第1章绪论
1.1我国公路现状
交通运输业是国民经济中从事运送货物和旅客的社会生产部门，是国民经济和社会发展的动脉，是经济社会发展的基础行业、先行产业。交通运输主要包括铁路、公路、水运、航空、管道五种运输方式，其中，铁路、水运、航空、管道起着“线”的作用，公路则起着“面”的作用，各种运输方式之间通过公路路网联结起来，形成四通八达、遍布城乡的运输网络。改革开放以来，灵活、快捷的公路运输发展迅速，目前，在综合运输体系中，公路运输客运量、货运量所占比重分别达90％以上和近80％。高速公路是经济发展的必然产物，在交通运输业中有着举足轻重的地位。在设计和建设上，高速公路采取限制出入、分向分车道行驶、汽车专用、全封闭、全立交等较高的技术标准和完善的交通基础设施，为汽车快速、安全、经济、舒适运行创造了条件。与普通公路相比，高速公路具有行车速度快、通行能力大、运输成本低、行车安全、舒适等突出优势，其行车速度比普通公路高出50％以上，通行能力提高了2~6倍,并可降低30％以上的燃油消耗、减少1/3的汽车尾气排放、降低1/3的交通事故率。
新中国成立以来，经过60多年的建设，公路建设有了长足发展。2011年初正值“十一五”规划结束，“十二五”规划伊始。“十一五”时期是我国公路交通发展速度最快、发展质量最好、服务水平提升最为显著的时期。经过4年多的发展，公路交通运输紧X状况已实现总体缓解，基础设施规模迅速扩大，运输服务水平稳步提升，安全保障能力明显增强，为应对国际金融危机、保持经济平稳较快发展、加快经济发展方式转变、促进城乡区域协调发展、保障社会和谐稳定、进一步提高我国的综合国力和国际竞争力作出了重要贡献。
“十一五”前4年，全国累计完成公路建设投资2.93万亿元，年均增长近16％，约为“十一五”预计总投资的1.2倍，也超过了“九五”和“十五”的投资总和。公路建设投资的快速增长，极大地拉动和促进了国民经济的迅猛发展。从公路建设投资占同期全社会固定资产总投资的比重来看，“十一五”期间基本保持在4.5％左右。
在投资带动下，公路网规模不断扩大，截至2009年底，全国公路网总里程达到386万公里，其中高速公路6.51万公里，二级及以上公路42.52万公里，分别较"十五"末增加36.4万公里、2.5万公里和9.4万公里；全国公路网密度由“十五”末的每百平方公里34.8公里提升至40.2公里。预计到2010年底，全国公路网总里程将达到395万公里，高速公路超过7万公里，分别较“十五”末增加45.3万公里与3万公里。农村公路投资规模年均增长30%，总里程将达到345万公里，实现全国96%的乡镇通沥青（水泥）路。
“十一五”期间公路的快速发展，为扩大内需、拉动经济增长作出了突出贡献。特别是2008年以来，为应对国际金融危机，以高速公路为重点，建设步伐进一步加快，“十一五”末高速公路里程将达到"十五"末的1.78倍。“十一五”期间全社会高速公路建设累计投资达2万亿元，直接拉动GDP增长约3万亿元，拉动相关行业产出
累计约7万亿元。
“十一五”交通建设的一个突出成就，是高速公路骨架基本形成，构建了城市间的公路运输通道，提高了综合运输通道能力，优化了综合运输体系结构。“十一五”前4年，高速公路年均增加通车里程超过6200公里，继续保持了“十五”时期的快速发展势头。2008年，经过近15年建设，总规模3.5万公里的"五纵七横"国道主干线系统提前10多年全面建成，标志着我国高速公路网骨架已基本形成。由此，我国构建起连接各主要城市之间的综合运输通道，并在城市间的客货运输特别是旅客运输方面发挥了重要作用。
同时，“十一五”规划中提出的其他高速公路重点路线的建设也取得突破性进展。西部开发8条省际通道"基本贯通，拉近了西部与东中部地区的距离；国家高速公路网中重点建设的“五射两纵七横”14条线路中，已建和在建路段达到95％以上。随着几条大通道的建成，高速公路进一步实现了大规模跨省贯通，加强了各大区域间的经济交流，分担了各省份、经济区之间的客货运输，通道效应日趋显著。
