龔振文　王慶

摘要：以云南大理至麗江高速公路為例，分析了云南山區(qū)地形地貌特點(diǎn)，論述現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用于公路工程規(guī)劃設(shè)計(jì)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)量控制等方面的應(yīng)用。而數(shù)字公路技術(shù)（“3S”集成技術(shù)）應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)公路勘測(cè)設(shè)計(jì)一體化、智能化，信息化，使云南山區(qū)公路勘測(cè)設(shè)計(jì)水平全面提升。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用數(shù)字公路；山區(qū)公路建設(shè)

中圖分類號(hào)：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：16723198（2014）05018502

1引言

云南大理至麗江高速公路是國(guó)家高速公路網(wǎng)橫口杭州至瑞麗公路的主要組成部分，也是國(guó)道214線在云南境內(nèi)的重要路段，是滇西北與滇南間的重要運(yùn)輸通道，是云南通邊，進(jìn)藏的重要通道，該項(xiàng)目主線起于大理洲大理市鳳儀鎮(zhèn)，經(jīng)華營(yíng)、海東、挖色、雙廊、江尾、鄧川、右所、洱源、王營(yíng)、牛街、甸南、金華、劍川、九河、白漢場(chǎng)、拉市海，止于麗江黃山埡口西K197+000，建設(shè)里程259.81km（綜合里程）。其中主線長(zhǎng)191.77km，路基寬24.5米，設(shè)計(jì)時(shí)速查100公里/小時(shí)，項(xiàng)目地處云南省西北部，自然資源及文體資源十分豐富，氣候十二分獨(dú)特，路線主經(jīng)地區(qū)以山地、平壩、河谷三種地形為主，地勢(shì)西北高，東南低。沿線地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，氣候水文特征明顯。該項(xiàng)目概算總投資億元，是云南省迄今為止里程最長(zhǎng)、投資最大的高速公路項(xiàng)目。

大麗高速公路橋隧比例為31%，橋隧投資比例占路基工程總投資的67%，全線共有435座橋梁及多處隧道，其中花椒箐隧道長(zhǎng)4.398千米，是云南已建成的最長(zhǎng)的高速公路隧道。大麗高速公路是云南省通往滇西、入川、進(jìn)藏的重要戰(zhàn)略通道，是連接大理、麗江風(fēng)景名勝區(qū)的重要旅游通道。它的建成，對(duì)促進(jìn)滇西北地區(qū)旅游業(yè)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展，乃至加快云南省經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展具有十分重要的作用。

云南是典型的多山省份，地貌由滇東高原與滇西縱谷形成基本骨架。地勢(shì)由西北向東南傾斜，呈階梯式遞降。滇西北最高，海拔3000—4000m；滇中高原為第二梯層，海拔2000—2500m，山間盆地多在2000m以下；滇南各地為第三梯層，海拔在1200—1500m，山谷盆地在600-1000m。各層次內(nèi)均有不同的山地與河谷相切，縱橫交錯(cuò)，地形十分復(fù)雜。滇西北多高山，從西至東有高黎貢山、怒山、云嶺山三大山系呈南北走向縱貫滇西，其間挾持有怒江、瀾滄江、金沙江，形成著名的橫斷山縱谷地帶；云南是一個(gè)山高谷深、地形地質(zhì)復(fù)雜，山地面積占94%的典型的多山省份。應(yīng)用測(cè)繪新技術(shù)在公路的工程規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工放樣、變形觀測(cè)能極大進(jìn)行公路高效勘測(cè)設(shè)計(jì)工作。山區(qū)公路往往線路長(zhǎng)，已知點(diǎn)卻很少，且山區(qū)一般高差較大、地形復(fù)雜多樣、雨霧天氣多、通視條件差，因此在此類工程測(cè)量中，傳統(tǒng)方法無(wú)法保證精度且費(fèi)時(shí)費(fèi)力（見圖1）。

2公路測(cè)繪新技術(shù)

2.1數(shù)字公路

在公路工程規(guī)劃、勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)、養(yǎng)護(hù)中采用現(xiàn)代測(cè)繪新技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，設(shè)計(jì)，公路管理的一體化，集成化，數(shù)字化，把全站儀、GPS、遙感技術(shù)以及陀螺慣性測(cè)量和GIS技術(shù)集成，實(shí)現(xiàn)公路天空，地面一體化的三維空間測(cè)繪。把公路設(shè)計(jì)施工的要素，如地形、地質(zhì)、氣候、水文、植被、地物等用GIS技術(shù)進(jìn)行三維虛擬，采集數(shù)據(jù)只是一次，數(shù)據(jù)可重復(fù)應(yīng)用到選線設(shè)計(jì)、定線測(cè)量、土石方計(jì)算、工程造價(jià)、施工組織、運(yùn)營(yíng)管理等方面，使公路工程數(shù)據(jù)采集，處理，分析，規(guī)劃，設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)圖成果輸出全套一體化，自動(dòng)化，智能化。

