摘要:本文分析了3s現代測繪技術應用于公路施工和管理的優越性,探討了其在公路工程地質勘察和設計選線、施工測設技術與質量控制、動態監測等方面的應用,提出了現代測繪技術應用于公路施工和管理的模式。
　　關鍵詞:現代測繪技術，地球空間信息科學，公路施工和管理
　　隨著公路事業的不斷發展,公路的施工和管理也對工程技術和管理手段的效率、成本、質量等提出了越來越高的要求,傳統的模式、手段已逐漸落后于實際工作的發展，已越來越不能適應公路事業的發展。將先進的科學技術應用于公路的施工與管理具有重要的意義。公路的工程地質勘察和設計選線、施工測設技術與質量控制、管理與維護是三個具有全局意義的環節,利用最新的現代測繪科學的核心技術——“3S”技術作為公路施工與管理的技術支撐,可以極大地提高工作的速度、效率和可靠性。本文在對現代測繪學進行介紹的基礎上,探討其用于公路施工和管理的優越性,然后對其應用的技術途徑和模式進行研究。
　　1現代測繪技術及其應用的優越性
　　以遙感(RS)、地理信息系統(GIS)、全球定位系統(GPS)為核心和主體,在計算機技術和通信技術的支持下,正在形成一門新的科學——地球空間信息學(Geomatics),現代測繪學就是地球空間信息學。現代測繪學是一門新興的空間信息科學技術,是應用系統的方法、現代化的手段,在空間信息生成和管理過程中用于科學研究、行政管理、法律運作和技術工作的空間數據進行獲取和管理中所采用的所有學科的綜合體,是涉及到空間數據的量測、分析、管理和顯示的一門現代化的綜合技術手段和方法。其主體是遙感(RS)、全球定位系統(GPS)、地理信息系統(GIS)三門既相互獨立又密切聯系的科學技術,統稱為“3S”技術。“3S”技術的集成即“3S一體化”是現代測繪學發展的重要方向[1-2]。
　　RS主要是指從遠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、傳輸和處理,從而研究地面物體的形狀、大小及其環境的相互關系與變化的現代技術科學。現階段遙感在地質調查、地理信息獲取等方面有廣泛的應用。由于公路施工的前提工作就是路線的選址和設計,利用野外勘探進行地質調查、進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,而其準確度仍得不到保證。利用遙感圖像所獲取的信息,經過圖像處理和加工,能準確地揭示區域地質構造、水文地質條件、地形地貌狀況,從而為路線選址提供全面可靠的原始資料,具有經濟、客觀、準確、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行公路所在區特殊情況（特別惡劣天氣）的監測,從而為公路的維護提供宏觀的決策支持。
　　GPS是美國軍方研制的新一代衛星導航定位系統,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擴展到航空測量和航天遙感中。當前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、地表沉陷監測中得到廣泛應用,在精度、效率、速度、成本等方面都顯示出了巨大的優越性。利用GPS技術進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域與空間地理分布有關的數據的空間信息系統,是隨著計算機科學、空間科學、測繪遙感學、地球科學、環境科學、信息科學和管理科學的發展而新興的一門邊緣交叉學科。地理信息系統具有強大的空間分析功能,可廣泛應用于各種與空間地理分布有關的信息采集、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有力的決策支持.由于GIS具有的強大功能和計算機技術的支持,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。
　　公路的設計、施工、管理都與地質地理條件、區域綜合信息密切相關,涉及到大量的數據采集、處理、管理等工作。以GIS、GPS、RS為主體的現代測繪學的特點和結構決定了其在公路的修筑和管理中應用的優越性,這既是現代測繪學應用領域拓寬的需要,也是公路施工和管理的必然要求。
　　2現代測繪技術在公路施工與管理中的應用
　　以“3S”技術為主體的現代測繪技術輔以常規測繪技術、計算機技術、人工智能專家系統技術等,可以在公路施工和管理的整個過程中都提供強有力的技術支持,從而利用最先進的空間科學技術服務于公路的施工和管理,提高工作效率,保證工程質量,節約工程費用。
　　2.1在公路地質勘察和選線設計中的應用
　　公路的修筑與該地的水文地質條件、地形地貌條件、自然地理條件、社會經濟狀況有著密切關系。地質資料的獲取是進行路線選址和設計的先決條件,但傳統的方法工作量大,工程周期長,投入成本大,在突變性地質構造及多源信息處理方面效果并不理想。利用現代測繪學的信息獲取、處理功能可有效進行公路的選線和設計。首先利用遙感技術進行公路地質調查,利用區域有關遙感資料,從中提取沿線的主要地質信息,然后結合路線調查、實地勘測和對已有資料的全面分析,確定該地區的對公路選線有影響的所有的因素條件,為選址提供基礎資料。