“十一五”期间的高速公路建设，强化了对铁路、机场和沿海港口的集疏运功能，促进了综合运输体系结构的优化。高速公路与铁路互补，使铁路运输优势能够得到更充分发挥；高速公路直接提高了港口的集疏运能力，促进了港口腹地的拓展，在发挥港口能力、提高港口效率和经济效益方面发挥了重要作用；高速公路缩短了到达机场的时间，扩展了航空港的覆盖面和辐射力。
“十一五”期间高速公路建设，还促进了区域产业布局的调整和优化，支撑了经济功能区的发展。4年多来，为贯彻国家区域发展总体战略，实现各区域的协调发展，交通部门先后编制了长江三角洲、京津冀地区、珠江三角洲、东北、中部和西部等6个区域公路水路交通发展规划纲要，为区域高速公路网的协调有序发展奠定了基础。京津唐经济圈、长三角经济圈、珠三角经济圈、长株潭城市群、长江上游成渝经济带等，正是依托以高速公路等主要交通干线，发挥出中心城市的集聚功能和辐射作用，以线串点、以点带面，促进了区域的协调发展。
普通干线公路覆盖X围进一步提高，促进了县域经济发展，推进了产业带、城镇带的形成。截至2009年底，国省干线公路里程达到42.46万公里，其中国道15.85万公里、省道26.6万公里，比"十五"末分别增加了2.58万公里和3.23万公里。路网中等级公路所占比例达到79.2％，二级及以上公路占公路总里程比重达到11％，分别较2005年提高了15.2个和1.1个百分点。
干线公路连接了重要的城镇和经济节点，有效提升了影响区域的区位优势，扩大了中心城市对周边城镇的经济辐射X围，为地区经济发展提供良好的交通条件，提高了沿线城镇对人口和资源要素的吸纳能力，在推进经济布局合理化、带动沿线产业带、城镇带（群）的形成方面发挥了不可替代的作用。
在公路设计管理方面，全国制定了一系列的管理文件和设计图式。经过对1981年、1988年、1997年《公路工程技术标准》的使用，于2004年颁布了新的《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）。经过对1984年版、1994年版《公路路线设计规X》的使用，2006年颁布实施了新的《公路路线设计规X》（JTG D20-2006）。
1.2国外公路状况
经过70多年的探索和发展，目前全世界已有80多个国家和地区拥有高速公路，
通车里程超过2 3万千米，共有15个国家高速公路通车里程超过2000km，这些国家是美国(8 .98万千米)、中国(6 .03万千米)、澳大利亚(1.86万千米)、加拿大(1.69万千米)、德国(1.21万千米)、西班牙(1.2万千米)、法国(1.04万千米)、亚美尼亚(7500km)、墨西哥（6980km)、日本(6500km)、意大利(6620km)、英国(3480km)、韩国(2778km)、荷兰(2235km)、南非(2032km)，其中美国、德国、日本等发达国家已经构筑起与本国经济社会发展相适应的高速公路网。与我国相邻的俄罗斯、印度等国家的真正意义上的高速公路很少，其多数是相当于半封闭的一级公路。德国1932年就开始修建高速公路，是最早修建高速公路的国家；美国的高速公路通车里程最多，1957年开始修建，现在已近9万千米；日本是同时代高速公路发展较快的国家，从1957年开始修建，目前已修建6500km车道最多的高速公路是加拿大多伦多的401高速公路，有16个甚至22个车道。由世界高速公路发展史可知，高速公路如同汽车一样，从诞生的那一刻起，就深刻影响着其所服务的每一个人和触及的每一寸土地，对促进国家经济增长、提高人民生活质量、维护国家安全等都具有十分重要的价值。发达的高速公路网不仅是交通现代化的主要标志、公路先进生产力的集中代表，也是一个国家或地区现代化的重要标志。根据经济发展与高速公路增长的相互关系，国外发达国家高速公路的发展一般经历了以下四个阶段。
a ) 第一阶段，发展起步期，其特点是：经济总量较小，高速公路认知度低，规模不大且里程增长缓慢。
b )第二阶段，快速发展期，其特点是：经济加速增长，高速公路需求旺盛，通车里程迅速增长。
