2023年4月17日发(作者：好听歌曲大全)第四章 地理信息系统和公路数据库
4-1 地理信息系统概述
一、概念
地理信息系统Geographic Information System简称GIS：是地理学科和计算
机学科运用测绘遥感、卫星定位、信息传递等高新技术而发展起来的。它具有三维
地理空间系统为骨架，包含有与该地理空间系统有关的各种属性信息，并随时间进
程不断更新，为国民经济各行各业服务。
地理信息系统按其内容可以分为如下3大类．
(1)专题型：是具有有限目标和专业特点的地理信息系统．是服务于特定的专门
目的的．如水资源地理信息系统、矿产资源地理信息系统等．
(2)区域型：主要以某一特定的研究区域综合研究和全面服务为目标，可以有不
同规模的．如国家级、地区级等．
(3)工具型：它是具有地理信息系统谙功能的软件包，是一种工具平台．目前这
类工具型的地理信息系统还不是很成熟．在功能覆盖、应用程序接口、硬件适应面
和使用灵活性上还不能满足不同领域的不同层次需要．目前地理信息系统平台主要
应用在资源普查、城乡规划、灾害监测、环境管理、宏观决策等方面．
交通地理信息系统(Geographic Information System for Transportation 缩
写为GIS-T)是在传统的GIS基础之上，加入几何空间网络概念及线的叠置和动态分
段等技术，并配以专门的交通建模手段而组成的专门系统，是收集、存储、管理、
综合分析和处理空间信息和交通信息的计算机软硬件系统。它是GIS技术在交通领
域的延伸，是GIS与多种交通信息分析和处理技术的集成。应用：交通管理、公路
网规划、公路管理、道路运输管理、智能运输系统（ITS）
公路工程地理信息系统应用的硬、软件环境如下：1)硬件环境。由于公路
工程前期规划的里程一般较长，地形数据处理量相当大，因此一般需要高性能的N：
机(CPU为P皿以上，内存为64M以上)。2)软件环境。操作系统：Windows98／2000
／NT/XP。 平台软件：Maplnfo Professional4．5。 开发软件：VisualC十
十6．0c
● 国外GIS的研究发展
GIS的界面及地理空间骨架
国外GIS研究
50年代，奥地利首先用电子计算机建立了地籍数据库
60年代，加拿大建立了世界上第一个全国地理信息系统用于自然资源的规划和管理
70、80年代，GIS开始在交通、农业、城市规划、环境治理等领域广泛运用
90年代，开展大量的GIS基础理论研究：
→ GIS数据库的精度和质量问题（如何确保）
→ 数据组织，包括空间数据和属性数据的结构和模型
→ 数据的自动采集和更新
→ 数据的表达、显示、查询和分析等
● 我国GIS的研究运用
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究
80年代，GIS开始在我国的国土资源管理、城市规划管理、环境工程及土木工程规划设计等领域广泛运用
90年代，开展有关GIS的攻关研究：
→ GIS和RS（遥感系统）列为“九五”重点科技攻关项目
→ GPS的综合利用列为“九五”重点科技攻关项目
→ 国家基础信息中心正建设1：25万的全国性地理数据库
→目前，我国陕西、福建等省相继建立了公路数据库系统
→重庆也正在由各区公路段小学生英文怎么读
组建公路数据库
4－2，4－3 公实质的意思
路数据库
地理信息系统GIS在公路行业运用中中建立数据库就是公路数据库。
公路数据库应包含公路等级、平面要素、长度、编号、路面形式、桥梁、修复
情况等。
建立公路数据库的关键在于格式的统一和更新要及时！
例1、GIS在公路路线设计中的应用
公路路线设计包括选线和平纵横4月星座
设计．
在选线过程中经常要进行参数的计算，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，从而宣接影咱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(GIS)技术的发展和应用深入，这些问题
正逐步得以解决．本文试图就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．GtS应用于公路选线 GIS是在计算机软件和
硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内
函的地理数据，以提供对规划、管理、决策和研究所霄信息的技术系统．GtS不仅
仅是一个图库管理系统，更重要的是它具有空间分析功能，包括数字地形模型分桥、
空间持征的几何分析、网络分桥、影像分桥和地理变量的多元分桥等．这些空间分
桥功能为用户提供了解决多种问题的有效手段，可以帮助人们从宏观的、科学的角
度宋认识世界，作出正确的决策． ’ 辅助公路选线的GIS所需的数据主要
包括：与路线方案有关的规划、计划、统计资料及地质、水文、气象资科和各种比
例尺的地形图、地质图．根据这些信息，GIS可以生成数字地形模型(DTM)，帮助设
计者宏观地认识整个沿线地区；综合地分桥评价各个因素对路线选择的影响程度；
根据公路设计技术标准的要求，分桥出控制点，以人机交互的方式选择合适的路线，
并显示在DTM上．GIS支持下公路选线流程如图I所示． 笔者在某试验区进行
了GIS支持下的公路选线试验．该试验区地处丘陵地带，拟修建二级专用公路．路
