Научная статья на тему 'Разработка методики на основе ГИС и САПР для трассирования автомобильных дорог в районах твердого грунта'

Разработка методики на основе ГИС и САПР для трассирования автомобильных дорог в районах твердого грунта Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
319
31
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ГИС / САПР / ПРОГРАММА ARCGIS / CIVIL 3D / УКЛОНЫ ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ / ОБЪЕМЫ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ / РАЦИОНАЛЬНАЯ ТРАССА ДОРОГИ / GIS / CAD / ARCGIS / GROUND SLOPES / EARTHWORK / RATIONAL ROAD ALIGNMENT

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Аль-дамлахи Ию

Аннотация Цель: Разработать методику трассирования автомобильной дороги между двумя точками (началом и концом) дороги на основе технологии геоинформационных систем (ГИС) и систем автоматизированного проектирования (САПР) для нахождения наилучшей трассы дороги по основному критерию минимального объема земляных работ в районах скального или твердого грунта, где стоимость строительства автомобильной дороги зависит в основном от объемов земляных работ. Рассматривается, как можно достичь эту цель с помощью платформ ГИС, обладающих возможностями нахождения трассы дороги между двумя точками с критерием минимальных уклонов поверхности земли, что в итоге позволяет проектировать трассу дороги с минимальными объемами земляных работ с учетом этой полученной трассы на основе ГИС и в то же время кратчайшую длину трассы. Методы: Использован экспериментальный метод. Определены основные важные критерии, по которым проектируется и трассируется автомобильная дорога: длина трассы дороги, прохождение трассы дороги с критических точек, уровень безопасности движения и т. д. Обсуждается, как можно учесть эти критерии в программах ГИС при нахождении наилучшей трассы дороги. Результаты: Была проектирована предлагаемая автомобильная дорога на юге Сирии, где почва местности является базальтом. Сначала использована платформа ArcGIS для установления наилучшей трассы по данным критериям, затем с помощью программы Civil 3D построена такая трасса для того, чтобы она соответствовала критериям трассирования дорог в СНиП. Были проектированы поперечные профили, продольный профиль и вычислены объемы выемки и насыпы для принятого варианта трассы дороги на основе ГИС и Civil 3D. Практическая значимость: С помощью предлагаемой методики был сокращен объем выемки грунта до значительной степени. Для сопоставления с другими вариантами трасс дороги проектирован второй вариант трассы дороги, более короткий, вычислены объемы земляных работ для него и проведено сравнение с первым вариантом трассы. Даже в этом случае получены хорошие результаты, что доказывает эффективность этой методики.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Summary Objective: To develop the procedure of road tracing between two points (beginning and end) of the road based on geographic information systems technology (GIS) and Computer Aided Design (CAD) in order to find optimal road trace according to principal criterion of minimum volume of ground works in areas with stiff and rocky soil. In this case the construction cost of a road depends generally on the volume of ground works (excavation and filling). To consider the issue of achieving the set goal by means of GIS platforms, having the possibility to find road route between the two points with criterion of minimum ground slope. The latter makes it possible to design road trace with minimum volume of ground works taking into the account the obtained GIS-based road trace and at the same time the shortest trace length. Methods: Experimental method was used. Surely, the main criteria according to which road routing is fulfilled are the following: trace length, passing of the trace from critical points, traffic safety level, etc. The ways to take the criteria in question into the account in GIS programs in the process of finding the best trace were examined. Results: The suggested road trace was designed in the south of Syria, where the soil consists of basalt. At first ArcGIS platform is used in order to find out whether the road in question best meets the given criteria, then by means of Civil 3D the road is designed to satisfy the SNiP criteria (Construction Rules and Regulations) road routing criteria. Cross sections, longitudinal profile were designed and the volumes of excavation and filling were calculated for the adopted road route based on GIS and Civil 3D. Practical importance: The volume of ground levelling was considerably reduced with the help of the suggested procedure. The second variant of the road a shorter one, was designed in order to compare it with other alternatives of road alignment. The volume of ground levelling was calculated and compared with the first variant of trace was conducted. Nevertheless, positive results were obtained even in this case which proves the efficiency of the suggested procedure.