c ) 第三阶段，接近饱和期，其特点是：经济稳定增长，资源紧俏，高速公路通车里程增长趋缓，以提高路网质量为主。
d ) 第四阶段，相对稳定期，其特点是：经济持续增长，资源紧缺，高速公路网规模趋于稳定，路网运行质量的提高主要依靠提高交通管理水平实现，智能运输系统目趋完善是其主要标志。
目前，我国正处于工业化、城镇化进程加快的关键阶段，汽车普及率迅速提高，这与发达国家2 0 世纪6 0 年代～7 0 年代的情况较为类似。我国高速公路正处于最具成长性的第二阶段。
1.3我国公路发展趋势
我国公路建设正处于快速发展的阶段。2004年12月17日，《国家高速公路网规划》经国务院审议通过，标志着我国高速公路建设进入了一个新的历史时期。
国家高速公路网规划采用放射线与纵横网格相结合的布局方案，形成由中心城市向外放射及横连东西、纵贯南北的大通道，由7条首都放射线、9条南北纵向线和18条东西横向线组成，简称“7918网”，总规模8.5万公里，其中主线6.8万公里，地区环线、联络线等其他线路约1.7万公里。建成后可以在全国X围内形成“首都连接省会、省会彼此相通、连接主要城市、覆盖重要县市”的高速公路网络，具体如下：首都放射线7条：－XX、－台北、－港澳、－XX、－XX、－乌鲁木齐、－XX。
南北纵向线9条：鹤岗－XX、XX－XX、XX－XX、XX－XX、XX－XX、二连浩特－XX、XX－XX、XX－XX、XX－XX。
东西横向线18条：绥芬河－满洲里、XX－乌兰浩特、XX－锡林浩特、荣成－
XX、XX－XX、XX－XX、XX－霍尔果斯、XX－XX、XX－XX、XX－XX、XX－XX、XX－瑞丽、XX－XX、XX－XX、XX－XX、XX－XX、XX－XX、XX－XX。
此外，规划方案还包括：辽中环线、成渝环线、XX环线、珠三角环线、XX湾环线共5条地区性环线，2段并行线和30余段联络线。
十二五指出，到2015年，公路交通基础设施总量进一步增加，基础设施网络更加完善，养护管理能力显著增强；运输装备现代化程度进一步提高，运输结构更加合理，运输服务的效率和质量显著提升；安全和应急保障能力显著增强；资源利用效率、节能环保水平明显提高，形成“能力适应、服务优良、安全环保、保障有效”的公路交通运输系统，基本适应国民经济和社会发展的需要。主要指标有：1．基础设施
继续加强高速公路建设，基本建成国家高速公路网。公路网总里程达到450万公里，高速公路总里程达到10万公里。
重点加强国、省干线建设，国、省道连接所有县级及以上城市。二级及以上公路里程达到65万公里；国、省道中二级及以上公路比例达到80%以上。
继续帮扶农村公路建设，完善农村公路整体水平和服务能力，西部地区建制村通沥青（水泥）路比率明显提高。农村公路里程达到390万公里。
2．运输服务
公路客运量约400亿人次、货运量约300亿吨，年均增长约6%和7%；公路客运周转量约2万亿人公里、货运周转量5.4万亿吨公里，年均增长均约7%；
国省干线公路平均拥挤度不超过0.5，交通繁忙地区和路线平均拥挤度不超过0.8；国省干线公路平均运行时速达到70公里/小时；公路营运客车、货车实载率分别达到54%和58%。
3．安全应急
监测和应急保障力量初步覆盖国省干线公路和国家高速公路网。
4．绿色交通
资源、能源利用效率进一步提高，单位运输能耗明显下降，营运货车单位运输周转量能耗下降6%。
1.4公路勘察设计技术应用现状与发展展望
近十几年来，我国公路基础设施建设实现了跨越式的发展，取得了举世瞩目的成就。与此同时，随着电子技术、信息技术以及空间技术的迅猛发展，公路勘察设计作为专业应用技术紧紧跟踪科技发展的前沿技术，以提高测设水平和效益为重点，抓住测设中的关键问题，采取多种形式进行攻关，在测设技术领域应用了多项先进技术，使传统的以手工作业为主的勘察设计手段得到了彻底改变，缩短了与发达国家的差距。现对公路勘察设计技术的应用现状与发展展望做一综述。
1.4.1应用现状
1.4.1.1航空摄影测量的广泛应用