2.2機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用在山區(qū)高速公路

機(jī)載激光雷達(dá)（LIDAR）技術(shù)是把激光、GPS、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)，可進(jìn)行道路地形測(cè)量；能測(cè)繪道路數(shù)字正射影像圖；能獲得道路數(shù)字高程模型，能獲得數(shù)字線劃地形圖，能獲得道路線橫斷面圖。

2.3基于3S技術(shù)的高速公路虛擬地理環(huán)境系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在云南山區(qū)高速公路的勘察設(shè)計(jì)、施工運(yùn)營(yíng)等各階段工作中的特別要考慮環(huán)保要素。云南山區(qū)高差較大，山體滑坡，泥石流容易突發(fā)，而高速公路建設(shè)的挖方、填方、修筑隧道，都對(duì)地質(zhì)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，影響道路景觀，對(duì)公路正常車輛通行構(gòu)成威脅。要建設(shè)一條兼顧交通、環(huán)保、生態(tài)等方面要求的高標(biāo)準(zhǔn)的山區(qū)高速公路，必須重視和加強(qiáng)地質(zhì)環(huán)境工作，而基于遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)和全球定位技術(shù)建設(shè)的虛擬地理環(huán)境系統(tǒng)可以在其中發(fā)揮巨大的輔助作用。虛擬地理環(huán)境是在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下多用戶共享三維環(huán)境，未來場(chǎng)景的預(yù)測(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)劃、協(xié)同工作和群體決策等。它不但要管理空間數(shù)據(jù)，而且要協(xié)調(diào)用戶在地學(xué)虛擬環(huán)境中與空間數(shù)據(jù)庫(kù)的交互，同時(shí)也是多種地學(xué)分析模型的集成環(huán)境。用虛擬地理環(huán)境技術(shù)可幫助在云南公路規(guī)劃、設(shè)計(jì)、管理中全面協(xié)調(diào)公路工程與自然環(huán)境的和諧關(guān)系（見圖2）。

2.4地面三維激光掃描技術(shù)在道路工程測(cè)繪中的應(yīng)用

新建道路設(shè)計(jì)階段需要測(cè)繪部門測(cè)繪設(shè)計(jì)線路的1/500或1/1000大比例尺地形圖供設(shè)計(jì)單位使用，待施工中線確定后要測(cè)繪對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)中線各樁點(diǎn)的橫斷面數(shù)據(jù)及中線縱斷面數(shù)據(jù)。為解決傳統(tǒng)測(cè)量方式數(shù)據(jù)采集信息單一、效率低、占用大量人力、體力勞動(dòng)強(qiáng)度高、上路作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大等缺點(diǎn)，將三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于道路工程測(cè)量，運(yùn)用這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集，并通過點(diǎn)云處理，進(jìn)行平面虛擬測(cè)量、DEM建模、等高線、縱橫斷面等模型生成的過程。雖然操作簡(jiǎn)單方便，易于上手，但因?yàn)闇y(cè)量精度低、采點(diǎn)密度不高，在一些要求精度高、對(duì)地物地貌要求高的工程中就顯得力不從心。

2.5利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展建立分布式的RGIS的數(shù)據(jù)庫(kù)

對(duì)于公路勘測(cè)設(shè)計(jì)而言，基于WebGIS的公路勘測(cè)設(shè)計(jì)一體化系統(tǒng)分為兩部分.各設(shè)計(jì)人員通過WebGIS服務(wù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞，提高工作效率。同時(shí)也解決了RGIS在公路勘測(cè)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的數(shù)據(jù)問題。

3現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)在公路工程的應(yīng)用

3.1數(shù)字公路應(yīng)用

數(shù)字公路是應(yīng)用3S技術(shù)，借助計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，把公路相關(guān)數(shù)據(jù)信息化、數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)公路從規(guī)劃、勘測(cè)、設(shè)計(jì)到施工、運(yùn)營(yíng)等各環(huán)節(jié)上的數(shù)字化管理。

（1）可行性研究和初步設(shè)計(jì)階段。

云南擬建公路沿線的地形圖測(cè)繪，由于多數(shù)地段山高、森林多，常規(guī)的大比例尺測(cè)圖很難完成。應(yīng)采用攝制測(cè)量與遙感技術(shù)可高效完成公路地形圖草圖測(cè)繪，在了解沿線的地形、地貌、植被、土地、水體情況，了解特大橋或隧道工程位置、地質(zhì)災(zāi)害常發(fā)生地段，為多方案比選提供依據(jù)。

