1.2　國內外研究現狀

1.2.1　公路選線中土地資源保護技術

為了確保公路建設的合理布局，協調發展，防止決策和布局的隨意性，公路前期規劃工作顯得特別重要。其中，公路選線工作又是重中之重，路線方案是否合理將直接影響工程本身的投資、運輸效率和使用質量。公路選線是一個非常復雜、艱巨的任務，在路線方案選擇中往往會遇到大量的不確定的、動態的、復雜的問題，需要考慮眾多的因素，這些因素涉及的屬性、重要度和可比性各自不同，并且對各指標進行評估和度量時，具有很大的不確定性和主觀經驗性。

傳統的公路選線方法是選線人員通過搜集和分析項目區域有關技術經濟資料，首先在大比例尺地形圖上選出幾個可能的線路方案，然后，在紙上定線的基礎上，選線人員進行實地勘測，經過反復比較確定一個較為經濟、合理的路線方案。這種選線方法很大程度上取決于選線人員的實際經驗和技術水平，且費時費力，已不能滿足現代公路建設的需要。目前，公路選線中已普遍采用了CAD技術進行道路選線設計，其可以完成路線平、縱、橫設計，土石方計算和調配，縱、橫斷面圖繪制等任務。但是，CAD設計方法并沒有突破傳統的設計模式和方法，技術含量較低，特別是高科技含量不足，其系統功能主要表現在提高人工擬定路線平、縱設計方案之后的計算、繪圖、制表等確定性過程的作業效率和成果質量上，而對選線設計必須考慮的地質、水文、交通需求、環境影響等數據則難以進行分析處理，在原始設計參數擬定、路線方案選擇、設計成果評價與優化等方面，缺乏對設計者人機交互式的適時決策支持。

近年來，隨著科學技術的發展及國外先進公路選線理念和思想的引進，一些高新技術及方法也逐漸被用于公路選線、優化及路線方案的評判，其中3S技術的應用日益成為研究的熱點。目前，基于GIS的道路選線方法形式多樣，功能不一，從基本空間分析方法的角度可將其分為互為補充的三類。第一類GIS輔助選線方法是基于數字高程模型的線路設計方法，這是出現GIS輔助道路選線發展初期的一種方法，實際上是傳統選線方式在GIS選線中的延伸，除了高程因素外，并沒有考慮地質、水文、環境影響等因素對選線的影響。第二類GIS輔助選線方法是基于疊置分析的線路優選方法，這類方法是先將線路設計方案綜合優選的評價指標體系層次化，然后在GIS中，按照公路等級對初選線路做一定距離的緩沖區圖層，在多層地理數據的支持下，將線路緩沖區圖層與其他要素圖層做疊置分析，提取并計算指標信息，再利用一定的數學方法（如層次分析法、模糊數學）獲取各方案的理論評價值，為優選決策提供依據的一種方法。如孔金玲應用GIS技術提取公路選線方案的評價指標信息，應用層次分析方法實現了公路選線多因素的綜合分析及多方案的綜合比選，其研究中將耕地層作為一個因素層，將占地數量作為評判方案的一個評價因子進行了分析。賈永剛以GIS和空間決策支持系統技術為基礎，以CITYSTAR為平臺，以VB為開發工具，在高速公路選線理論的指導下并考慮選線工作中的實際問題，初步設計出了高速公路選線決策支持系統。另外，寧銳、劉丹萍、曹健、高傳東也分別運用GIS技術針對公路、鐵路工程選線中工程地質、水文等不確定性因素進行了路線方案評價及優選技術研究。第三類GIS輔助選線方法是基于空間分析與模擬的綜合選線方法，是通過充分利用GIS的空間分析、空間模擬、空間決策支持功能與技術，將道路選線各環節步驟在完備的空間數據和空間可視化基礎上歸于一體，試圖實現GIS選線自動化和集成化的一類方法。目前，該方法的研究還處于探索階段，主要是基于GIS柵格數據及其鄰接關系進行空間最優路徑模擬與運算。Douglas D H、LeeJ、XuJ、陳雪冬、陳繼光、高偉等提出了利用GIS柵格數據，在綜合考慮公路路線標準、空間距離、地形等多種影響因素的基礎上，運用費用柵格矩陣法計算最優道路路線的方法。張俊峰利用ArcEngine開發組件，引入GIS的有關理論、方法和技術分析手段，采用多元回歸、信息量法和模糊綜合評判等多種數學分析評價模型，開發了綜合考慮區域穩定性、坡度、土地利用等因素的公路選線決策支持系統。何越磊則提出了廣義導向線定線法選線的方法，并依據此思想建立定線元胞自動機模型，利用元胞自動機的離散動力演化功能，將多目標綜合考慮，實現了鐵路選線設計中定線自動化，為道路選線的優化設計提供了新思路。

