基于測量導(dǎo)線的公路中樁放樣方法

基于測量導(dǎo)線的公路中樁放樣方法在常規(guī)勘測設(shè)計工作中，對于等級較低的公路，由于線形一般直線長、曲線短、半徑小，其曲線段中樁放樣的方法一般采用切線支距法和偏角法。使用切線支距法放樣不需要架設(shè)經(jīng)緯儀，適用于路線交點為實交且距曲線較近、地形無障礙的情況。偏角法放樣需要在ZH或HZ點架設(shè)經(jīng)緯儀，適用于當(dāng)路線交點JD處無法設(shè)置儀器或因轉(zhuǎn)角太大，JD遠(yuǎn)離曲線或遇地形地物障礙使測設(shè)困難時。切線支距法的支距計算是以曲線的起、終點為坐標(biāo)原點，切線方向為x軸，過原點垂直于切線的方向為y軸。切線支距法的實質(zhì)是以路線切線（直線段）為基線，在該基線上（或其延長線上）的某一點處（x值控制）向外偏移某一距離（y值控制），從而定確定曲線上某一樁號的實地位置。使用切線支距法進(jìn)行中樁放樣操作快捷，工作效率高，是勘測設(shè)計外業(yè)工作中樁組的首選方法。但由于其x、y值的計算是以螺旋曲線或圓曲線方程為基礎(chǔ)的，因此基線必須選擇切線，這也在一定程度上限制了這種方法的使用條件。筆者在長期的常規(guī)公路勘測設(shè)計工作中，探索出了一個不限于以切線為基線的支距法——測量導(dǎo)線支距法，現(xiàn)簡要介紹如下。1公路測量導(dǎo)線進(jìn)行公路的平面線形設(shè)計時，一般先確定一系列與地形相適應(yīng)的直線，然后在兩直線轉(zhuǎn)折處用曲線予以連接（圖1），公路路線的轉(zhuǎn)折點稱為交點，用JD表示。由路線各交點組成的折線稱為公路中線導(dǎo)線，如圖1所示的JD1-JD2-JD3就是路線的一段中線導(dǎo)線。圖1公路中線導(dǎo)線與公路測量導(dǎo)線使用公路常規(guī)勘測方法在實地進(jìn)行測量時，一般在現(xiàn)場選定控制公路走向的交點，再測定前后導(dǎo)線的交角和距離，這稱為測量導(dǎo)線。一般情況下，測量導(dǎo)線和公路中線導(dǎo)線是一致的。但是，有時由于地形、地物的限制，如交點位于陡壁、深溝、河流或建筑物內(nèi)時，在實地?zé)o法釘設(shè)交點，此時一般設(shè)置虛交進(jìn)行導(dǎo)線的聯(lián)測，這時測量導(dǎo)線與公路中線導(dǎo)線不一致。如圖1所示，中線導(dǎo)線JD1-JD2-JD3相對應(yīng)的測量導(dǎo)線為JD1-JD2A-JD2B-JD3。公路中線導(dǎo)線表現(xiàn)的是公路路線平面位置的控制線，是通過測量導(dǎo)線推算出來的一條理論折線；而測量導(dǎo)線則是現(xiàn)場實測的折線，測量導(dǎo)線點均在實地釘設(shè)，其相鄰兩點間相互通視。測量導(dǎo)線大部分情況下與公路中線導(dǎo)線重合，而且即使由于地形地物的限制而偏離公路中線導(dǎo)線，也一般與公路曲線距離很近。從整體上來看，公路測量導(dǎo)線是一條實測的連續(xù)導(dǎo)線，可在假定的全局坐標(biāo)系下，通過測定的轉(zhuǎn)角和距離推算出各測量導(dǎo)線點的坐標(biāo)（也可利用全站儀直接測出坐標(biāo)）。因此，基于全局坐標(biāo)系，考慮公路中樁點與測量導(dǎo)線的平面幾何位置，便可使用以測量導(dǎo)線為基線的支距法來進(jìn)行公路中樁放樣了。2測量導(dǎo)線支距法放樣的原理及計算公式如圖2所示，使用測量導(dǎo)線支距法進(jìn)行公路中樁放樣，就是以某一測量導(dǎo)線的起點為坐標(biāo)原點，測量導(dǎo)線指向路線的前進(jìn)方向為x軸，y軸垂直于x軸。路線上的任意樁號即可用坐標(biāo)值x和y來進(jìn)行放樣，其中x坐標(biāo)表示放樣點在基線上的投影位置，y坐標(biāo)表示放樣點的偏移距離。如圖2所示，中樁點P1的放樣坐標(biāo)為和（以JD1為坐標(biāo)原點），樁號點P2的放樣坐標(biāo)為和（以JD2A為坐標(biāo)原點）。這樣，公路中線上的任意中樁，不論是在直線段上還是在曲線段上，均可以實測的測量導(dǎo)線為基線，使用方便的支距法來進(jìn)行放樣了。圖2測量導(dǎo)線支距法中樁放樣示意圖使用測量導(dǎo)線支距法進(jìn)行中樁放樣的關(guān)鍵在于局部放樣坐標(biāo)的計算。如圖3所示，坐標(biāo)系是路線全局統(tǒng)一的地理坐標(biāo)系統(tǒng)，坐標(biāo)系為局部坐標(biāo)系統(tǒng)，是以測量導(dǎo)線起點JD2A為原點、導(dǎo)線沿路線前進(jìn)方向為坐標(biāo)、其垂線方向為坐標(biāo)。圖3測量導(dǎo)線支距法放樣坐標(biāo)計算簡圖測量導(dǎo)線起點JD2A的坐標(biāo)為（），終點JD2B的坐標(biāo)為（），P為路線上某一樁號點，其坐標(biāo)為（），過P點作導(dǎo)線JD2A-JD2B的垂線，其垂足Z的坐標(biāo)（）可用式1計算如下：（式1）計算中樁P的放樣數(shù)據(jù)（）的實質(zhì)就是求JD2A點至垂足Z點的距離，以及Z點至P點的距離（見式2）：（式2）3計算程序的編制測量導(dǎo)線支距法對計算的要求比較高，涉及到全局測量導(dǎo)線的計算、路線逐樁坐標(biāo)的計算、基于測量導(dǎo)線的局部放樣坐標(biāo)的計算等，這些必須編制計算機程序來進(jìn)行計算。在筆者開發(fā)的“ExcelRoad公路路線輔助測設(shè)系統(tǒng)”中，已經(jīng)內(nèi)置了測量導(dǎo)線支距法中樁放樣的計算模塊，使用該計算模塊輸出的中樁放樣數(shù)據(jù)表見圖4。圖4輸出的中樁放樣數(shù)據(jù)表（局部）4結(jié)語測量導(dǎo)線支距法以公路測量導(dǎo)線為基線，使用支距法進(jìn)行道路中樁的放樣，而且中樁不論在直線段還是在曲線段上，均使用相同的計算模型。盡管測量導(dǎo)線支距法的放樣數(shù)據(jù)是基于局部坐標(biāo)系的，但其內(nèi)部計算模型則是基于全局統(tǒng)一坐標(biāo)系的，因此該方法對計算要求較高，一般要使用計算機才能進(jìn)行，但隨著當(dāng)前計算機和公路CAD技術(shù)