GIS在交通工程中的应用

GIS在交通工程中的应用

摘要：地理信息系统（GIS）是一种动态的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、处理、分析、显示和描述的技术系统。本文介绍了其在交通中的应用,包括道路选线、公路规划、道路设计、道路施工以及交通管理运营中能够解决的问题。

关键字：GIS、交通、数据库

1、GIS在道路选线中的应用

1）利用GIS的数据采集与地理数据库管理功能,对选线所需资料进行统一管理和分类处理。2)利用GIS强大的空间分析功能和DTM分析功能,对信息进行加工处理,将与选线方案相关的各种因素形象、直观的地展现给选线人员。3)利GIS的制图输出功能,输出选线设计用图，帮助选线人员进行方案比选。

将与路线方案有关的各种信息,如遥感图像、地形图、地质图、土地利用现状图、矿产资源分布图、地区经济发展水平等信息资料理信息存储在GIS系统中,实现图文资料的数字化管理，通过数据组织和信息分类处理,能大大提高信息的利用率。同时GIS数据库中存储着大量的地理空间数据,所有的信息都以专题地图的方式进行组织和存储。这些信息可以帮助设者更加直观的了解沿线地区的地形地貌；综合分析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,对控制点进行合理的取舍选择出最佳适合的路线,并能时时的以三维立体图的形式显示。设计者可以按自己的思维任意布设或修改路线方案。对每个方案,GIS系统可以很快地计算出路线长度、施工量等以及及时生成路线纵横断断面图。

因此,可以快速、方便地进行路线方案的比选。例如，针对一个方案利用GIS数据库中的土地利用现状图与所选道路中线的缓冲区进行叠加分析，就可以快速的了解所选方案所占各类用地的面积，以此作为参考是否选择这一方案。

2、GIS在公路规划中的应用

为了适应国民经济的高速发展,公路管理部门需要不断地进行公路养护、改建、扩建现有的公路交通运输网。之前，公路的规划主要依靠对现况的定性了解和工程师的经验判断,缺少系统的分析、评价和科学的决策。在规划过程中,常常由于经验所限、缺乏对数据的定量分析,使规划方案不合理,由此造成资源、资金浪费以及公路网的使用效率低下。

GIS—T系统不仅可以对数据进行编码、存储、查询,而且可以在空间数据库和相关知识的基础上能够定义和生成各种预测分析模型。如需求分析预测、新建改建公路投资效益分析等模型。通过模型分析与预测,评价现有路网的使用效率、了解路网状况、预测路网变化趋势,为中长期路网规划及年度养护计划提供科学依据,以确定最佳的规划和养护方案。在公路前期规划中利用GIS可以方便地进行路网的规划、选线、分析与优化线路等决策,同时还可以对公路沿线的环境进行分析，如：噪音影响分析。

3.1 GIS在公路设计中的应用

路廓设计是公路设计中的一个重要环节,是定出公路最终走向的一个步骤。在路廓设计中,需要综合分析多种数据,包括大比例尺的土地利用图、地形图、地质图、矿产资源分布图以及现有的道路网络等。从各方面收集来的资料整合到GIS数据库中,构造约束多边形,确定公路必须避开的区域,通常这些多边形可以分为三级:(1)第一级约束是必须要避开；(2)第二级约束是尽量避开；(3)第三级约束是可以避开。

根据需要可以对不同的约束等级赋予不同的权重值,并在地图上以不同的颜色或属性字段进行标识,以便设计人员在设计路线时尽量避让这些区域。然后将选择的不同线路输入到GIS系统中,根据某一方案路线的走向设定某一宽度进行缓冲区分析得到路廓多边形,然后与约束多边形进行叠加,统计道路缓冲区与每个约束多边形相交的面积,并乘以权重,得到该方案线路受约束影响的加权总面积(Total Impact Weighted Area ,TIWA)，依次计算没个实验性线路进行综合比选。在得到TIWA之后,可以根据DEM进行线向的详细设计,然后具体确定道路断面位置、计算路面结构、道路红线、建筑红线、地下管线属性，显示道路断面结构图、绘制道路断面图以及进行填挖方的优化,最终路线的路廓设计图形。