Текст научной работы на тему «Разработка методики на основе ГИС и САПР для трассирования автомобильных дорог в районах твердого грунта»

^ СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - ТРАНСПОРТУ

УДК 625.721 Ию. Аль-Дамлахи

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ НА ОСНОВЕ ГИС И САПР ДЛЯ ТРАССИРОВАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ В РАЙОНАХ ТВЕРДОГО ГРУНТА

Дата поступления: 02.10.2018 Решение о публикации: 17.10.2018

Аннотация

Цель: Разработать методику трассирования автомобильной дороги между двумя точками (началом и концом) дороги на основе технологии геоинформационных систем (ГИС) и систем автоматизированного проектирования (САПР) для нахождения наилучшей трассы дороги по основному критерию минимального объема земляных работ в районах скального или твердого грунта, где стоимость строительства автомобильной дороги зависит в основном от объемов земляных работ. Рассматривается, как можно достичь эту цель с помощью платформ ГИС, обладающих возможностями нахождения трассы дороги между двумя точками с критерием минимальных уклонов поверхности земли, что в итоге позволяет проектировать трассу дороги с минимальными объемами земляных работ с учетом этой полученной трассы на основе ГИС и в то же время кратчайшую длину трассы. Методы: Использован экспериментальный метод. Определены основные важные критерии, по которым проектируется и трассируется автомобильная дорога: длина трассы дороги, прохождение трассы дороги с критических точек, уровень безопасности движения и т. д. Обсуждается, как можно учесть эти критерии в программах ГИС при нахождении наилучшей трассы дороги. Результаты: Была проектирована предлагаемая автомобильная дорога на юге Сирии, где почва местности является базальтом. Сначала использована платформа ArcGIS для установления наилучшей трассы по данным критериям, затем с помощью программы Civil 3D построена такая трасса для того, чтобы она соответствовала критериям трассирования дорог в СНиП. Были проектированы поперечные профили, продольный профиль и вычислены объемы выемки и насыпы для принятого варианта трассы дороги на основе ГИС и Civil 3D. Практическая значимость: С помощью предлагаемой методики был сокращен объем выемки грунта до значительной степени. Для сопоставления с другими вариантами трасс дороги проектирован второй вариант трассы дороги, более короткий, вычислены объемы земляных работ для него и проведено сравнение с первым вариантом трассы. Даже в этом случае получены хорошие результаты, что доказывает эффективность этой методики.

Ключевые слова: ГИС, САПР, программа ArcGIS, Civil 3D, уклоны поверхности земли, объемы земляных работ, рациональная трасса дороги.

Yo. Al-Damlakhy, postgraduate student, [email protected] (Saint Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics (ITMO)) DEVELOPMENT OF GIS AND CAD-BASED METHOD FOR ROAD TRACING IN STIFF SOIL AREAS

Summary

Objective: To develop the procedure of road tracing between two points (beginning and end) of the road based on geographic information systems technology (GIS) and Computer Aided Design (CAD) in order to find optimal road trace according to principal criterion of minimum volume of ground works in areas with stiff and rocky soil. In this case the construction cost of a road depends generally on the volume of ground works (excavation and filling). To consider the issue of achieving the set goal by means of GIS platforms, having the possibility to find road route between the two points with criterion of minimum ground slope. The latter makes it possible to design road trace with minimum volume of ground works taking into the account the obtained GIS-based road trace and at the same time the shortest trace length. Methods: Experimental method was used. Surely, the main criteria according to which road routing is fulfilled are the following: trace length, passing of the trace from critical points, traffic safety level, etc. The ways to take the criteria in question into the account in GIS programs in the process of finding the best trace were examined. Results: The suggested road trace was designed in the south of Syria, where the soil consists of basalt. At first ArcGIS platform is used in order to find out whether the road in question best meets the given criteria, then by means of Civil 3D the road is designed to satisfy the SNiP criteria (Construction Rules and Regulations) road routing criteria. Cross sections, longitudinal profile were designed and the volumes of excavation and filling were calculated for the adopted road route based on GIS and Civil 3D. Practical importance: The volume of ground levelling was considerably reduced with the help of the suggested procedure. The second variant of the road - a shorter one, was designed in order to compare it with other alternatives of road alignment. The volume of ground levelling was calculated and compared with the first variant of trace was conducted. Nevertheless, positive results were obtained even in this case which proves the efficiency of the suggested procedure.

Keywords: GIS, CAD, ArcGIS, Civil 3D, ground slopes, earthwork, rational road alignment.

