綜述3s測繪技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用

　　摘要:本文分析了3s現(xiàn)代測繪技術(shù)應(yīng)用于公路施工和管理的優(yōu)越性,探討了其在公路工程地質(zhì)勘察和設(shè)計選線、施工測設(shè)技術(shù)與質(zhì)量控制、動態(tài)監(jiān)測等方面的應(yīng)用,提出了現(xiàn)代測繪技術(shù)應(yīng)用于公路施工和管理的模式。

　　關(guān)鍵詞:現(xiàn)代測繪技術(shù)，地球空間信息科學(xué)，公路施工和管理

　　隨著公路事業(yè)的不斷發(fā)展,公路的施工和管理也對工程技術(shù)和管理手段的效率、成本、質(zhì)量等提出了越來越高的要求,傳統(tǒng)的模式、手段已逐漸落后于實際工作的發(fā)展，已越來越不能適應(yīng)公路事業(yè)的發(fā)展。將先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于公路的施工與管理具有重要的意義。公路的工程地質(zhì)勘察和設(shè)計選線、施工測設(shè)技術(shù)與質(zhì)量控制、管理與維護(hù)是三個具有全局意義的環(huán)節(jié),利用最新的現(xiàn)代測繪科學(xué)的核心技術(shù)——“3S”技術(shù)作為公路施工與管理的技術(shù)支撐,可以極大地提高工作的速度、效率和可靠性。本文在對現(xiàn)代測繪學(xué)進(jìn)行介紹的基礎(chǔ)上,探討其用于公路施工和管理的優(yōu)越性,然后對其應(yīng)用的技術(shù)途徑和模式進(jìn)行研究。

　　1現(xiàn)代測繪技術(shù)及其應(yīng)用的優(yōu)越性

　　以遙感(RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)為核心和主體,在計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的支持下,正在形成一門新的科學(xué)——地球空間信息學(xué)(Geomatics),現(xiàn)代測繪學(xué)就是地球空間信息學(xué)�，F(xiàn)代測繪學(xué)是一門新興的空間信息科學(xué)技術(shù),是應(yīng)用系統(tǒng)的方法、現(xiàn)代化的手段,在空間信息生成和管理過程中用于科學(xué)研究、行政管理、法律運作和技術(shù)工作的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取和管理中所采用的所有學(xué)科的綜合體,是涉及到空間數(shù)據(jù)的量測、分析、管理和顯示的一門現(xiàn)代化的綜合技術(shù)手段和方法。其主體是遙感(RS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)三門既相互獨立又密切聯(lián)系的科學(xué)技術(shù),統(tǒng)稱為“3S”技術(shù)。“3S”技術(shù)的集成即“3S一體化”是現(xiàn)代測繪學(xué)發(fā)展的重要方向[1-2]。

　　RS主要是指從遠(yuǎn)距離高空以及外層空間的各種平臺上利用可見光、紅外、微波等電磁波探測儀器,通過攝影或掃描、信息感應(yīng)、傳輸和處理,從而研究地面物體的形狀、大小及其環(huán)境的相互關(guān)系與變化的現(xiàn)代技術(shù)科學(xué)�，F(xiàn)階段遙感在地質(zhì)調(diào)查、地理信息獲取等方面有廣泛的應(yīng)用。由于公路施工的前提工作就是路線的選址和設(shè)計,利用野外勘探進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查、進(jìn)行選線的方案工作量大,投資大,耗費大量的物力、人力和財力,而其準(zhǔn)確度仍得不到保證。利用遙感圖像所獲取的信息,經(jīng)過圖像處理和加工,能準(zhǔn)確地揭示區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、地形地貌狀況,從而為路線選址提供全面可靠的原始資料,具有經(jīng)濟(jì)、客觀、準(zhǔn)確、高效的特點。在公路的使用過程中還可以利用遙感信息來進(jìn)行公路所在區(qū)特殊情況（特別惡劣天氣）的監(jiān)測,從而為公路的維護(hù)提供宏觀的決策支持。

