关键词：DEM ；道路；选线
道路工程是DEM 应用最早的领域,建议使用数字高程模型进行高速公路的设计, 随后Robert 开发了第一个DEM 系统, 提供利用DEM 进行道路设计的各种程序, 其中大部分都建立在填挖土方计算的基础之上, 功能单一。随着计算机技术的发展和DEM 技术理论的逐渐成熟,为道路工程设计而开发的很多技术得以迅速应用到线性工程的设计上。从DEM 功能及特点来看, 应用DEM 进行道路选线在技术上是可行的。
一、DEM 在景观工程道路选线中的实例应用
传统的道路选线方法是选线人员通过收集和分析线路区域内有关设计资料, 在大比例尺地形图上选出路线方案, 选线人员到实地勘测, 经过反复比较确定一个较为经济、合理的路线方案。这在很大程度上取决于选线人员的实际经验和技术水平, 而且费时费力, 对工期相对较紧、要求不是太高的工程来说已不适用。针对本项目的实际情况, 引入DEM 技术, 利用CASS 、GIS 软件, 对景观工程道路选线过程中所出现的若干问题进行分析研究, 从而提出一种新的道路选线方法。具体做法是:通过高精度DEM, 沿道路建立地形模型, 同时建立道路表面设计模型DEM 。将道路设计模型叠加在地形模型上, 从而获取三维道路整体模型。
1、选用模型。由于该项目所在地区植被密集、地形复杂, 但区域不是很大( 约1.5 km2 ) , 故采用地面测量的方法获取基本数据作为DEM 数据源。不规则三角网模型( T IN ) , 既减少了规则格网方法带来的数据冗余, 同时在计算( 如坡度) 效率方面也优于纯粹基于等高线的方法。
2、选线条件。在景观工程中不但要满足经济效益, 还要注意环境保护和景观效应, 有机结合。针对工程实际情况, 为满足各方面需求, 在选线中要符合以下方面条件:
（1）某风景区属于高原气候, 山上的树木、灌木及植被成活率极低, 一旦遭到破坏可能是永久性的, 极难恢复, 因此在道路选线中要尽可能保护植被。在景区内游人、车辆众多, 商业密集, 既要满足工程需要, 还要考虑到安全等方面问题, 道路设计要人性化。
（2）景观工程既要讲求经济效益, 又要讲求景观效应, 比如土方量最小, 道路的走向要使游人能够有很好视角来观赏景观。所选路线必须处于淹没区以上, 达到设计要求。能提供地理地图和形象的三维模拟, 便于以后进行景观区域的管理, 提高景观管理的合理性和效率。
3、具体步骤测区DEM 建立。用CASS6 .1 软件打开测区图, 结合实地进行采点, 并删掉不符合要求的点;提取高程点数据, 生成＊.Dat 数据文件, 并保存;建立新图, 用刚才保存的＊.Dat 数据文件进行编辑, 删除错误点;绘制等高线, 并进行修剪、存盘。离散点取舍要得当, 既不能太稀, 也不能太密( 太稀会降低DEM 的精度, 太密又会增大数据量) ,以保证生成的DEM 模型在曲面形态方面与实际地形最大程度吻合。
4、构建DEM。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在测区内, 按照采样点的分布合理密度适中原则, 共采集到符合要求高程点275 个。依据所生成的数据文件, 经过一系列编辑、修改, 转化成MapGIS 所识别的＊.DET 数据格式, 调入MapGIS 数字高程模型子系统, 生成不规则三角网( TIN) 和规则格网( Grid) 。
5、运用MapGIS 的DEM 技术进行道路选线。根据原始数字地图和线路设计要求, 可设计线路总长为174.90 m, 路宽为2.5 m, 在图上选定道路路线的平面图形, 按照设计的平面图形, 结合起点高程2958 .12 m 和终点高程2963 .45 m 及该段地形的具体情况, 综合分析确定各变坡段坡度值, 由此计算各变坡点平面位置及高程, 并可计算出以5 m为间隔的所有中桩点的坐标及高程, 将所得数据转化后调入MapGIS 数字高程模型子系统, 分别建立各自的TIN 模型, 最后叠加地面模型和路线模型,就可以得到选线的DEM 模型和三维立体模型。操作步骤如下:把野外采集的数据点, 导入CASS, 然后经过一系列的数据格式转化, 导入MapGIS, 生成原始地形的TIN, 构造路线模型相邻横断面所围成的空间多边形边界线, 并将边界线作为特征线嵌入到地形模型中, 局部重新构网生成TIN,叠加设计的道路模型后的TIN 与三维渲染图由规则格网生成且高程值均减去2900 .00m) , 如图所示。
二、DEM 选线与传统选线比较的优势
1、在工程耗时方面。传统的道路选线方法步骤是:首先在中小比例尺地形图上进行路线总体布局,解决起、终点间路线基本走向问题;其次在大比例尺地形图上进行路线带选择;最后根据技术标准和路线方案, 结合有关条件在有利的定线带内进行平、纵、横综合设计, 具体定出道路中线。这种传统道路设计选线方法需要大量费时费力的野外勘测工作,而运用DEM 技术, 在平面图形已定的情况下, 有所建立的带状DEM 内插出现状纵横断面, 自动绘制路线平面地形图, 快捷方便, 省时省力。
2、从质量评价方面。在道路选线设计中传统方法所设计的线路不可避免的有以下方面的缺陷:①方案受人的主观影响大;②所形成的方案不一定是经济、技术上的最优方案;③工作强度大, 设计工作繁琐。为线路工程而建立的DEM 是为了便于求得纵、横断面上的地形信息, 自动( 半自动) 地求得最佳线路的设计, 对道路工程采用带状DEM, 分段建立DEM, 为保证质量, 段与段之间建立的DEM应有一定的重叠性, 以保证待内插高程点均不处于各DEM 的边缘, 从而内插精度得以提高, 减少了人为主观因素干扰, 质量大大提高, 也降低了工作强度。
3、从环境分析方面。传统的设计方法由于是室内设计, 然后到室外勘测, 考虑周围环境较少, 往往在景观效果方面与周围环境不相协调, 周边自然环境也得不到有效保护。在应用DEM 进行道路设计时这些问题可以得到较好处理, 比如把植被、耕地等建立DEM 与设计路线叠加。从而使周边环境得到最大化保护, 也使自然环境得以协调发展。
利用CASS 中DEM 可以完成土石方计算和调配, 路线纵、横断面图绘制等任务, GIS 中DEM 可以进行景观工程中道路选线设计, 使得线路设计方案生成、方案比选与优化功能很好的实现, 还可以对景区进行路线模型飞行、漫游等。经过对白水河风景区改造工程的实践证明, DEM 技术在加快工程进度、工程概预算、辅助旅游景观管理等方面提供技术保证, 大大提高了工作效率, 但DEM 技术还不能完全满足道路选线自动化, 需要进一步完善。
参考文献：
[1] 华小明.浅谈GIS 在公路选线定线中的应用[J] .测绘技术装备, 2016, 4( 2) :10-12.
[2] 陈 波, 汪莉玲.基于GIS 技术的公路选线多方案综合评价[J] .武汉测绘科技大学学报, 2017, 24( 3) 15 。
论文作者:王莹莹
论文发表刊物:《建筑实践》2019年第38卷第18期
论文发表时间:2020/1/14
标签：道路论文; 模型论文; 高程论文; 景观论文; 工程论文; 地形论文; 路线论文; 《建筑实践》2019年第38卷第18期论文;