1.2　国内外研究现状

1.2.1　公路选线中土地资源保护技术

为了确保公路建设的合理布局，协调发展，防止决策和布局的随意性，公路前期规划工作显得特别重要。其中，公路选线工作又是重中之重，路线方案是否合理将直接影响工程本身的投资、运输效率和使用质量。公路选线是一个非常复杂、艰巨的任务，在路线方案选择中往往会遇到大量的不确定的、动态的、复杂的问题，需要考虑众多的因素，这些因素涉及的属性、重要度和可比性各自不同，并且对各指标进行评估和度量时，具有很大的不确定性和主观经验性。

传统的公路选线方法是选线人员通过搜集和分析项目区域有关技术经济资料，首先在大比例尺地形图上选出几个可能的线路方案，然后，在纸上定线的基础上，选线人员进行实地勘测，经过反复比较确定一个较为经济、合理的路线方案。这种选线方法很大程度上取决于选线人员的实际经验和技术水平，且费时费力，已不能满足现代公路建设的需要。目前，公路选线中已普遍采用了CAD技术进行道路选线设计，其可以完成路线平、纵、横设计，土石方计算和调配，纵、横断面图绘制等任务。但是，CAD设计方法并没有突破传统的设计模式和方法，技术含量较低，特别是高科技含量不足，其系统功能主要表现在提高人工拟定路线平、纵设计方案之后的计算、绘图、制表等确定性过程的作业效率和成果质量上，而对选线设计必须考虑的地质、水文、交通需求、环境影响等数据则难以进行分析处理，在原始设计参数拟定、路线方案选择、设计成果评价与优化等方面，缺乏对设计者人机交互式的适时决策支持。

近年来，随着科学技术的发展及国外先进公路选线理念和思想的引进，一些高新技术及方法也逐渐被用于公路选线、优化及路线方案的评判，其中3S技术的应用日益成为研究的热点。目前，基于GIS的道路选线方法形式多样，功能不一，从基本空间分析方法的角度可将其分为互为补充的三类。第一类GIS辅助选线方法是基于数字高程模型的线路设计方法，这是出现GIS辅助道路选线发展初期的一种方法，实际上是传统选线方式在GIS选线中的延伸，除了高程因素外，并没有考虑地质、水文、环境影响等因素对选线的影响。第二类GIS辅助选线方法是基于叠置分析的线路优选方法，这类方法是先将线路设计方案综合优选的评价指标体系层次化，然后在GIS中，按照公路等级对初选线路做一定距离的缓冲区图层，在多层地理数据的支持下，将线路缓冲区图层与其他要素图层做叠置分析，提取并计算指标信息，再利用一定的数学方法（如层次分析法、模糊数学）获取各方案的理论评价值，为优选决策提供依据的一种方法。如孔金玲应用GIS技术提取公路选线方案的评价指标信息，应用层次分析方法实现了公路选线多因素的综合分析及多方案的综合比选，其研究中将耕地层作为一个因素层，将占地数量作为评判方案的一个评价因子进行了分析。贾永刚以GIS和空间决策支持系统技术为基础，以CITYSTAR为平台，以VB为开发工具，在高速公路选线理论的指导下并考虑选线工作中的实际问题，初步设计出了高速公路选线决策支持系统。另外，宁锐、刘丹萍、曹健、高传东也分别运用GIS技术针对公路、铁路工程选线中工程地质、水文等不确定性因素进行了路线方案评价及优选技术研究。第三类GIS辅助选线方法是基于空间分析与模拟的综合选线方法，是通过充分利用GIS的空间分析、空间模拟、空间决策支持功能与技术，将道路选线各环节步骤在完备的空间数据和空间可视化基础上归于一体，试图实现GIS选线自动化和集成化的一类方法。目前，该方法的研究还处于探索阶段，主要是基于GIS栅格数据及其邻接关系进行空间最优路径模拟与运算。Douglas D H、LeeJ、XuJ、陈雪冬、陈继光、高伟等提出了利用GIS栅格数据，在综合考虑公路路线标准、空间距离、地形等多种影响因素的基础上，运用费用栅格矩阵法计算最优道路路线的方法。张俊峰利用ArcEngine开发组件，引入GIS的有关理论、方法和技术分析手段，采用多元回归、信息量法和模糊综合评判等多种数学分析评价模型，开发了综合考虑区域稳定性、坡度、土地利用等因素的公路选线决策支持系统。何越磊则提出了广义导向线定线法选线的方法，并依据此思想建立定线元胞自动机模型，利用元胞自动机的离散动力演化功能，将多目标综合考虑，实现了铁路选线设计中定线自动化，为道路选线的优化设计提供了新思路。