Геоинформационные системы (ГИС) широко распространены не только в области городского и гражданского планирования, но и в других областях, даже тех, которые не связаны с инженерной сферой. Одними из наиболее важных видов являются планирование дорог, транспорта и управление движением. После появления и распространения интеллектуальных систем дорог в развитых странах началось внедрение ГИС. В дорожном хозяйстве они используются для решения широкого круга инженерных и управленческих задач [1, 2].

В последние 10 лет после разработки новых технологий в области проектирования и трассирования дорог появились развивающие и способные программные обеспечения для решения наиболее распространенных задач, связанных с проектированием и трассированием автомобильных дорог, в первую очередь программа Civil 3D, которая для этого обладает неограниченными возможностями. На самом деле один из важных и критических

этапов проектирования автомобильной дороги является проложение трассы дороги, т. е. выбор оптимальной трассы, удовлетворяющий всем критериям и в то же время имеющий наименьшие затраты на построение дороги. При этом критерии трассирования дороги, варианты проложения трассы дороги варьируются в зависимости от многих факторов, таких как назначение автомобильной дороги, категория дороги, тип почвы территории, критические точки, от которых дорога должна проходить, и т. д. Раньше на стадии трассирования и выбора трассы автомобильной дороги с помощью традиционных методов рассматривалось различное количество вариантов и подвариантов направления трассы и осуществлялось их сопоставление по весьма ограниченному числу показателей (длина трассы, число углов поворота, минимальные радиусы кривых в плане, количество малых водопропускных сооружений, условия пересечения крупных водотоков, ориентировочные объемы земляных работ и т. д.). При этом сравнение

вариантов вынужденно производят или при практическом отсутствии или остром недостатке таких видов информации как почвенно-грунтовые, инженерно-геологические, гидрогеологические условия проектирования, экономические условия и другие виды важнейшей информации; составляют календарный график и сметы на производство проектно-изыскательских работ и заключают договора с заказчиком и субподрядными проектными организациями на выполнение отдельных разделов и подразделов проекта [3]. Поэтому во многих случаях при получении и принятии окончательной трассы, удовлетворяющей поставленным критериям, можно было найти другой вариант, отвечающий всем критериям, но с меньшими затратами на строительство.

Указанный вопрос имеет большое значение, когда речь идет о строительстве автомобильной дороги в районах скального грунта, где объемы земляных работ в основном определяют ее стоимость. Отсюда важно спроектировать трассу дороги, удовлетворяющей критериям и дающей минимальные объемы земляных работ. По этой причине необходимы внедрение ГИС наряду с программами проектирования автомобильной дороги, с одной стороны, чтобы преодолеть их недостатки, и с другой - для автоматизирования процесса выбора наилучшей трассы, чтобы избежать ошибок, допускаемых при традиционных и ручных методах проложения трассы автомобильной дороги [4]. В данной статье в качестве примера был выбран участок местности, расположенный на юге Сирии, где грунт представлен базальтовой почвой. Была спроектирована автомагистральная дорога первой категории между двумя предполагаемыми точками, используя программные обеспечения ArcGIS и Civil 3D.

Рассмотрим подробно методику нахождения наилучшей трассы в районах скального грунта на основе ГИС с учетом основных критериев трассирования дороги и с наименьшими затратами или стоимостью строительства дороги (Min C).

К этим критериям относятся:

1) длина трассы (Ь);

2) уклоны поверхности земли (I);

3) объемы земляных работ (V);

4) прохождение трассы дороги с критических точек (К);

5) уровень безопасности движения (5).

Длина трассы (Ь)

Длина трассы является важным фактором, определяющим стоимость строительства дороги, поэтому, по возможности выполняя различные рекомендации по трассированию, следует стремиться к сокращению длины дороги, т. е. к приближению ее к воздушной линии - прямой, соединяющей заданные пункты. Но выбор направления трассы между заданными пунктами определяется категорией дороги, особенностью рельефа местности, гидрологическими и топографическими условиями [5]. Однако, во-первых, эти факторы ограничивают возможность трассирования дороги с прямой трассой и, во-вторых, нужно соблюдать требования геометрического трассирования: длины прямых в плане следует ограничивать в соответствии с категорией дороги и особенностями местности. Например, в пересеченной местности допускаемое значение длины прямых составляет 2000-3000 м для автомобильных дорог первой категории (см. табл. 5.20 [6]). Поэтому нельзя проложить трассу по прямой длиннее, чем 3 км, для данной категории описываемого примера.

