基于GIS的高速公路节能减排综合系统研究

袁海峰

摘要：随着我国城市化的迅速发展，道路工程的发展速度越来越快，道路工程的规模也越来越大。为适应低碳经济的发展需要，大力推广节能减排技术，从根本上改善高速公路的使用效益，必须采用与之相适应的新技术。为了减少能源消耗，从而推动我国高速公路的长远、平稳发展。针对这一现状，在基于GIS系统在高速公路上进行了分析，提出了利用 GIS实现节能减排的方法。希望给大家一些建议。

关键词：节能减排；高速公路；GIS；系统研究

前言：当前，道路工程得到了快速发展，公路工程的规模逐步扩大。在实际工作中，为适应低碳经济时代的新形势、节能减排、提高高速公路的使用效率，必须认真研究新技术的运用，同时，我们也要做好相关的分析，以防止出现的能源问题，从而为我国高速公路的长期发展做好准备。

1.GIS系统建立的基础

1.1GIS建模的分类

在 GIS中，许多应用于 GIS的模型都存在着较大的困难。研究人员从目的、方法、逻辑等方面对模型进行了归类。但是，它们的划分标准并非总是如此清晰。本文不打算具体地进行分类，而是将模型粗略地归类。

该模式可能具有说明性，也可能具有规律性。该模型描述了当前的空间数据状况，而该模型用于预测未来的状况。

该模式可能是固定的，也可能是随机的。判定模型和随机模型都是由参数和变量方程表达的一种数学模型。随机模式会考虑到一个或多个参数的随机性，而决定模式不会。由于随机性的影响，对随机模式的预报存在着误差或不确定度的风险，这些误差往往是以概率来表达的。

模型可以是静止的，也可以是动态的。动态模式注重变量间的空间和交互，而静态模式则侧重于在一定时期内的空间数据状态。在动态数据中，时间是一个非常关键的因素。

模型可能是推理的，也可能是归纳的。推理模式所显示的结论来源于具体的先决条件。这些先决条件往往建立在科学原理和自然法则之上。归纳式模型的结果来源于试验资料和观测资料。

1.2建模过程模型的建立要遵循一系列的步骤

第一个步骤是对模型目标进行清晰化。这与定义一个研究问题相似。

模型要模拟当前的状况，需要建立模型，需要适当的时间和空间尺度。

第二个步骤是将模型分解为不同的元素，并用这些元素的特性以及它们之间的交互关系。

第三个步骤是模型的运用和标定。建模人员需要使用数据来进行建模和校正。模型校正是对模型输出数据和观测数据进行反复对比，并对各个参数进行修正，并在此基础上进行仿真。

校正后的模型可以用于预测，但是模型在得到普遍认可之前，需要进行一个确认的程序。模型的验证是对模型的稳定性进行评估，也就是对与标定情况下的预测结果进行评估。

1.3GIS在建立模型时的角色主要包括以下几个方面

第一， GIS可以处理、显示和集成各种数据源，包括地图，数字高程模型， GPS数据，影响和表格等。

第二，利用 GIS构建的模型可以是基于向量的，也可以是网格的。它的选取与模型的本质、数据来源和算法有关。

第三，基于网格和矢量的不同，不能排除建模者在建立模型时将这两种类型的资料进行整合。

第四，可以在 GIS环境下进行 GIS建模，也可以通过 GIS和其它计算机软件建立连接。在 GIS、 GRASS、 IDRISI、 ILWIS、 MF works、 PCRoster等 GIS软件中，都具有大量的分析功能，可以进行建模。

1.4与其他程序建立连接

GIS和其它模型软件相结合，可以将 GIS与其它计算机软件相联系。根据要做什么，建模者可能会在模型中碰到三种情况。

松散连接是指 GIS和其它软件间的数据文件传输。比如，您可以将 GIS中的数据输出到一个统计分析软件中，或者将其输入 GIS进行可视化或者显示。在此情况下，如果 GIS与目标电脑程式之间没有接口，则该建模器必须建立并修改要输出或输入的资料档案。紧密的联系为 GIS及其他工程提供了一个公共的使用者介面。例如，地理信息系统有一个菜单来执行土壤侵蚀。嵌入式系统是指通过共享存储器和公用接口实现 GIS与其他软件的连接。ArcGIS的 GIS GIS的 GIS系统，就是将 GIS和 GIS结合起来的一个实例。

2.高速公路节能减排的问题及措施

2.1存在的主要问题

1、现今最早开通的高速公路已经运行了十多年，其原有的设计思想已经不能适应当前的社会和经济发展，同时由于当时的经济条件所限，一些方案和措施受到了一定的制约。

2、原有的车流量构成与现今的大不相同，而且某些问题的技术处理方法与当今技术的发展差距越来越大。

3、在我国推行节能减排、可持续发展战略的同时，实际情况与省节能减排目标和节能目标的实现仍存在差距。

2.2节能减排措施

2.2.1高速公路通风照明节电

2.2.1.1国内技术发展

国内主要从事以下方面的研究：1）地下隧道的灯光设计，其中包括洞外光、短巷照明的设计指标；2)为了平衡“节能”和“安全”的关系，公路隧道照明的节能和运行安全；3)一种新的能源节约型道路隧道照明；4)道路隧道照明与分配技术，着重于中压供电，变压器合理选择与配置，智能照明设备的使用；5)长大和专业公路隧道通风方案设计，通风控制方式的探讨；