除了3S辅助选线技术以外，系统动力学、模糊数学、环境影响评价方法等也是目前公路选线中常用的决策支持方法。赵健三在采用AHP法构造公路选线优选系统的综合评价指标体系的基础上，结合熵权和模糊数学理论，构造了基于熵权的公路选线模糊层次分析决策模型。江玉林在综合考虑地质环境、土地利用、水土保持和敏感目标等因素的基础上，以层次分析法建立了公路选线生态环境评价方法，进行了区域中环境最小敏感走廊和对具体线路进行环境优化的研究。赵勇则采用综合生态影响评价指数法进行了路线方案的比选研究。

根据对目前我国道路选线技术现状调查，结果表明：

（1）自20世纪90年代以来，3S技术已广泛应用于公路建设和管理。就3S技术应用于公路选线设计而言，主要实现了全数字化作业流程并以低成本达到走廊带优化，减少工程量及劳动强度，提高工作效率和质量，另外在避开地质灾害的地质选线方面、环保方面取得大量成果和经验，开展了相关课题研究工作。但是，就保护土地资源方面而言，国内虽有相关论文进行了一些探讨，但基于3S技术、以土地节约为主旨的相关科研尚无系统性的研究，大多数研究中选线决策也主要是利用GIS方法确定的占地数量作为比选决策的条件，而很少考虑到周边土地资源敏感性的问题（如因公路建设导致的土地资源破碎化及破坏地表径流而引起的对周边耕地资源的破坏问题等）。

（2）公路建设用地主要来源是国家划拨，按各省市制定的赔偿标准执行占用地赔偿。由于土地资源是一种不可再生的稀缺资源，目前的土地占用补偿价格未完全反映土地资源的不可再生这一特性，亦未完全考虑土地及其附着物的机会成本及其附着物的环境、历史和情感价值。因此在路线方案选择中往往对土地的潜在价值认识不足，仅停留在定性分析的基础上，对路线方案比选、以桥代路、以隧代路等适用条件及其决策的指导性不强，土地占用往往不能成为方案决策的主导因素，保护土地资源的宗旨不能真正落实到位。因此，在选择路线走廊带及进行路线方案比较时，必须相应地建立土地价值评价及占用决策体系，才能最终达到利用3S技术保护土地资源的目的。

1.2.2　公路设计中的集约用地技术

近年来，受土地资源尤其是耕地资源的紧缺所限，我国公路设计中逐渐将节约占地作为一项控制性因素来考虑，这在一系列的典型示范工程设计中体现得较为明显。常用的节约占地设计主要在保证安全和运营功能的前提条件下，灵活选择和运用技术标准和指标，应用到具体设计中主要包括降低路基高度（采用的主要设计方法包括合理规划线路，尽量减少居民反复穿越高速公路的可能；核定通航等级、洪水位与净空要求；合并乡村道路，调整通道位置和数量；利用桥跨和箱涵作通道；支线和乡村道路上跨或下穿平纵用足设计规范有关指标；桥梁结构采用建筑高度低的结构等），减少两侧边坡占地；路线合理布局，避免重复设线；合理利用老路改造；挡墙取代路基放坡；桥隧取代路基；新标准使用（如在维持传统的路基横断面中的挡土墙、排水沟、边坡比不变的情况下，将挡土墙内移，并在路肩位置加设钢筋混凝土L墙，用其代替路缘石、拦水带，以节省公路用地）；路基分离设计；合理设计互通、服务区、停车区的形式及位置等。