В дополнение к этому иногда при проложе-нии прямой трассы могут возникнут некоторые препятствия или обнаруживаемые участки местности с высокими отметками, которые приводят к увеличению объемов выемки, т. е. их часто нужно избегать и изменять направление трассы.

Уклоны поверхности земли (7)

Уклоны поверхности земли участка дороги влияют на многие факторы при трас-

сировании автомобильной дороги, в первую очередь на объемы земляных работ, которые, следовательно, будут наименьшими при минимальных уклонах. Вместе с тем проектирование продольного профиля дороги с малыми продольными уклонами увеличивает уровень безопасности движения и снижает количество аварийных ситуаций на дороге. С помощью программ ГИС можно найти трассу дороги между заданными точками с минимальными уклонами поверхности. Для данного примера, благодаря программному обеспечению АгсОТЗ, была спроектирована трасса между пунктами начала и конца предполагаемой дороги с минимальными уклонами поверхности земли. После этого была проанализирована полученная трасса по программе АтсИЕ, чтобы обнаружить недостатки и улучшить ее.

После внедрения технологии ГИС в проектирование дорог недостатки и ошибки при выборе наилучшей трассы стали редкими, особенно при участии экспертов, специализированных в области ГИС и геодезии, наряду с проектировщиками автомобильных дорог. Но поскольку программные обеспечения ГИС работают с помощью алгоритма [7-9] и выдают наилучшую трассу между пунктами начала и конца дороги, иногда выявляются некоторые недостатки в полученной трассе, которые надо внимательно рассматривать, исправлять или избегать. Поэтому в многих случаях даже с использованием ГИС для определения наилучшей трассы по минимальным уклонам поверхности земли геодезисты и картографы вынуждены проверить, проанализировать и исправить трассу из программ ГИС, для того чтобы выявить самый ближайший к оптимальному вариант трассы дороги. Дальше будут выделены основные недостатки и известные случаи при получении наилучшей трассы из ГИС по минимальным объемам земляных работ для их избегания и исправления.

Первый случай, с которым можно столкнуться, - появление небольших препятствий (маленькие участки с незначительными значениями высоты или с крутыми уклонами по-

верхности земли в ЦМР), которые не влияют сильно на объемы земляных работ, потому что программа, работающая по алгоритму, будет избегать эти участки. Таким образом, во многих случаях получаются трассы, содержащие резкие изменения в плане, требуется вмешательство проектировщиков, которые должны обнаружить такие участки, проанализировать цифровую модель рельефа и вручную отредактировать трассу в том случае, если эти небольшие участки с резкими уклонами не оказывают сильное влияние на объем земляных работ, при этом требуются редактирование и модификация построенной трассы в программах ГИС.

В настоящей работе с помощью программы АтсИЕ и ее инструментов была найдена наилучшая трасса между пунктами начала и конца предполагаемой дороги (рис. 1).

На рис. 2 показана часть такой трассы, выделенная красной линией часть местности; она представляет участок, соответствующий вышеуказанному недостатку.

Очевидно, что трасса обходит часть местности, окруженной синей линией (рис. 2), потому что она содержит крутые уклоны. Но на самом деле после анализа этого участка местности установлено, что он включает средние уклоны (не очень крутые и не малые), а также небольшую площадь, так что объем выемки не будет огромным. Однако, если сравнить объем земляных работ со стоимостью строительства дороги в результате обхода рассматриваемой местности, то экономически стоимость обхода будет выше, чем прохождение через данный участок местности. Поэтому будет выгодно пройти через такую небольшую часть. В результате была изменена и исправлена трасса и было решено, что она будет проходить через выделенную часть местности (рис. 3).

Следует отметить, что наличие таких участков в результате попыток обойти их приводит к возникновению резких поворотов на трассе дороги, что ведет к необходимости вводить кривые с небольшими или маленькими радиусами, которые не удовлетворяют критериям геометрического трассирования в СНиП. Например, наименьший радиус кривой в плане

