基于GIS技术的海口市滨江东路道路选线研究

时间：2024-10-15 百科知识版权反馈

【摘要】：滨江东路是新海口城市总体规划当中的城市主干道，在新的行政区划中有着举足轻重的作用。多年来，许多学者和研究人员都致力于GIS技术在道路选线以及道路选线评估方面的研究。从海口市城市总体规划道路网系统来看，滨江东路处于江东组团的西侧，南侧连接至海口美兰国际机场，易于吸引一部分的机场过境车流。通过对滨江东路地形的高程模

雷　鹏　黄正东　李　磊

【摘要】根据海口市滨江东路选线的有关信息，建立了基于GIS技术的道路选线方法。通过建立滨江东路备选区域的数字高程模型，综合考虑现有土地利用及相关要素，利用GIS的空间分析模型，可以计算选线方案的单要素成本及综合成本。基于此方法分别对两个方案进行综合成本计算，通过对比得出较为合适的选线方案。

【关键词】数字高程模型　海口市　滨江东路　道路选线

1.概　　述

2002年10月，国务院批复同意海口市行政区划调整，将海口和琼山两市合并。新的行政区划调整使海口资源更加丰富，城市发展空间更加广阔，经济基础更加坚实，同时也为海口市带来了新的发展机遇。滨江东路是新海口城市总体规划当中的城市主干道，在新的行政区划中有着举足轻重的作用。它作为城市沿江南北向干道，能够加强老海口和琼山的联系、分流海文线(海口至文昌)及美兰国际机场的车流、缓解海府等路的交通压力，同时具有重要的防洪、景观功能。合理、准确地确定滨江东路的走向，充分地利用南渡江两岸逐渐完善的基础设施，将极大地满足海口市政府开发南渡江两岸的城市发展战略要求。

道路选线是指在道路修建之前，对道路指定的起点、终点和中间控制点之间较宽的影响区域(带状地面)内，根据一定的技术标准，结合当地的自然条件，分析道路选线的影响因素，经过研究比较，选定道路中线位置，并通过某种评价准则，选出一条能满足汽车行驶要求、技术经济合理的线路。

传统的道路选线很大程度上停留在人工布线层次上，设计人员通过现场踏勘，熟悉确定地形，然后根据以往的设计经验，结合现状地形，综合考虑影响道路选线的经济、技术和环境因素，判断选线的最佳位置。在此选线过程中，涉及大量的数据，经常需要进行参数的计算，单纯依靠人工现场布线方法，工作量大，人力资源有限，信息量不全，很难确保道路选线的质量，利用GIS的道路选线方法，有效地引入了计算机数据处理技术到道路选线研究过程中，可以充分地发挥人机各自的优势，提高道路选线的质量。

2.基于GIS技术的道路选线方法

地理信息系统(GIS)是一种以计算机为基础、处理地理空间信息的综合技术。借助计算机建立、编辑、显示、查询和管理地理数据库，对城市道路网络进行空间分析，将城市道路选线中具有空间特征的信息进行可视化表达，提高了数据的直观可视性，为决策者提供直观、清晰、全面的信息表达方式。

多年来，许多学者和研究人员都致力于GIS技术在道路选线以及道路选线评估方面的研究。通过运用GIS技术的特征提取、地形分析以及空间叠加等功能，对现状地形、地貌等基础资料进行提取、转化，并将影响道路选线的相关因素(拆迁面积、不良地质、景观、噪音等)作为道路选线的评估指标;通过分析确定其对道路选线的影响权重值，制作敏感区等级分析图，进行叠置分析，得到道路选线的复合分析图，指导道路选线;另外，还可通过利用GIS的空间分析功能，结合相关的数学方法分析噪声、空气污染等在道路两侧的分布，得出影响程度系数的概率，并利用GIS的图形叠置方法对道路周围环境的敏感程度和道路对环境的影响程度进行评价等。

本文研究的道路选线是利用GIS技术中数字高程模型和叠置分析功能来完成，这两种方法互为补充，使道路选线更为科学化、合理化。

(1)数字高程模型

数字地面高程模型(Digital Elevation Model)简称DEM，它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型。利用通过航测、遥感、纸质地图扫描矢量化以及野外数字化采集等方法得来的区域数据，生成高程模型，直观地看出区域内的地形地貌形态的空间分布，以缩微的形式再现了地表形态起伏变化特征。根据高程模型，可以进一步做出该区域的坡度图，选取合适的坡度范围进行道路选线。