除了3S輔助選線技術以外，系統動力學、模糊數學、環境影響評價方法等也是目前公路選線中常用的決策支持方法。趙健三在采用AHP法構造公路選線優選系統的綜合評價指標體系的基礎上，結合熵權和模糊數學理論，構造了基于熵權的公路選線模糊層次分析決策模型。江玉林在綜合考慮地質環境、土地利用、水土保持和敏感目標等因素的基礎上，以層次分析法建立了公路選線生態環境評價方法，進行了區域中環境最小敏感走廊和對具體線路進行環境優化的研究。趙勇則采用綜合生態影響評價指數法進行了路線方案的比選研究。

根據對目前我國道路選線技術現狀調查，結果表明：

（1）自20世紀90年代以來，3S技術已廣泛應用于公路建設和管理。就3S技術應用于公路選線設計而言，主要實現了全數字化作業流程并以低成本達到走廊帶優化，減少工程量及勞動強度，提高工作效率和質量，另外在避開地質災害的地質選線方面、環保方面取得大量成果和經驗，開展了相關課題研究工作。但是，就保護土地資源方面而言，國內雖有相關論文進行了一些探討，但基于3S技術、以土地節約為主旨的相關科研尚無系統性的研究，大多數研究中選線決策也主要是利用GIS方法確定的占地數量作為比選決策的條件，而很少考慮到周邊土地資源敏感性的問題（如因公路建設導致的土地資源破碎化及破壞地表徑流而引起的對周邊耕地資源的破壞問題等）。

（2）公路建設用地主要來源是國家劃撥，按各省市制定的賠償標準執行占用地賠償。由于土地資源是一種不可再生的稀缺資源，目前的土地占用補償價格未完全反映土地資源的不可再生這一特性，亦未完全考慮土地及其附著物的機會成本及其附著物的環境、歷史和情感價值。因此在路線方案選擇中往往對土地的潛在價值認識不足，僅停留在定性分析的基礎上，對路線方案比選、以橋代路、以隧代路等適用條件及其決策的指導性不強，土地占用往往不能成為方案決策的主導因素，保護土地資源的宗旨不能真正落實到位。因此，在選擇路線走廊帶及進行路線方案比較時，必須相應地建立土地價值評價及占用決策體系，才能最終達到利用3S技術保護土地資源的目的。

1.2.2　公路設計中的集約用地技術

近年來，受土地資源尤其是耕地資源的緊缺所限，我國公路設計中逐漸將節約占地作為一項控制性因素來考慮，這在一系列的典型示范工程設計中體現得較為明顯。常用的節約占地設計主要在保證安全和運營功能的前提條件下，靈活選擇和運用技術標準和指標，應用到具體設計中主要包括降低路基高度（采用的主要設計方法包括合理規劃線路，盡量減少居民反復穿越高速公路的可能；核定通航等級、洪水位與凈空要求；合并鄉村道路，調整通道位置和數量；利用橋跨和箱涵作通道；支線和鄉村道路上跨或下穿平縱用足設計規范有關指標；橋梁結構采用建筑高度低的結構等），減少兩側邊坡占地；路線合理布局，避免重復設線；合理利用老路改造；擋墻取代路基放坡；橋隧取代路基；新標準使用（如在維持傳統的路基橫斷面中的擋土墻、排水溝、邊坡比不變的情況下，將擋土墻內移，并在路肩位置加設鋼筋混凝土L墻，用其代替路緣石、攔水帶，以節省公路用地）；路基分離設計；合理設計互通、服務區、停車區的形式及位置等。

