韦波 罗建干 麦格 秦秋文

摘要：文章在各行业GIS数据库建设不断完善的背景下，分析弃土场选址的影响因素，收集并处理与弃土场选址因子相关的GIS空间数据，并采用ArcGIS空间分析模块，确定设计公路沿线可选址弃土场适宜位置，为西南丘陵山区公路弃土场优化选址提供参考。

关键词：ArcGIS;空间分析;弃土场;选址

中图分类号：U412 文献标识码：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.07.004

文章编号：1673-4874（2019）07-0010-04

0引言

丘陵山区地形条件复杂，公路工程建设过程中工程切坡、隧道开挖等产生大量的开挖方及不良路基换填弃方，在施工沿线需合理设置弃土场堆放弃方。当前，公路弃土场选址及使用过程中存在以下问题：（1）弃土场选址存在随意性，设计阶段与施工阶段变动较大;（2）选址不合理造成施工成本增加;（3）根据分标段施工的需要，招投标后施工方往往根据需要自行选取弃土场，由于对相关政策缺乏了解，其随意征用国家禁止占用区域的土地作为弃土场，因而被停工处罚，延误施工进度。因此，迫切需要寻找合理、准确和高效的弃土场选址方法，并应用于公路设计、施工、管理当中。

地理信息系统（简称GIS）具有强大的采集、存储、管理数据的功能，ArcGIS软件平台还提供了强大的空间分析功能和辅助决策功能，这些功能已广泛应用于城市规划、水利工程选址以及矿山等领域的研究。随着信息化进程的推进，各行各业都在进行数据库一张图建设，涉及国土、农业、林业、环保等相关部门，均采用ArcGIS软件平台，为多部门数据的整合、分析、利用提供可能。

空间分析是ArcGIS的核心功能之一，是对空间数据的描述性和探索性分析，通过收集整合各行业部门海量大数据，提取需要的新数据。ArcGIS空间分析中，弃土场的优化选址问题可以描述为在弃土场满足场地自然条件和政策要求的前提下，通过空间分析模块测算满足设定的经济运距条件下的适宜选址空间位置，从而实现公路弃土场的优化选址，为公路弃土场的合理选址提供更多方案，完成高效设计作业，为设计、施工阶段提供更为科学合理的弃土场选址建议。

1公路弃土场选址特点及影响因素分析

1.1公路弃土场选址影响因素

公路弃土场科学选址应综合考虑多方面因素：（1）自然属性。包括工程地质环境、地形条件、水文条件、环境状况、占地等。弃土场选址的安全性是最根本的要求，也是弃土场选址合理的前提条件。（2）经济属性。经济属性包含弃方的运输成本以及弃土场地的使用和恢复成本。（3）社会属性。弃土场选址要符合相关部门及行业规定，严格在政策允许范围内进行选址。禁止在基本农田保护区、自然保护区、国家Ⅱ级以上公益林等敏感区域设置弃土场。

1.2弃土场選址研究思路

根据公路弃土场选址的特点，搜集相关行业GIS数据，利用ArcGIS软件平台提取数据库中的影响因素并制作专题地图，设定相关因素影响范围内禁止设置弃土场，利用ArcGIS空间分析模块进行缓冲区分析，确定公路沿线弃土场选址禁止区，结合提取的等高线制作DEM，将各限定因素进行叠加分析，从而得出符合条件的备选弃土场选址区域。

2数据来源及处理

公路弃土场选址技术流程见图1。

2.1数据收集

数据收集包括收集场地条件的基础数据以及道路设计成果，根据弃土场选址的影响因素，收集相关涉及领域专题数据。其中基础数据包含线路沿线地形图数据、交通数据、土地利用现状数据、土地利用总体规划数据、水文地质资料和自然保护区总体规划、生态功能区规划、林地资源变更调查数据以及项目道路设计各路段挖填方平衡后需外运的弃方量。

2.2数据提取及处理

（1）基础数据处理。由于数据量较大，其中包含大量非相关信息，在获取相关数据后，需对获取的数据信息进行处理，提取有用的信息，以减少后续数据分析运行的工作量，减少数据分析时间，提高分析运行效率。利用ArcGIS软件平台，提取数据库中的交通用地、农村道路、水系、居民点、基本农田、自然保护区、国家公益林等属性数据。

（2）公路设计成果数据处理。公路设计成果数据主要收集CAD格式公路沿线地形地图数据以及进行挖填方计算后各路段弃方量。CAD地形数据优先采用现场实测数据，由于在公路项目设计工程可行性研究阶段未开展外业测量，可选用矢量化地形图。所获取地形图数据非现场实测数据，地形图时效性较差，不能反映现状道路、居民点等要素，因此，将CAD中除等高线以外的其他要素删除，保留等高线及高程数据，并将所有要素转换为2000国家大地坐标系的空间坐标系统。

将转换后的道路周边地形图数据导入Arcmap软件，并对等高线进行赋值，利用3D分析模块生成TIN表面模型。为保证生成地形模型真实反应现状地形，采用TIN三维计算模型，建立DEM数字高程模型，计算公路沿线地形条件满足作为弃土场要求的场地的地形坡度等要素。

2.3弃土场选址技术路线

在完成基础数据处理后，选址可分为初步筛查及最优化选址两个步骤。

（1）根据收集的沿线基础资料及规划资料，制作专题图层并进行缓冲区分析，将“弃土场禁止选址区域”剔除出涉及占用基本农田、水源保护区等相关因素影响范围。

（2）在剔除弃土场禁止选址区域后，结合弃土场选址的地形要求，初步筛选出备选区域，根据场地经济运距要求，选择合理的选址方案。

3空间分析技术在弃土场选址中的应用

3.1数据收集提取制作专题图

以兴业高峰至贵港大岭公路（兴业段）为例，收集项目所在地兴业县沿线相关基础数据及设计数据，根据弃土场选址影响因素，提取相关属性数据，根据Arcmap中按照属性选择的工具，选取基本农田、居民点、城镇建设用地、河流水面、道路用地等属性后单独导出，制作专题地图。

