基于GIS技术林区道路选线方案优化方法的研究

谭述金

恩施市国有太山庙林场 湖北 恩施 445000

摘要：通过分析现阶段林区道路建设要求，建立以GIS技术为基础的道路路线设计方案，结合道路路线层次结构模型，评估影响道路选线的各项因素，确保设计出的道路选线方案能够在促进林区发展中发挥出重要作用。基于以上背景，本文首先提出GIS技术下林区道路选线要点，明确林区道路选线优化方式，提出GIS技术在领取道路选线中的应用发展方向，以供参考。

关键词：GIS技术；林区道路选线方案；优化方法

前言：现阶段我国林业道路的布线工作大部分以人工为主，布线工作的任务量大，在布线过程中往往只考虑坡度等单一目标。通过使用GIS技术手段，可以全面分析及使用野外数据，评估林区道路路线方案的可行性，对林区道路进行做目标规划，做出最佳布线方案选择。

1、林区道路选线方案设计重要性

林区道路建设水平可直接影响到林业经济发展速率，与林业交通运输、木材生产成本以及森林防火息息相关。在林业发展过程中，林区道路建设占总发展建设成本的40%~60%，需要得到高度重视。

林业道路的选项工作应当考虑道路沿线地形地貌、水文条件、社会经济需求、运输性质以及运量大小等，原有林区道路布线方式主要就是人工收集分析路线技术经济资料，在大比例尺地形图中选择几条可行的道路方案。由选线人员实地勘测，经过反复对比确定最佳路线[1]。该种选线方式会受到工作人员实际经验与专业水平的直接影响，已不能满足林区道路现代化建设要求。

随着信息技术发展速度不断加快， CAD等数学模型技术也被应用在林区道路选线设计环节。CAD模型能够快速且精准的开展线路平、纵、横方面的计算，明确土石方总量。由于选项设计环节还需要着重分析线路周边的地质水文情况、求，在 CAD系统基础上还需要配合使用GIS技术手段，扩大选线覆盖面积，保障选项工作有序开展。

2、GIS技术在林区道路选线中的应用流程

林区道路选线与建设环节应注重避开各项不利环境因素，在符合道路技术标准的前提下，满足道路维护及养护要求。

借助GIS技术手段构建起数字地形模型，能够全面收集并处理道路沿线地形地貌数据，分析不同因素对道路行线造成的影响，获得道路起点与中间控制点，借助人机交互方式确定路线方案，最终直接输出道路平面线形图、道路纵断面线形图以及道路横断面线性图。

GIS技术在林区道路选线设计中的应用流程较为简单。首先，工作人员需要分析森林地理信息库中的等高线数据，结合数据结构变换结果生成栅格式结构的数字化高程矩阵与地形透视图。结合数字化高程矩阵，进一步细化道路坡度、集水区域以及坡向地形图。

其次，分析地形与条件要求，对道路坡度值、坡向值、水区域以及地质图进行叠加分析，从数据库中恢复道路分布图，获得路线的起点与中间控制点、制定道路路线方案。

最后，利用数据库中的高程、地质与气象数据，对数据内容展开分类分析。计算出圆曲线半径、竖曲线半径、最大坡度值以及土石方量统计值，绘制成道路平面线形图、道路横断面图以及土石方量累计线性图。

3、GIS技术在林区道路选线方案优化中的应用要点

现有道路选线工作多使用CAD系统，能够有效解决勘察设计环节的计算、绘图与制表等问题，满足辅助性绘图要求[2]。林区道路选线设计过程中需着重考虑地质条件、交通需求、路线及地理位置的关系、影响路线走向的决定性因素等，可以配合使用GIS技术弥补选项环节的各项漏洞问题。

GIS技术主要就是使用地理空间数据库，借助硬件设施完成地理空间数据的采集、存放、制图等工作，实现综合管理及分析目标，被主要应用于资源管理、区域规划以及环境治理等环节。

