测绘技术在公路勘测中的应用

前言

我国幅员辽阔，物产丰富，人口众多，为了促进国民经济的发 展，提高人民的物质文化生活水平，确保国防安全，就必须有一个四通八达的交通运输网。交通运输是国民经济的大动脉，是联系工业与农业、城市与乡村、生产与消费的纽带，是国民经济的先行官。因此，要实现国民经济的现代化，首先必须实现交通运输的现代化 中华人民共和国成立以来，为了迅速恢复和发展国民经济，巩固国防，国家对道路建设作出了很大的努力，取得了显著的成效。目前我国已基本建成了以铁路、公路、水运、空运和管道五种运输方式组成的运输网。 交通运输是区域经济发展的重要影响因素，公路的建成通车极大地促进了运输业的发展，进而推动了区域经济的发展。同时，公路的修筑和管理也对工程技术和管理手段的效率、成本、质量等提出了越来越高的要求，传统的模式、手段已逐渐落后于实际工作的发展。将先进的科学技术应用于公路的修筑与管理具有重要的意义。公路的工程地质勘察和设计选线、施工测设技术与质量控制、管理与维护是三个具有全局意义的环节，利用最新的现代测绘科学的核心技术——“3S”技术作为公路修筑与管理的技术支撑，可以极大地提高工作的速度、效率和可靠性。本文在对现代测绘学进行介绍的基础上，探讨其用于公路修筑和管理的优越性，然后对其应用的技术途径和模式进行研究

优势：２ 现代测绘技术及其应用的优越性

以遥感（Remote Sensing：RS）、地理信息系统（Geographic Information System：GIS）、全球定位系统（Global Positioning System：GPS）为核心和主体，在计算机技术和通信技术的支持下，正在形成一门新的科学———地球空间信息学（Geomatics），现代测绘学就是地球空间信息学[李德仁，1998]。现代测绘学是随着空间技术、计算机技术、信息科学、遥感和地理信息系统等的发展，逐步形成的一门多学科交叉、跨学科的综合科技领域。现代测绘学是一门新兴的空间信息科学技术，是应用系统的方法、现代化的手段，在对空间信息的生成和管理过程中用于科学研究、行政管理、法律运作和技术工作的空间数据进行获取和管理中所采用的所有学科的综合体，是涉及到空间数据的量测、分析、管理和显示的一门现代化的综合技术手段和方法。其主体是遥感(RS)、全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)三门既相互又密切联系的科学技术，统称为“3S”技术。“3S”技术的集成即“3S一体化”是现代测绘学发展的重要方向[1][2]。 遥感(RS)主要是指从远距离高空以及外层空间的各种平台上利用可见光、红外、微波等电磁波探测仪器，通过摄影或扫描、信息感应、传输和处理，从而研究地面物体的形状、大小及其环境的相互关系与变化的现代技术科学。随着计算机技术和空间技术的发展，卫星遥感图像的空间分辨率有很大的提高，正在逐步走向产业化的道路。卫星遥感技术能快速、及时提供大量多时相、多波段的对地观测及测量数据和信息，在地质调查、地理信息获取等方面有着广泛的应用。由于公路修筑的前提工作就是路线的选址和设计，传统的利用野外勘

探进行地质调查、然后进行选线的方案工作量大，投资大，耗费大量的物力、人力和财力，而其准确程度仍不能得到保证。利用遥感图像所获取的信息，经过图像处理和加工后，能准确地揭示区域地质构造、水文地质条件、地形地貌状况，从而为路线选址提供全面可靠的原始资料，具有经济、客观、准确、高效的特点。在公路的使用过程中还可以利用遥感信息来进行公路所在区域环境演变与地质变迁的监测，从而为公路的维护提供宏观的决策支持。

全球定位系统(GPS)是美方研制的新一代卫星导航定位系统，具有全天候、高精度和全球覆盖的能力，而且其能力已从地球表面系统扩展到航空测量和航天遥感中去。GPS与现代通信技术相结合使测定地球表面的三维坐标的方法从静态发展到动态，从数据后处理发展到实时的定位与导航。当前GPS定位的精度已完全可以用来施测各种等级的控制测量，已在地形和工程测量、地表沉陷监测中得到广泛应用，在精度、效率、速度、成本等方面都显示出了巨大的优越性。利用GPS技术进行公路修筑过程中的控制测量、地形测量、施工放样、基平测量等工作，速度快，精度高，不受地形及时间空间等客观条件的，克服了传统的测量工作中存在的问题。

