基于GIS技术的平原微山丘公路选线方法研究_周健.pdf

运输经理世界道路工程与技术0引言随着我国经济水平的不断提升，人们的出行需求也日渐增加。规划合理的公路可达性，对出行的安全快捷性能方面也有了更深一层的要求。在规划平原地势公路选线时，通过网格进行可视化表达和详细的分析，通过规划设备提供清晰的路线信息，能够满足规划路线符合预期，可以及时更新交通路态变化，详细掌握规划线路时所需的数据信息和地理条件。合理选线还会避免人才资源浪费，节约投资建设资金，促进地区经济发展1。然而，现如今存在平原微山丘地区路线公路造价高、地理信息数据库更新不及时、路线规划程度差、对人员和资金的投入过多导致工作量大、路线可行化程度低等问题，进而无法完成对公路选线的最优路线选择，使得结果无法达到预期。因此，现阶段针对平原微山丘公路选线问题，选取规划路线作为研究对象，应用 GIS 技术，结合实际情况进行试验和分析。1平原微山丘公路选线1.1 GIS 技术建立公路路线模型公路选线中的地形问题对应标准需按照其分布确定，设定的起始点和终止点根据高程的变化确定。高程的差值越小，坡度相对平缓，其路线更适宜。根据高程数据建立模拟路线模型，将等高线、生态坐标线均导入 GIS 运行系统中，校对确定坐标位置，应用3D 空间分析中的应用技术生成 DOM 模型2。平原微山丘区域的高程模型中具体海拔数据可以通过画图记录。其中，公路线多位于研究区域顶部，依据不同的日照时间、平均湿度等，并结合度数来看，正东坡向为 0，正南坡向为 45，正北坡向为 180。选择 3D 工具将 TIN 转栅格模式，同时选择高程属性，设定输出栅格文件的路径坐标信息，命名文件名称，输出数据图样。展开坡向分析，生成所需要的数据层根据具体形状进行具体分析，根据坡向分析确定天气降水问题的 程 度，完 成 科 学 系 统 的 坡 度 分 析，从 而 规 划 公 路路线。1.2 创建平原微山丘地理数据库在平原微山丘的路线更新中，通常采用构建基于地理数据库 GeoDatabase 的方式，其中主要包含个人地理数据库和文件地理数据库3。其中，隐私地理数据库中所存储的对应地理信息以 Miscrosoft Access 数据文件的形式保存。隐私数据库容量相对有限，最大容量在 3GB 左右。在对地理数据库进行增加信息时，隐私地理数据库需要通过管理员属性进行访问，通常只有管理员可以进行地势信息的修改和维护。当信息的管理量较大时，隐私地质数据库就存在容量小而无法大量录入信息的问题。而公用地理数据库是将不同类型的数据信息以不同文件夹的形式存储，公用数据库可以在管理员与访问用户同时登录的情况下，更新并增添大量的地质信息。公用地理数据库可以同时允许多个用户访问，但是由于要保证数据的隐私性，相同的地质信息在同一时间只允许具有操作该数据权限的访问用户使用，公用地理数据库可以允许多个人同时访问，遇到需要更新因特殊环境和人文因素存在下的条件时，相同时间内其他访问用户是无权使用的。鉴于地理数据信息具有复杂性，并且地理数据信息所占据的空间较大，可以选用公用地理信息数据库存储数据信息。利用地理数据库创建的网络数据集可以支持多模式的道路网络分析，提供更多路线规基于GIS技术的平原微山丘公路选线方法研究周健（中铁第五勘察设计院集团有限公司，江苏 常州 213000）摘 要：传统的平原微山丘公路选线方法不能有效提供科学准确的最优路线，导致时间、财力和物力的浪费，因此研究基于GIS技术的平原微山丘公路选线方法，通过采用GIS技术建立公路路线模型来获取地理信息，总结这些信息建立平原微山丘地理信息库，应用遗传算法优化路线从而完成对公路路线的合理选取。实验结果表明，运用该方法得到的线路可达系数值最大，线路的可达性最高。关键词：GIS技术；公路选线；空间分析法；可达性分析中图分类号：U412文献标识码：A19运输经理世界道路工程与技术划，同时可以根据遥感数据设备进行地质信息采集，利用地理信息系统提供的地理数据分析功能预测自然灾害，规划营救路线，对于森林火灾和救援路线等问题也能提供相应的帮助。此外，将遥感技术与地理信息系统技术相结合，不仅可以规划公路建设，还可以提升救援效率，减少经济财产的损失。1.3 遗传算法优化路线通 过 遗 传 算 法 优 化 路 线，建 立 平 面 线 性 优 化 模型。模型中需要考虑两点之间的平面和纵断面，不考虑回头曲线和间断曲线的问题，根据起始点的位置和终止点的位置确定对应两点间的直线距离，确定平面线性优化模型的交点数，命名为 N。通过把经过的路线中有复杂地形地势的点，将涉及的信息文件分成相应的份数，即为 A 份。通过相应的划分区搜索对应的地理信息和坐标信息，连接所有交点，再连接起始点和终止点就完成了对于平面线性优化模型的构建，如图 1 所示。图 1 平面线性优化模型在平面模型中设置起始点和各个区域内之间的交点，在交点的 Y 轴上取交点最顶端的点，命名为变高点，在平面上确定交点位置，变高点的位置就是地面到最高点的位置，需要通过其他交点信息的汇总，在划定的区域内进行最优路径搜索4。设定其中交点的坐标为P(a,b,c)，变高点的坐标为BP(A,B,C)，其中(A,B)=(a,b)。设置公路规划中所涉及的费用模型公式为：K=r x X（1）式（1）中：K为规划总费用；x为路线参数；r为费用因子；X为所需要的费用总值。