基于GIS的道路选线辅助系统_赵尘

第25卷第4期2001年7月南京林业大学学报(自然科学版)Jour nal o f Na njing For estry U niv ersity(N a tur al Sciences Editio n)V o l.25,N o.4J ul.,2001基于GIS的道路选线辅助系统赵　尘,马健霄,陶建岳(南京林业大学土木工程学院　江苏　南京　210037)摘　要:针对道路选线的要求,在地理信息系统(GIS)的基础上研制开发出道路选线辅助系统。

介绍了道路选线辅助系统的设计分析和使用方法,并给出了应用示例。

关键词:地理信息系统;数字地形模型;道路选线;工程应用中图分类号:U412 文献标识码:A 文章编号:1000-2006(2001)04-0077-04Computer Assisted System for Route Selection of RoadZHAO Chen,M A J ian-xiao,T AO Jian-yue(Colleg e of Civ il Engineering Na njing For estry U niv ersity,N anjing210037,China)Abstract:A com puter assisted system fo r ro ute selectio n of road is proposed based on the Geog raphic Info rmation System(GIS).The functio n of the system includes the plan layo ut o f route,lo ngitudinal profile analy sis,cross section analysis,com prehensiv e analy sis of route,and printer a nd plotter out-put.The GIS da ta wa s input o n the spo t,from field reco rds o r fro m map digitizatio n.The system w as dev elo ped using XM GIS to ol and C prog ramming lang uag e.The system features da ta file selectio n, parameter setting,ro ute layo ut a nd analysis,ma p drawing and table printing o f route selection.The analysis,the desig n and the applica tion method of the system a re intro duced.A m ountaino us fo rest road of558m length is giv en as a n exam ple of route selection using the GIS-based ro ute selection sys-tem.The applica tion o f the system rev eals that the GIS-based technique is practical fo r ro ute selec-tion and road desig n.Its disting uishing feature in data sto rag e,da ta analysis,route evaluatio n a nd route o ptimization will o ffer g rea t help to road planning and road design.Key words:Geo g raphic Info rmatio n Sy stem(GIS);Digital Terrain Mo del(DTM);Route selection of road;Engineering a pplicatio n基于地理信息系统(GIS)的道路选线辅助系统,是在已有的地理信息数据的基础上,依据道路选线尤其是山区道路选线的要求研制开发的[1]。

影响道路选线的因素很多,其中主要的自然因素包括地形、地质、水文、水文地质、气候和植被覆盖等[2]。

笔者主要考虑地形因素,以选择路线方向,确定用地范围,估算工程数量,为对不同的路线方案进行比较和优化提供一个快速、准确的辅助分析工具。

1　系统功能分析1.1　平面线路设置在给定区域的数字地形图上,通过自动或手动方式设置道路路线的平面布局,作为道路路线平面、收稿日期:2000-11-09基金项目:国家教委资助优秀青年教师基金项目作者简介:赵　尘(1958-),男,广西平南人,南京林业大学土木工程学院教授,博士生导师。

纵断面和横断面分析的基础。

具体功能有:提取设置文件,调用已设置保存过的平面线路;自动设置线路,按指定的坡度范围自动设置平面线路;保存线路设置,将选定的平面线路存盘,以备调用;平面线路分析,对所选择、设置的平面线路进行坡度和转角分析。

1.2　线路分析线路纵断面分析。

对提取或手动设置的平面线路进行纵断面分析,并显示或打印出线路纵断面图。

线路横断面设置分析。

对线路的横断面要素包括路面宽度、挖方边坡、填方边坡和线路中心线填挖深度进行设置选择,进行填挖平衡试算。

路线分析汇总。

分析指定道路线路的交点坐标和高程、各分段走向(方位)和坡度、转角半径。

计算各横断面的左、右桩距离和高程、各断面填挖面积,以及各分段填方量和挖方量。

具体功能项为:选择或调用线路或线路设置文件,进行平面、纵断面和横断面计算、汇总并存盘,输出分析汇总表。

1.3　图形输出由打印机或绘图仪绘制:地形图(等高线);多要素线段(境界、河流、湖泊、岸堤、公路、铁路、管线等);区域边界和区域编号;道路中心线、边坡坡顶线和坡脚线。

系统的功能菜单,包括主菜单及下拉菜单见图1。

图1　系统功能菜单Fig .1　Functional menu o f the system 2　系统设计和使用系统所需的基础地理信息数据是通过地理信息系统工具将已有地形图或专题图从数字化仪输入、编辑、处理并保存[3]。