大家知道，公路设计离不开地形图，传统的获取地形图的方法是投入大量人力、物力去现场实测。这种手段不仅工作量大、周期长，而且测量X围有限,目前我院完成的勘察设计项目绝大多数已经摆脱了传统的手段和方法，而采用航空摄影测量技术。一般而言，一条高速公路测量首先是从路线方案研究开始，然后在小比例地形图上划定路线走廊，再进行航带设计和摄影测量。就航空摄影测量而言也经历了从模拟、解析到数字的3 个发展过程；现在正处于数字摄影测量研究应用阶段。这种技术是以数字影像为基础，用电子计算机进行分析和处理，确定被摄物体的形状、大小、空间位置及其性质，所使用的仪器最终只是通用计算机及其相应外部设备。
1.4.1.2采用处理后的航空像片直接定线
常规的路线定线方法是必须在获得地形图之后，才能在纸上进行，在工期非常紧迫的情况下就无法保证按期完成，为了加快进度，采用航空像片直接定线已在实际工程中得到广泛应用。利用航片直接定线，一般的工作程序为: 在航空摄影测量完成之后，首先要制做1∶5 000的带坐标格网及地名注记的放大纠正像片图，对于高差大的山地，最好制作1∶5 000的正射影像图，由此解决了路线方案设计所需的地形地物资料，这样路线设计人员就可以直接应用航片定线。利用该法定线，设计人员可以比用地形图更直观清晰地确定地形地物与路线的关系,而且X围更广阔，从而选择一个较优的路线方案。
1.4.1.3数字地形图的应用
目前设计所用的地形图均采用数字地图，贮存介质由纸质发展为电子形式，所以设计均利用计算机完成。
1.4.1.4数字地面模型(DTM)的应用
DTM就是利用大量地形点的三维坐标按照一定的数学模型分析和联网，使这些空间点按照数学模型的规律来描述地形起伏。DTM数据是进行公路设计时地面资料的主要来源。利用DTM可以获取设计所需的高程数据计算工程量，进行路线方案优化比选；绘制全景透视图检验设计效果。
1.4.1.5GPS和RTK技术的全面应用
全球卫星定位系统，不仅具有全球性、全天侯、连续性、实时性等的精密三维导航和定位能力，而且具有良好的抗干扰性和XX性。GPS的应用领域之广已为大家所熟悉；GPS及最新的RTK 技术在公路测设中应用也非常广泛。目前主要有以下几方面：
(1) 控制测量；
(2) 大比例地形图的绘制；
(3) 路线中桩实地放样；
(4) 道路纵断放样和土石方计算。
传统方法测图，先要建立控制点，然后进行碎部测量，绘制成图，工作量大，费工费时；用实时GPS动态测量，只需在沿线每个碎部点停留1～2 m in,即可获得每点的坐标。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。因每个点测量都是独立完成的，不会产生累计误差。
1.4.1.6遥感(RS)技术的开发应用
随着空间技术的飞速发展，遥感图像宏观、逼真、直观、丰富的信息为公路选线提供了有利条件。应用遥感技术，如把野外现场搬回室内进行研究，不但能提高公路的选线质量，而且能加快测设进度，减少测设成本。遥感字面上讲就是遥远感知，一般地就是指从远距离、高空以至于外层空间的平台上利用可见光、红外、微波等探测识别地面物质的性质和运动状态。RS 技术在公路勘测设计中的应用目前主要是利用卫星照片或航片上含有的丰富信息，通过立体观察和像片判译并经过计算机的自动处理，自动识别从而获得与路线设计相关的各种地质、地貌、水文、建材、地质构造等资料。目前利用遥感技术在公路工程预、工可阶段主要做以下几个方面的工作:
(1) 帮助设计人员对路线所经区域地形、地貌、水网、路网以及居民地进行概要判读，以了解其对路线的影响，有利于路线方案的优化；
(2) 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，避免损失；
(3) 帮助设计人员了解沿线土壤和植被类型，了解农作物和经济作物的分布情况，有利于环保对策的制定；
(4) 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，为施工创造良好条件。
1.4.1.7GIS在公路测设中的应用