根据现场调查收集资料显示，兴业高峰至贵港大岭公路（兴业段）拟建道路沿线不涉及国家二级以上公益林及自然保护区等生态敏感区，因此，只提取交通路网、基本农田保护区、居民点、河流水系等要素。

3.2ArcGlS空间分析

ArcGIS具有强大的空间分析功能，ArcGIS空间分析技术是空间数据处理理论和方法的集成化实现，对包含空间坐標和专业属性数据进行分析。弃土场选址应用模型影响因素众多，不能单纯依靠数学工具进行分析。在弃土场优化选址过程中，主要利用了空间分析中缓冲区分析、叠加分析等功能。见图2～8。

3.2.1缓冲区分析

缓冲区分析是ArcGIS空间分析的一种。缓冲区分析的功能主要是为了建立点、线、面空间实体的邻近一定范围内或影响范围区域。在弃土场选址过程中，运用ArcGIS空间分析模块中的缓冲区分析，设定因素影响范围以确定禁止选址区域。基于选址安全性考虑以及相关行业对弃土场选址的要求，弃土场禁止选址于基本农田保护区、工程地质条件差的地质灾害多发区、采空区、国家Ⅱ级以上公益林地、水源保护区内一定范围、河流两岸200～500m范围内以及主要汇水区、居民点及周边存在弃土场滑坡影响区域、水源保护区一定半径范围等。对居民点特别是处于弃土场下游承泄区的居民点进行缓冲区分析，根据弃土对居民点的影响范围设定缓冲半径，并作为弃土场选址禁止区域。对水系、居民点等多个影响因子进行缓冲区分析后，形成新的图层。根据本项目特点，沿线未涉及水源保护区及生态敏感区，因此，只对居民点、水系进行缓冲区分析：弃土场选址区域距离居民点应≥50m，设定缓冲半径为50m;河流两岸200m范围内不设置弃土场，设置河流缓冲区半径为200m，进行缓冲区分析。

3.2.2叠加分析

同时将提取的基本农田保护区、地质灾害多发区、采空区、国家Ⅱ级以上公益林地、水系及居民点缓冲区、相关自然保护区核心区等多个图层以及缓冲区图层进行叠加分析，生成新的图层，该图层作为设计公路沿线弃土场禁止选址区域，反向选取其他区域作为初步选址备选区。通过与沿线DEM进行叠加，可以获得满足地形条件要求的弃土场选址区域。本次研究区域涉及地质灾害多发区、采空区、国家Ⅱ级以上公益林地及自然保护区等生态功能区。

3.2.3网络分析

网络分析工具是ArcGIS空间分析中路径优化选择的方法。在进行叠加分析后，剔除禁止选址区，并加载沿线等高线以及交通路网，通过网络分析功能，进行定性定量分析。弃土场选址合理性的关键是对弃方运距进行合理计算，寻找最佳经济运距，主要以单位弃方量单位运距的运输消耗量作为衡量指标。不同道路状况对运输的消耗具有影响，对于不同道路等级弃方控制距离为：一级公路<5.6km;二级公路控制运距为5.3km;三级公路控制运距为5.0km;四级公路及施工便道控制运距为4.8km和4.3km.新修施工便道运距为2.8km。参考实际弃土场选址过程进行考虑，根据西南地区地形条件限制以及涉及不压占基本农田等限制，综合运距设置为≤10km。因此，根据调查，项目区均为三级及以下道路，设定经济运距为<5km，运距>10km为不适宜选址区。

3、2.4筛选弃土场

在完成缓冲区分析和叠加分析后剔除弃土场禁止选址区，选取剩余场地，并将图层与沿线DEM模型叠合，根据弃土场选址的地形要求，在现有交通路网条件下和满足经济运距基础上进行筛选，本次共筛选出8处备选弃土场场地。

3.2.5空间统计分析

为进一步测算备选场地容渣量，通过空间统计功能可以获取弃土场容渣量以及至弃土场拟建道路运距。可以利用ArcGIS中的3D分析模块里的土方分析功能，根据地形线生成TIN或者栅格数据，根据弃土场场地设计标高，对弃土场容渣量进行统计。本次研究由于缺乏相关数据未对每个备选弃土场场地容渣量进行统计分析。

4结语

（1）本文以兴业高峰至贵港大岭公路（兴业段）为例，通过运用ArcGIS空间分析功能，分析项目区沿线弃土场可选址场地8处，探讨了提高弃土场选址的合理性和精度的方法和技术路径，减少了不必要的外业调查的工作量，同时提高了公路设计精度。对于广西全区路网设计、施工、建设管理具有一定借鉴意义。

（2）根据公路多阶段设计特点，在公路不同设计阶段对弃土场重新选址，可以直接调阅前一设计阶段每个弃土场选址适宜区域的运距、容渣量等参数，提高决策精度和效率，指导工程造价编制和施工方的经营。

（3）ArCGIS空间分析模块在弃土场优化选址中应用的准确性取决于获取各基础数据的质量以及全面性。由于相关数据为涉密数据，只有在从事相关业务前提下才能获取，因此，在数据获取过程中存在一定困难。综合性公路设计及前期咨询服务企业在全面获取相关数据中占据优势地位。