2.2.1.2国外技术发展

高速公路隧道的通风照明节能措施主要有：1）在照明设计阶段准确地评价洞口外部的亮度；2)相对于传统的照明模式，荷兰采用了“逆光照明”模式；3)在实时路况条件下，以驾驶员敏感性为评价已存在的隧道进口区段；4)欧洲一些国家已开始在道路隧道内进行 LED照明试验，其能耗低于常规高强度气体放电灯，且稳定性尚待检验；5)隧道通风系统的控制模式。

2.2.1.3存在的问题

1)通风照明设计的不合理⑴隧道照明的参考参数与实际情况有很大的差别，而同一隧道的照明数量也有很大的差别。⑵在矿井通风、供气、分配等方面，没有按阶段进行，设备利用率低，后期运营维护费用较高。

2)照明节能新技术及新产品未充分应用。⑴灯具能耗高、效率低、光衰严重、损坏率高；⑵隧道照明控制方法单一，难以适应动态变化的天气和交通量。3)电力管理不够科学，日常维护管理中的用电管理还需要进一步强化。

2.2.1.4解决措施

通过GIS对道路建立模型，对道路的业务数据，遂道相关数据，路面相关数据，桥梁相关数据进行分析，基础地理数据进行分析。对部分场地灯光进行改造以及隧道相关设施的更换，同时也得出高速公路的节能改造方案。

2.2.2服务区污水处理

2.2.2.1 国内各种处理技术

在我国，一般采用以下几种方法来处理服务区废水：①采用化粪池；②埋入式综合处置；③采用渗透法进行土壤渗透；④综合工艺技术；⑤膜处理技术。

2.2.2.2国外服务区污水处理技术

国外城市污水处理设施相对成熟（一般镇内都会有城市污水处理厂），大部分道路服务设施的废水都是通过城市管网排放的。只有在一些边远的地方（比如国家和国家的边界），服务区域的废水必须分开处理，而在这些区域，闲置的土地通常比较大，所以都是使用了土壤渗透技术。

2.2.2.3 存在的问题

⑴除并入管网以外，对污水处理设施的设置和维修的深入研究；

⑵服务区现有污水处理设备利用率不高。

2.2.2.4解决措施

通过GIS系统对于信息的处理得出相关数据，对相关环境做出信息评估，采用相关高速公路污水回升技术，并依照经济可行性进行操作，并彩乃相关成功案例，为即将采取的工作做好技术准备，对未达标的服务区环境进行处理，

3.基于GIS的高速公路节能减排系统框架设计

在 GIS基础上，实现了高速公路节能减排的数据存储、技术支持、应用功能、用户四个层面。

数据存储是实现高速公路一体化运营管理系统的逻辑划分、存储和管理的一项重要功能。数据存储层主要由关系数据库软件 SDE和数据库引擎接口软件组成.关系型数据库软件可以储存和管理数据；空间数据库引擎的接口软件，主要实现了从空间数据到关系数据的转换、关系数据到空间数据的处理与分析。技术支持层是实现技术支持的重要手段，技术支持层是实现技术的有效手段。其中 GIS技术是对数据进行分析、支持显示与查询，为实现与展示业务提供技术支持。在技术支持方面，通过建立业务模型，使各个部门的业务功能得以发挥。用户层是系统的顶层，为用户和企业提供多种信息支撑，并根据用户的需求向系统发出指令，使系统与用户、企业之间的协作。

4.结束语

GIS技术是实现高速公路信息系统的重要组成部分，也是实现高速公路综合节能减排的重要手段。建立一个统一、集中的资料管理机制、良好的合作模式、加强业务系统间的业务往来、资料共享、以及对各种资料的主动分析，将会大大提高高速公路的运营管理水平和节能减排效果。并极大地提升资讯系统的建设成功率。基于上述研究分析，以高速公路公司及省高速公路指挥中心为依托，通过设备的实施，达到对信息资源的整合、资源共享、运行与维护等功能的完善，使高速公路的运行、管理、节能减排和服务得到了有效的提升。

参考资料：

[1]周曼宇, 朱菊芬, 李自强. 高速公路节能减排保障体系研究[J]. 四川建筑, 2015, 35(4):3.

[2]陈霞. 江西高速公路节能减排综合管理体系构建与评价. 南昌大学, 2014.

[3]袁雍宸, 刘牧晖, 方云峰,等. 浅谈宁宣绿色低碳高速公路节能减排[J]. 建筑工程技术与设计, 2018.