线选线的要求是既要符合公路技术标准，又尽可能减少饼地占用量和工程量．试验
中采用的主要图形资料是地形图、地质图和土地利用现状图，扫描后退过屏幕跟踪
数字化输入，文本资科通过键盘输入，建立起公路选线数据库．在此基础上，生成
叮M，并应用ARC／INFo GIS对试验区进行了综合分桥(地形分桥、缓冲分桥、登置
分桥、网络分袄等)，初步确定了7个控制点然后在DTM上人机交互完成控制点内插
工作，经实地调查验证后，确定了合理的路线布局．鱼臀s参
3GIS用于公路路线平面设计 公路的平面线形一般由直线、圆曲线和缓和曲
线组成．圆曲线半径R可根据设计车速。、横向力系数A1超高串f、用公式只＝。’
／(127，(／j十f))计算出．当A1i取得设计最大值时，及有最小值．这就是公路
上圆曲线的最小半径．在公路设计时，只要地形条件许可都尽量使用较大的曲线半
径，只有在某些持别困难的场合，才能考虑使用最小半径． 缓和曲线插设于直
线和圆曲线之间，能使公路曲线更符合汽车行驶时重心的轨迹，以保证行车安全怎样双面打印
与
舒适，多采用回旋线形式．在两直线段的转角，缓和曲线长度，览接圆曲线的半径
确定后，缓和曲线各要素(田2)可根据一定的公式推算出N．在直线与圆曲线之间设
置缓和曲线，还必须将原有的圆曲线向内移动，才能使缓和曲线的起假鸭血
点位于直线
上．圆曲线向内移动的方式，一般采用圆心不动的平行移动，所以只需判断圆曲线
端点与缓和曲线绳点的坐标是否相同就可完成这个工作． 受地形、地物限制是
路线设计中常遇到的情况．当地形地物限制较大时，往往要经过多次的试其比较，
才能确定出合适的路线．例如，当弯道受一定限制时，可以先选择一个通过点，反
算出半径，再据此半径算出圆曲线上各点坐标．当这条圆曲线与其他地物相切或相
交时，就更新选择一个通过点．当实在不能适应地形时，可考虑改用复曲线．复曲
线一般先定出受地形限制较严的一例曲线半径，然后再根据切线差算出另一例曲线
的半径．当两半径之比超过1．5时，应在两圆曲线之间插入缓和曲线，构成卵形曲
线．这个过程中可以选择多种半径进行试算，选择其中最适合者． 对于传统设
计方法，平面设计计算工作时间是很长的．采用GIS技术，在计算机支持下，各曲
线要素能够迅速计算出来，并通过计算机显示在屏幕上，供人们观察．此外，还可
提供所定的平面方案所对应的纵、横断面信息，并可输出纵、横断面地面线赂田：
还能够将多组参数下的图案同时显示或输出，供设计人员比较分析，以选定最佳状
态(田3)． 在上述试验路线平面设计中，某段路线各参数都符合技术标gB，但
通过ARC／INFoGIS分析发现其弯道内佃有一片果林，阻碍了驾驶员行车视线，据此
对此段路线进行了重新设计，扩大其线半径，使果林处于弯道外佃．GIS用于公路
路线纵断面设计 图：乎面设计滇8图 路线纵断面设计是在路线纵断面团上
决定坡度、坡长、竖曲线半径等效值以及进行有关的计算等工作．在变坡点处应设
置竖曲线，形式为二次抛物线．已知竖曲线半径只、两纵坡段的交坡角。后，可计
算出竖曲线要素(田4)，即竖曲线长度上、切线长度y和外距jEl3． 用GIS辅
助纵断面设计时，根据公路乎曲线各点的坐标，可以内插出各点的高程，从而获得
现状纵断面．设计人员可应用人机交互设备，在屏幕上进行拉坡处理．计算机根据
变坡点信息和设计要求，计算出竖曲线要素，并显示出来．设计人员据此进行修改，
直至满意．同时，计算机能计算出当前纵断面方案中所对应的土石方累积曲线，供
设计人员参考(田5)． — —。。．／税况露哈既腮留念咒沿溉殿紧新的修改。
5GES用于公路路线横断面设计 横断面设计主要是绘出横向地面线后，根据纵断
面设计所确定的路基填挖高度、路基宽度、边坡坡度、边沟尺寸绘出路基的外廓线．横
断面设计的工作量在整个公路设计量中占很大比例，且重复工作量大、采用GIs辅
助设计后，可以大大提高工作效率 其基本工作方式为；将横断面地面线数据
通过数字化输入或根据乎纵设计结果由GIs自动产生，设计人员根据设计要求和各
路段的具体情况定义各段的标准设计断面，由计算机据此自动设计；在自动设计完
成后，横断面显示在屏幕上，设计人员逐个进行检查，对不合理的设计进行修改(图
6)． 本次试验中，填方断面主要采式为单坡形式，挖方断面主要形式为普通型、
在ARC／wFOGIS支持下，根据高差、坡度、池质条件等具体情况，自动设置缓一级
边坡、路启场、路堤堵、碎石台，在此基础上，对部分横断面进行了修改． ’
GES在公路路线设计其它方面的应用 试验研究表明，GIs在公路路线韧步设计中
是有所作为的．除以上几个方面，GIs在公路路线设计的其它方面也能发挥作
用． GIs可以实现地理坐标与里程桩号的相互转换，这就解决了传统表达方式
与精确定位的矛盾，既保证了计算的精确，又符合工程、管理人员的习惯．用GIS
来计算路线长度、确定里程桩位置、处理断链等问题，是十分简便的． GIS还
可应用于工程量的估算．土石方数量是选择路线的计时，土石方数量的计算精确而
快捷． 土石方数量可使用乎均断面法来求出．公式为：大因素，应用GIS辅助
路线设AI、A2为相邻两桩号的断面面积，工为AI、A2的距离．当人、A2相差很大
时，采用公式式中，m＝4，／Az，人为小面积，A2为大面积． 断面面积就是核
断面团上原地面线与路基设计线所包围的面积．可先由G15算出设计线与原地面线
的交点坐标及高程，然后计算出所围多边形的面积，即断面面积．
