3S技术在公路工程中的应用

摘要：从公路选线、工程地质勘察、工程设计到公路运行管理，3S技术的信息分析方法有其他手段不可替代的作用；遥感航测制图更有其速度快、质量高、节省人力物力的优势，而3维遥感数据是公路勘测设计自动化的基础，是体现设计思想、优化路线方案最先进有效的手段。

关键词：3S；遥感(RS)；全球定位系统GPS；地理信息系统GIS

中图分类号：X734文献标识码： A

1 引言

“3S”系统是遥感(Remote Sensing-RS)、全球定位系统(Globe Position System-GPS)、地理信息系统(Geographic Information System-GIS)的总称，作为目前对地观测系统中空间信息获取、存贮管理、更新、分析和应用的3大支撑技术[1]。三者在空间信息管理上各具特色，均可独立完成自身具有的功能，同时相互之间又有许多关联，在解决问题的功能上各有优点与不足。三者的结合与集成已成为空间科学的发展方向和必然趋势。3S技术在公路规划和勘察选线方面的应用研究和勘察设计实践，在多段高速公路及大型隧道的勘察设计应用中取得了很好的效果，不但提高速度2~3倍以上，而且可以全面认识公路工程地质环境的特征，提高工作质量，尤其在减少不良地质危害、优化选线设计质量等方面，具有巨大的经济效益和社会效益。其优化选线和减灾效益已在亿元以上，经济效益和社会效益巨大，具有很好的发展应用前景。

23S技术在公路工程中的应用

2.13S技术在前期工作中的应用

公路工程的前期工作，一般分为工程预可行性研究和工程可行性研究、初步设计等阶段。按照不同阶段的内容要求，所涉及到的工作内容、技术深度、获取资料的详细范围均有所不同，但有一点是共同的，那就是拟建公路走廊的地形、地貌、地质、水文、气候、环境等相关的信息资料。随着RS系统技术的迅猛发展，其空间分辨率有了飞快的提高，从30m、10m到今天的2m、1m，搭载的传感器采用从可见光至热红外多光谱或全色波段，通过纹理和颜色处理，对拟建公路沿线（覆盖宽度几km至几十km）地形、地貌、植被、土壤、水体进行分析和处理，制作1∶1万至1∶25万专题地图，提供出特(大)桥、隧道等路线控制点直观、准确的地质要素信息[2]。特别是对公路沿线的不良地质路段（如冻土、软土、盐渍土）、特殊地质（如砂土液化、多雨、积雪）、地质灾害（如采空区、崩塌、泥石流、滑坡、地裂缝）可提供出大比例尺（1∶1万）地质资料，满足高速公路地质灾害危险性的评估技术要求。综合以上数字信息，通过相关论证，确定出路线最佳方案。另外，利用RS系统技术，还可以探明公路沿线的文物古迹（如北京老山汉墓的探明、挖掘就是卫星摇感技术的成功运用），做到文物保护与公路建设相互协调。从国内公路遥感工程的应用来看，RS系统技术具有快速、高效、直观、视域广、信息量丰富的显著特色，在公路工程前期工作中势必会得到越来越广泛应用。