4、GIS在公路施工中的应用

4.1 GIS道路改建中的应用

城市道路常常遇到十年或二十年的中长期规划，然而三五年就过时了或进行规划调整,以北京市为例,修建三环时交通专家就预言北京的道路再也不会堵了,可现六环都早已建设完成,然而北京市的交通依然拥堵严重,在全国其它城市也是时有发生的。以道路拓宽为例, 简述GIS在道路建设中的应用。根据确定的人流、物流的基本情况,预测规划目标年的城市发展规模,确定是拓宽有道路面积，还是进行交通量的分流。假如进行道路面积的拓宽,可对拓宽道路进行缓冲区分析，分析缓冲区内道路现状面积查询、统计，道路拓宽改造的总面积、拆迁面积，各单位改造面积、拆迁面积、拆迁建筑面积，各单位损失预估、总损失估算、道路总投资估算，各类专题数据和图纸的输出。

4.2、道路土石方量的计算

横断面设计主要依据道路设计规范和具体地形进行设计，横断面设计按挖填情况一般

分为三类：路堑（全挖方）、半填半挖、填方：1）对于路堑，根据道路主体所经过的部分，道路设计高程已知，利用设计高程和道路宽度所确定的道路横断面对地形图进行剪切，得到的就是挖方施工量；2) 对于填方路段则直接由地形图与道路主体围和所形成的部分就是填方施工量；3) 半填半挖的路段则是以上两种情况的综合，按以上两种情况分别处理，如此以实际上就只有种情况。

对于土方工程量的计算根据道路主体对地形图的剪切的部分，具体可以以每10米或更小距离分段，计算横断面面积，取每一段横断面平均值和该段长度相乘，即可求得土方施工量，至于在GIS软件中如何实现不是我们要考虑的问题，目前在一些GIS软件中已经存在这些功能。

5、在交通管理中的应用

5.1在道路交通管理中的应用

GIS具有制图输出、空间查询分析的功能,并能有效地组织管理与地理信息有关的各种数据,所以利用GIS平台可以将城市交通地理图及其有关数据数字化,制作成任意比例尺的可视电子地图并建立相应的地理信息查询数据库,能够方便的协助交通专家做出最有利的决策。

GIS在处理城市道路交通事故中应用比较广泛，特定的人员违反交通管理法规而造成的事故并非是不能解决的问题。因此也就引出了交通事故与道路交通系统之间“因素链”,如下图，道路交通系统是一个由人、运载工具、道路环境等要素构成的动态系统,道路交通事故就是在特定的交通环境下,动态系统在某些环节上的失调造成汽车不正常行驶的事件。利用多媒体技术、通讯技术与GIS相结合实现对交通路段的实时监控，以及进行合理的车

辆调配实现资源的最优化配置，从而使交通事故处理的效率大大提高，保证交通系统的正常运行。

5.2在交通运营管理中的应用

由于GIS是一个动态的系统能够进行时时查询、分析、统计,所以在运输企业的运营管理当中,可以利用建立的GIS-T数据库,为管理部门或用户提供各种查询要求。例如:浏览路段和站点、车次的查询；站间交流图、客流密度等专题图；为铁路、公路等客运主管部门分析客流情况、进行车辆的调配、工作人员的组织安排、制定行车计划等服务。

结 语：当今世界是一个信息化的时代。地理信息系已经不是局限在某个领域，而是渗透于人们的是日常生活中。GIS作为一种工具成为公路交通行业不可或缺的一部分。面对国内外信息化发展的迅猛形势，公路交通行业应抓住机遇、统一规划、积极借鉴应用GIS、GPS、RS等当代信息技术领域的先进手段，作为公路交通信息化建设数据收集的重要工具，加快推进交通建设规划、项目可行性研究的公路养护管理等工作的信息化水平，推进我国公路交通事业的进一步发展。

参考文献

[1] 秦红艳，郑州大学。GIS在公路设计中的应用。地理空间信息 2002，2。

[2] 顾世斌，东北林业大学。GIS在道路设计中的应用。黑龙江交通科技 2006，(4)。

[3] 伍剑奇，3S在道路勘察设计中的应用。山西建筑 2008，8。

[4] 王炜，交通规划，人民交通出版社。2008，5。

[5] 邬伦，地理信息系统概论，科学出版社。