地理信息系统(GIS)是一种采集、存储、管理、分析和评价全球或区域与空间地理分布有关的数据的空间信息系统，是随着计算机科学、空间科学、测绘遥感学、地球科学、环境科学、信息科学和管理科学的发展而新兴的一门边缘交叉学科。地理信息系统具有强大的空间分析功能，可广泛应用于各种与空间地理分布有关的信息采集、处

理、分析、管理、输出及决策支持等。GIS研究的主要对象是有空间特性的地理信息及其属性，其研究方式主要是图形图像处理和空间模型的建立。利用GIS对遥感信息进行分析和处理，可建立选线的空间分析模型，综合考虑各种影响因素，充分利用GIS的空间分析功能，从而为路线选址提供强有力的决策支持.由于GIS具有的强大功能和计算机技术的支持，既提高了工作的自动化程度，又极大地提高了效率和可靠程度[3]。

我国地理信息技术及地理信息产业的发展相当迅速，当前“3S”的硬件和软件系统均已得到了广泛的应用。多波段、多时相、不同种类的遥感影像资料已可以在信息市场购买，而且价格也能为用户所接受并有进一步下降的趋势；GPS接收机和处理软件的性能价格比正在稳步上升，精密定位技术不断得到应用；已有国内外多家成功实用的GIS软件投入市场；“3S”技术及地理信息产业服务水平飞速发展。因此，应用现代测绘技术解决实际问题是切实可行的。

公路的设计、施工、管理都与地质地理条件、区域综合信息密切相关，涉及到大量的数据采集、处理、管理等工作。以GIS、GPS、RS为主体的现代测绘学的特点和结构决定了其在公路的修筑和管理中应用的优越性，这既是现代测绘学应用领域拓宽的需要，也是公路修筑和管理的必然要求。

３ 现代测绘技术在公路修筑与管理中的应用

以“3S”技术为主体的现代测绘技术辅以常规测绘技术、计算机技术、人工智能专家系统技术等，可以在公路修筑和管理的整个过程

中都提供强有力的技术支持，从而利用最先进的空间科学技术服务于公路的修筑和管理，提高工作效率，保证工程质量，节约工程费用。 设计选线

1 公路工程勘察设计中工程测量的任务与作用

每项工程建设都必须以社会与经济效益为依据，按照自然条件和预期目的，进行规划设计，测量工作是工程建设中的一项最基础的工作，在道路、桥梁、隧道工程建设中起着重要的作用，为选取一条最经济、最合理的路线，首先觋进行路线勘测，绘制带状地形图，进行纵、横断面测量，进行纸上定线和路线设计，并将设计好的路线平面位置、纵坡及路基边坡在地面上标定出来，以指导施工，当路线跨越河流时，拟设置桥梁跨越之前，应测绘河流两岸地形图，测定桥轴线的长度及桥位处的河床断面，桥位处的河流比降，为桥梁方案选择及结构设计提供必要的依据，当路线纵坡受地形，采用避让山岭绕线平面线形不能满足规范要求，而选用隧道方案时，测定隧道进出口大比例尺地形图，为隧道洞口布置选择提供必要的数据。 1.1 初步设计阶段的测量工作：

初步设计根据批准的设计任务书和初测资料编制,主要拟定修建原则，选定设计方案计算主要工程数量，提出施工方案意见，编制设计概算，提供方案说明及图表资料，初测阶段为初设提供平面、高程控制、地形图、特殊地段的控制桩及纵横断面资料。初步设计比选方案一般在1∶10000 地形图上做多个比选方案，纸上布线后，对各方案进行1∶2000 地形图测量，在1∶2000 地形图上进行纸上定线，布置

桥涵、通道、隧道等，实地调查计算工程数量，编制概算文件，特殊 复杂困难地段，为加深勘探调查及分析比较，实地放桩，进行平、纵、横测量, 包括: (1)平面高程控制测量; (2)地形图测量; (3)必要的平纵横测量。 1.2 施工图设计阶段的测量工作

施工图设计根据批准的初步设计文件，在1 :2000 图上进行方案比选，确定路线方案，进行施工图详测包括: (1)中线放样; (2)纵断面测量; (3)横断面测量; (4)主要工点地形图测量; (5)主要控制地物高等控制测量。 3.1在公路地质勘察和选线设计中的应用