2.23S技术在勘测在设计阶段中的应用

传统的公路勘测是依靠大量的工程技术人员在野外收集、调查、分析、处理公路沿线平纵断面的数据。在交通不便、勘测难度大的高山、湖泊、森林等地段，时间长、效率低、精度差。以GPS技术、GIS技术及其集成技术为核心的3S技术系统，则会在公路工程的勘测设计中大显神通，推动公路设计自动化，提高设计质量。GPS技术具有全天候、高精度、快速度的显著特点。构建高速公路平面导线控制网，以50km山区高速公路为例，时间只需2~3d；平原微丘区高速公路控制网的布设，所需时间还会缩短[3]。而采用常规大地控制测量方法，甲级测绘队伍也至少需要20d左右的时间，还需要进行人工平差、补偿等一系列细部工作。在GPS基准点（站）控制精度范围内，对定线、中桩、横断面进行细部测量，可以快速获取各相关点的坐标及高程。利用RS技术将室内获得的公路沿线地形、地质形态，在外业勘测中可充分利用工可、初设阶段的有关数据，对大中桥、涵洞位置及不良地质和特殊路段，结合地形图、GPS进行野外现场实地布点、检查、补充和校正，为设计提供充足、完整的准确资料。“3S”技术的高度集成及计算机辅助设计技术的发展，为3S技术系统的设计提供了崭新的天地。高精度、高分辨率的图像技术、地理信息技术、数字地面模型技术、三维立体技术使公路工程设计达到智能化水平。用公路沿线的信息数据，在计算机上建立起数字模型，在拟建公路的布线走廊内进行平、纵线布设，流域内排水设计，特殊路段防护工程设计，不良地质桥位桥型选择布置，高大边坡设计以及公路景观等仿真设计和工程数量、投资预算的计算。通过三维透视，以计算行车速度在计算机上模拟沿路线行驶，来检验平纵线型指标、行车视距、公路全景等综合技术指标，对局部设计进行优化，在工程数量、投资费用增加不大的情况下，相互比选确定最佳路线方案。

2.33S技术在勘测在工程施工中的应用

公路工程施工作为设计的一种延伸和结果，其质量取决于施工过程的控制。特大桥梁、隧道往往是工程控制的难点和重点。3S技术系统在施工控制方面，运用先进的空间信息系统技术，则会缩短工期,保证质量。荆州长江公路大桥运用GPS布设平面控制网进行动态实时控制，保证了特大桥梁的施工质量，广东汕梅高速公路莲花山隧道运用GPS进行隧道施工测量控制，缩短工期一半，经济效益显著。运用GPS、全站仪空间矢量数据采集系统，配合GIS，完成路线土石方数量计算，自动搜寻填挖平衡点和最佳土石方调运距离，在这方面亦有成功的例子。

2.43S技术在运营管理中的应用

建立以“3S”集成技术为核心的智能运输管理系统，也是3S技术系统的重要组成内容。高速公路运营期间的交通流量调查、预测，恶劣天气（大雾、雨雪等）的汽车导航，交通事故报警，最佳行驶路线等等，均可通过监控中心与运营车辆进行联络，计算机屏幕会自动显示车辆所处方位的电子地图，显示车辆的地点、车身颜色、行驶速度、方向，并预测行驶路线和速度，如车辆被盗或被劫，监控中心采取遥控熄火，使车辆无法行驶，以实现交通运输的合理调度和管制。同时，随着高等级公路网络的逐步建立和形成，对现代公路的管理就需要先进的科学管理方法，3S技术系统对公路信息的获取、存储、检索、分析、处理具有直观、动态的特点，是实现公路管理现代化的重要手段。反映某一行政区域内国道主干线、国道、省道及县乡道路的分布，途经主要城镇的路网信息、路况信息、桥梁信息、附属设施信息及沿线管养机构信息，通过3S技术系统来完成对公路信息的查询、显示、报表等管理工作，真正实现现代公路管理的现代化、决策的科学化、工作的高效化。目前，国内安徽等省市已完成公路地理信息系统的建立和应用，效果及作用显著。

3 结语

随着人类对环境质量的要求越来越高，通过3S、3D与常规设计技术的紧密结合，才能使公路设计实现快速优化成为可能。大力推广3S技术在公路建设中的普及应用，有利于加快科技进步，提高人类利用、改造、美化环境的水平，对促进人类的进步具有重要意义。

参考文献：

[1] 朱照宏，符锌砂等. 道路勘测设计软件开发与应用指南. 北京：人民交通出版社， 2003..

[2] 潘宝玉，王贵. 3S技术集成及其在地质领域中的应用地质测绘， 1999.

[3] 戴文晗，魏清等. 遥感技术在公路勘察设计中的应用地理信息科学2001年9月第3期.