總的看來，目前，我國公路設計階段已經非常重視土地資源的節約，各種等級的公路設計過程中都有意的采取了這樣或那樣的措施以節約主體工程的占地，國家環保總局更是把提出設計階段的節約占地設計作為公路建設項目環評報告書批復的一個必要條件。然而，由于目前資源節約的公路設計尚處于新理念的理解及技術的摸索時期，公路設計中的節約占地尚沒有沒有強制性的標準限制，各類節約占地設計技術也沒形成完備的技術體系，因此，在具體公路設計中這些技術真正的指導作用不強。另外，我國高等級公路設計中，在互通立交、沿線設施等設計過程中，節約占地問題也仍然是一個值得探討和研究的問題。

1.2.3　公路施工中的集約用地技術

除了設計中需貫徹節約用地技術外，目前，公路建設施工中也已經重視集約用地技術。目前采取的措施有以下幾類：第一類節地措施是其他材料作為路基填方的利用。目前，粉煤灰渣、礦山開采廢料、礦渣等材料均作為路基填料利用；路基、隧道挖方盡可能地平衡回填利用，以減少取土、棄渣場地占地等，均是目前施工中乃至設計階段考慮比較多的一種措施。第二類節地措施是各類臨時工程的合理選址或并場利用。如，中鐵四局集團在貴州鎮寧至勝境關公路建設中，利用挖方產生的棄渣生產工程所需砂石料（料場），同時采用了“四（施工、料）場合一場”的生產模式，有效地減少工程建設中的土地占用。將施工場地、道路設置在橋下或互通等永久占地范圍內也是目前公路施工中比較常見的節地措施。第三類則是對施工用地及時復墾，尤其是復耕利用。

總的看來，近年來隨著土地資源緊張問題的凸顯，我國公路建設中已經采取了各種各樣技術措施實現集約用地的目的。但是，這些技術往往是從“出現問題然后解決問題”的角度去考慮的，尚不能從根源上即從規劃、設計階段就將集約用地作為一個限制性因素來考慮。另外，設計、施工中的節（集）約用地技術和措施也多是就某一工程具體路段或具體單元提出的，只能作為理念上的示范，尚沒有達到具體規范、指南的層面，這些還都有待于深入的調查、研究來完善。

1.2.4　公路路域破壞土地的復墾技術

土地復墾是對在生產建設過程中因挖損、塌陷、壓占等造成破壞的土地，采取整治措施，使其恢復到可供利用的狀態的活動。土地復墾工程是解決生產建設和土地破壞間矛盾最有效的途徑。土地復墾按作業性質一般可分為工程復墾和生態復墾兩個階段。工程復墾是指土地破壞前的表土層采集、堆存及后期土地整治工程。生態復墾則是對整治后的被破壞土地進行熟化和改良，進行植被恢復等作業過程。

國外早在20世紀初就開始對礦區土地進行了復墾研究，但大規模、有計劃、有目的的復墾研究工作也不過30多年歷史，其中歷史較久、規模較大、成效較好的國家有澳大利亞、前蘇聯、德國、美國等國家。美國早在1918年就在印第安那州煤礦的煤矸石堆上進行了再種植試驗。前蘇聯也十分重視土地復墾工作，早在1954年蘇聯部長委員會議中就明確指出：“利用后的土地必須恢復到適宜農業利用或其他建設需要狀態”。1960年各加盟共和國通過的《自然保護法》和1962年的部長委員會決議中更明確地要求進行土地復墾。在1968年的蘇聯憲法和1976年的部長會議決議中，土地復墾法得以進一步發展和具體化。此外，澳大利亞、英國、法國、日本、加拿大、匈牙利、丹麥等在這方面也做了大量研究工作。