　　GPS是美國軍方研制的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng),具有全天候、高精度和全球覆蓋的能力,而且其能力已從地球表面系統(tǒng)擴(kuò)展到航空測量和航天遙感中。當(dāng)前GPS定位的精度已完全可以用來施測各種等級的控制測量,已在地形和工程測量、地表沉陷監(jiān)測中得到廣泛應(yīng)用,在精度、效率、速度、成本等方面都顯示出了巨大的優(yōu)越性。利用GPS技術(shù)進(jìn)行公路施工過程中的控制測量、地形測量、施工放樣、基平測量等工作,速度快,精度高,不受地形及時間空間等客觀條件的限制,克服了傳統(tǒng)測量工作中存在的問題。

　　GIS是一種采集、存儲、管理、分析和評價全球或區(qū)域與空間地理分布有關(guān)的數(shù)據(jù)的空間信息系統(tǒng),是隨著計算機(jī)科學(xué)、空間科學(xué)、測繪遙感學(xué)、地球科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、信息科學(xué)和管理科學(xué)的發(fā)展而新興的一門邊緣交叉學(xué)科。地理信息系統(tǒng)具有強(qiáng)大的空間分析功能,可廣泛應(yīng)用于各種與空間地理分布有關(guān)的信息采集、處理、分析、管理、輸出及決策支持等。GIS研究的主要對象是有空間特性的地理信息及其屬性,其研究方式主要是圖形圖像處理和空間模型的建立。利用GIS對遙感信息進(jìn)行分析和處理,可建立選線的空間分析模型,綜合考慮各種影響因素,充分利用GIS的空間分析功能,從而為路線選址提供強(qiáng)有力的決策支持.由于GIS具有的強(qiáng)大功能和計算機(jī)技術(shù)的支持,既提高了工作

　　的自動化程度,又極大地提高了效率和可靠程度。

　　公路的設(shè)計、施工、管理都與地質(zhì)地理條件、區(qū)域綜合信息密切相關(guān),涉及到大量的數(shù)據(jù)采集、處理、管理等工作。以GIS、GPS、RS為主體的現(xiàn)代測繪學(xué)的特點和結(jié)構(gòu)決定了其在公路的修筑和管理中應(yīng)用的優(yōu)越性,這既是現(xiàn)代測繪學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域拓寬的需要,也是公路施工和管理的必然要求。

　　2現(xiàn)代測繪技術(shù)在公路施工與管理中的應(yīng)用

　　以“3S”技術(shù)為主體的現(xiàn)代測繪技術(shù)輔以常規(guī)測繪技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、人工智能專家系統(tǒng)技術(shù)等,可以在公路施工和管理的整個過程中都提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持,從而利用最先進(jìn)的空間科學(xué)技術(shù)服務(wù)于公路的施工和管理,提高工作效率,保證工程質(zhì)量,節(jié)約工程費用。

　　2.1在公路地質(zhì)勘察和選線設(shè)計中的應(yīng)用

　　公路的修筑與該地的水文地質(zhì)條件、地形地貌條件、自然地理條件、社會經(jīng)濟(jì)狀況有著密切關(guān)系。地質(zhì)資料的獲取是進(jìn)行路線選址和設(shè)計的先決條件,但傳統(tǒng)的方法工作量大,工程周期長,投入成本大,在突變性地質(zhì)構(gòu)造及多源信息處理方面效果并不理想。利用現(xiàn)代測繪學(xué)的信息獲取、處理功能可有效進(jìn)行公路的選線和設(shè)計。首先利用遙感技術(shù)進(jìn)行公路地質(zhì)調(diào)查,利用區(qū)域有關(guān)遙感資料,從中提取沿線的主要地質(zhì)信息,然后結(jié)合路線調(diào)查、實地勘測和對已有資料的全面分析,確定該地區(qū)的對公路選線有影響的所有的因素條件,為選址提供基礎(chǔ)資料。

