公路工程測量電子教案

公路工程測量電子教案《公路工程測量》電子教案緒論一公路工程測量在公路建設中的作用1測量學的分類1大地測量學2普通測量學3攝影測量學4工程測量學5海洋測量學6地圖測量學2測量工作在工程建設中的主要任務1測繪大比例尺地形圖2施工放樣和竣工測量3變形觀測3公路工程測量在公路中的作用勘測設計階段施工階段竣工階段運營階段二平面直角坐標系和點的高程一地面點的定位體系1基準面11大地水準面

1幾個重要的名詞

a鉛垂線離心力和地心引力的合力稱為重力重力的作用線即為鉛垂線它是測量工作的基準線

b水準面假想靜止不動的水面延伸穿過陸地包圍了整個地球形成一個閉合的曲面這個曲面稱為水準面無數(shù)個

c大地水準面在無數(shù)個水準面中其中與平均海水面相吻合的稱為大地水準面它是測量工作的基準面

2大地水準面的特性

a不規(guī)則性但處處與鉛垂線垂直

b唯一性

3大地水準面的作用

a點位的投影面b高程的起算面總橢球體

圖1-1總橢球體

1定義選用一個非常接近大地水準面并可用數(shù)學表達式表示的規(guī)則幾何形體來表示地球總的形狀這個數(shù)學形體就是由一個橢圓繞其短軸旋轉所形成的橢球體

長半軸a≈6378140m

短半軸b≈6356755m

扁率fa-ba≈1298257地理坐標系

2平面直角坐標1高斯平面直角坐標系

定義

從首子午線開始自西向東每6°劃分一帶將該帶展開近似看成平面或是從東經(jīng)1°30子午線開始自西向

東每3°劃分一帶將該帶展開近似看成平面

中央子午線經(jīng)度及帶號

對于6°帶

第N帶的中央子午線經(jīng)度L06N-3°

經(jīng)度L的帶號N[L6°]1

對于3°帶

第n帶的中央子午線經(jīng)度l03n

經(jīng)度l°的帶號n[l°-1°30′3°]1

坐標XY

Y坐標值加上500km再冠以帶號

2獨立平面直角坐標系

坐標原點選在測區(qū)的西南角

XY軸方向橫軸為Y縱軸為X

第IIIIIIIV象限

com高程坐標系

195國家高程基準的青島國家水準基點高程H722m1985國家高程基準的青島國家水準基點高程H72260m

高程地面點到大地水準面的鉛垂距離一般用H表示又稱絕對高程或海拔

高差地面上兩點高程之差一般用h表示hABHB-HA

相對高程地面點到假定水準面的鉛垂距離又稱假定高程地面點到水準面的鉛垂距離又稱三測量的基本1測量的基本工作

控制測量碎部測量以及施工放樣的實質都是為了確定點的位置而點位的確定都離不開距離角度和高差這三個基本觀測量

因此測量的三項基本工作是1測高2測角3測距具體方法請分別參考第二章水準測量第三章角度測量第四章距離測量測量的基本1在測量布局上由整體到局部在測量精度上由高級到低級在測量程序上先控制后碎部作用a保證精度減少誤差積累b加快進度