中國的土地復墾工作起始于20世紀50年代，特別是90年代以來土地復墾工作發展較快。

目前，土地的復墾技術通常可以分為生態農業復墾技術、生物復墾技術、微生物復墾技術和復墾土壤侵蝕控制技術四類。生態農業復墾技術是將運用生態學和生態經濟學原理，對破壞的土地進行生態綜合整治和利用的一種技術方法。其目的在于依據能量多級利用與物質循環再生原理，循環利用農業廢物，在被破壞的土地上建立良性的生態循環系統。生物復墾技術是利用生物措施，恢復土壤肥力與生物生產能力的活動。它是實現土地復墾的關鍵，主要內容為土壤改良和植被品種篩選。土壤改良的方法主要有綠肥法和施肥法。微生物復墾技術是利用微生物活化劑和微生物與有機物的混合劑對復墾后的貧瘠土地進行熟化和改良，恢復土壤肥力的技術。復墾土壤是人造新土，地表極易被風蝕或雨水侵蝕，因此復墾土壤的侵蝕控制是臨時用地復墾成敗的關鍵，主要控制技術包括應用“侵蝕被”和侵蝕控制構筑物等。

雖然，破壞土地的復墾技術經過幾十年的發展已經取得了長足的進步，各單項技術也日趨成熟。我國對公路臨時性破壞土地復墾技術的研究起步卻較晚，主要采用各種已經在礦業復墾中發展的較為成熟的技術，實現土地復墾利用的目的。各類技術、模式目前尚不系統，也不成熟。賈成前、楊國棟等根據公路臨時用地的土壤分析和適宜性評價結果，探討了臨時用地復墾技術對復墾土地的影響。張建昌以勉縣至寧強高速公路為例對生態恢復中不同恢復類型條件下的土壤肥力恢復進行了研究，結果表明：草本恢復類型對前期土壤肥力的恢復作用大于草灌結合及單純灌木恢復類型，在草本生態恢復類型中，豆科植物與禾本科植物混播恢復類型大于單純禾本科或豆科植物恢復類型的作用。楊國棟依據人工神經網絡原理，建立了用于高速公路臨時用地復墾土地適宜性的神經網絡評價模型，并以京大高速公路山西段為例，進行了臨時用地復墾技術、方向的適宜性評價。高更君則從分析公路建設破壞土地的形式和原因出發，對公路建設土地復墾的理念及管理提出了一些想法。除此之外，胡珊、陳其兵、陳學平、廖乾旭等則對當前高速公路土地復墾及生態恢復中存在的問題進行了剖析，認為邊坡立地條件差、植被組合簡單、生態適應性差、景觀效果不佳、巖質陡坡恢復困難、缺乏基礎理論研究、恢復成本高和養護管理困難等是當前存在的主要問題，并針對這些問題提出了相應對策，如提高生物多樣性、培育邊坡植物種子市場、建立恢復評價體系、新技術新材料研究、制定科學養護方案和培養恢復專業人才等措施。

總的看來，我國公路建設土地復墾技術研究還處于初級階段，雖然各種破壞土地單項土地復墾技術經過多年的研究、驗證已經日趨成熟，但這些技術絕大多數是源于礦區的生態恢復治理，對于公路這一類涉及的破壞土地生態類型、立地條件等復雜多樣的線形工程來說，各類復墾技術的適用性及有效性等問題還有待探討。同時，對各類破壞土地也還缺少典型的、可推廣的土地復墾模式。公路建設中表土保護問題雖已要求了多年，但如何保護、利用仍缺乏理論基礎和技術支持，保護和利用的現狀也不容樂觀。另外，由于在公路破壞土地復墾技術方面缺少可利用的規范、指導思想理解方面也存在較大的差異，致使公路破壞土地的復墾效果參差不齊，有時往往注重眼前效果，浪費了大量資金但生態效果卻不理想。以上種種問題的存在，都有賴于系統的開展公路建設中破壞土地復墾技術體系及各類相關應用基礎研究來解決。