(2)叠置分析法

叠置分析是将影响道路选线的各个因素进行归纳、分析，建立不同的影响因素专题图，根据不同因子对道路的影响情况，赋予相对工程成本值，通过GIS系统的缓冲分析和叠置分析功能，将各因子专题图进行叠加，得到综合成本图，通过对综合成本图的观察确定成本最低的选线走廊，可初步拟定多个线路方案。

其操作的具体步骤为:

①根据不同方式采集得来的选线区域里的高程数据，在ArcGIS中进行数据的导出、转换、最后生成该选线区域的高程模型。

②根据高程模型，在ArcGIS中，运用坡度功能，生成新的坡度专题，并可以重新调整坡度专题。

③选取道路选线的影响因子。

④建立道路带状缓冲区。根据修建道路的等级及地形类型，利用GIS的空间分析功能——缓冲区分析，制作各影响因子的相对工程成本等级图。

对每个影响因子，根据其具体情况，赋予不同的工程成本值，按照道路选线的适宜度，将相对工程成本分为不同的类别，高、较高、中、较低、低等，分别用1，2，3，4，5表示，制作各影响因子的成本专题图。

⑤空间叠加。将同一区域范围内各个影响因子的相对工程成本图加权叠加，得到综合成本图。

⑥确定最低工程成本区域。

最低工程成本区域是把同一地域范围内的各种影响因子的相对工程图进行比较，得到综合的成本图，图中低成本区域连贯起来的就是道路最佳的走线范围，在这个范围内进行道路选线，所需要的工程成本最低。

⑦确定道路选线方案。

道路选线优先选择综合工程成本最低的范围，其次为较低，然后中、较高，到高，在这个原则下道路选线的综合成本最低，也就是说根据综合成本最低得出的最优线路。

3.模型建立

海口市滨江东路道路选线的地理位置在南渡江东岸，选线长度大约有15km，总面积约为8.7km²，其周边用地环境主要为旱地、林地、草地、水田等，地形较为平坦，北至南渡江入海口;西侧为南渡江;南接南渡江大桥。

由于海口市江东组团为待开发建设用地与城市发展备用地，缺乏足够的交通基础材料，难以从整体上对滨江东路的交通流量进行预测，只能通过定性分析确定其断面和车速等。从海口市城市总体规划道路网系统来看，滨江东路处于江东组团的西侧，南侧连接至海口美兰国际机场，易于吸引一部分的机场过境车流。另外，滨江东路与城市中心区有六座规划大桥(其中已建两座，在建一座)连接，易于分流城市中心区的交通流量。

在本例中，影响滨江东路选线的因素主要考虑有以下几种:(1)地形坡度;(2)水文条件;(3)地质工程状况;(4)到村庄距离;(5)用地现状。

A.高程模型

从已有的海口市滨江东路地块的地形图中，分析整理出DEM数据;根据整理出来的高程数据，在ArcGIS中进行数据的导出、转换、最后生成高程模型(图1)。

图1　滨江东路地形高程模型和局部放大图

B.各影响因素成本专题图

(1)地形坡度。地形坡度越大，平整地形需要用的土方量和工程量也会大大增加，意味着道路建设越困难，建设成本越高。同时当地形坡度很大时，还可能修建隧道、桥梁等。

通过对滨江东路地形的高程模型观察，在选线区域内地势较平坦，因此，对滨江东路的地势进行分级，选择所占面积最大的范围为选线最佳区域，其相对工程成本最低，其具体划分如下(表1)。

表1高程范围与相对工程成本分类对照表

(2)水文条件。滨江东路选线位于南渡江的东岸地区，北至南渡江入海口;西侧为南渡江，海水的涨落对于南渡江两岸区域有着很大的影响，在一定程度上影响对地基的处理，另外还有被水淹没的可能。根据海口市防洪要求，道路的修建宜与水面有一定距离，海口市采用50年一遇洪水标准，将其离水边的距离定为20米。将滨水距离分为3类，每一类用来建设道路的成本不同(表2)。