在遗传算法汇总的目标函数值为规划路线中的坐标值与变高点相应坐标之和的绝对值之差，公式为：Kk=|C1+c1|-|C2+c2|-|Cn-cn|（2）式（2）中：Kk为设定的目标函数值；C1为设定的变高点；c1为变高点。通过计算可以得到最优费用值，同时在沿路景观问题中，需要在平面公路设计模型的山丘曲线设置回旋和一般线路，并且其中的路线长度要大于等于回旋线长度的一倍5。在公路交点的转角大于 5时，要求半径长度达到极限值 200m。在微山丘地势下，为了得到最优的观赏视角，需要对山丘问题进行规划。首先要确定对应曲线，半径一般不超过20000m，曲线的最小半径设计速度如表 1 所示。表 1 设计速度值半径/km曲线最小值设计速度/（km/h）60010001205008001104007001003005009010030080在山丘半径为上述长度时，公路行驶速度对应表1 中数值的情况下，路线中可以观赏到风景，如在山丘半径 600km 处时，行驶速度需要达到 120km/h，欣赏风景路线最优；同时在下坡时，若寻求良好的视角来完成风景线路的优化，就要求公路与山丘的纵坡高度，在直线中的最小直线长度与所相邻曲线之间的夹角在 45左右。由于不考虑其中的缓和曲线，设计速度为 80120km/h 的山丘处均可以有良好的视角，实现对公路风景线路的优化。2试验测试与分析2.1 试验环境此次试验选取平原微山丘地势 A 的公路选线，样区面积占地 2.1 万 km2，为典型的平原微山丘地带，地势 起 伏 多 平 缓，最 高 点 为 365.21m，最 低 点 为120.54m。气候土壤环境条件均适宜，确定对应的起止点，划分五片区域。以研究区域中的电子地图为数据来源，进行 CAD 数据与 GIS 数据之间的转换，将得到的矢量文件通过 SHP 文件的形式导出，将对应模型通过空间分析软件进行分析，利用现状图完成模拟信号数字化的转变。根据道路选线的综合费用权值，计算得到道路选线的方向栅格图，确定区域的中心为道路选线的必经点。布线费用的大小通过栅格计算功能进行叠加，利用 AREGIS 软件建立位置图层的道路选线属性大数据计算，通过遥感影像图中的地质信息，结合对道路布线的适宜程度，录入对应区域的地质信息，建立综合模型筛选路径信息。2.2 试验结果与分析利用 GIS 技术选择路线时，需要充分考虑平原山脉等复杂地形地势，结合当时的天气环境，通过应用相应公式获得最优化模型来计算最优路线，计算平原公路的可达性公式为：Ki=i=1nAi jn（3）式（3）中：Ki为平原公路的可达性；Ai j为区域内的平原公路线数；Ai j为区域内路线通行的最短时间；n为路线总数。平均通行时间决定了可达性，时间越短说明越好。实验利用 GIS 技术空间分析方法，将出行时间成本赋值平原微山路中的障碍公路，将多种交通方式叠加分析后设置三组路线方案，其中一组使用本文技术后的实验方案，其他两组使用传统技术后的路线方案，设置可达性系数为 1.0 时为正常值，能够到达终止 点。通 过 试 验，获 得 的 可 达 性 系 数 对 比 图 如 图 220运输经理世界道路工程与技术所示。从图 2 可以看出，对照方案 1 和对照方案 2 虽然在有些区域的可达性系数有上升趋势，但是整体的可达性系数都在下降，在每个区域的可达性系数值均低于1.0。而在使用本文方法得到的方案中，每片区域的可达性系数全部呈上升趋势，完成路线的可达性最高，全部在 1.0 以上，区域 5 中的可达性系数值接近2.0。由此可见，根据可达性评价，相比于两种传统方案来说，本文方案的可达性系数值最大，可达性更高。3结语此次从 GIS 技术入手，深入分析公路选线问题，探究了基于 GIS 技术的平原微山丘公路选线方法，使面对不同地势中的公路选线规划方案的可行性提升，为智能规划路线提供了方向，解决了地势问题汇总路线规划的工作繁杂问题，在对于 GIS 模型应用中可以更好地方便访问者进行使用。但方法中还存在一些不足之处，如系统中如何与大数据相结合实现地理信息的数据更新，将模型数据库的容量通过技术手段进行扩充等。今后应更加完善计算，通过对数据库的扩容和优化路径方式，加强公路规划设备的完善，提升公路规划进程，寻找合理的公路路线，提高规划工作的科学性和及时性。通过对 GIS 技术的计算和改善，完成对于平原微山丘公路选线方法的实现。参考文献：1王舒，王红，刘诗童，等.基于 GIS 技术的高校图书馆空间使用评估研究J.大学图书馆学报，2020（1）：42-50.2郭忻，赵一青.基于 BIM+GIS 技术的体育场时空 立 体 数 据 平 台 构 建 J.施 工 技 术，2021（18）：109-114.3范久余，丁荣，赵明明，等.基于 GIS 技术的藏药渣驯四川省出露与蕴藏区空间分布研究J.中国中药杂志，2020（15）：3631-3641.4石振武，孙钰泽.基于 Vague 集的山岭重丘区公路 选 线 绿 色 度 评 价 研 究 J.公 路 工 程，2021（2）：246-251.5许林新，郑秉乾，吴明先，等.多目标综合评价方 法 在 山 区 高 速 公 路 选 线 中 的 应 用 J.公 路，2022（5）：15-19.作者简介：周健（1985-），男，汉族，江苏南通启东人，本科，中级工程师，研究方向：交通工程1.52.01.00.5可达性系数0区域5区域4区域3区域2区域1地点本文方案对照方案1对照方案2图 2 可达性系数对比21