GIS 是以研究空间信息分布为对象的科学技术，它将具有空间特征的信息可视化，为信息的使用者提供更为直观、清晰的表达形式，并具有很强的空间分析能力。其软件系统以美国的Arcinfo以及Mapinfo为代表，目前我国研发利用多是以这种软件系统为平台。目前开发的公路地理信息系统也多是为公路管理和养护部门进行宏观管理、分析决策提供服务。如图形显示、基本信息、道路桥梁信息、管养机构信息查询、图表输出等。在公路勘测设计领域的应用还只是刚刚起步。
1.4.1.8设计技术的应用
(1)作为设计工具的CAD 技术已经深入广泛应用，如在通行的AutoCAD、Microstoon 上开发的软件产品，以及我国自行开发的具有自主知识产权的软件系统都已是基本工具，摆脱了手工做业。
(2)设计表达也正在由二维设计向三维过度。
(3) 正在由独立应用工具向协同设计发展；这主要是随着Internet Intranet的发展，使设计逐步变成协同作业。
1.4.2发展展望
展望未来，随着高分辨遥感、高性能计算机和宽带网络的迅速发展，公路勘测技术在不久的将来也将会有突破性进展，综观综合技术的应用，可以认为发展的趋势是朝向实时性、智能化和网络化发展，具体体现在以下几个方面：
(1) 高分辨率卫星图像的商业化应用可能对公路勘测设计技术的发展带来的变革。
过去，高分辨率卫星图像一直分别被美国和前苏联两个超级大国所控制，主要用在军事和情报领域。苏联的瓦解和商业遥感卫星技术的进步为高分辨率卫星图像的商业化利用创造了条件。所谓高分辨率通常的意义是指空间分辨率达到4m 或更高如1m的精度。目前许可商业应用的高分辨率商用图像主要是法国的SPOT系统提供10 m分辨率图像，美国的Landsat27系统提供15m分辨率图像，而IKONOS系统可提供1m 分辨率的图像,俄罗斯的KOMETA也提供1 m 分辨率的图像。在美国，一个跨部门小组已讨论是否允许商业公司出售0. 5 m分辨率的卫星图像，相信不久会变为现实。
预计这些高分辨率图像将会是21 世纪空间地理信息的主要来源，而且也将影响到空间地理工程的各个部门。这一新世纪的高科技的发展趋势必对公路勘察设计的手段和方法带来重大变革，我们应密切注视，加以跟踪，研发实用的相关技术。如利用卫星图像制作大比例尺地形图，利用卫星图像进行公路选线、路线设计、工程量计算，用三维的数字化卫星正射影像模拟飞行，预览路线实地景观实现公路勘察设计各阶段室内仿真设计等。利用高分辨率卫星图像进行公路勘察设计，目前尚有许多课题有待研究。
(2)“3S”技术集成应用将是公路勘测设计技术近期研发应用的重点。现在对GPS、RS、GIS的应用还停留在单独技术的应用，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，GPS为工具，RS为基本手段的全方位、立体化、多层次设计的新模式，设计的高科技含量和效益将大大提高，“3S”的未来应用前景将十分广阔。各国在“3S”领域的竞争也将是十分激烈的，我们应紧跟潮流，自我创新，在未来的“3S”竞争中立于不败之地。
( 3) Internet及宽带网络的普及应用将很快实现公路工程协同设计。计算机网络技术的迅速发展正深刻地改变着传统的工作模式，基于网络的协同、共享、远程工作和分布式处理技术成为各个领域的研究热点。我国的公路工程CAD技术经过“七五”推动，“八五”的发展和“九五”的集成，今天，也已开始走进网络CAD的新时代，公路工程协同设计方法的研究将给我国公路测设领域带来又一次革命。CSCD计算机支持的协同设计是网络CAD 工作中的一项重要应用,其主要功能是支持设计主持人和设计参与人协同工作，及时交流信息、协调设计工作进展情况，发现并解决设计过程中出现的矛盾和冲突，避免或尽可能减少设计过程中反复修改而造成的浪费。公路工程协同设计的方法正处在研发之中。我院已建立了企业网并正常运行，现正着手公路工程CAD 共享信息模型的构造及协同设计方式的研究。总之，展望21 世纪的公路勘察设计技术将不再是单一的学科应用，它必将随着信息技术和空间技术的综合应用而发生重大变革，进而提高公路测设水平和效率。