成本，缩短了勘察设计周期。在项目后期阶段，主要是将设计成果还原到三位图片上进行项目汇报，这样设计成果直观、清晰、易懂，汇报得到了主管部门和专家的好评，为单位树立了良好的形象。
2.2数字摄影测量和三维数字地面模型
v在本项目的勘察设计中各个阶段均用到数字摄影测量和三维数字地面模型，是本项目主要数据来源的基础。生成全线1：5000正射影像地形图，用于初步设计方案研究；生成1：2000三维数字地形图用于纸上定线和建立数字地面模型，这一技术应用比较成熟，在此不再赘述。
2.3 GPS-RTK测量技术
在本项目外业测量期间，全测量过程均运用了GPS-RTK测量技术，使得测量人员和测量成本节约了约1/3，改善了测量工人的工作环境，节约了开支。解决了采用传统测量方法工人劳动强度大、测量视距、沟谷的影响。缩短了测量工期10余天，取得了良好的经济效益和社会效益。
三、结语
通过对现有数字技术的分析并结合贵州省普定至安顺高速公路暨安顺西绕城高速公路项目中数字化勘察设计新技术的应用介绍，探讨了数字技术在高速公路勘察设计中的必要性和经济性，为高速公路项目勘察设计提供了一个很好的范例。