■32°42'0"N

■32°41'0"N

■32°400"N

■32°390"N

■32°38'0"N

37°29'0"E 37°30'0"E 37°ЗГ0"Е 37°32'0"E 37°33'0"E 37°34'0"E 37°35'0"E 37°36'0"E 37°37'0"E

32°42'0"N

32°41'0"N

32°40'0"N

32°390"N

32°38'0"N

37°29'0"Е 37°30'0"Е 37°ЗГ0"Е 37°32'0"Е 37°33'0"Е 37°34'0"Е 37°35|0"Е 37°36'0"Е 37°37,0"Е

N

О 0.5 1 2 3 4 Э Пункт конца трассы км

9 Пункт начала трассы

IN

Рис. 1. Наилучшая трасса по минимальным уклонам поверхности земли, полученна

с помощью Лгсв18

Рис. 2. Часть трассы, полученная в программе ЛгсвТБ

для первой категории дороги 1Л (скорость 150 км/ч) равен 1200 м в случае использования переходных кривых в плане [6]. Поэтому после получения трассы в программах ГИС

надо внимательно рассматривать и анализировать ее, и если обнаружено, что на ней есть такие участки, то нужно их анализировать и сравнивать экономическую стоимость зем-

Рис. 3. Представление оптимальной трассы

ляных работ и строительства дороги в случае как прохождения трассы дороги через такие участки, так и их обхода и принимать наиболее экономичное решение.

Вместе с тем, с одной стороны, в многих случаях получение трассы дорог в программах ГИС с минимальными уклонами поверхности земли не соответствует критериям ландшафтного трассирования. С другой стороны, когда эти трассы интерполируются в программах ГИС (либо в программах САПР, таких как Civil 3D), следует использовать малые радиусы кривых, вводить на них виражи и переходные кривые. А это в большинстве случаев не позволяет учитывать критерии ландшафтного трассирования, что можно считать самой главной трудностью при нахождении наилучшей трассы по минимальным уклонам поверхности земли в программах ГИС.

Объемы земляных работ (V)

Стоить заметить, что на первой стадии выполнения проекта строительства автомобильной дороги сначала проводятся земляные работы, включающие устройство выемок и насыпей, т. е. то, что называется работами

нивелирования местности автомобильной дороги. Их стоимость составляет большую часть от общей стоимости проекта, особенно, если речь идет о местности, где есть твердые грунты, например скалистые или каменистые, и где стоимость выемки земли значительно выше в сравнении с глинистыми грунтами. Поэтому на стадии трассирования автомобильной дороги в плане и в продольном профиле необходимо обратить внимание на то, как спроектировать наилучшую трассу, которая, с одной стороны, будет соответствовать критериям геометрического трассирования в СНиП [6], а с другой, учитывать цифровую модель местности, располагаясь таким образом, чтобы объемы земляных работ были минимальны. Также стоит добавить, что один из показателей удачного трассирования - это получение трассы, в которой объемы выемки и насыпи примерно равны [4].

Прохождение трассы дороги с критических точек (К)

При трассировании автомобильной дороги вначале выбирают контрольные точки, через которые должна пройти или которые должны

обойти трассу. Контрольными точками трассы могут быть места пересечения больших и средних рек, переходы болот в узких местах, населенных пунктов, ценных земель, неустойчивых грунтов и др. Например, пересечения автомобильных и железных дорог, как правило, осуществляются прямыми и на прямых участках, и острый угол пересекающихся дорог должен быть не менее 45°. Пересечения и примыкания автомобильных дорог в одном уровне, а также пересечения ими водотоков рекомендуется выполнять под углом, близким к прямому. Потому этот критерий - один из важных, определяющих направление трассы дорог при прокладывании. В программе ArcGIS можно выделить критические точки, с которых трасса должна пройти, и также можно задать точки или участки местности, которые нужно обойти при проведении наилучшей трассы при заданных условиях (минимальные уклоны поверхности земли). Для исключения каких-то участков местности из процесса трассирования следует удалить эти площади из слоя растра в программе ArcGIS, которая предоставляет уклоны поверхности земли, так что значения пикселов будут «нет данных» (Pixel value = NoData). В таком случае алгоритм нахождения трассы по минимальным уклонам в программе ArcGIS поможет обойти данный участок (рис. 4).

Уровень безопасности движения (5)

На безопасность дорожного движения оказывает влияние множество факторов как объективных (конструктивные параметры и состояние дороги, интенсивность движения транспортных средств и пешеходов, обустройство дорог сооружениями и средствами регулирования, время года, суток), так и субъективных (состояние водителей и пешеходов, нарушение ими установленных правил) [10].

Таким образом, на дорогах существует сложная динамическая система, включающая в себя совокупность элементов «человек», «автомобиль», «дорога», функционирующих в определенной «среде». Эти элементы единой дорожно-транспортной системы связаны друг с другом и образуют определенную целостность.

