浅论公路定线方法和应用

浅论公路定线方法和技术应用

摘要：公路勘测设计是公路基本建设的必要步骤，而选线是决定道路前进方向，在公路测设的整个过程中具有举足轻重作用的技术步骤。公路定线灵活性强、受影响因素多，有较强的经验性。设计人员一定要充分研究比选，使用最合适的定线方法和技术选择最优路线方案，除传统的纸上定线和实地定线方法外，设计人员要充分利用现代CAD技术和3S技术为公路定线提供技术支持和提高定线效率和精度。

关键词：公路定线CAD 3S技术

引言

公路勘测设计是公路基本建设的必要步骤，而选线是决定道路前进方向，在公路测设的整个过程中具有举足轻重作用的技术步骤。一条公路的设计好坏，工程造价等与公路选线、定线有直接影响。但公路选线是一件灵活性很大的工作，影响因素很多，具有较强的经验性。道路定线除受地形、地质及地物等有形的因素制约外，还受技术标准、国家政策、社会影响、美学以及其他因素的制约，这就要求设计人员必须具有广博的知识和熟练的定线技巧。最好的设计者也不可能一次试线就能选出最好的线位，复杂条件下的定线可能需要好几个设计方案供定线组全体人员研究比选。因为每一个方案都将是众多相互制约因素的一种折衷方案，理想的路线只能通过比较的方法找出。

一、公路定线的方法及应用

公路选线的基本要求就是根据公路使用任务和性质，综舍考虑沿线区域国民经济发展情况与远景规划，深入调查，充分利用自然条件，合理远定路线，使建筑费用，运营费用与便用质量得到合理的统一。公路定线根据所使用的方法通常分为纸上定线、实地定线和航测定线三种方法。纸上定线通常应用于技术等级高、地形、地质、地物等条件复杂的路线；而实地定线则用于地形条件简单和等级较低的路线，就是设计人员直接在现场定线，定线的指导原则与纸上定线一样；航测定线则是利用航摄像片、影像地图等资料，借助于航测仪器建立与实地完全相似的光学模型，在模型上直接定线。

1．纸上定线应用

定导向线：首先在大比例尺地形图上，仔细研究路线布局阶段选定的主要控制点间的地形、地质情况，选择有利地形如平缓顺直的山坡，开阔的侧沟，利于回头的地点等，拟定路线可能方案，选定合适方案。

定前后直线间接推算交点坐标：当交点前后直线方向及位置受限值较严时，可先固定前后直线（即在直线上读取两个点的坐标），在用相邻直线相交的解析法计算交点坐标。

实地放线：将纸上定好的路线敷设到地面上，供详细测量和施工之用，实地放线的常用方法包括穿线交点法、拨角法、直接定交点法、坐标法等（1）、穿线交点法：根据平面图上路线与导线的关系，将纸上路线的各条边独立地放到实地，延长直线即可在实地放出交点。

（2）、拨角法：根据图上求得的坐标计算每条线的距离、方向、转角和各控制桩的里程，按此资料直接拨角量距定出交点。其步骤包括内业计算和外业放线，通常内业计算工作较多，外业放线则根据内业计算资料直接定出转向角和距离。

（3）、直线定交点法：地形平坦、视线开阔、路线受限不严时，路线位置可直接根据地物明显目标确定。

（4）、坐标法：建立一个贯穿全线统一的坐标系，这个坐标系一般采用国家坐标系统。根据路线地理位置和几何关系计算出道路中线上各桩点的统一坐标。编制逐桩坐标表。然后根据逐桩坐标实地放线。本法的计算关键是坐标如何计算。由于直线型定线法与曲线型定线法的定线过程和成果表达方式不同，坐标计算方法也有所区别[1]。

2．实地定线应用

据实地控制定线主导因素的不同，可采用以点定线和放坡定线两种方法。

以点定线：其特点主要是路线不受纵坡限制，以平面和横断面为主。应用要点则是以点定线和以线交点。以点定线是在全面布局和逐段安排确定的控制点间，结合各方面因素进一步确定影响公路中线位置的小控制点，大致穿出公路直线的方法。以线交点则是在已定小控制点的基础上结合路线标准和前后路线条件，穿出直线，并延长交出交点