总的看来，目前，我国公路设计阶段已经非常重视土地资源的节约，各种等级的公路设计过程中都有意的采取了这样或那样的措施以节约主体工程的占地，国家环保总局更是把提出设计阶段的节约占地设计作为公路建设项目环评报告书批复的一个必要条件。然而，由于目前资源节约的公路设计尚处于新理念的理解及技术的摸索时期，公路设计中的节约占地尚没有没有强制性的标准限制，各类节约占地设计技术也没形成完备的技术体系，因此，在具体公路设计中这些技术真正的指导作用不强。另外，我国高等级公路设计中，在互通立交、沿线设施等设计过程中，节约占地问题也仍然是一个值得探讨和研究的问题。

1.2.3　公路施工中的集约用地技术

除了设计中需贯彻节约用地技术外，目前，公路建设施工中也已经重视集约用地技术。目前采取的措施有以下几类：第一类节地措施是其他材料作为路基填方的利用。目前，粉煤灰渣、矿山开采废料、矿渣等材料均作为路基填料利用；路基、隧道挖方尽可能地平衡回填利用，以减少取土、弃渣场地占地等，均是目前施工中乃至设计阶段考虑比较多的一种措施。第二类节地措施是各类临时工程的合理选址或并场利用。如，中铁四局集团在贵州镇宁至胜境关公路建设中，利用挖方产生的弃渣生产工程所需砂石料（料场），同时采用了“四（施工、料）场合一场”的生产模式，有效地减少工程建设中的土地占用。将施工场地、道路设置在桥下或互通等永久占地范围内也是目前公路施工中比较常见的节地措施。第三类则是对施工用地及时复垦，尤其是复耕利用。

总的看来，近年来随着土地资源紧张问题的凸显，我国公路建设中已经采取了各种各样技术措施实现集约用地的目的。但是，这些技术往往是从“出现问题然后解决问题”的角度去考虑的，尚不能从根源上即从规划、设计阶段就将集约用地作为一个限制性因素来考虑。另外，设计、施工中的节（集）约用地技术和措施也多是就某一工程具体路段或具体单元提出的，只能作为理念上的示范，尚没有达到具体规范、指南的层面，这些还都有待于深入的调查、研究来完善。

1.2.4　公路路域破坏土地的复垦技术

土地复垦是对在生产建设过程中因挖损、塌陷、压占等造成破坏的土地，采取整治措施，使其恢复到可供利用的状态的活动。土地复垦工程是解决生产建设和土地破坏间矛盾最有效的途径。土地复垦按作业性质一般可分为工程复垦和生态复垦两个阶段。工程复垦是指土地破坏前的表土层采集、堆存及后期土地整治工程。生态复垦则是对整治后的被破坏土地进行熟化和改良，进行植被恢复等作业过程。

国外早在20世纪初就开始对矿区土地进行了复垦研究，但大规模、有计划、有目的的复垦研究工作也不过30多年历史，其中历史较久、规模较大、成效较好的国家有澳大利亚、前苏联、德国、美国等国家。美国早在1918年就在印第安那州煤矿的煤矸石堆上进行了再种植试验。前苏联也十分重视土地复垦工作，早在1954年苏联部长委员会议中就明确指出：“利用后的土地必须恢复到适宜农业利用或其他建设需要状态”。1960年各加盟共和国通过的《自然保护法》和1962年的部长委员会决议中更明确地要求进行土地复垦。在1968年的苏联宪法和1976年的部长会议决议中，土地复垦法得以进一步发展和具体化。此外，澳大利亚、英国、法国、日本、加拿大、匈牙利、丹麦等在这方面也做了大量研究工作。