　　將由遙感技術(shù)所獲得的區(qū)域地理、地質(zhì)等方面的資料輸入地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫,地形圖通過數(shù)字化儀進(jìn)行輸入,圖像信息在掃描進(jìn)入GIS后通過柵格矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換以需要的形式進(jìn)行存儲,屬性信息由鍵盤輸入或由數(shù)據(jù)庫移植,同時要充分利用GIS中已有的該地區(qū)的信息,將需要的多源地理信息進(jìn)行統(tǒng)一管理。公路的修筑既要盡量減少對耕地的占用,又要盡可能選取地質(zhì)條件好、施工難度小的地區(qū),同時還要考慮路線的曲直程度、安全等各方面的問題。因此公路的選線是一個綜合的多目標(biāo)優(yōu)化問題。對這一問題的解決要充分利用GIS的空間分析模塊進(jìn)行。其中實用的GIS功能和能夠完成的任務(wù)如:采用多層疊加分析對影響選線的多個要素進(jìn)行綜合考慮,按照每一因素的重要程度賦以相應(yīng)的權(quán)重,通過對疊加結(jié)果的分析由GIS自動提供可供選擇的方案;利用GIS的最短路徑確定功能對路線的長度進(jìn)行合理選取;利用GIS的緩沖區(qū)分析的功能對每一設(shè)計方案的路線兩側(cè)以一定寬度建立路線模型,對該區(qū)域內(nèi)的適宜性進(jìn)行分析等。所有這些功能模塊都是GIS軟件自身所具有的,設(shè)計時只須按照要求進(jìn)行相應(yīng)的操作即可。另外,還可以建立有關(guān)的專業(yè)應(yīng)用模型,實現(xiàn)GIS與專業(yè)模型的集成。

　　利用遙感和地理信息系統(tǒng)進(jìn)行公路的地質(zhì)勘察和選址及輔助設(shè)計,充分利用了現(xiàn)代技術(shù),具有考慮因素系統(tǒng)全面、采用信息實時準(zhǔn)確、分析過程高效可靠、操作利用簡便易行等優(yōu)點,已獲得了廣泛的應(yīng)用。目前許多高等級公路的設(shè)計階段都充分利用了遙感技術(shù)而在施工時采用gps放樣。

　　2.2在施工測設(shè)及質(zhì)量控制方面的應(yīng)用

　　公路施工中需要進(jìn)行大量的測量工作�，F(xiàn)在全站儀用于高等級公路測量已得到了推廣。但是,由于在實際工作中普遍存在著測點缺失或移動、測點間相互不通視等情況。傳統(tǒng)的測量技術(shù)需要為此進(jìn)行大量的野外作業(yè)以確保施工進(jìn)行。隨著GPS的出現(xiàn)和使用范圍的推廣,這一狀況有望得到改變。GPS所具有的點間無須通視、全天候、高精度的特性使得其應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬。當(dāng)前實時動態(tài)定位(RTK)技術(shù)、差分GPS技術(shù)(DGPS)等的精度已足以滿足公路施工過程中控制測量和地形測繪工作的要求。利用GPS技術(shù)可同時確定點的平面位置和高程位置。在公路施工開始時,利用GPS技術(shù)可打破傳統(tǒng)的先控制、后碎部的測量程序,而是一次測設(shè)整個工程所需的控制點,輔之以常規(guī)的測繪技術(shù)可以較高的效率進(jìn)行公路的施工放樣。通過GPS高程測量技術(shù)可實現(xiàn)公路的基平測量。由于GPS采用的是WGS-84坐標(biāo)系,而在實際施工中采用的可能是國家80坐標(biāo)系、54坐標(biāo)系統(tǒng)或公路獨立坐標(biāo)系,因此坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換是一項重要的工作,利用已有的適量控制點和水準(zhǔn)點在計算機(jī)中進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、高程擬合或內(nèi)插可實現(xiàn)這一工作。在公路的驗收過程中,對公路的幾何指標(biāo)的檢核也可利用GPS接收機(jī)進(jìn)行,測量信息經(jīng)過隨機(jī)的數(shù)據(jù)處理軟件可實時給出測量結(jié)果,而且精度可以滿足要求,極大地提高了效率。

