測繪技術(shù)在公路勘測中的應(yīng)用

1、測繪技術(shù)在公路勘測中的應(yīng)用前言我國幅員遼闊，物產(chǎn)豐富，人口眾多，為了促進國民經(jīng)濟的發(fā)展，提高人民的物質(zhì)文化生活水平，確保國防安全，就必須有一個四通八達的交通運輸網(wǎng)。交通運輸是國民經(jīng)濟的大動脈，是聯(lián)系工業(yè)與農(nóng)業(yè)、城市與鄉(xiāng)村、生產(chǎn)與消費的紐帶，是國民經(jīng)濟的先行官。因此，要實現(xiàn)國民經(jīng)濟的現(xiàn)代化，首先必須實現(xiàn)交通運輸?shù)默F(xiàn)代化 中華人民共和國成立以來，為了迅速恢復(fù)和發(fā)展國民經(jīng)濟，鞏固國防，國家對道路建設(shè)作出了很大的努力，取得了顯著的成效。目前我國已基本建成了以鐵路、公路、水運、空運和管道五種運輸方式組成的運輸網(wǎng)。 交通運輸是區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的重要影響因素，公路的建成通車極大地促進了運輸業(yè)的發(fā)展，進而推動了區(qū)

2、域經(jīng)濟的發(fā)展。同時，公路的修筑和管理也對工程技術(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際工作的發(fā)展。將先進的科學技術(shù)應(yīng)用于公路的修筑與管理具有重要的意義。公路的工程地質(zhì)勘察和設(shè)計選線、施工測設(shè)技術(shù)與質(zhì)量控制、管理與維護是三個具有全局意義的環(huán)節(jié)，利用最新的現(xiàn)代測繪科學的核心技術(shù)“3S”技術(shù)作為公路修筑與管理的技術(shù)支撐，可以極大地提高工作的速度、效率和可靠性。本文在對現(xiàn)代測繪學進行介紹的基礎(chǔ)上，探討其用于公路修筑和管理的優(yōu)越性，然后對其應(yīng)用的技術(shù)途徑和模式進行研究優(yōu)勢： 現(xiàn)代測繪技術(shù)及其應(yīng)用的優(yōu)越性 以遙感（Remote Sensing：RS）、地理信息

3、系統(tǒng)（Geographic Information System：GIS）、全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System：GPS）為核心和主體，在計算機技術(shù)和通信技術(shù)的支持下，正在形成一門新的科學地球空間信息學（Geomatics），現(xiàn)代測繪學就是地球空間信息學李德仁，1998?，F(xiàn)代測繪學是隨著空間技術(shù)、計算機技術(shù)、信息科學、遙感和地理信息系統(tǒng)等的發(fā)展，逐步形成的一門多學科交叉、跨學科的綜合科技領(lǐng)域?，F(xiàn)代測繪學是一門新興的空間信息科學技術(shù)，是應(yīng)用系統(tǒng)的方法、現(xiàn)代化的手段，在對空間信息的生成和管理過程中用于科學研究、行政管理、法律運作和技術(shù)工作的空間數(shù)據(jù)進行獲取和管理中所采用

4、的所有學科的綜合體，是涉及到空間數(shù)據(jù)的量測、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)三門既相互獨立又密切聯(lián)系的科學技術(shù)，統(tǒng)稱為“3S”技術(shù)。“3S”技術(shù)的集成即“3S一體化”是現(xiàn)代測繪學發(fā)展的重要方向12。 遙感(RS)主要是指從遠距離高空以及外層空間的各種平臺上利用可見光、紅外、微波等電磁波探測儀器，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。隨著計算機技術(shù)和空間技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星遙感圖像的空間分辨率有很大的提高，正在逐步走向產(chǎn)業(yè)化的道路。衛(wèi)星遙感技術(shù)能快

5、速、及時提供大量多時相、多波段的對地觀測及測量數(shù)據(jù)和信息，在地質(zhì)調(diào)查、地理信息獲取等方面有著廣泛的應(yīng)用。由于公路修筑的前提工作就是路線的選址和設(shè)計，傳統(tǒng)的利用野外勘探進行地質(zhì)調(diào)查、然后進行選線的方案工作量大，投資大，耗費大量的物力、人力和財力，而其準確程度仍不能得到保證。利用遙感圖像所獲取的信息，經(jīng)過圖像處理和加工后，能準確地揭示區(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、客觀、準確、高效的特點。在公路的使用過程中還可以利用遙感信息來進行公路所在區(qū)域環(huán)境演變與地質(zhì)變遷的監(jiān)測，從而為公路的維護提供宏觀的決策支持。 全球定位系統(tǒng)(GPS)是美國軍方研制