Основными мероприятиями для обеспечения безопасности движения на кривых в плане, не считая обустройства дороги, являются:

1) устройство виражей на кривых с радиусами менее 3000 м на дорогах первой категории и с радиусами менее 2000 м на дорогах других категорий;

2) уширение проезжей части на кривых в плане при радиусах 1000 м и менее;

Рис. 4. Часть трассы дороги при избегании участка местности (белый прямоугольник)

3) устройство переходных (клотоидных) кривых при радиусах в плане 2000 м и менее.

При проектировании клотоидной трассы обязательно соблюдение требования согласования дороги с ландшафтом [11-16]. Задачей ландшафтного проектирования является обеспечение плавного включения дороги в ландшафт местности, в результате чего улучшаются удобство и безопасность движения, лучше раскрывается перед едущими красота природы. Пространственная плавная дорога, вписанная в ландшафт, обеспечивает постоянный или плавно переменный режим движения, способствует работоспособности водителей и создает хорошее настроение у проезжающих. По нормам СНиП [6] вертикальные кривые должны устраиваться в местах перелома проектной линии продольного профиля при алгебраической разности уклонов 5 % и более на дорогах первой, второй категорий, 10 % и более - третьей категории, 20 % и более -четвертой-пятой категорий.

При этих критериях можно определить следующую функцию, связывающую стоимость строительства дороги в таких местностях:

С = ^ (Ь, I, V, К, 5),

где Ь - длина варианта трассы автомобильной дороги; I - уклоны поверхности земли участка

трассы дороги; V- объем земляных работ для варианта трассы дороги; K - прохождение варианта трассы от критических точек; S - уровень безопасности движения для варианта трассы дороги.

После получения наилучшей трассы дороги по минимальным уклонам поверхности земли по минимальным объемам земляных работ сначала была проверена трасса и уточнена для исправления недостатков, далее интерполирована эта трасса. На рис. 4 красная линия представляет собой трассу, получаемую при интерполяции рациональной трассы по минимальным уклонам поверхности земли в программе ArcGIS, синяя - проектируемую трассу при учете интерполируемой. После этого была спроектирована трасса дороги в программе Civil 3D с учетом получаемой трассы из ГИС и критериев трассирования в СНиП. Все элементы принятой трассы дороги (прямые линии и кривые) в плане показаны на рис. 5.

Также был спроектирован продольный профиль дороги в соответствии с критериями трассирования продольного профиля для первой категории дороги с насыпью и выемкой (рис. 6, а, б).

Для сравнения полученной трассы дороги с другим вариантом дороги, который может оказаться короче, чем принятое решение, был выбран второй вариант трассы дороги с учетом критериев трассирования (рис. 7), но без

Рис. 7. Сравнение варианта трассы дороги на основе ГИС (1) со вторым вариантом (трасса 2) и его элементы в плане (2), проектируемая в программе Civil 3D без учета ГИС

учета технологии ГИС для выбора трассы до- После этого было вычислены объемы зем-роги по минимальным уклонам поверхности ляных работ для каждого варианта трассы земли. (рис. 8).

Рис. 8. Объем земляных работ (выемки и насыпи) для обоих вариантов трассы дороги

Сравним эти варианты трассы дороги:

Вариант трассы: Длина трассы, м первый (с ГИС) 11 246,3 второй (без ГИС) 10 949,9

Разница 296,4

Из приведенных данных следует, с одной стороны, что уменьшились объемы выемки у трассы, получаемой на основе ГИС, на 2 283 767 м3 (35,4 % от общих объемов). С другой стороны, понизились объемы насыпи только на 136 690 м3. А это составляет малую долю. Хотя второй вариант длиннее, чем первый, на 296,4 м, но сокращение объемов выемки велико, поэтому стоимость строительства удлинения трассы, получаемой на основе ГИС, меньше, и, очевидно, что вариант с ГИС сокращает огромную стоимость.

Из всего вышесказанного можно заметить, что применение технологии ГИС для нахождения трассы автомобильной дороги по минимальным объемам земляных работ, особенно объемам выемки, имеет большое значение по сравнению с выбором трассы дороги без использования ГИС.

Заключение

Объем выемки, м3 Объем насыпи, м3

1 249 185,71 754 167,93

3 532 952,57 617 477,95

-2 283 766,86 + 136 689,98

нах скальных грунтов, где важно учитывать объемы земляных работ. Поскольку этот метод ограничивает гибкость выбора желательных радиусов кривых трассы дороги в плане, он не всегда будет эффективным в районах глинистых грунтов, где стоимость выемки играет второстепенное значение от общей стоимости строительства дороги. Однако его можно применять и анализировать результаты, для того чтобы искать и получать наилучшую трассу.