　　將GPS接收機(jī)或其附屬設(shè)備的公路測量信息通過數(shù)據(jù)端口輸入地理信息系統(tǒng),可以為建立公路管理的計算機(jī)輔助系統(tǒng)提供最基本的幾何信息。

　　2.3在公路動態(tài)監(jiān)測與維護(hù)中的應(yīng)用

　　公路在其使用過程中,必然要受到當(dāng)?shù)刈匀粭l件、環(huán)境變化、人類活動等因素的影響,利用現(xiàn)代測繪技術(shù)可以進(jìn)行公路宏觀監(jiān)測。以公路施工過程中的幾何信息為基礎(chǔ),將公路及其所在區(qū)域各方面的信息通過GIS的數(shù)據(jù)采集模塊輸入GIS數(shù)據(jù)庫,在GIS的基礎(chǔ)上建立公路管理系統(tǒng),對整個公路的狀況、沿線地理信息等在系統(tǒng)中進(jìn)行綜合管理。由于地下采礦、區(qū)域發(fā)展等各方面的影響,公路所在地區(qū)的自然地理條件可能發(fā)生演變,這些變化極有可能對公路引發(fā)大的破壞。及時對公路所在區(qū)域的自然地理環(huán)境進(jìn)行動態(tài)綜合監(jiān)測,發(fā)現(xiàn)可能引起公路破壞的因素并采取有效的維護(hù)措施,可以從宏觀上保證對公路的動態(tài)監(jiān)測。遙感信息是進(jìn)行公路動態(tài)綜合監(jiān)測的基本信息源�；�于GIS的公路管理系統(tǒng)是實施監(jiān)測的技術(shù)支撐,該系統(tǒng)可以充分繼承GIS已有的空間分析功能,并結(jié)合公路管理的要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)亩�次開發(fā),從而實現(xiàn)管理工作的自動化、規(guī)范化。

　　2.4“3S”技術(shù)一體化的應(yīng)用模式

　　現(xiàn)代測繪科學(xué)的一個重要研究方向就是“3S”技術(shù)集成即一體化。“3S”技術(shù)集成將進(jìn)一步促進(jìn)現(xiàn)代測繪學(xué)的發(fā)展。展望“3S”集成技術(shù)在公路施工與管理的應(yīng)用,其模式是以GIS為核心,將遙感信息、測繪信息、統(tǒng)計信息等多源信息資料進(jìn)行綜合處理,提取有關(guān)的自然、地質(zhì)、地理、社會、經(jīng)濟(jì)等與公路有關(guān)的信息,建立GIS數(shù)據(jù)庫,在GIS的空間分析模塊中進(jìn)行綜合多目標(biāo)優(yōu)化分析,研究最佳的公路選線和設(shè)計方案;在公路施工過程中以GPS為主輔以常規(guī)測繪技術(shù)進(jìn)行全部公路測設(shè)工作,將結(jié)果信息輸入GIS數(shù)據(jù)庫,結(jié)合沿線區(qū)域?qū)傩孕畔⒔�立公路管理系統(tǒng);在公路的使用過程中通過公路管理系統(tǒng)對公路進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測。

　　現(xiàn)代測繪技術(shù)應(yīng)用于公路管理的模式如圖１所示�！�

　　圖１現(xiàn)代測繪學(xué)應(yīng)用于公路管理模式

　　3結(jié)語

　　現(xiàn)代測繪學(xué)是一門具有廣闊應(yīng)用前景的空間信息科學(xué)技術(shù),將其應(yīng)用于公路施工和管理具有多方面的優(yōu)越性,可以縮短作業(yè)時間,減少工作強(qiáng)度,提高工程質(zhì)量,節(jié)省建設(shè)資金,提高工作效率,規(guī)范工程實施,加強(qiáng)公路管理,這已被大量的公路建筑工程所證明。隨著今后交通運輸業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展,現(xiàn)代測繪技術(shù)在公路的修筑和管理中必將發(fā)揮越來越大的技術(shù)支持作用�！　�

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