6、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)擴展到航空測量和航天遙感中去。GPS與現(xiàn)代通信技術(shù)相結(jié)合使測定地球表面的三維坐標的方法從靜態(tài)發(fā)展到動態(tài)，從數(shù)據(jù)后處理發(fā)展到實時的定位與導(dǎo)航。當前GPS定位的精度已完全可以用來施測各種等級的控制測量，已在地形和工程測量、地表沉陷監(jiān)測中得到廣泛應(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)進行公路修筑過程中的控制測量、地形測量、施工放樣、基平測量等工作，速度快，精度高，不受地形及時間空間等客觀條件的限制，克服了傳統(tǒng)的測量工作中存在的問題。 地理信息系統(tǒng)(GIS)是一種采集、存儲、管理

7、、分析和評價全球或區(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)，是隨著計算機科學、空間科學、測繪遙感學、地球科學、環(huán)境科學、信息科學和管理科學的發(fā)展而新興的一門邊緣交叉學科。地理信息系統(tǒng)具有強大的空間分析功能，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對遙感信息進行分析和處理，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有力的決策支持.由于GIS具有的強大功能和計算機技術(shù)的支持，既提高了工作的自動

8、化程度，又極大地提高了效率和可靠程度3。我國地理信息技術(shù)及地理信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展相當迅速，當前“3S”的硬件和軟件系統(tǒng)均已得到了廣泛的應(yīng)用。多波段、多時相、不同種類的遙感影像資料已可以在信息市場購買，而且價格也能為用戶所接受并有進一步下降的趨勢；GPS接收機和處理軟件的性能價格比正在穩(wěn)步上升，精密定位技術(shù)不斷得到應(yīng)用；已有國內(nèi)外多家成功實用的GIS軟件投入市場；“3S”技術(shù)及地理信息產(chǎn)業(yè)服務(wù)水平飛速發(fā)展。因此，應(yīng)用現(xiàn)代測繪技術(shù)解決實際問題是切實可行的。公路的設(shè)計、施工、管理都與地質(zhì)地理條件、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)代測繪學的特點

9、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)代測繪學應(yīng)用領(lǐng)域拓寬的需要，也是公路修筑和管理的必然要求。 現(xiàn)代測繪技術(shù)在公路修筑與管理中的應(yīng)用 以“3S”技術(shù)為主體的現(xiàn)代測繪技術(shù)輔以常規(guī)測繪技術(shù)、計算機技術(shù)、人工智能專家系統(tǒng)技術(shù)等，可以在公路修筑和管理的整個過程中都提供強有力的技術(shù)支持，從而利用最先進的空間科學技術(shù)服務(wù)于公路的修筑和管理，提高工作效率，保證工程質(zhì)量，節(jié)約工程費用。設(shè)計選線1 公路工程勘察設(shè)計中工程測量的任務(wù)與作用每項工程建設(shè)都必須以社會與經(jīng)濟效益為依據(jù)，按照自然條件和預(yù)期目的，進行規(guī)劃設(shè)計，測量工作是工程建設(shè)中的一項最基礎(chǔ)的工作，在道路、橋梁、隧道工程建設(shè)中起著重要的

10、作用，為選取一條最經(jīng)濟、最合理的路線，首先覡進行路線勘測，繪制帶狀地形圖，進行縱、橫斷面測量，進行紙上定線和路線設(shè)計，并將設(shè)計好的路線平面位置、縱坡及路基邊坡在地面上標定出來，以指導(dǎo)施工，當路線跨越河流時，擬設(shè)置橋梁跨越之前，應(yīng)測繪河流兩岸地形圖，測定橋軸線的長度及橋位處的河床斷面，橋位處的河流比降，為橋梁方案選擇及結(jié)構(gòu)設(shè)計提供必要的依據(jù)，當路線縱坡受地形限制，采用避讓山嶺繞線平面線形不能滿足規(guī)范要求，而選用隧道方案時，測定隧道進出口大比例尺地形圖，為隧道洞口布置選擇提供必要的數(shù)據(jù)。1.1 初步設(shè)計階段的測量工作：初步設(shè)計根據(jù)批準的設(shè)計任務(wù)書和初測資料編制,主要擬定修建原則，選定設(shè)計方案計算主

11、要工程數(shù)量，提出施工方案意見，編制設(shè)計概算，提供方案說明及圖表資料，初測階段為初設(shè)提供平面、高程控制、地形圖、特殊地段的控制樁及縱橫斷面資料。初步設(shè)計比選方案一般在110000 地形圖上做多個比選方案，紙上布線后，對各方案進行12000 地形圖測量，在12000 地形圖上進行紙上定線，布置橋涵、通道、隧道等，實地調(diào)查計算工程數(shù)量，編制概算文件，特殊復(fù)雜困難地段，為加深勘探調(diào)查及分析比較，實地放樁，進行平、縱、橫測量, 包括:(1)平面高程控制測量;(2)地形圖測量;(3)必要的平縱橫測量。1.2 施工圖設(shè)計階段的測量工作施工圖設(shè)計根據(jù)批準的初步設(shè)計文件，在1 :2000 圖上進行方案比選，確定