应用步骤：

a.控制点加密：在实地寻找控制和影响公路中线位置的具体点位。

b.穿线定点：根据技术标准和线形组合的要求，满足控制点和照顾多数经济

点，前后考虑，用穿线的办法延长直线，交出转角点。

放坡定线: 特点是受纵坡限制，以纵坡为主导。放坡就是要按照要求的设计纵坡（或平均坡度）在实地找出地面坡度线的工作。

应用步骤：

a.修正的导向线：根据上述坡度线，结合地面横坡考虑路基稳定和工程经济确定出的合适的中线位置。地面横坡≤1∶5：中线在坡度点上方，对路基稳定和工程经济影响不大；地面横坡=1∶5－1∶2：中线与坡度点重合；地面横坡≥1∶2时：中线宜在坡度点上方，以形成全挖的台口式断面为好。

b.穿线交点：反复插试，逐步修改，使、平、纵、横三方面恰当结合，定出合理的线位。

二、公路路线CAD应用

1．公路CAD系统组成

2．数据采集

公路路线CAD设计必须依靠大量的地面信息和地形数据。需要使用现代化手段或计算工具获得相应数据。用现代化的手段航空摄影测量建立数字地面模型；用全站仪或红外线测距仪地面实测的方法，直接建立三维的数字地面模型；用传统的经纬仪、水准仪、和小平板实测[2]。

3．路线优化设计

第一类：对于平面或纵断面各种比较方案，快速准确地完成路线设计，并计算出各方案的总费用和各项比较指标，由设计者根据自己的经验选出最佳方案。

第二类：根据路线的初始方案，利用最优化理论的数字方案，利用最优化理论的数字方法，由计算机寻找最优设计方案。即输入一个可行方案，通过数字迭代方法来完成最优方案的求解。

各阶段适宜优化方法：在可行性分析阶段，适宜于采用在宽带范围内路线走向方案的优化；在初步设计阶段宜采用在平面或空间一定范围内移线以改善设计方案的优化技巧；在技术设计阶段宜于采用多个目标函数的公路纵断面优化程序系统；对已完成的公路路线技术设计运用连续绘制的透视图（或动态透视图）进行评价。

三、3S技术在公路定线中的应用

1.数字化地理信息系统（GIS）

包括详细的地形数据资料，平面点的坐标、高程，已建道路和桥梁的位置、名称，道路沿线的民宅、工矿企事业单位、田地、果林、鱼塘、水渠、河流、电力管线等详细地面资料。GIS的应用可方便比选最佳路线方案，并同时获取其它相关信息资料，如最佳路径、最短出行时间、交通流量、道路沿线地区人口数量、经济状况、建材分布与储量、运输条件、土壤、地质和植被情况等[3]。GIS在道路前期规划中可发挥巨大作用。

2.全球卫星定位系统(GPS)

作为新一代的卫星导航和定位系统，不仅具有全球性、全天候、连续性、实时性的精密三维导航与定位能力，而且具有良好的抗干扰性和保密性[4]。GPS 定位技术特点：观测点之间无需通视、定位精度高、观测时间短、提供三维坐标、操作简便以及全天候作业等。此外GPS中最新的实时动态技术RTK在公路定线中还可发挥如下作用：

⑴绘制大比例尺地形图：只需采集碎部点的坐标和输入其属性信息，采集速度快，大大降低了测图难度。

⑵公路中线放样：将中桩点坐标输入到GPS电子手簿中，系统软件就自动定出放样点的点位，其各点测量独立完成，不会产生累计误差，各点放样精度趋于一致。

⑶公路的横、纵断面放样和土石方数量计算

⑷桥梁结构物放样

3.遥感（Remote Sensing）

利用航片或卫星照片上含有的丰富地表信息，通过立体观察和相片判释并经过计算机的自动处理、自动识别，获得与路线相关的各种地质、水文、建材等资料的计算机软硬件系统。

遥感技术可以帮助设计人员对路线所经区域的地形、地貌、河流、居民点