數(shù)字化技術(shù)在高速公路勘察設計中的應用
高速公路勘察設計與一般二級及二級以下公路建設項目的勘察設計有著本質(zhì)區(qū)別，許多新技術(shù)的應用都亟待探索和研究，先進的勘察設計技術(shù)是保證工程項目獲得成功的前提條件，控制著工程的整體質(zhì)量和工程建設周期。
一、我國公路勘察設計中的部分新技術(shù)
1.1高分辨率衛(wèi)星遙感技術(shù)（Google地球的應用）
高速公路建設主要有改建和新建，目前我省以新建項目為主，這就需要大范圍的走廊帶選擇，需要了解項目控制點附近的地形、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地球在勘察設計中的應用作一些分析：
Google地球是美國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)濟現(xiàn)象，在路線走廊帶優(yōu)化、比選方面具有得天獨厚的技術(shù)優(yōu)勢：
（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且不必嚴格控制點位分布即可生成1：5000～1：2000數(shù)字地形圖，這對困難地區(qū)獲取地面數(shù)據(jù)具有極大的價值；而且由于視點高，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)字攝影測量
數(shù)字攝影測量是近年來廣泛應用于高速公路及二級公路勘察設計過程中的一種新技術(shù)，實現(xiàn)了真正意義上的自動測圖和數(shù)字測圖。數(shù)字攝影測量與傳統(tǒng)攝影測量的區(qū)別在于它是利用相關技術(shù)自動處理數(shù)字化影像，是完全數(shù)字形式的。這種全數(shù)字化、全自動化的測繪方式為公路勘察設計的數(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)測圖工作，外業(yè)測量工作簡化為像控點布設、控制點布設及新增地物的調(diào)繪，這樣就可以為公路勘測設計提供大比例尺地的形圖，供紙上定線和方案比選使用。（2）通過立體觀察，充分利用航片豐富的影像信息進行規(guī)劃、選線、經(jīng)濟調(diào)查、工程地質(zhì)遙感分析等。（3）借助于數(shù)字攝影測量，直接產(chǎn)生設計所需的地表三維坐標數(shù)據(jù)，建立工程數(shù)字地面模型，為公路測設自動化系統(tǒng)提供原始地形數(shù)據(jù)。
1.3 GPS-RTK測量
GPS-RTK三維測量技術(shù)是近年發(fā)展起來的測量方法，廣泛用于各種測量中，克服了常規(guī)測量種的許多不足（如常規(guī)測量通常是平面測量和高程測量分別實施，這樣就存在著視線不暢、水準高程測量困難、工作強度大、工作效率低等），對常規(guī)測量中存在的問題提供了一套很好的解決方案，加快了工程勘察設計進度、解決了勘察工期短的問題，提高了經(jīng)濟效益和社會效益，使得工程建設能夠如期、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)濟效益。（2）測量不受視線的限制，提高了測量速度，保證了勘察設計工期，從而保證了工程建設工期，提高了項目的社會效益。（3）克服了傳統(tǒng)測量方法因轉(zhuǎn)站過多而引起累積誤差的缺點，有效控制了測量精度，保證了工程建設質(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)字地面模型廣泛應用于各類工程活動中，是計算機輔助技術(shù)的核心之一。目前公路勘察設計軟件行業(yè)中，都把數(shù)字地面模型作為自身的亮點和特點來搶占市場份額，也得到了同行業(yè)工作者的認可和重視，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計軟件、海地道路設計軟件、Bid-Land道路設計軟件以及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進行公路平面、縱面、橫斷面進行設計，計算其相應工程數(shù)量，從而進行路線方案的取舍。由于不需要大量的外業(yè)工作，投入少，故可大范圍、多角度的進行比選研究。
二、應用實例
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個環(huán)線中安順環(huán)線的主要組成部分，項目全長48.47公里，主要特點有：
（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)過地形平坦，多數(shù)地段均屬于基本農(nóng)田保護區(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、水庫分布較多。（4）區(qū)域內(nèi)路網(wǎng)發(fā)達，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。本項目的特點決定了在本項目勘察設計過程中的難點和重點，通過對項目的認真研究和分析，在本項目的勘察設計中需要堅持的重點和克服的難點主要有：
（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)、水庫及巖溶路段。（2）路網(wǎng)發(fā)達，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，效益低。
基于以上分析，在本項目勘察設計中，充分應用現(xiàn)代測量技術(shù)和現(xiàn)有成果，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益，現(xiàn)介紹如下：
2.1 Google地球的應用
在本項目中，Google地球的應用貫穿了整個過程，從走廊帶研究到方案選擇，再到設計匯報等均多次用到了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可見，克服了在地形圖上選擇時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就不可行的問題。減少了不必要的內(nèi)業(yè)工作和現(xiàn)場踏勘工作，節(jié)約了項目勘察設計成本，縮短了勘察設計周期。在項目后期階段，主要是將設計成果還原到三位圖片上進行項目匯報，這樣設計成果直觀、清晰、易懂，匯報得到了主管部門和專家的好評，為單位樹立了良好的形象。
2.2數(shù)字攝影測量和三維數(shù)字地面模型
v在本項目的勘察設計中各個階段均用到數(shù)字攝影測量和三維數(shù)字地面模型，是本項目主要數(shù)據(jù)來源的基礎。生成全線1：5000正射影像地形圖，用于初步設計方案研究；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)應用比較成熟，在此不再贅述。
2.3 GPS-RTK測量技術(shù)
在本項目外業(yè)測量期間，全測量過程均運用了GPS-RTK測量技術(shù)，使得測量人員和測量成本節(jié)約了約1/3，改善了測量工人的工作環(huán)境，節(jié)約了開支。解決了采用傳統(tǒng)測量方法工人勞動強度大、測量視距、溝谷的影響。縮短了測量工期10余天，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。
三、結(jié)語
通過對現(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目中數(shù)字化勘察設計新技術(shù)的應用介紹，探討了數(shù)字技術(shù)在高速公路勘察設計中的必要性和經(jīng)濟性，為高速公路項目勘察設計提供了一個很好的范例。
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