中国的土地复垦工作起始于20世纪50年代，特别是90年代以来土地复垦工作发展较快。

目前，土地的复垦技术通常可以分为生态农业复垦技术、生物复垦技术、微生物复垦技术和复垦土壤侵蚀控制技术四类。生态农业复垦技术是将运用生态学和生态经济学原理，对破坏的土地进行生态综合整治和利用的一种技术方法。其目的在于依据能量多级利用与物质循环再生原理，循环利用农业废物，在被破坏的土地上建立良性的生态循环系统。生物复垦技术是利用生物措施，恢复土壤肥力与生物生产能力的活动。它是实现土地复垦的关键，主要内容为土壤改良和植被品种筛选。土壤改良的方法主要有绿肥法和施肥法。微生物复垦技术是利用微生物活化剂和微生物与有机物的混合剂对复垦后的贫瘠土地进行熟化和改良，恢复土壤肥力的技术。复垦土壤是人造新土，地表极易被风蚀或雨水侵蚀，因此复垦土壤的侵蚀控制是临时用地复垦成败的关键，主要控制技术包括应用“侵蚀被”和侵蚀控制构筑物等。

虽然，破坏土地的复垦技术经过几十年的发展已经取得了长足的进步，各单项技术也日趋成熟。我国对公路临时性破坏土地复垦技术的研究起步却较晚，主要采用各种已经在矿业复垦中发展的较为成熟的技术，实现土地复垦利用的目的。各类技术、模式目前尚不系统，也不成熟。贾成前、杨国栋等根据公路临时用地的土壤分析和适宜性评价结果，探讨了临时用地复垦技术对复垦土地的影响。张建昌以勉县至宁强高速公路为例对生态恢复中不同恢复类型条件下的土壤肥力恢复进行了研究，结果表明：草本恢复类型对前期土壤肥力的恢复作用大于草灌结合及单纯灌木恢复类型，在草本生态恢复类型中，豆科植物与禾本科植物混播恢复类型大于单纯禾本科或豆科植物恢复类型的作用。杨国栋依据人工神经网络原理，建立了用于高速公路临时用地复垦土地适宜性的神经网络评价模型，并以京大高速公路山西段为例，进行了临时用地复垦技术、方向的适宜性评价。高更君则从分析公路建设破坏土地的形式和原因出发，对公路建设土地复垦的理念及管理提出了一些想法。除此之外，胡珊、陈其兵、陈学平、廖乾旭等则对当前高速公路土地复垦及生态恢复中存在的问题进行了剖析，认为边坡立地条件差、植被组合简单、生态适应性差、景观效果不佳、岩质陡坡恢复困难、缺乏基础理论研究、恢复成本高和养护管理困难等是当前存在的主要问题，并针对这些问题提出了相应对策，如提高生物多样性、培育边坡植物种子市场、建立恢复评价体系、新技术新材料研究、制定科学养护方案和培养恢复专业人才等措施。

总的看来，我国公路建设土地复垦技术研究还处于初级阶段，虽然各种破坏土地单项土地复垦技术经过多年的研究、验证已经日趋成熟，但这些技术绝大多数是源于矿区的生态恢复治理，对于公路这一类涉及的破坏土地生态类型、立地条件等复杂多样的线形工程来说，各类复垦技术的适用性及有效性等问题还有待探讨。同时，对各类破坏土地也还缺少典型的、可推广的土地复垦模式。公路建设中表土保护问题虽已要求了多年，但如何保护、利用仍缺乏理论基础和技术支持，保护和利用的现状也不容乐观。另外，由于在公路破坏土地复垦技术方面缺少可利用的规范、指导思想理解方面也存在较大的差异，致使公路破坏土地的复垦效果参差不齐，有时往往注重眼前效果，浪费了大量资金但生态效果却不理想。以上种种问题的存在，都有赖于系统的开展公路建设中破坏土地复垦技术体系及各类相关应用基础研究来解决。