摘要:本文分析了3s現(xiàn)代測(cè)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(jì)選線、施工測(cè)設(shè)技術(shù)與質(zhì)量控制、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等方面的應(yīng)用,提出了現(xiàn)代測(cè)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(cè)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(duì)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(shí)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(jì)選線、施工測(cè)設(shè)技術(shù)與質(zhì)量控制、管理與維護(hù)是三個(gè)具有全局意義的環(huán)節(jié),利用最新的現(xiàn)代測(cè)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(duì)現(xiàn)代測(cè)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(duì)其應(yīng)用的技術(shù)途徑和模式進(jìn)行研究。
　　1現(xiàn)代測(cè)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(jì)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(cè)繪學(xué)就是地球空間信息學(xué)。現(xiàn)代測(cè)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(yùn)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(cè)、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(dú)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(cè)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(tái)上利用可見光、紅外、微波等電磁波探測(cè)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)。現(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(jì),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(fèi)大量的物力、人力和財(cái)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(diǎn)。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(cè),從而為公路的維護(hù)提供宏觀的決策支持。
　　GPS是美國(guó)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(cè)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(cè)各種等級(jí)的控制測(cè)量,已在地形和工程測(cè)量、地表沉陷監(jiān)測(cè)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(cè)量、地形測(cè)量、施工放樣、基平測(cè)量等工作,速度快,精度高,不受地形及時(shí)間空間等客觀條件的限制,克服了傳統(tǒng)測(cè)量工作中存在的問題。
　　GIS是一種采集、存儲(chǔ)、管理、分析和評(píng)價(jià)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(jì)算機(jī)科學(xué)、空間科學(xué)、測(cè)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(duì)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(duì)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(jì)算機(jī)技術(shù)的支持,既提高了工作
　　的自動(dòng)化程度,又極大地提高了效率和可靠程度。
　　公路的設(shè)計(jì)、施工、管理都與地質(zhì)地理?xiàng)l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(cè)繪學(xué)的特點(diǎn)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(cè)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(cè)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(cè)繪技術(shù)輔以常規(guī)測(cè)繪技術(shù)、計(jì)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(gè)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(fèi)用。
　　2.1在公路地質(zhì)勘察和選線設(shè)計(jì)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?xiàng)l件、社會(huì)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(jì)的先決條件,但傳統(tǒng)的方法工作量大,工程周期長(zhǎng),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(cè)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(jì)。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(shí)地勘測(cè)和對(duì)已有資料的全面分析,確定該地區(qū)的對(duì)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(kù),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(chǔ),屬性信息由鍵盤輸入或由數(shù)據(jù)庫(kù)移植,同時(shí)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(duì)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(shí)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(gè)綜合的多目標(biāo)優(yōu)化問題。對(duì)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(shí)用的GIS功能和能夠完成的任務(wù)如:采用多層疊加分析對(duì)影響選線的多個(gè)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(duì)疊加結(jié)果的分析由GIS自動(dòng)提供可供選擇的方案;利用GIS的最短路徑確定功能對(duì)路線的長(zhǎng)度進(jìn)行合理選取;利用GIS的緩沖區(qū)分析的功能對(duì)每一設(shè)計(jì)方案的路線兩側(cè)以一定寬度建立路線模型,對(duì)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(jì)時(shí)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(shí)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(jì),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(shí)時(shí)準(zhǔn)確、分析過程高效可靠、操作利用簡(jiǎn)便易行等優(yōu)點(diǎn),已獲得了廣泛的應(yīng)用。目前許多高等級(jí)公路的設(shè)計(jì)階段都充分利用了遙感技術(shù)而在施工時(shí)采用gps放樣。
　　2.2在施工測(cè)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(cè)量工作。現(xiàn)在全站儀用于高等級(jí)公路測(cè)量已得到了推廣。但是,由于在實(shí)際工作中普遍存在著測(cè)點(diǎn)缺失或移動(dòng)、測(cè)點(diǎn)間相互不通視等情況。傳統(tǒng)的測(cè)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(diǎn)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(shí)時(shí)動(dòng)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(cè)量和地形測(cè)繪工作的要求。利用GPS技術(shù)可同時(shí)確定點(diǎn)的平面位置和高程位置。在公路施工開始時(shí),利用GPS技術(shù)可打破傳統(tǒng)的先控制、后碎部的測(cè)量程序,而是一次測(cè)設(shè)整個(gè)工程所需的控制點(diǎn),輔之以常規(guī)的測(cè)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(cè)量技術(shù)可實(shí)現(xiàn)公路的基平測(cè)量。由于GPS采用的是WGS-84坐標(biāo)系,而在實(shí)際施工中采用的可能是國(guó)家80坐標(biāo)系、54坐標(biāo)系統(tǒng)或公路獨(dú)立坐標(biāo)系,因此坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換是一項(xiàng)重要的工作,利用已有的適量控制點(diǎn)和水準(zhǔn)點(diǎn)在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、高程擬合或內(nèi)插可實(shí)現(xiàn)這一工作。在公路的驗(yàn)收過程中,對(duì)公路的幾何指標(biāo)的檢核也可利用GPS接收機(jī)進(jìn)行,測(cè)量信息經(jīng)過隨機(jī)的數(shù)據(jù)處理軟件可實(shí)時(shí)給出測(cè)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(cè)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(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)提供最基本的幾何信息。
　　2.3在公路動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)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(dòng)等因素的影響,利用現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)可以進(jìn)行公路宏觀監(jiān)測(cè)。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(kù),在GIS的基礎(chǔ)上建立公路管理系統(tǒng),對(duì)整個(gè)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?xiàng)l件可能發(fā)生演變,這些變化極有可能對(duì)公路引發(fā)大的破壞。及時(shí)對(duì)公路所在區(qū)域的自然地理環(huán)境進(jìn)行動(dòng)態(tài)綜合監(jiān)測(cè),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(duì)公路的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。遙感信息是進(jìn)行公路動(dòng)態(tài)綜合監(jiān)測(cè)的基本信息源。基于GIS的公路管理系統(tǒng)是實(shí)施監(jiān)測(cè)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(shí)現(xiàn)管理工作的自動(dòng)化、規(guī)范化。
　　2.4“3S”技術(shù)一體化的應(yīng)用模式
　　現(xiàn)代測(cè)繪科學(xué)的一個(gè)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(cè)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(cè)繪信息、統(tǒng)計(jì)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(huì)、經(jīng)濟(jì)等與公路有關(guān)的信息,建立GIS數(shù)據(jù)庫(kù),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(jì)方案;在公路施工過程中以GPS為主輔以常規(guī)測(cè)繪技術(shù)進(jìn)行全部公路測(cè)設(shè)工作,將結(jié)果信息輸入GIS數(shù)據(jù)庫(kù),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(duì)公路進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。
　　現(xiàn)代測(cè)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(cè)繪學(xué)應(yīng)用于公路管理模式
　　3結(jié)語
　　現(xiàn)代測(cè)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(shí)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(shí)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(yùn)輸業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展,現(xiàn)代測(cè)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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