2在測量過程中隨時檢查杜絕錯誤

作用防止錯漏的發(fā)生以免影響后續(xù)工作

測量的度量單位

1度分秒制

1圓周360o1o60′1′60〃

2弧度制

ρ180oπ

ρo180oπ57o2957795

ρ′180o60π3437′74677≈3438′

ρ〃180o6060π206264〃806≈206265〃水平面代替水準面對距離的影響

DRθ

D′Rtanθ

DD′-DRtanθ-θ≈D33R2

△DDDR23

影響較小通常在半徑10km測量范圍內可以用水平面代替大地水準面

com水平面代替水準面對高程的影響

Rh2R2D′2

2R△h△h2D′2

△hD22R

影響較大因此不能用水平面代替大地水準面

和坐標方位角的計算公式分別為AB直線的方位角為直線AB與AP的夾角為此時應注意象限其解決的方法是當Δx＜0時加1800當Δx＞0時加3600控制點的坐標已知1點P在直線段上的坐標計算1設公路起點直線段的樁號為直線段上任意一點P的樁號為P點所在直線段的方位角為則P點的坐標可按下式計算2測設方法用全站儀放樣圖11⑴在控制點A安置儀器后視B點度盤配置零或⑵轉動照準部使水平度盤讀數(shù)為β或⑶在視線方向上量取水平距離得P點的位置⑷在P點的位置釘樁樁上釘釘2點P在純圓曲線上設P點至ZY或YZ的弧長為LiR為圓的半徑則P點的坐標計算公式為XRsinYR[1-cos]P點的坐標轉換公式XpXzhXcosYsinYpYzhXsinYcos3帶有緩和曲線的坐標計算1第一段緩和曲線部分緩和曲線的參數(shù)方程為P點轉換為公路中線控制坐標系中的坐標為XpxcosysinYpxsinycos2圓曲線部分P點在圓曲線的坐標計算公式為xRsinqyR1-cosp利用坐標平移轉換公式將上式的局部坐標化為控制坐標系下的坐標計算為XpxcosysinYpxsinycos其中緩和曲線切線的方位角3第二段緩和曲線的中樁坐標計算以HZ點為坐標原點計算第二段緩和曲線的中樁坐標P點的局部坐標參數(shù)方程同第一段但坐標轉換計算公式中的轉角改為為緩和曲線切線的方位角即ZH點到交點JD的方位角為公路的轉角二支距法是根據(jù)紙上定線線位與控制點位置的相互關系采用量取支距的辦法測設出路線上的特征點并據(jù)此穿線定出交點和專點如圖13所示其步驟如下量支距放點在地形圖上量取出中線與控制點的支距長度至少量三處支距并使該三點相互通視2測設支距3穿線由于各點不一定在同一條直線上在各點的平均位置找出AB兩點釘樁隨即取消其他各臨時測釬三圖解法就是在地形圖上量取測設參數(shù)的方法四撥角防線法適用于針對紙上定線而言五根據(jù)公路中線上的以知直線點測設交點第三節(jié)交點和轉點的測設一交點的測設一交點定義路線的轉折點即兩個方向直線的交點用JD來表示二方法1．等級較低公路現(xiàn)場標定2．高等級公路測地形圖圖上定線實地放線三實地放線的方法分類1放點穿線法放直線點穿線定交點1放點可采用支距法垂直于導線邊的距離導線相交法或極坐標法圖122穿線

