錢 晨

（新疆生產(chǎn)建設兵團勘測規(guī)劃設計研究院，新疆 烏魯木齊 830002）

0 引言

公路的選線過程是一個涉及多影響因素、多目標的綜合優(yōu)化過程。選線設計手段不斷發(fā)展進步，從傳統(tǒng)的純手工設計發(fā)展到基于AutoCAD平臺的線路軟件設計。近年來，越來越多的專家學者將GIS引進到選線設計領域中來，利用GIS強大的決策功能，空間分析功能，輔助線路設計。GIS公路選線方法備受重視，因此對GIS公路選線方法的研究顯得尤為重要。

遙感是對遙遠目標的感知，遙感技術指的是利用航天、航空飛行器，借助多彩紅外、光譜等電磁波對地球地表的掃描和觀測，從而得到能夠反映地表特征的影像圖。在勘察設計中會出現(xiàn)多個路線方案選擇，路線方案選擇的是否恰當，直接影響項目的道路功效是否完善及投資的大小。傳統(tǒng)評價的方法有兩種：一是專家會議法，這種方法由專家利用其經(jīng)驗進行分析，不能客觀進行評價；另一種是層次分析法（Analytical Hierarchy Process，簡稱AHP），該方法最大的不足是判斷矩陣由決策和專家主觀判定。為解決這一問題，必須采用一種科學的方法，對各種路線方案做出科學評價，從而選出最優(yōu)設計方案。

1 公路線路選線原則

1.1 景觀協(xié)調(diào)考慮。要結(jié)合沿線地貌、地質(zhì)、植被條件，路線布設順勢而為，線形走向盡可能與河流、山川勢相吻合，盡量接近自然，達到再造景觀與自然景觀的和諧統(tǒng)一。

1.2 貫徹“舒適、安全、環(huán)保、和諧”的設計理念，堅持“不破壞就是最大的保護”的原則。

1.3 運行車速檢驗。根據(jù)地形、地質(zhì)條件，合理運用工程技術標準，采用適宜技術指標，確保整體結(jié)構(gòu)的連續(xù)、均衡。

1.4 線形指標掌握。根據(jù)地形、地質(zhì)條件，在充分保證行車安全，少占農(nóng)田、環(huán)境保護的前提下，不片面追求高指標，以保持線形連續(xù)、行駛順暢、環(huán)境優(yōu)美、景觀協(xié)調(diào)。

2 GIS公路選線方法

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information system，簡稱GIS）是地理學、計算機科學、地圖學和測量學等學科的交叉，它是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎，采用地理模型分析方法適時提供多種空間的和動態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務的計算機技術系統(tǒng)。

2.1 GIS的數(shù)據(jù)特點

在計算機中，GIS是用數(shù)字語言來描述地理實體的。在GIS中的數(shù)據(jù)可以分為兩種類型：空間特征數(shù)據(jù)和屬性特征數(shù)據(jù)?？臻g特征數(shù)據(jù)表示空間實體的位置或現(xiàn)在所處的地理位置以及拓撲關系和幾何特征。而表示和地理對象的空間位置無關的信息，稱為屬性特征數(shù)據(jù)，以數(shù)字符號等來表示。

2.2 GIS的主要功能

GIS的主要功能主要包括以下方面：

a）制圖功能 GIS的綜合制圖功能包括專題圖制作，在地圖上顯示出地理要素；

b）數(shù)據(jù)的操作與處理功能 地理信息系統(tǒng)屬于空間型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，但它同樣具備一般數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)所具備的數(shù)據(jù)處理功能；

c）空間疊置分析 空間疊加就是將兩個或多個圖層以相同的空間位置重疊在一起，經(jīng)過圖形和屬性運算，產(chǎn)生新的空間區(qū)域的過程；

d）緩沖區(qū)分析 緩沖區(qū)是以某類圖形元素為基點拓展一定的寬度而形成新區(qū)域；

e）網(wǎng)絡分析 對地理網(wǎng)絡進行模型化和地理分析，是地理信息系統(tǒng)中網(wǎng)絡分析的重要功能。

2.3 公路線路設計任務

線路設計的首要任務是依據(jù)線路使用性質(zhì)和任務，按既定線路方案和技術標準，并結(jié)合實際的地質(zhì)、地形條件，確定線路平面位置，這個過程被稱為平面選線。線路的大致走向確定后，綜合考慮選擇合適的線路橫、縱、平設計，并對線路的參數(shù)進行進一步設計，并優(yōu)化調(diào)整局部段。

2.4 基于GIS的公路選線方法

GIS不僅是一個圖庫管理系統(tǒng)，而且它還具有空間分析的功能，包括數(shù)字地形模型分析、影像分析、地理變量多元分析等。GIS系統(tǒng)空間分析方法適用于處理公路線路、鐵路設計等所需地形、水文、地物等各方面數(shù)據(jù)。

