我们在大规模进行高等级公路建设的同时，也清楚地意识到勘测质量的好坏以及设计水平的高低直接影响着整个工程的质量。因为一个公路建设项目质量的好坏、投资的多少以及运营的完善与否，直接取决于勘测工作是否周全，设计方案是否合理，二者是相辅相成，互为影响的。但遗憾的是，我市的公路勘测设计仍然没有摆脱传统的勘测设计模式和方法，技术含量低，特别是高科技含量不足，严重地制约了北京市高等级公路建设地发展。如何有效地加快勘测速度，缩短设计周期，优化设计方案，提高设计质量是公路设计人员面临的重要任务。
前不久，美国副总统戈尔提出了"数字化地球"概念。并通过"3S计划"来实现，即：
①丰富的全球地理信息系统；
②精确的全球卫星定位系统；
③先进的遥感卫星测设系统。
未来的世界将是"数字化的世界"，数字化的概念将渗透到我国的各行各业。公路行业的数字化，也是最近几年才提出来的概念。它也包括3个部分：
①公路的数字化地理信息系统；
②公路的全球卫星定位系统；
③公路的遥感卫星测设系统。
一、公路的数字化地理信息系统(Geogr-aphic Information System)
实际上公路GIS是综合处理三维公路信息的一个计算机软硬件系统，它是GIS技术在公路领域的发展，是GIS与多种公路信息分析和处理技术的集成。早在几年前，北京市公路局科技处就着手开发了北京公路地理信息系统，但这只是未来数字化地理信息系统的雏形。真正的数字化地理信息系统应该具备详细的地形数据资料，包括平面点的坐标、高程，已建道路和桥梁的位置、名称，道路沿线的民宅、工矿企事业单位、田地、果林、鱼塘、水渠、河流、电力管线等详细地面资料。当然对于这样一个庞大的系统工程，单靠公路一家是无法实现的还需与其它兄弟单位通力合作，如测绘部门、航测部门、规划部门、地勘部门。幸运的是在北京这个科技人才密集的大市场里，跨行业部门间的合作是完全可以实现的，系统完成以后，也完全可以实现资源共享，其潜在的经济效益和社会效益将是无法估量的。那么GIS可以为我们的公路设计人员提供什么样的方便?首先我们可以很方便打开北京市任何城区和远郊区的数字化地形图，通过鼠标在地形图上选取控制点，控制点的属性也同时显示在电脑屏幕上(包括点的坐标、高程)，控制点连线后，路线的走向就基本确定下来了，接下来就是输入一些平曲线要素，这样一来一条路线方案很快就选出来了。如果对所选路线方案不满意，可以随时用鼠标修改，同时地形图比例也可以根据需要随时调节。在路线方案选定的同时，我们还可以从地理信息系统数据库中获取其它相关信息资料，它包括最佳路径、最短出行时间、交通流量、道路沿线地区人口数量、经济状况、建材分布、储量、运输条件、土壤、地质和植被情况等。同时设计人员对于同一起终点的路线，可以选取不同的路线方案进行分析、对比、筛选直至获得最佳满意方案为止。
GIS在道路前期规划中发挥了巨大作用。占地拆迁做为前期规划工作中的一项重要工作，它的估算准确与否直接影响到工程总造价的高低和经济评价的好坏。现在有了GIS后，我们可以在电子地图上准确定出占地线宽度，GIS可以帮你自动算出占地亩数，还可以算出占地线范围内的鱼塘、麦地、果树、电线杆、水井和电力管线等分项拆迁工程量来。这样一来，就减轻了前期规划人员外业工作强度，大大提高了工作效率。当然，这对数据库的更新要求比较高，最好半年一次。现在有了GPS后，可以随时到现场进行碎部测量并采集数据，以补充更新原有的GIS数据库。从国内来看，现在外省市兄弟单位，已经开始着手尝试把GIS技术引入到初步设计和施工图设计中去，并且已经取得了良好地效果。从国外来看，美国、英国、瑞典等国家已经把GIS技术引入到施工图设计阶段中去，并处于领先地位。而且他们已经开发和推出了不少关于这方面的软件，如INROADS和MOSS、CARD/1。
二、公路的全球卫星定位系统(GLOBAL POSITIONING SYSTEM)
GPS(全球卫星定位系统)作为新一代的卫星导航和定位系统，不仅具有全球性、全天候、连续性、实时性的精密三维导航与定位能力，而且具有良好的抗干扰性和保密性。相对于经典测量学说，GPS定位技术具有观测点之间无需通视、定位精度高、观测时间短、提供三维坐标、操作简便以及全天候作业等主要特点。由于其高度自动化及其所达到的精度和具有的巨大潜力，GPS一面世就广泛渗透到经济建设和科学技术的许多领域，如无线电导航、地震网监测、大坝变形监测、大陆板块飘移监测和大地测量。随着GPS事业的快速发展，产品的更新换代，新一代具备RTK系统功能双频GPS接受机地诞生，给当今公路测设事业注入了新的活力。最新的RTK技术在公路测设中具备以下几个功能和作用。