12、路線方案，進行施工圖詳測包括:(1)中線放樣;(2)縱斷面測量;(3)橫斷面測量;(4)主要工點地形圖測量;(5)主要控制地物高等控制測量。3.1在公路地質(zhì)勘察和選線設(shè)計中的應(yīng)用 公路是附屬于土地之上的構(gòu)筑物，其修筑與該地的水文地質(zhì)條件、地形地貌條件、自然地理條件、社會經(jīng)濟狀況有著密切的關(guān)系。地質(zhì)資料的獲取是進行路線選址和設(shè)計的先決條件。傳統(tǒng)的方法工作量大，工程周期長，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)代測繪學的信息獲取、處理功能可有效進行公路的選線和設(shè)計。首先利用遙感技術(shù)進行公路地質(zhì)調(diào)查，利用區(qū)域有關(guān)的航空像片及其它航天航空遙感資料，經(jīng)過圖像處理后，從中提取沿

13、線的主要地質(zhì)信息，然后結(jié)合路線調(diào)查、實地勘測和對已有資料的全面分析，確定該地區(qū)的對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。3.2在施工測設(shè)及質(zhì)量控制方面的應(yīng)用 公路施工中需要進行大量的測量工作。繼經(jīng)緯儀、光電測距儀之后，全站儀用于高等級公路測量已得到了推廣。但是，由于在實際工作中普遍存在著測點缺失或移動、測點間相互不通視等情況。傳統(tǒng)的測量技術(shù)需要為此而進行大量的野外作業(yè)以確保施工進行。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。當前實時動態(tài)定位(RTK)技術(shù)、差分GPS技術(shù)(DGPS)等的精度已足以

14、滿足公路施工過程中控制測量和地形測繪工作的要求。利用GPS技術(shù)可同時確定點的平面位置和高程位置。在公路施工開始時，利用GPS技術(shù)可打破傳統(tǒng)的先控制、后碎部的測量程序，而是一次測設(shè)整個工程所需的控制點，輔之以常規(guī)的測繪技術(shù)可以較高的效率進行公路的施工放樣。通過GPS高程測量技術(shù)可實現(xiàn)公路的基平測量。由于GPS采用的是WGS84坐標系，而在實際施工中采用的可能是國家80坐標系、54坐標系統(tǒng)或公路獨立坐標系，因此坐標的轉(zhuǎn)換是一項重要的工作，利用已有的適量控制點和水準點在計算機中進行坐標轉(zhuǎn)換、高程擬合或內(nèi)插可實現(xiàn)這一工作。在公路的驗收過程中，對公路的幾何指標的檢核也可利用GPS接收機進行，測量信息經(jīng)過

15、隨機的數(shù)據(jù)處理軟件可實時給出測量結(jié)果，而且精度可以滿足要求，極大地提高了效率567 。將GPS接收機或其附屬設(shè)備的公路測量信息通過數(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算機輔助系統(tǒng)提供最基本的幾何信息。3.3在公路動態(tài)監(jiān)測與維護中的應(yīng)用公路在其使用過程中，必然要受到當?shù)刈匀粭l件、環(huán)境變化、人類活動等因素的影響，利用現(xiàn)代測繪技術(shù)可以進行公路宏觀監(jiān)測。以公路修筑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，在GIS的基礎(chǔ)上建立公路管理系統(tǒng)，對整個公路的狀況、沿線地理信息等在系統(tǒng)中進行綜合管理。由于地下采礦、區(qū)域發(fā)展等各方面的影響，公路所在

16、地區(qū)的自然地理條件可能發(fā)生演變，這些變化極有可能對公路引發(fā)大的破壞。及時對公路所在區(qū)域的自然地理環(huán)境進行動態(tài)綜合監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)可能引起公路破壞的因素并采取有效的維護措施，可以從宏觀上保證對公路的動態(tài)監(jiān)測。遙感信息是進行公路動態(tài)綜合監(jiān)測的基本信息源?；贕IS的公路管理系統(tǒng)是實施監(jiān)測的技術(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行適當?shù)亩伍_發(fā)，從而實現(xiàn)管理工作的自動化、規(guī)范化。4、工程施工及運營期間的變形觀測對工程質(zhì)量的意義 建筑物的沉降觀測在施工過程中有著重大的意義。通過觀測取得的第一手資料，可以監(jiān)測建筑物的狀態(tài)變化和工作情況，在發(fā)生不正?，F(xiàn)象時，及時分析原因，采取措施，防止重大質(zhì)量事故的發(fā)生。變形觀測具體包括：基礎(chǔ)邊坡的位移觀測；建筑物主體的沉降觀測；高層建筑物的水平位移觀測等。準確的觀測成果為施工期間的工程質(zhì)量、人民財產(chǎn)安全提供了最有效的保證工程質(zhì)