摘要：提出了數(shù)字地理模型概念，分析了建立的方法及在公路選線中的應(yīng)用前景
　　關(guān)鍵詞：道路選線；GIS；數(shù)字地理模型；
　　
　　道路選線在道路勘測設(shè)計中占有重要地位。路線選擇的優(yōu)劣關(guān)系到車輛運行時間的長短，工程投資和運營費用的多少，以及是否與社會和環(huán)境等因素相協(xié)調(diào)。隨著全球數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，道路選線也從原來的人工選線，到航測選線，再到現(xiàn)在研究的自動化選線。自動化選線研究的方向就是結(jié)合數(shù)字地面模型，運用地理信息系統(tǒng)把地形、地質(zhì)、水文等數(shù)據(jù)直接輸入計算機，利用計算機自行布線，并經(jīng)分析提煉優(yōu)化，使所選公路路線線形達到組合最佳，工程量最省，同時也能與自然地形與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，而數(shù)字地形模型又是GIS核心模型的重要組成部分，從系統(tǒng)的角度看，它是建立地形數(shù)據(jù)庫和地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)。因此，數(shù)字地面模型（DigitalTerrainModelDTM）利用的好壞決定了線路設(shè)計的優(yōu)劣。本文結(jié)合GIS，把DTM在概念上擴大化，建立了道路選線的數(shù)字地理模型（DigitalGeographyModel,簡稱DGM），用于道路選線的進一步研究。
　　
　　1 數(shù)字地理模型的提出
　　1.1道路選線問題的定位
　　公路選線涉及自然、社會、經(jīng)濟等諸多因素，應(yīng)該首先是平面線形的優(yōu)化問題。因為縱斷面優(yōu)化是在平面線形確定的基礎(chǔ)上，采用最優(yōu)化的方法，合理地確定縱斷面上變坡點樁號、變坡點標高（或縱坡）以及豎曲線半徑，使縱斷面各項技術(shù)指標不僅符合技術(shù)標準、滿足標高控制等要求，而且有盡可能小的工程量與工程費用，盡量高的行駛速度（或盡量短的行程時間）與盡可能少的燃油消耗（或盡量少的營運費用）等。雖然現(xiàn)在平面線形的優(yōu)化已經(jīng)取得了一定的成果，但仍然難以得到能夠達到公路設(shè)計目標的路線方案。通常的路線方案優(yōu)化是對縱斷面進行優(yōu)化，優(yōu)化的目標是使工程費用最省。但這種優(yōu)化往往是以較低的技術(shù)指標為代價的，得到的優(yōu)化結(jié)果與實際差別較大，因此平面線形的優(yōu)化成為科學選線的核心問題。由于選線問題的復雜性，因此在沒有實現(xiàn)選線智能化得前提下，道路選線的定位應(yīng)該是給設(shè)計人員提供參考方案而不是產(chǎn)生最終方案。
　　1.2平面優(yōu)化的方法
　　(1)寬帶平面優(yōu)化
　　所謂寬帶范圍一般為有考慮價值的1/4路線長度的寬度內(nèi)。寬帶范圍內(nèi)平面優(yōu)化的目的是在該范圍內(nèi)確定路線的大致走向，尋找一定寬度的“最佳路線走廊”。寬帶優(yōu)化采用的目標函數(shù)主要是依據(jù)綜合費用模型確定的宏觀成本，基于道路修建成本最低的原則進行優(yōu)化。用成本區(qū)和成本線來表示線路可能通過范圍內(nèi)的各項特征，然后運用一個運輸問題求最短途徑的算法來選擇最佳和次佳路線。
　　(2)中帶平面優(yōu)化
　　中等寬度地帶一般為幾百米寬的感興趣地帶。其代表性的程序有美國麻省理工學院的空間線形優(yōu)化程序OPTLOC以及法國的平面線形優(yōu)化程序。中等寬度地帶平面優(yōu)化大多采用動態(tài)規(guī)劃法。
　　(3)窄帶平面優(yōu)化
　　窄帶范圍一般是指幾十米寬的感興趣區(qū)域。代表性的程序有英國的HOPS系統(tǒng)中的NOAH程序和德國的EPOS-1程序。HOPS程序采用的是降維的直接搜索方法進行優(yōu)化。
　　
　　1.3道路選線的影響因素