GIS系统需要使用具有地理坐标的空间数据、属性数据及拓扑数据，接收各项数据来源，具备空间定位、定量、综合分析等功能。GIS技术能够提供三维可视化的选线环境，对空间数据结构展开分析并转化，建立起更为丰富的道路选线模型。 GPS与RS技术也可以通过GIS系统的分析功能，对林区道路的权限方案进行比选分析，最终选择出最佳路线。

当下GIS技术在道路选线方案评选环节可以利用空间叠加、特征提取以及地形分析的方式，获取道路占地面积、空间面积以及地质条件。通过开发出功能完善的选现辅助系统也可以确定到路线设计间的用地面积、确定工程计算数量，保障选项工作的精准度与准确性。

GIS技术还可以结合道路纵断面多点位置以及波段值，对道路进行三维模拟，将采集到的空间以及属性数据应用在道路评价环节，使道路评价结果能够利用遗传算法成为道路建设重要依据，最终生成一条最优化的路线方案。

在GIS技术基础上使用道路设计以及交通规划理论，还可以开发出道路选线优化模型，生成新建道路的空间位置方案集，建立及道路平曲线与竖曲线，你是啊出道路建设期间的各项费用。对路网结构进行拓扑分析，判断道路设计方案的技术可行性与经济适用性，最终获得最佳道路空间方案。结合应用层次分析法，还能够建立起道路路线层次结构模型，综合分析影响林区道路效益的各项因素。

现有GIS技术下的林区道路选线方式及模型构建尚且无法满足道路现代化建设要求，GIS选线平台的人机交互水平与预期目标相比也存在一定差距。因此在开发专项GIS道路选线系统过程中还需要考虑综合因素，优化系统的寻优能力，推动林区道路巡线工作高质高效开展。

4、基于GIS技术的林区道路选线方案优化方式

林区道路选线环节需要考虑到的综合因素较多，包括道路的坡度、坡向、曲线半径、木材的运输量以及树木的破损率等。部分数据可以通过实测获得，还有部分数据缺乏定量评价指标，只能够进行定性的描述。

借助层次分析法对林区道路的选线方案进行综合分析，需要首先将研究问题层次化，结合问题性质以及达成总目标，将问题划分为不同层次[3]。层次组成因素需要结合问题的相互影响构成隶属关系，将系统问题总结为求解的最低层以及重要性的权值问题。

4.1林区道路优化方案层次结构

影响林区取道路选线的因素存在密切关联，可以对林区道路展开层次性划分。林区道路优化方案层次结构主要分为以下几层：

第一，目标层。主要就是对林区道路的选线因素展开评价及分析，确定邻居道路最优设计方案；

第二，准则层。道路的选线需要遵循技术标准，控制工程施工造价，保障工程建设环节的社会效益与经济效益；

第三，影响因素层。林区道路选线工作会受到诸多因素影响，因素划分的基本原则需要具备代表性、可测量性；

第四，方案层。方案层就是林区道路权限期间的各项方案，不同方案层结构中的线路长度、平曲线最小半径、平均变坡点数、最大坡度值、土石方量等各不相同。

4.2结构模型计算

通过构建及层次结构模型，借助专家调查方式确定同一层次中各因素的相对比重值，形成判断矩阵。对判断矩阵展开计算，将获得到的矩阵特征值展开排序，一致性检验矩阵计算结果。结合特征值的大小对各影响因素展开排序，明确对最终目标的影响程度，确定最佳设计方案。

为充分发挥出GIS技术的积极作用，可以将三维技术与虚拟现实技术融入到道路选线环节，通过构建空间决策支持系统，在数据库中挖掘数据规律，解决选项环节的各类问题。

总结：总而言之，通过将GIS技术应用在林区道路选线过程中，能够从根本上提升选项工作的质量效率，缩短选线工作时间。配合使用层次分析法还可以对道路进行定性定量分析，评估道路选线综合效应，为林区道路的建设及决策提供重要依据。

参考文献：

[1]王青燃. 基于多源数据融合的林区路网构建[D].中南林业科技大学,2022.

[2]丁赓.木兰林场林区道路规划设计与测量方法探讨[J].安徽农学通报,2021,27(22):90-91.

[3]王露露.基于RGB颜色模型的林区道路图像分割[J].南方农机,2021,52(20):42-44.