表2滨水距离与相对工程成本分类对照表

(3)到村庄距离。为了发展地方经济，在线路选线时，有时会考虑用穿越村庄的道路将村庄连接起来，这样可以起到提高村庄地价的作用，给所穿越的村庄带来较大的经济效益。但直接穿越现状村庄，就会影响到人畜的安全、干扰和污染环境问题，同时还会遇到房屋的拆迁赔偿问题，从而引起道路建设的额外成本。在滨江东路的道路选线中，道路选线应尽可能地做到“靠村不进村”。滨江东路作为未来海口市发展的城市主干道，产生的噪音，白天不超过70分贝，晚上不超过55分贝。道路运营带来的主要是高频噪音，它可以随着距离越远或遭遇障碍物，能迅速衰减，如高频噪音的点声源，每10米距离就能下降6分贝，马路上的线性声源每10米也能下降3分贝。因此，对到村庄的距离进行分类(如表3所示)。

表3到村庄距离与相对工程成本分类对照表

(4)土地利用现状。根据不同的土地利用状况，给出不同的道路建设成本。本次的研究区域，周边用地主要为村庄、耕地、林地、草地等。考虑在村庄范围内进行道路建设，工程成本较高;国家政策规定尽可能地不占或少占农田，为了尽可能地保护耕地，将耕地的工程成本也赋予较高的值;林木可以起到防风固沙的作用。因此，土地利用现状与相对工程成本分类值如表4所示。

表4土地利用现状与相对工程成本分类对照表

(5)地质工程状况。地质状况是决定路线及构筑物基础是否稳定的先决条件。地质情况较为稳定的地区，适于进行工程建设，反之，地质工程情况不稳的地方，则需要对其地段进行改良之后才能用于施工建设。在本实例中，滨江东路选线区域内的地质情况基本相同，都需要对地质进行改良，按工程成本划分没有意义。

根据上面对影响因素的分析，及各影响因素根据具体情况赋予不同的工程成本值，生成单个影响因子的成本专题图，如图2、图3、图4、图5所示。

图2　高程范围的相对成本图

图3　滨水距离相对成本图

图4　到村庄距离相对成本图

图5　土地利用现状相对成本图

C.综合成本

对前面得出的专项成本图进行叠加分析，赋予每个专项图一定的权重值，对于各个因素在叠加分析中所占的权重值，在本次的研究中，没有对某个影响因素特别地重视，权重值相同，叠加后得出综合成本图。经过上述步骤，得到了一个道路选线的相对工程成本数值，通过对图的观察，可以看出，当选线区域从灰度高的范围内通过的话，其相对工程成本最低，灰度次高的区域内，相对成本次低，灰度越低，相对工程成本越高。具体到道路的最后定线，可以根据综合成本图，首选最优的范围，然后到次优，进而到较差，最后到最差，即从相对工程成本最低的地方到工程成本最高的地方，这样使得出来的道路选线综合成本最低(图6)。

图6　综合成本及道路选线

4.两个方案的比较

本实例中，栅格单位为1m*1m，通过对选线栅格数据的统计，可以得出如表5所示统计结果，其结果分析如下:

(1)新的道路选线比原规划线路长400米左右。在新的道路选线中，通过对多个影响因素与相对工程成本的分析，以及在考虑线路走向最优且工程成本最低的基础上，道路走向尽可能地沿着建设成本相对较低的区域走线。虽然单位面积上减少建设成本，但却在空间上增加了路线的长度。

(2)新的道路选线的综合工程成本低于规划选线的工程成本。新的道路选线原则是优先选择工程成本最低的区域走线，其次选择次低，然后较高，最后最高。有时为了在工程成本相对较低的区域走线，绕开走直线，走曲线所耗用的综合成本低于走直线的综合工程成本。同时这也说明，运用GIS技术进行道路选线，是按照本文的思路，工程造价尽可能低进行的。

(3)根据道路选线的评价指标思路，可以进一步地算出道路选线占有的各种土地类型的面积、填挖土方量、沿线建筑的拆迁量以及道路建设的占地面积等，可以提供更多更为准确的数据为道路选线进行经济评估，以便选出最优路线。

表5　各拟选方案评价指标信息统计结果