公路是附属于土地之上的构筑物，其修筑与该地的水文地质条件、地形地貌条件、自然地理条件、社会经济状况有着密切的关系。地质资料的获取是进行路线选址和设计的先决条件。传统的方法工作量大，工程周期长，投入成本大，在突变性地质构造及多源信息处理方面效果并不理想。利用现代测绘学的信息获取、处理功能可有效进行公路的选线和设计。首先利用遥感技术进行公路地质调查，利用区域有关的航空像片及其它航天航空遥感资料，经过图像处理后，从中

提取沿线的主要地质信息，然后结合路线调查、实地勘测和对已有资料的全面分析，确定该地区的对公路选线有影响的所有的因素条件，为选址提供基础资料。

3.2在施工测设及质量控制方面的应用

公路施工中需要进行大量的测量工作。继经纬仪、光电测距仪之后，全站仪用于高等级公路测量已得到了推广。但是，由于在实际工作中普遍存在着测点缺失或移动、测点间相互不通视等情况。传统的测量技术需要为此而进行大量的野外作业以确保施工进行。随着GPS的出现和使用范围的推广，这一状况有望得到改变。GPS所具有的点间无须通视、全天候、高精度的特性使得其应用领域不断拓宽。当前实时动态定位(RTK)技术、差分GPS技术(DGPS)等的精度已足以满足公路施工过程中控制测量和地形测绘工作的要求。利用GPS技术可同时确定点的平面位置和高程位置。在公路施工开始时，利用GPS技术可打破传统的先控制、后碎部的测量程序，而是一次测设整个工程所需的控制点，辅之以常规的测绘技术可以较高的效率进行公路的施工放样。通过GPS高程测量技术可实现公路的基平测量。由于GPS采用的是WGS－84坐标系，而在实际施工中采用的可能是国家80坐标系、54坐标系统或公路坐标系，因此坐标的转换是一项重要的工作，利用已有的适量控制点和水准点在计算机中进行坐标转换、高程拟合或内插可实现这一工作。在公路的验收过程中，对公路的几何指标的检核也可利用GPS接收机进行，测量信息经过随机的数据处理软件可

实时给出测量结果，而且精度可以满足要求，极大地提高了效率

[5][6][7]

。

将GPS接收机或其附属设备的公路测量信息通过数据端口输入地理信息系统，可以为建立公路管理的计算机辅助系统提供最基本的几何信息。

3.3在公路动态监测与维护中的应用

公路在其使用过程中，必然要受到当地自然条件、环境变化、人类活动等因素的影响，利用现代测绘技术可以进行公路宏观监测。以公路修筑过程中的几何信息为基础，将公路及其所在区域各方面的信息通过GIS的数据采集模块输入GIS数据库，在GIS的基础上建立公路管理系统，对整个公路的状况、沿线地理信息等在系统中进行综合管理。由于地下采矿、区域发展等各方面的影响，公路所在地区的自然地理条件可能发生演变，这些变化极有可能对公路引发大的破坏。及时对公路所在区域的自然地理环境进行动态综合监测，发现可能引起公路破坏的因素并采取有效的维护措施，可以从宏观上保证对公路的动态监测。遥感信息是进行公路动态综合监测的基本信息源。基于GIS的公路管理系统是实施监测的技术支撑，该系统可以充分继承GIS已有的空间分析功能，并结合公路管理的要求进行适当的二次开发，从而实现管理工作的自动化、规范化。

4、工程施工及运营期间的变形观测对工程质量的意义 建筑物的沉降观测在施工过程中有着重大的意义。通过观测取得的第一手资料，可以监测建筑物的状态变化和工作情况，在发生不正

常现象时，及时分析原因，采取措施，防止重大质量事故的发生。变形观测具体包括：基础边坡的位移观测；建筑物主体的沉降观测；高层建筑物的水平位移观测等。准确的观测成果为施工期间的工程质量、人民财产安全提供了最有效的保证 工程质量与工程测量的关系

“质量”最简单的概括：事物经过一系列操作后所反映结果的表现。工程质量包括的内容非常丰富，如何保证、提高施工质量的措施和方法也是多方面的。但是有一个共同点：过程操作与监控是保证和提高施工质量的根本所在。而在过程操作阶段，工程测量起到了非常重要的作用。

众所周知，测量放线为工程施工开辟了道路，提供方向。准确、周密的测量工作不但关系到一个工程是否能顺利按图施工，而且还给施工质量提供重要的技术保证，为质量检查等工作提供方法和手段。可以这样比喻：如果没有测量，工程施工将寸步难行，施工质量将无从谈起。