（2）勘測(cè)設(shè)計(jì)階段。

在云南省問題特別嚴(yán)重。云南交通不便、山高、耗時(shí)長(zhǎng)、3S技術(shù)特別能發(fā)揮巨大作用，如布設(shè)公路帶狀GPS控制網(wǎng)工效提高了幾十倍，GPS也可進(jìn)行定線、中樁、橫斷面測(cè)量，GPSRTK能實(shí)時(shí)得到所需點(diǎn)的3維坐標(biāo)。遙感技術(shù)可獲得公路沿線地形、地質(zhì)、形態(tài)等信息，應(yīng)用GIS技術(shù)能進(jìn)行仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)行方案比選，確定最佳路線方案，節(jié)省資金，縮短工期。（見圖3）

（3）工程施工階段。

云南公路施工主要是放樣中線、邊線、邊坡和填挖土石方量等工作，數(shù)字公路在施工控制方面，運(yùn)用GPSRTK，保證質(zhì)量，提高工效。在公路大橋運(yùn)用GPS布設(shè)平面控制網(wǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)控制，保證了特大橋施工的質(zhì)量。應(yīng)用動(dòng)態(tài)GPS（RTK）技術(shù)在野外實(shí)時(shí)定位放樣，放出中線和邊樁。運(yùn)用GPS、全站儀，GIS能快速，完成路線填挖土石方量的計(jì)算。

（4）運(yùn)營(yíng)管理。

利用3S技術(shù)能實(shí)時(shí)獲取，顯示云南的國(guó)道、省道及縣鄉(xiāng)道路分布，路網(wǎng)信息、路況信息、橋梁信息、附屬設(shè)施信息及沿線管養(yǎng)機(jī)構(gòu)及人員信息。可進(jìn)行智能交通管理，在線監(jiān)測(cè)路況，真正實(shí)現(xiàn)公路運(yùn)營(yíng)管理現(xiàn)代化、科學(xué)化。

3.2現(xiàn)代化隧道測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)用

該隧道測(cè)量功能直接裝載在全站儀內(nèi)，功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)便。可以解決各種平曲線、各種輪廓的隧道施工測(cè)量問題，其功能模塊應(yīng)用于隧道施工測(cè)量的各個(gè)環(huán)節(jié)中。能應(yīng)用于隧道施工的各個(gè)階段：開挖斷面輪廓線放樣，全自動(dòng)斷面測(cè)量及分析，隧道超欠挖實(shí)時(shí)檢測(cè)及激光標(biāo)示，噴錨層厚度的測(cè)定，隧道中邊樁放樣，圍巖變形測(cè)量，工程方量計(jì)算，腰線及軸線放樣，鋼架安裝凈空、襯砌臺(tái)車檢校，隧道附屬設(shè)施放樣與檢測(cè)，路基坡面、路面放樣與檢測(cè)，開坡線、坡腳線放樣，橋墩臺(tái)中心、四角特征點(diǎn)放樣。可以解決所有復(fù)合型平曲線、豎曲線；可以解決各種輪廓形狀的隧道；所有設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可一次性全部輸入，解算時(shí)程序自動(dòng)分析、調(diào)用；集成了超欠挖隨機(jī)檢測(cè)、開挖輪廓線放樣、橫斷面測(cè)量、圍巖收斂測(cè)量、隧道中線放樣及數(shù)據(jù)分析處理等多個(gè)功能模塊，完全可以解決隧道施工中的各種測(cè)量、放樣問題。內(nèi)業(yè)工作簡(jiǎn)單化，外業(yè)操作簡(jiǎn)便、系統(tǒng)穩(wěn)定，速度快、精度高，既可減輕測(cè)量人員野外工作強(qiáng)度，也可加快施工進(jìn)度。施工過程控制更準(zhǔn)確，有效提高了施工質(zhì)量；施工測(cè)量更快捷迅速加快了工程施工進(jìn)度；減少了測(cè)量作業(yè)人員投入，有效地控制了超欠挖，降低了施工成本。

隧道測(cè)量系統(tǒng)軟件的引進(jìn)與應(yīng)用，大大提高了測(cè)量工作效率與工作質(zhì)量，使測(cè)量人員從反復(fù)繁雜的工作中脫離出來，降低了測(cè)量人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，輕而易舉地解決了隧道施工的大斷面炮孔放樣、隧道超欠挖的隨機(jī)檢查、隧道漸變段施工測(cè)量等一切難題，測(cè)量成果實(shí)現(xiàn)了及時(shí)輸出，有效地掌控了現(xiàn)場(chǎng)施工情況，并及時(shí)采取了控制措施，加快了施工進(jìn)度，保證了工程質(zhì)量。