Необходимо отметить, что процесс нахождения оптимальной трассы по определенным критериям сложный и трудоемкий, поэтому на стадии проектирования дороги с целью анализа ЦМР и дальнейшего автоматического нахождения оптимальной трассы следует использовать технологию ГИС. В противном случае игнорирование данного требования ведет к увеличению материальных затрат при строительстве автодороги.

Можно суммировать, что, с одной стороны, важнейшим условием проектирования трассы дороги при ее трассировании является либо владение проектировщиком знаниями в областях геодезии и картографии, либо предоставление возможности участвовать в процессе трассирования картографам или геодезистам, которые смогут проанализировать и оценить ЦМР, а также предоставить наилучшие варианты трассирования, соответствующие всем требованиям проектирования автомагистралей в СНиП, но с минимальными финансовыми затратами строительства дороги. С другой стороны, метод трассирования автомагистралей с помощью технологий ГИС можно применять в холмистых, горных местностях или в райо-

Библиографический список

1. Скворцов А. В. Геоинформационные системы в дорожной отрасли / А. В. Скворцов, П. И. Поспелов, С. П. Крысин. - М. : МАДИ, 2005. - 375 с.

2. Скворцов А. В. Геоинформатика в дорожной отрасли : учеб. пособие для вузов по специальности «Автомобильные дороги и аэродромы» / А. В. Скворцов, П. И. Поспелов, А. А. Котов. - М. : МАДИ, 2005. - 249 с.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

3. Arc Map. Оптимальный путь. - URL : https:// studopedia.info/2-109739.html (дата обращения : 01.10.2018).

4. Аль-Дамлахи И. Необходимость внедрения геоинформационных систем в процесс трассирова-

ния автомобильных дорог / И. Аль-Дамлахи // САПР и ГИС автомобильных дорог. - 2016. - № 2 (7). -

C.70-75.

5. Сайт с учебными материалами для студентов, обучающихся по профилю «Автомобильные дороги». - URL : http://road-project.okis.ru/file/ road-project/KP/3_Plan_trassy.pdf (дата обращения : 01.10.2018).

6. СНиП 2.05.02-85. Автомобильные дороги.-М. : Министерство регионального развития Российской Федерации, 2012. - 111 с.

7. Arc Map. Стоимостное направление. - URL : http://desktop.arcgis.com/en/arcmap/10.3/tools/spatial-analyst-toolbox/cost-back-link.htm (дата обращения : 01.10.2018).

8. Arc Map. Стоимостное расстояние. - URL : http://desktop.arcgis.com/en/arcmap/10.3/tools/spatial-analyst-toolbox/cost-distance.htm (дата обращения : 01.10.2018).

9. Arc Map. Оптимальный путь. - URL : http:// desktop.arcgis.com/en/arcmap/10.3/tools/spatial-analyst-toolbox/cost-path.htm (дата обращения : 01.10.2018).

10. Федотов Г. А. Изыскания и проектирование автомобильных дорог. Кн. 1 / Г. А. Федотов, П. И. Поспелов. - М. : МАДИ, 2009. - 648 с.

11. Федотов Г. А. Изыскания и проектирование автомобильных дорог. Кн. 2 / Г. А. Федотов, П. И. Поспелов. - М. : МАДИ, 2010. - 519 с.

12. Earth explorer. - URL : http://earthexplorer. usgs.gov/ (дата обращения : 01.10.2018).

13. Chandio Imtiaz Ahmed. Computer application in routing of road using least-cost path analysis in Hillside Development / Imtiaz Ahmed Chandio, Abd Nasir B. Matori, Khamaruzaman B. WanYusof, Mir Aftab Hussain Talpur, Shabir Hussain Khahro, Munirah Radin Mohd Mokhtar // Research Journal of Environmental and Earth Sciences. - 2012. -Vol. 4 (10). - P. 907-911.

14. Gorr W. L. GIS 1 : Tutorial Basic Workbook / W. L. Gorr, K. S. Kurland. - Redlands, California : ESRI Press, 2016. - 462 p.

