摘要：提出了數(shù)字地理模型概念，分析了建立的方法及在公路選線中的應(yīng)用前景
　　關(guān)鍵詞：道路選線；GIS；數(shù)字地理模型；
　　
　　道路選線在道路勘測(cè)設(shè)計(jì)中占有重要地位。路線選擇的優(yōu)劣關(guān)系到車輛運(yùn)行時(shí)間的長(zhǎng)短，工程投資和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用的多少，以及是否與社會(huì)和環(huán)境等因素相協(xié)調(diào)。隨著全球數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，道路選線也從原來(lái)的人工選線，到航測(cè)選線，再到現(xiàn)在研究的自動(dòng)化選線。自動(dòng)化選線研究的方向就是結(jié)合數(shù)字地面模型，運(yùn)用地理信息系統(tǒng)把地形、地質(zhì)、水文等數(shù)據(jù)直接輸入計(jì)算機(jī)，利用計(jì)算機(jī)自行布線，并經(jīng)分析提煉優(yōu)化，使所選公路路線線形達(dá)到組合最佳，工程量最省，同時(shí)也能與自然地形與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，而數(shù)字地形模型又是GIS核心模型的重要組成部分，從系統(tǒng)的角度看，它是建立地形數(shù)據(jù)庫(kù)和地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)。因此，數(shù)字地面模型（DigitalTerrainModelDTM）利用的好壞決定了線路設(shè)計(jì)的優(yōu)劣。本文結(jié)合GIS，把DTM在概念上擴(kuò)大化，建立了道路選線的數(shù)字地理模型（DigitalGeographyModel,簡(jiǎn)稱DGM），用于道路選線的進(jìn)一步研究。
　　
　　1 數(shù)字地理模型的提出
　　1.1道路選線問(wèn)題的定位
　　公路選線涉及自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等諸多因素，應(yīng)該首先是平面線形的優(yōu)化問(wèn)題。因?yàn)榭v斷面優(yōu)化是在平面線形確定的基礎(chǔ)上，采用最優(yōu)化的方法，合理地確定縱斷面上變坡點(diǎn)樁號(hào)、變坡點(diǎn)標(biāo)高（或縱坡）以及豎曲線半徑，使縱斷面各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)不僅符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、滿足標(biāo)高控制等要求，而且有盡可能小的工程量與工程費(fèi)用，盡量高的行駛速度（或盡量短的行程時(shí)間）與盡可能少的燃油消耗（或盡量少的營(yíng)運(yùn)費(fèi)用）等。雖然現(xiàn)在平面線形的優(yōu)化已經(jīng)取得了一定的成果，但仍然難以得到能夠達(dá)到公路設(shè)計(jì)目標(biāo)的路線方案。通常的路線方案優(yōu)化是對(duì)縱斷面進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化的目標(biāo)是使工程費(fèi)用最省。但這種優(yōu)化往往是以較低的技術(shù)指標(biāo)為代價(jià)的，得到的優(yōu)化結(jié)果與實(shí)際差別較大，因此平面線形的優(yōu)化成為科學(xué)選線的核心問(wèn)題。由于選線問(wèn)題的復(fù)雜性，因此在沒(méi)有實(shí)現(xiàn)選線智能化得前提下，道路選線的定位應(yīng)該是給設(shè)計(jì)人員提供參考方案而不是產(chǎn)生最終方案。
　　1.2平面優(yōu)化的方法
　　(1)寬帶平面優(yōu)化
　　所謂寬帶范圍一般為有考慮價(jià)值的1/4路線長(zhǎng)度的寬度內(nèi)。寬帶范圍內(nèi)平面優(yōu)化的目的是在該范圍內(nèi)確定路線的大致走向，尋找一定寬度的“最佳路線走廊”。寬帶優(yōu)化采用的目標(biāo)函數(shù)主要是依據(jù)綜合費(fèi)用模型確定的宏觀成本，基于道路修建成本最低的原則進(jìn)行優(yōu)化。用成本區(qū)和成本線來(lái)表示線路可能通過(guò)范圍內(nèi)的各項(xiàng)特征，然后運(yùn)用一個(gè)運(yùn)輸問(wèn)題求最短途徑的算法來(lái)選擇最佳和次佳路線。
　　(2)中帶平面優(yōu)化
　　中等寬度地帶一般為幾百米寬的感興趣地帶。其代表性的程序有美國(guó)麻省理工學(xué)院的空間線形優(yōu)化程序OPTLOC以及法國(guó)的平面線形優(yōu)化程序。中等寬度地帶平面優(yōu)化大多采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法。
　　(3)窄帶平面優(yōu)化
　　窄帶范圍一般是指幾十米寬的感興趣區(qū)域。代表性的程序有英國(guó)的HOPS系統(tǒng)中的NOAH程序和德國(guó)的EPOS-1程序。HOPS程序采用的是降維的直接搜索方法進(jìn)行優(yōu)化。