1、绘制大比例尺地形图
高等级公路选线多是在大比例尺(1∶1000或1∶2000)带状地形图上进行。用传统方法测图，先要建立控制点，然后进行碎部测量，绘制成大比例尺地形图。这种方法工作量大，速度慢，花费时间长。用实时GPS动态测量可以完全克服这个缺点，只需在沿线每个碎部点上停留一两分钟，即可获得每点的坐标、高程。结合输入的点特征编码及属性信息，构成带状所有碎部点的数据，在室内即可用绘图软件成图。由于只需要采集碎部点的坐标和输入其属性信息，而且采集速度快，因此大大降低了测图难度，既省时又省力，非常实用。
2、道路中线放样
设计人员在大比例尺带状地形图上定线后，需将公路中线在地面上标定出来。采用实时GPS测量，只需将中桩点坐标输入到GPS电子手簿中，系统软件就会自动定出放样点的点位。由于每个点测量都是独立完成的，不会产生累计误差，各点放样精度趋于一致。
我们知道，道路路线主要是由直线、缓和曲线、圆曲线构成。放样时(见示意图)，我们只要先输入 各主控点桩号(ZH、HY、QZ、YH、HZ)，然后输入起终点的方位角a1、a2，直线段距离D1、D2，缓和曲线距离LS1、LS2，圆曲线半径R，这样就可以很轻松放样了，而且一切工作均由GPS电子手簿来完成。这种方法简单实用，比起传统的弦线拨角法要快速得多。另外，如果你需要在各直线段和曲线段间加桩，只需输入加桩点的桩号就行了，剩下工作由GPS来完成。
道路中线示意图
3、道路的横、纵断放样和土石方量计算
(1)纵断放样时，先把需要放样的数据输入到电子手簿中(如：各变坡点桩号、直线正负坡度值、竖曲线半径)，生成一个施工测设放样点文件，并储存起来，随时可以到现场放样测设。
(2)横断放样时，先确定出横断面形式(填、挖、半填半挖)，然后把横断面设计数据输入到 电子手簿中(如边坡坡度、路肩宽度、路幅宽度、超高、加宽、设计高)，生成一个施工测设放样点文件，储存起来，并随时可以到现场放样测设。同时软件可以帮助你自动与地面线衔接进行"戴帽"工作，并利用"断面法"进行土方量计算。通过绘图软件，可绘出沿线的纵断面和各点的横断面图来。因为所用数据都是测绘地形图时采集而来的，不需要到现场进行纵、横断面测量，大大减少了外业工作。而且必要时，可用动态GPS到现场检测复合，这与传统方法相比，既经济又实用，前景又广阔。
4、桥梁结构物放样
对于在长江、黄河上修建的大跨径桥梁，采用传统光学仪器和全站仪来定位是比较困难的，因为江面过宽、雾气较大，易造成仪器读数误差。另外，江面情况变化多端、观测浮标位置飘浮不定，影响定位精度。那么有什么好方法来解决这个问题?GPS在这方面发挥了一定的优势。因为GPS采用的是空间三点后方距离交会法原理来定位，不受江面外界情况干扰，点与点之间不要求必须通视，两三分钟测一个点，简捷方便，精度高，大大提高了作业效率。它的平面坐标定位精度在5MM±1PPM左右，基线长度有几米到几十公里，这完全符合桥梁控制网地要求。同样对隧道控制网、立交控制网也可以采用GPS的方法进行精确定位，效果也不错。
三、公路的遥感卫星测设系统(Remote Sensing System)
遥感卫星测设系统(RSS)是利用航片或卫星照片上含有的丰富的地表信息，通过立体观察和相片判释并经过计算机的自动处理、自动识别，从而获得与路线相关的各种地质、水文、建材等资料的一个计算机软硬件系统。
卫星遥感在公路勘测设计中有以下优点：
①它可以帮助设计人员对路线所经区域的地形、地貌 、河流、居民地以及交通网系等进行概要判读，以了解其对路线地影响，有助于对路线方案的优化。
②同时它提供详细的地质、水文、植被资料，帮助设计人员了解不良工程地质现象对路线的影响程度，以便提早改线，避免不必要的损害和事故发生。
③通过卫星遥感资料， 可以帮助设计人员了解沿线土壤和植被类型，了解农作物及经济作物的分布情况，以便为绿化设计作准备。
④通过卫星遥感资料，还可以帮助设计人员了解沿线建筑材料的分布、储量 、开挖、运输条件，为施工创造良好便利条件。
⑤同时通过卫星遥感资料，可以对所选路线线形进行三维透视，可以帮助设计人员了解路线线形是否顺畅，行车视距是否良好，与周围景观是否协调一致。
总之，在不久的将来，我们的公路勘测设计就会转变成以GIS为基础，以GPS为工具，以RSS为辅助手段的全方位、立体化、多层次的设计新模式。"3S"的未来应用前景十分广阔，各国在"3S"领域的竞争也将十分激烈，我们应该紧跟国际潮流自我创新，才能在未来的"3S "的竞争中处于不败之地。