15. Allen D. W. GIS 3 : Advanced Workbook /

D. W. Allen, J. M. Coffey. - Redlands, California : ESRI Press, 2016. - 462 p.

16. Бойков В. Н. Автоматизированное проектирование автомобильных дорог на примере Indor-

CAD/Road / В. Н. Бойков, Г. А. Федотов, В. И. Пур-кин. - М. : МАДИ, 2005. - 224 с.

References

1. Skvortsov A. V., Pospelov P. I. & Krysin S. P. Geoinformatsionniye sistemy v dorozhnoy otrasly [Geographic information systems in road industry]. Moscow, MADI Publ., 2005, 375 p. (In Russian)

2. Skvortsov A. V., Pospelov P. I. & Kotov A. A. Geoinformatika v dorozhnoy otrasly [Geoinforma-tics in road industry]: college tutorial specialized in "Automobile roads and airdromes". Moscow, MADI Publ., 2005, 249 p. (In Russian)

3. Arc Map. Optimal put [Optimal way]. URL: https://studopedia.info/2-109739.html (accessed: 01.10.2018). (In Russian)

4. Al-Damlakhy Yo. Neobkhodimost vnedreniya geoinformatsionnykh system v protsess trassirovaniya avtomobilnykh dorog [The necessity to implement geographic information systems in the process of highway setting out]. SAPR i GIS avtomobilnykh dorog [CAD and GIS of automobile roads], 2016, no. 2 (7). (In Russian)

5. Sait s uchebnimi materialami dlia studentov po profiliy "Avtomobilnye dorogi" [Sait with educational materials for students, which learning on profile "Automobile roads"]. URL: http://road-project.okis. ru/file/road-project/KP/3_Plan_trassy.pdf (accessed: 01.10.2018). (In Russian)

6. Avtomobilniye dorogy [Automobile roads]. SNiP 2.05.02-85 [SNiP Construction Rules and Regulations 2.05.02-85. Moscow, Ministry for Regional Development of the Russian Federation Publ., 2012, 111 p. (In Russian)

7. Arc Map. Stoimostnoye napravlenie [Va-lueing direction]. URL: http://desktop.arcgis. com/en/arcmap/10.3/tools/spatial-analyst-toolbox/cost-back-link.htm (accessed: 01.10.2018). (In Russian)

8. Arc Map. Stoimostnoye rasstoianie [Valueing distance]. URL: http://desktop.arcgis.com/en/arcmap/ 10.3/tools/spatial-analyst-toolbox/cost-distance.htm (accessed: 01.10.2018). (In Russian)

9. Arc Map. Optimal put [Optimal way]. URL: http://desktop.arcgis.com/en/arcmap/10.3/tools/spatial-analyst-toolbox/cost-path.htm (accessed: 01.10.2018). (In Russian)

10. Fedotov G. A. & Pospelov P. I. Izyskaniya i proektirovaniye avtomobilnykh dorog [Examination and design of roads]. Bd 1. Moscow, MADI Publ.,

2009, 648 p. (In Russian)

11. Fedotov G. A. & Pospelov P. I. Izyskaniya i proektirovaniye avtomobilnykh dorog [Examination and design of roads]. Bd 2. Moscow, MADI Publ.,

2010, 519 p. (In Russian)

12. Earth explorer. URL: http://earthexplorer.usgs. gov/ (accessed: 01.10.2018).

13. Chandio Imtiaz Ahmed, Matori Abd Nasir B., Wan Yusof Khamaruzaman B., Talpur Mir Aftab Hus-sain, Khahro Shabir Hussain & Mokhtar Munirah Radin Mohd. Computer application in routing of road

using least-cost path analysis in hillside development. Research Journal of Environmental and Earth Sciences, 2012, vol. 4 (10), pp. 907-911.

14. Gorr W. L. & Kurland K. S. GIS 1: Tutorial Basic Workbook. Redlands, California, ESRI Press, 2016, 462 p.

15. Allen D. W. & Coffey J. M. GIS 3: Advanced Workbook. Redlands, California, ESRI Press, 2016, 462 p.

16. Boikov V. N., Fedotov G. A. & Purkin V. I. Av-

tomatizirovannoye proektirovaniye avtomobilnykh dorog na primere IndorCAD/Road [Automated road design by the example of IndorCAD/Road]. Moscow, MADI Publ., 2005, 224 p. (In Russian)

АЛЬ-ДАМЛАХИ Июссеф - аспирант, [email protected] (Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики (ИТМО)).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.