GIS技术及在公路路线方案设计中应用探讨.doc

GIS技术及在公路路线方案设计中的应用探讨 袁功青 （华南理工大学 土木与交通学院 ，广东 广州 510640） 摘要：简要介绍了地理信息系统（GIS）的定义以及特点、公路路线设计。对地理信息系统(GIS)在公路选线、路线平面设计、路线纵断面设计、路线横断面设计及其他方面的应用作了进行了探讨。 关键字： 地理信息系统（GIS）；公路路线设计；公路选线；平面设计；纵断面设计 1 引言 交通运输是现代文明的象征，尤其是公路运输,由于其灵活机动、快捷和经济,在生产运输和人民生活中发挥着越来越重要的作用.现在,公路建设也已经成为衡量一个地区经济状况和发展潜力的重要指标。在公路建设中，公路路线设计是一项基础性工作，它不但直接关系到使用质量和工程技术经济的合理，而且影响到路线在公路网中能否起到应有作用，影响到日后施工、养护、营运和公路的改建与发展。 公路路线设计包括选线和平纵横设计。选线是根据公路的使用任务和性质，按既定的技术标准和路线方案，结合实际地形地质条件，从全局着眼，局部入手,综合考虑，选择合适的路线平纵横设计是在路线选定后，进一步确定路线的参数，并据此对局部路段作必要的调整。 实际上，在选线过程中经常要进行参数的计算。过去这些计算多采用计算器进行，不仅繁琐、工作量大，而且容易出错.当遇到复杂线形时，为了减少过多的工作量，一般仅考虑一两组元素进行组合试算，以致线形设计不够优化。同时，由于地形图表示方法的抽象性和概括性及人的视野的局限性,有时造成设计人员对整个区域的认识不充分，从而直接影响到了路线走向的安排，这些不足是传统的设计方法本身无法克服的。然而随着地理信息系统(Geographic Information System,简称GIS)技术的发展和应用深入，这些问题正逐步得以解决。本文就GIS应用于公路路线设计作初步探讨，并在某实验区进行了GIS支持下的公路路线设计。 2 地理信息系统概述 2.1 GIS 的定义及数据特点 1、GIS 的定义 地理信息系统是计算机科学、地理学、测量学、和地图学等多门学科的交叉，它是以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法适时提供多种空间的和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。 从表现形式来看，GIS 表现为计算机软硬件系统，其核心是管理、计算、分析地理坐标位置信息及相关位置上属性信息的数据库系统。它表达的是空间位置及所有与位置相关的信息，所以，GIS 又是地球空间实体的再现和综合，其信息的基本表达形式是各种二维或三维电子地图。因此，GIS 也可简单定义为“用于采集、模拟、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机信息系统。 地理信息系统区别于其他管理信息系统的最主要特征是它具有管理地理空间数据，并能按照其在实际空间的相对位置关系对之进行处理分析的能力。它对地理空间数据的这种处理分析功能，组成了地理信息系统实际应用的最主要方面。 2、GIS 数据特点 在计算机中，GIS 是用数字来描述地理实体（或称为“地理对象”）的。地理实体 在 GIS 中的这种数字组织与表达形式，即 GIS 的数据模型。 在 GIS 中，用于表示地理对象位置、分布、形状、空间相互关系等信息内容的数据，被称为“空间数据”；而表示与空间位置无关的其他信息，如颜色、质量、等级、类型等信息的数据，被称为“属性数据”。一般来讲，前者有复杂的数据结构，而后者有丰富的数据形式。 目前，表示地理对象空间特征的数据，主要有两种数据模型——即矢量数据模型和 栅格数据模型，而地理对象属性数据的表示，则随其对应的空间数据模型的不同而有所 不同，详见图 2.1。 图2.1 GIS数据分类 矢量数据模型是 GIS 主要的数据模型之一。类似于矢量地图，GIS 的矢量数据模型 也是用点、线(或称“弧”)、面(或称“多边形”)三种主要的图形元素来抽象表示地理对象的。由于面(多边形)是线(弧)所围成的区域，线(弧)又是点的有向序列，所以，坐标点是矢量数据模型最基本的数据元素。GIS 的矢量数据模型，就是以坐标点的方式，记录抽象的点、线、面地理实体。 从理论上说，矢量数据描述的是连续空间，因而它能精确地表达地理实体的形状与位置，又可以通过点、线、面三种基本图元之间的联系，构筑地理实体及其图形表示的邻接、连通、包含等拓扑关系，从而有利于地理信息的查询、网络路径优化、空间相互关系分析等地理应用。 栅格数据就是用数字表示的像元阵列。其中，栅格的行和列规定了实体所在的坐标空间，而数字矩阵本身则描述了实体的属性或属性编码。 栅格数据是计算机和其他信息输入输出设备广泛使用的一种数据模型，如电视机、显示器、打印机等的空间寻址，甚至专门用于矢量图形的输入输出设备，如数字化仪、矢量绘图仪及