2.4.1 勘測設計數(shù)據(jù)采集

選線設計是建立在勘測數(shù)據(jù)的基礎之上，公路勘測信息數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大、種類繁多的特點。通過GIS可以實現(xiàn)對野外勘測獲取數(shù)據(jù)進行相應數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)編輯、質(zhì)量控制、數(shù)據(jù)管理和檢索統(tǒng)計等操作。

2.4.2 平面、縱斷面圖形交互設計

圖形交互設計功能主要滿足縱斷面、線路平面的輔助設計需求。根據(jù)線路平面交互設計需求，設計人員可以根據(jù)需要完成移動增加或刪除曲線交點、交點位置、改變曲線半徑等功能。基于GIS的縱斷面、平面交互設計過程中，對控制線路走向的重點設施或特殊地質(zhì)、不良地質(zhì)必須繞避的控制點，系統(tǒng)發(fā)出警告信息會提示設計人員；信息數(shù)據(jù)庫會將設計的成果數(shù)據(jù)自動進行保存，生成接口數(shù)據(jù)，供相關專業(yè)使用。

3 應用遙感技術動態(tài)設計

公路選線動態(tài)設計具體分3個部分：管理部分、現(xiàn)狀分析和對下階段的預測分析、調(diào)整。

3.1 管理部分

這部分是動態(tài)設計的核心，因為只有將數(shù)據(jù)分析結(jié)果盡快的傳送給決策者，決策者才能準確地判定，給出合理選線方案。

3.2 現(xiàn)狀分析和對下階段的預測

利用遙感圖像結(jié)果，根據(jù)設計原則，判斷公路線路選擇的可行性，并預測其工程造價、安全性、政策性以及可持續(xù)發(fā)展等。具體實施的步驟如下：首先分析彩紅外航空照和片衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，然后對遙感圖像進行恢復處理。

3.3 調(diào)整設計方案

根據(jù)遙感圖像調(diào)整得到的設計方案，綜合分析是否達到要求，并以此為依據(jù)進行優(yōu)化調(diào)整。這一環(huán)節(jié)是動態(tài)設計過程中的重要環(huán)節(jié)，這樣往復循環(huán)，最終給出最優(yōu)公路選線的設計方案。

4 DEA改進模型在公路選線綜合評價中的應用

4.1 DEA方法的基本思想

DEA（Data Envelopment Analysis，數(shù)據(jù)包絡分析）是一種直接利用輸入和輸出數(shù)據(jù)，建立非參數(shù)的模型，從而進行經(jīng)濟分析和綜合評價研究的一種方法。DEA方法是使用數(shù)學規(guī)劃模型評價具有多個輸入和多個輸出的部門或單位間的相對有效性。它利用最優(yōu)化概念確定指標的權(quán)重，對于不同評價方案，權(quán)重的分配不盡相同；此外，對于輸入和輸出指標之間的復雜聯(lián)系，可以沒有確定的表達式，不僅簡化了問題，而且使評價結(jié)果變得客觀公正。

4.2 評價實例

4.2.1 確定原則

根據(jù)《公路工程技術標準》(JT GB01—2003)。

4.2.2 輸入指標

A1為路線建設成本定量指標；A2為施工方案的定性指標，該項指標包括技術規(guī)范和施工方法等。

4.2.3 輸出指標

B1為路線項目20年的經(jīng)濟效益，B2為路線環(huán)境影響，B3為路線所在地的社會經(jīng)濟效益，B4為路線自身風險（見表1）。

表1 不同方案比較研究

對于上述方案，分別建立基于虛擬決策單元的DEA模型并計算，可以得到各方案的評價效率值（見表2）。

表2 不同路線方案的計算對比

5 結(jié)語

綜合了GIS、遙感動態(tài)設計方法的公路選線理念，結(jié)合改進DEA模型在公路選線中進行綜合評價，為實現(xiàn)智能選線自動化提供了可能。信息的處理、空間數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)庫的建立，為選線中全面的考慮各方面因素提供了基礎。用于路線方案評選的方法還有價值工程綜合評價法、多層次分析法等，可以進行綜合應用，以達到最優(yōu)的設計效果。但是由于道路選線是非常復雜的綜合性問題，需要考慮的因素很多，需要進一步研究建立更加合理統(tǒng)一的數(shù)學模型來求解，保證路線方案多個目標協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

[1]侯建軍.應用遙感技術動態(tài)設計公路選線[J].工業(yè)科技，2011，（3）：35-36.

[2]劉勁松，趙力.基于GIS公路選線方法探討[J].科技信息，2011，（1）：335.

[3]陳重光，賀國.DEA改進模型在公路選線綜合評價中的應用[J].交通科技濟，2011，（3）：102-103.

[4]Winston,W.L.運籌學概率模型應用范例與解法[M].4版.李乃文，譯.北京：清華大學出版社，2006.