　　將由遙感技術所獲得的區域地理、地質等方面的資料輸入地理信息系統的數據庫,地形圖通過數字化儀進行輸入,圖像信息在掃描進入GIS后通過柵格矢量數據結構的轉換以需要的形式進行存儲,屬性信息由鍵盤輸入或由數據庫移植,同時要充分利用GIS中已有的該地區的信息,將需要的多源地理信息進行統一管理。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條件好、施工難度小的地區,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優化問題。對這一問題的解決要充分利用GIS的空間分析模塊進行。其中實用的GIS功能和能夠完成的任務如:采用多層疊加分析對影響選線的多個要素進行綜合考慮,按照每一因素的重要程度賦以相應的權重,通過對疊加結果的分析由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行合理選取;利用GIS的緩沖區分析的功能對每一設計方案的路線兩側以一定寬度建立路線模型,對該區域內的適宜性進行分析等。所有這些功能模塊都是GIS軟件自身所具有的,設計時只須按照要求進行相應的操作即可。另外,還可以建立有關的專業應用模型,實現GIS與專業模型的集成。
　　利用遙感和地理信息系統進行公路的地質勘察和選址及輔助設計,充分利用了現代技術,具有考慮因素系統全面、采用信息實時準確、分析過程高效可靠、操作利用簡便易行等優點,已獲得了廣泛的應用。目前許多高等級公路的設計階段都充分利用了遙感技術而在施工時采用gps放樣。
　　2.2在施工測設及質量控制方面的應用
　　公路施工中需要進行大量的測量工作。現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。傳統的測量技術需要為此進行大量的野外作業以確保施工進行。隨著GPS的出現和使用范圍的推廣,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用領域不斷拓寬。當前實時動態定位(RTK)技術、差分GPS技術(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技術可打破傳統的先控制、后碎部的測量程序,而是一次測設整個工程所需的控制點,輔之以常規的測繪技術可以較高的效率進行公路的施工放樣。通過GPS高程測量技術可實現公路的基平測量。由于GPS采用的是WGS-84坐標系,而在實際施工中采用的可能是國家80坐標系、54坐標系統或公路獨立坐標系,因此坐標的轉換是一項重要的工作,利用已有的適量控制點和水準點在計算機中進行坐標轉換、高程擬合或內插可實現這一工作。在公路的驗收過程中,對公路的幾何指標的檢核也可利用GPS接收機進行,測量信息經過隨機的數據處理軟件可實時給出測量結果,而且精度可以滿足要求,極大地提高了效率。
　　將GPS接收機或其附屬設備的公路測量信息通過數據端口輸入地理信息系統,可以為建立公路管理的計算機輔助系統提供最基本的幾何信息。
　　2.3在公路動態監測與維護中的應用
　　公路在其使用過程中,必然要受到當地自然條件、環境變化、人類活動等因素的影響,利用現代測繪技術可以進行公路宏觀監測。以公路施工過程中的幾何信息為基礎,將公路及其所在區域各方面的信息通過GIS的數據采集模塊輸入GIS數據庫,在GIS的基礎上建立公路管理系統,對整個公路的狀況、沿線地理信息等在系統中進行綜合管理。由于地下采礦、區域發展等各方面的影響,公路所在地區的自然地理條件可能發生演變,這些變化極有可能對公路引發大的破壞。及時對公路所在區域的自然地理環境進行動態綜合監測,發現可能引起公路破壞的因素并采取有效的維護措施,可以從宏觀上保證對公路的動態監測。遙感信息是進行公路動態綜合監測的基本信息源。基于GIS的公路管理系統是實施監測的技術支撐,該系統可以充分繼承GIS已有的空間分析功能,并結合公路管理的要求進行適當的二次開發,從而實現管理工作的自動化、規范化。
　　2.4“3S”技術一體化的應用模式
　　現代測繪科學的一個重要研究方向就是“3S”技術集成即一體化。“3S”技術集成將進一步促進現代測繪學的發展。展望“3S”集成技術在公路施工與管理的應用,其模式是以GIS為核心,將遙感信息、測繪信息、統計信息等多源信息資料進行綜合處理,提取有關的自然、地質、地理、社會、經濟等與公路有關的信息,建立GIS數據庫,在GIS的空間分析模塊中進行綜合多目標優化分析,研究最佳的公路選線和設計方案;在公路施工過程中以GPS為主輔以常規測繪技術進行全部公路測設工作,將結果信息輸入GIS數據庫,結合沿線區域屬性信息建立公路管理系統;在公路的使用過程中通過公路管理系統對公路進行動態監測。
　　現代測繪技術應用于公路管理的模式如圖１所示。
　　
　　圖１現代測繪學應用于公路管理模式
　　3結語
　　現代測繪學是一門具有廣闊應用前景的空間信息科學技術,將其應用于公路施工和管理具有多方面的優越性,可以縮短作業時間,減少工作強度,提高工程質量,節省建設資金,提高工作效率,規范工程實施,加強公路管理,這已被大量的公路建筑工程所證明。隨著今后交通運輸業的進一步發展,現代測繪技術在公路的修筑和管理中必將發揮越來越大的技術支持作用。
　　
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