　　影響選線的因素包括：地形、地質(zhì)、水文、氣象、村鎮(zhèn)分布、農(nóng)田、交通、水利設(shè)施、環(huán)境、經(jīng)濟、社會人文等多個方面。綜合以上影響因素，既有定性的描述也有定量的描述，在利用數(shù)字地理模型進行選線時，計算機只能識別數(shù)字，因此需要通過一定的系統(tǒng)評價方法給這些影響因子賦予權(quán)值。賦權(quán)的方法很多，如采用層次分析法，模糊數(shù)學，數(shù)理統(tǒng)計等方法都可以實現(xiàn)。由于土石方數(shù)量在選線時難以計算，可以采用劃分高程范圍的方法賦予權(quán)重。
　　
　　1.4數(shù)字地理模型的概念
　　用于路線設(shè)計的DTM,更確切的說應(yīng)該是數(shù)字高程模型DEM，其地貌的坡度，坡向等也可以通過DEM求導等方法派生出來，一般用來計算土石方量。道路選線應(yīng)該綜合考慮多種因素的影響，而不是單純考慮土石方計算，因此應(yīng)該利用DEM為基礎(chǔ)，各點的平面坐標x,y不變，而把高程坐標z用1.3中用層次分析法中的得到的各選線因素的權(quán)值p代替，這樣形成的數(shù)字地理模型為因素數(shù)字地理模型，而把各因素的柵格圖層疊加形成的費用模型，稱為綜合數(shù)字地理模型，兩者統(tǒng)稱為數(shù)字地理模型。
　　
　　2 數(shù)字地理模型的建立
　　2.1數(shù)據(jù)的采集
　　(1)既有地圖掃描數(shù)字化
　　把已有的大比例尺地形圖進行數(shù)字化是目前公路路線初步設(shè)計階段地形數(shù)據(jù)的主要來源。數(shù)據(jù)采集按所采用的數(shù)字化設(shè)備區(qū)分，有兩種方式，分別是利用數(shù)字化儀從地形圖采集地形數(shù)據(jù)和利用圖形掃描儀從地形圖采集地形數(shù)據(jù)。利用前者采集的數(shù)據(jù)精度低于實測精度，所以從地形圖采集數(shù)據(jù)，一般只能用于公路路線初步設(shè)計階段。后者雖然效率較高，但須對已矢量化的數(shù)據(jù)由人工進行高程安置。
　　(2)利用電子測量設(shè)備野外實測
　　從野外控制測量、導線測量、施工放樣等工作內(nèi)容而言，野外實測是不可缺少的，在沒有航測資料及地形圖的情況下，采用野外測圖和采集數(shù)據(jù)也是目前常用的數(shù)據(jù)采集方法。野外數(shù)據(jù)采集目前主要有全站儀、GPS以及按常規(guī)方法測量等三種方法。
　　(3)航空攝影測量
　　航空像片含有大量的、豐富的地表信息，從航片上采集數(shù)據(jù)可直觀地觀察地表形態(tài)，獲得可靠的地形數(shù)據(jù)。航測方法的采用，把繁重的外業(yè)工作變成室內(nèi)作業(yè)，節(jié)省人力、物力，不但可以大幅度降低勞動強度，提高功效，而且可以保證數(shù)據(jù)采集質(zhì)量，提別是由于航測方法的發(fā)展，先進航測設(shè)備如解析測圖儀的應(yīng)用，給航測數(shù)據(jù)采集帶來極大的方便。所以，利用航測方法獲取數(shù)據(jù)是目前最理想、最有前途的地形數(shù)據(jù)采集方法。
　　(4)利用遙感技術(shù)獲取地質(zhì)信息
　　遙感技術(shù)（RemoteSensing,簡稱RS）是在遠離目標的情況下判定、量測并分析目標性質(zhì)的一種技術(shù)。具體來說就是根據(jù)電磁波理論，應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)在不用與研究對象直接接觸的情況下，從高空或遠距離通過傳感器接收地面物體對電磁波的反射信號，并將這些信號記錄下來，進行人工加工與處理，最后對研究對象的性質(zhì)特點和數(shù)量進行分析判讀，這些過程統(tǒng)稱為遙感技術(shù)。公路選線中主要用于信息復合和專題圖像信息提取，以及對地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造和不良地質(zhì)、特殊地質(zhì)等相關(guān)信息專題圖像的處理等。

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