也可通过现场调查和测量,经便携式微机存储,然后转存入地理信息系统中;还可将现场手簿直接输入到地理信息系统中,供道路选线分析时进行调用、处理[4,5]。

(1)选择文件　下拉菜单中列出多达5个地形图的文件名(.GID 文件),最后一项为退出,作为退出本系统之用。

选定地形图文件后屏幕上显示出相应的地形图。

(2)设置参数　在地形图中定位可在键盘移动光标、输入坐标值和鼠标定位这三种方式中选择。

可以分别设置原始图比例尺和绘图比例尺(1∶X ),默认值为10000。

可设置距离容限,默认值为25m 。

此值为线路交点之间的最小容许距离。

(3)设置平面线路　可为自动设置道路线路设定纵坡(默认值为10%)、坡度偏差(默认值为±10%)和路段长度(默认值为40m)。

执行自动设置线路功能时,首先选定线路的起点以及初始的走向。

然后在离已知点距0.5～ 1.5倍路段长度设定值的圆环内,由原走线方向逆时针寻找符合设定坡度范围的点(以1m 为间距)。

如找到这样的点即设定为新的交点位置,然后继续向前寻找推进;否则线路到此截止。

所设置好的线路可保存到盘上,也可以对其进行分析以找出最大和最小的坡度值以及最小的转角半径,同时在图上闪烁显示。

(4)线路纵断面分析　可提取已有的平面线路设置。

也可以手动选择平面线路(逐点地或连续地),用光标移动时每按一次Enter 键即确定一点,按Esc 键则完成该线路的选择;用鼠标定位时,一开始如按左键则为逐点定位,如按鼠标中键则为连续跟踪选点,此时鼠标移动过的轨迹即为所选择的线路。

在用鼠标选择线路的过程中,按右键即终止此线路。

南京林业大学学报(自然科学版) 第25卷　第4期　对选择好的道路线路可显示或打印出地表纵断面图,也可以对其存盘或进行分析以找出最大和最小的坡度值以及最小的转角半径,同时在图上闪烁显示所在的区段。

(5)横断面参数设置和分析　可设置路基宽度(默认值10m )、挖方边坡(1∶X ,X >0,默认值为1)、填方边坡(1∶X ,X >0,默认值为1)。

可设置统一的路中挖深(默认值为0,正数时为挖,负数时为填,精确到0.1m ),以保持原有地形上的线路中心线坡度。

执行填挖平衡设计时则自动寻找使整条线路的填方和挖方平衡的线路中心线填挖深度统一值(正数时为挖,负数时为填,精确到0.1m ),该填挖深度值可在设置路中挖深项中显示出来。

填挖平衡设计的成果保存在盘上。

(6)分析汇总　可在提取设置文件、使用线路设置和使用线路选择这三项之中选择一项,即可分别从盘上、设置线路模块或选择线路模块中提取平面线路数据。

执行分析计算功能即进行所选线路的平面计算(各交点坐标和高程、路段方位和长度、转角半径)、纵断面计算(各交点的高程、各路段坡度)和横断面计算(左、右边桩位置和高程,各截面填、挖面积,各相邻截面间的填挖方量),并将分析计算结果数据存盘(盘上只保存最新的分析计算结果)。

显示和打印汇总表功能项将盘上的分析计算结果输出。

(7)绘制图形　在绘图仪上放置好图纸后,可按指定的绘图比例尺绘制地形图以及河流、湖泊、岸堤、公路、铁路等要素,绘出区域边界、区域编号、道路平面线路的中心线和边坡坡顶和坡脚线等。

3　应用示例一山区林场,已有过境公路沿河溪通过场部。

图2　林场作业区区划和地形Fig.2　The o pe rational divisio n a nd to po gr aphyo f th e for est fa rm—·—作业区边界图2为场部附近的作业区区划、地形、河流、索道和滑道等。

其中2号作业区面积为10.6hm 2,需修建一运材道,沿山坡布线,贯穿整个作业区。

要求该运材道限制最大纵坡为12%,最小路段长为30m ,填、挖方边坡均为1∶1,路基和边沟宽度为6m 。

应用道路选线辅助系统进行线路设置、分析、比较,最后确定较优路线方案如图2的2号作业区中粗实线所示,路线总长为558m ,用地宽度为9～15m ,用地面积6465m 2,填挖方工程量为14711m 3。

表1和表2分别为线路平面、纵断面分析汇总表和线路横断面分析汇总表。

表1　道路线路平面、纵断面分析汇总表Table 1　Analysis of route plan and longitudinal prof ile交点Y 坐标/m X 坐标/m 高程/m 方位/(°)长度/m 坡度值%转角半径/m 18627790555812——29098137864112913950816125542127749848401755578——5103187322354981536105991326314786797108895330041128281083994355911——交点Y 坐标/m X 坐标/m 高程/m 方位/(°)长度/m 坡度值%转角半径/m 9108310534224112205110108410944726438991111031133512491210812110411825703191961131104121360————————最小8627790031877最大1104121360865912——　2001年　总第94期 赵　尘等:基于G IS 的道路选线辅助系统表2　道路线路横断面分析汇总表Table2　Analysis of the cross-section of the route交点左边桩距离/m右边桩距离/m左边桩高程/m右边桩高程/m高程上限/m高程下限/m挖方面积/m2填方面积/m2拟合横坡%挖方/m3填方/m31561010180——864268 256727291262451451 35412612615548494144 455171317139754585468 5562217221711961537390 6562621262113554547524 7563025302511961451471 85735293529111469649826 957423642361114694101148 1051047384738942794332494 11510514251421135834901151 12565752575291262279186 13456057605792——————最小用地宽度10用地高程9048挖方合计6190最大9～1560570～60184283填方合计85214　结　论(1)系统的分析设计和应用表明,将地理信息系统技术应用于辅助道路选线是可行的,所开发的成果可以直接应用于具体工程项目的规划和设计。