　　
　　1.3道路選線的影響因素
　　影響選線的因素包括：地形、地質(zhì)、水文、氣象、村鎮(zhèn)分布、農(nóng)田、交通、水利設(shè)施、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)人文等多個(gè)方面。綜合以上影響因素，既有定性的描述也有定量的描述，在利用數(shù)字地理模型進(jìn)行選線時(shí)，計(jì)算機(jī)只能識(shí)別數(shù)字，因此需要通過(guò)一定的系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法給這些影響因子賦予權(quán)值。賦權(quán)的方法很多，如采用層次分析法，模糊數(shù)學(xué)，數(shù)理統(tǒng)計(jì)等方法都可以實(shí)現(xiàn)。由于土石方數(shù)量在選線時(shí)難以計(jì)算，可以采用劃分高程范圍的方法賦予權(quán)重。
　　
　　1.4數(shù)字地理模型的概念
　　用于路線設(shè)計(jì)的DTM,更確切的說(shuō)應(yīng)該是數(shù)字高程模型DEM，其地貌的坡度，坡向等也可以通過(guò)DEM求導(dǎo)等方法派生出來(lái)，一般用來(lái)計(jì)算土石方量。道路選線應(yīng)該綜合考慮多種因素的影響，而不是單純考慮土石方計(jì)算，因此應(yīng)該利用DEM為基礎(chǔ)，各點(diǎn)的平面坐標(biāo)x,y不變，而把高程坐標(biāo)z用1.3中用層次分析法中的得到的各選線因素的權(quán)值p代替，這樣形成的數(shù)字地理模型為因素?cái)?shù)字地理模型，而把各因素的柵格圖層疊加形成的費(fèi)用模型，稱為綜合數(shù)字地理模型，兩者統(tǒng)稱為數(shù)字地理模型。
　　
　　2 數(shù)字地理模型的建立
　　2.1數(shù)據(jù)的采集
　　(1)既有地圖掃描數(shù)字化
　　把已有的大比例尺地形圖進(jìn)行數(shù)字化是目前公路路線初步設(shè)計(jì)階段地形數(shù)據(jù)的主要來(lái)源。數(shù)據(jù)采集按所采用的數(shù)字化設(shè)備區(qū)分，有兩種方式，分別是利用數(shù)字化儀從地形圖采集地形數(shù)據(jù)和利用圖形掃描儀從地形圖采集地形數(shù)據(jù)。利用前者采集的數(shù)據(jù)精度低于實(shí)測(cè)精度，所以從地形圖采集數(shù)據(jù)，一般只能用于公路路線初步設(shè)計(jì)階段。后者雖然效率較高，但須對(duì)已矢量化的數(shù)據(jù)由人工進(jìn)行高程安置。
　　(2)利用電子測(cè)量設(shè)備野外實(shí)測(cè)
　　從野外控制測(cè)量、導(dǎo)線測(cè)量、施工放樣等工作內(nèi)容而言，野外實(shí)測(cè)是不可缺少的，在沒(méi)有航測(cè)資料及地形圖的情況下，采用野外測(cè)圖和采集數(shù)據(jù)也是目前常用的數(shù)據(jù)采集方法。野外數(shù)據(jù)采集目前主要有全站儀、GPS以及按常規(guī)方法測(cè)量等三種方法。
　　(3)航空攝影測(cè)量
　　航空像片含有大量的、豐富的地表信息，從航片上采集數(shù)據(jù)可直觀地觀察地表形態(tài)，獲得可靠的地形數(shù)據(jù)。航測(cè)方法的采用，把繁重的外業(yè)工作變成室內(nèi)作業(yè)，節(jié)省人力、物力，不但可以大幅度降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高功效，而且可以保證數(shù)據(jù)采集質(zhì)量，提別是由于航測(cè)方法的發(fā)展，先進(jìn)航測(cè)設(shè)備如解析測(cè)圖儀的應(yīng)用，給航測(cè)數(shù)據(jù)采集帶來(lái)極大的方便。所以，利用航測(cè)方法獲取數(shù)據(jù)是目前最理想、最有前途的地形數(shù)據(jù)采集方法。
　　(4)利用遙感技術(shù)獲取地質(zhì)信息
　　遙感技術(shù)（RemoteSensing,簡(jiǎn)稱RS）是在遠(yuǎn)離目標(biāo)的情況下判定、量測(cè)并分析目標(biāo)性質(zhì)的一種技術(shù)。具體來(lái)說(shuō)就是根據(jù)電磁波理論，應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)在不用與研究對(duì)象直接接觸的情況下，從高空或遠(yuǎn)距離通過(guò)傳感器接收地面物體對(duì)電磁波的反射信號(hào)，并將這些信號(hào)記錄下來(lái)，進(jìn)行人工加工與處理，最后對(duì)研究對(duì)象的性質(zhì)特點(diǎn)和數(shù)量進(jìn)行分析判讀，這些過(guò)程統(tǒng)稱為遙感技術(shù)。公路選線中主要用于信息復(fù)合和專題圖像信息提取，以及對(duì)地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造和不良地質(zhì)、特殊地質(zhì)等相關(guān)信息專題圖像的處理等。

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