3.3網(wǎng)絡(luò)RTK在道路測(cè)量中的應(yīng)用

道路測(cè)量?jī)?nèi)容是控制測(cè)量、地形圖測(cè)量、中線放樣、縱、橫斷面測(cè)量等。采用網(wǎng)絡(luò)RTK，只需與CORS系統(tǒng)聯(lián)系，便可作業(yè)，大大提高了效率和精度。用GPS建立精密工程控制網(wǎng)用于道路中線、邊線施工放樣，建立工程或滑坡變形自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，縱、橫斷面測(cè)量，建立橋梁、隧道施工控制網(wǎng)，汽車導(dǎo)航和交通管理，變形觀測(cè)；在控制測(cè)量中可沿規(guī)劃道路走向，在路幅外側(cè)布設(shè)RTK控制點(diǎn)，地形圖測(cè)繪是進(jìn)行道路選線，充份了解實(shí)地的一個(gè)原始依據(jù)。在中線放樣中，RTK可快速定出道路中線位置。在縱、橫斷面測(cè)量中，RTK可快速測(cè)繪出道路縱向、橫向方向各點(diǎn)三維坐標(biāo)，把數(shù)據(jù)輸入軟件就能畫出縱、橫斷面圖。RTK這種方法為在高差大、通視不良區(qū)域進(jìn)行斷面測(cè)量提供了方便。

4公路測(cè)繪新技術(shù)展望

云南山區(qū)公路勘察設(shè)計(jì)將應(yīng)用航空測(cè)量，工程地質(zhì)遙感“3S”集成技術(shù)，把公路地形要素裝進(jìn)電腦，完成系統(tǒng)的勘察設(shè)計(jì)工作，形成工程資料共享，最終實(shí)現(xiàn)公路勘測(cè)設(shè)計(jì)一體化、智能化。實(shí)時(shí)GPS技術(shù)全面應(yīng)用到公路工程中，如用GPS建立控制網(wǎng)，用實(shí)時(shí)GPSRTK能高效完成采集數(shù)據(jù)，馬上繪出地形圖。公路中線測(cè)設(shè)，采用實(shí)時(shí)GPS測(cè)量，只需將中線柱點(diǎn)的坐標(biāo)輸入GPS接收機(jī)中，系統(tǒng)就會(huì)定出放樣的點(diǎn)位。公路中線確定后，利用中線樁點(diǎn)坐標(biāo)，通過繪圖軟件，即可給出路線縱斷面和各樁點(diǎn)的橫斷面。應(yīng)用GPS進(jìn)行變形觀測(cè)如用較長(zhǎng)的觀測(cè)時(shí)間，可達(dá)到2mm-3mm的精度。

遙感技術(shù)提供現(xiàn)勢(shì)圖片，指導(dǎo)經(jīng)濟(jì)建設(shè)道路設(shè)計(jì)、選線（應(yīng)用遙感數(shù)據(jù)或航空航天數(shù)據(jù)進(jìn)行三維道路選線、設(shè)計(jì)）道路紅線內(nèi)土地利用分析（確定道路紅線內(nèi)土地利用情況，為道路設(shè)計(jì)預(yù)算提供及時(shí)準(zhǔn)確的征地、拆遷、賠償信息），道路交通分析（利用遙感圖片的現(xiàn)勢(shì)性進(jìn)行交通通達(dá)性分析）。3S集成是把遙感信息、測(cè)繪信息、統(tǒng)計(jì)信息等多源信息資料輸入GIS系統(tǒng)，進(jìn)行公路沿線地形，地貌，社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素虛擬仿真，進(jìn)行公路選線和規(guī)劃設(shè)計(jì)，比選出最佳公路設(shè)計(jì)方案；我國(guó)高分辨率衛(wèi)星1號(hào)已發(fā)射，利用高分辨率衛(wèi)星圖像進(jìn)行公路勘測(cè)設(shè)計(jì)，如制作大比例尺地形圖，進(jìn)行公路選線、線路設(shè)計(jì)、工程量計(jì)算，進(jìn)行公路勘測(cè)設(shè)計(jì)各階段室內(nèi)仿真設(shè)計(jì)等已成為可能。

5結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)在云南山區(qū)公路工程中廣泛應(yīng)用，大大節(jié)省了工作時(shí)間，提高了測(cè)量工作效率；提高了測(cè)量工作質(zhì)量；節(jié)省了測(cè)量人員的人員投入，大大減少了測(cè)量?jī)?nèi)、外業(yè)工作量，測(cè)量更輕松；可遠(yuǎn)離工作面，測(cè)量作業(yè)更安全。特別是數(shù)字公路技術(shù)（“3S”集成技術(shù)）應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)公路勘測(cè)設(shè)計(jì)一體化、智能化，信息化，使云南山區(qū)公路勘測(cè)設(shè)計(jì)水平全面提升，為云南經(jīng)濟(jì)跨越式發(fā)展，建成旅游大省，建成全國(guó)人民旅游圣地作貢獻(xiàn)力量。

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