基于地理信息系统的道路选线辅助系统

基于地理信息系统的道路选线辅助系统

基于gis的道路选择线辅助系统是根据现有的地理数据，根据道路选择线，尤其是山区的道路选择线的要求进行研究和开发的。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。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线路设置功能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、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断面要素选取及计算线路纵断面分析。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段段边界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。2数字图件的录入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。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。(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)不同图比例的图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)线路功能的设置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)选择线路时的错误定位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。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)统一的路中挖深可设置路基宽度(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)线路计算功能可在提取设置文件、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)绘制立地条件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道路运材道建设一山区林场,已有过境公路沿河溪通过场部。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10.6hm2,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6465m2,填挖方工程量为14711m3。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。4道路选线基础信息管理功能(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。(2)地理信息系统为工程规划设计提供了必要的信息数据,包括地形、地质、水文、已有道路、管线、境界、区划等,从而使道路选线所要求的数据资料得到可靠的保证。(3)地理信息系统技术所支持的数字地形模型和数字高程模型为道路选线提供了快速、