定出一條盡可能多的穿過或靠近直線上點如P1P2P3點的直線ABP1P3AB圖133定交點一交點的測測設⑴如圖14在B點安置儀器盤左照準A點制動照準部總轉望遠鏡成前視狀態(tài)⑵在望遠鏡視線方向上的交點的概略位置打下兩個木樁俗稱騎馬樁在樁頂標出a1和b1兩點⑶再用盤右照準A點制動望遠鏡再次倒轉望遠鏡成前視狀態(tài)⑷在望遠鏡視線方向上于騎馬樁的樁頂分別再次標出a2和b2點⑸在騎馬樁的樁頂分別取a1和a2b1和b2的中點訂上小釘⑹用細線將ab兩點連接⑺將儀器置于C點盤左照準D點縱轉望遠鏡前視細線ab在視線與細線相交處打下木樁并在樁頂標定視線與細線的交點⑻再以盤右照準定D并制動照準部再倒轉望遠鏡前視細線ab再次在樁頂標定視線與細線的交點⑼在樁頂沿細線取盤左與盤右兩點的中間點釘上小釘即得交點然后去掉騎馬樁圖142撥角放線法極坐標法在利用導線點或已測設的JD計算測設元素βS撥角量邊定出JD位置圖15二轉點ZDturningpoint的測設1定義當相鄰兩交點互不通視時需要在其連線測設一些供放線交點測角量距時照準之用的點2分為1在兩交點間測設轉點2在兩交點延長線上測設轉點1在兩交點間測設轉點方法在JD5JD6的大致中間位置ZD架儀瞄準JD5定出JD6測量出ab距離計算e值實地量取e得ZD點有在ZD點架儀檢查三點在一直線上圖162在兩交點延長線上測設轉點最后在ZD點安置儀器檢查三點在一直線上三轉角turningangle和分角線的測設一定義指路線由一個方向偏向另一個方向時偏轉后的方向與原方向的夾角當偏轉后的方向在原方向的右側稱為右轉角αY反之為左轉角αZ三轉角的測定1右角的觀測方法右角的半測回角值為若后視讀數(shù)小于前視讀數(shù)則應將后視讀數(shù)加上則上式變?yōu)橐粶y回的觀測角值為二轉角的計算當β右180°時為右轉角有αy180°-β右當β右180°時為左轉角有αzβ右-180°圖16三角分線方向若角度的2個方向值為后視讀數(shù)為a前視讀數(shù)為b則角分線方向cab2右轉角左傳角圖17四里程樁mileagepeg的設置又稱中樁表示該樁至路線起點的水平距離分為整樁每隔20m或50m設一個和加樁加樁分為地形加樁地物加樁人工結構物加樁工程地質加樁曲線加樁和斷鏈加樁如改K1100K1080長鏈20m圖18斷鏈加樁斷鏈是指公路局部地段改線或量距計算中發(fā)生錯誤而出現(xiàn)實際里程與原來樁號不一致的情況這種情況稱之為斷鏈寫法正值稱為長鏈負值稱為短鏈第四節(jié)圓曲線的測設一單圓曲線主點majorpoint的測設1曲線要素的計算已知轉角α及半徑R圖192主點的測設1主點里程的計算ZY里程JD里程-TYZ里程ZY里程LQZ里程YZ里程-L2JD里程QZ里程D2圖1102測設步驟1JDi架儀照準JDi-1量取T得ZY點2照準JDi1量取T得YZ點3在分角線方向量取E得QZ點二單圓曲線詳細測設有整樁號法和整樁距法一般采用整樁號法1切線支距法tangentoff-setmethod圖111切線支距法單圓曲線坐標計算圖112例題切線支距法測設單圓曲線的計算設某單圓曲線偏角α34012′00〃R200m主點樁號為ZYK490690QZK496659YZK502628按每20m一個樁號的整樁號法計算各樁的切線支距法坐標解2偏角法methodofdeflectionangle分為長弦偏角法短弦偏角法長弦偏角法計算曲線上各樁點至ZY或YZ的弦長及其與切線的偏角2再分別架儀于ZY或YZ點撥角量邊圖1132短弦偏角法與長弦偏角法相比1偏角Δi相同2計算曲線上各樁點間弦線長架儀于ZY或YZ點撥角依次在各樁點上量邊相交后得中樁點3極坐標法polar例題偏角法詳細測設單圓曲線注此題可作為實習課測設內容已知圓曲線的R200m轉角如圖交點JDi里程為K1011088m試按每10m一個整樁號來闡述該圓曲線的主點及偏角法整樁號詳細測設的步驟解圖115第五節(jié)緩和曲線的測設一．概念及基本公式1概念為緩和行車方向的突變和離心力的突然產(chǎn)生與消失需要在直線超高為0與圓曲線超高為h之間插入一段曲率半徑由無窮大逐漸變化至圓曲線半徑的過渡曲線使超高由0變?yōu)閔此曲線為緩和曲線主要有回旋線三次拋物線及雙紐線等圖116其中緩和曲線全長切線角公式緩和曲線長所對應的中心角緩和曲線全長所對應的緩和曲線角2參數(shù)方程任意點處HY點處二．主點majorpoint的測設1緩和曲線測設元素的計算1內移距p和切線增長q的計算當轉角圓曲線半徑R和緩和曲線長β0pq均以知時即可計算緩和曲線的測設元素圖1172主點的測設1里程的計算ZHJD-THHYZHlsQZZHLH2HZZHLHYHHZ-ls2測設方法見例題

例題如圖設某公路的交點樁號為K051866右轉角18001836"圓曲線半徑R100m緩和曲線長ls10m試測設主點樁作為實習課內容解一計算測設元素二計算里程ZHK049754HYK050754QZK051852HZK053950YHK052950三主點測設1．架儀JDi后視JDi-1量取TH得ZH點后視JDi1量取TH得HZ點在分角線上量取EH得QZ點2．分別在ZHHZ點架儀后視JDi方向量取x0再在此方向垂直方向上量取y0得HY和YH點三帶有緩和曲線的圓曲線詳細測設1切線支距法tangentoff-setmethod要注意點是位于緩和曲線上還是位于圓曲線上圖1181當點位于緩和曲線上有2當點位于圓曲線上有3測設方法可按無緩和曲線時的圓曲線切線支距法的測設方法進行測設圓曲線上的各點也可以以HY點或YH點為坐標原點用切線支距法進行測設2偏角法整樁距短弦偏角法要注意點是位于緩和曲線還是位于圓曲線圖1191當點位于緩和曲線上有偏角弦長距離用曲線長l來代替弦長放樣出第1點后放樣第2點時用偏角和距離l交會得到當點位于圓曲線上儀器置于HY點或YH點上這時應定出過HY點或YH點的切線方向先計算b0其計算公式如下方法架儀器于HY點或YH點后視ZH點或HZ點水平讀盤配置在b0當曲線右轉時配置轉動照準