公路工程测量电子教案

公路工程测量电子教案《公路工程测量》电子教案绪论一公路工程测量在公路建设中的作用1测量学的分类1大地测量学2普通测量学3摄影测量学4工程测量学5海洋测量学6地图测量学2测量工作在工程建设中的主要任务1测绘大比例尺地形图2施工放样和竣工测量3变形观测3公路工程测量在公路中的作用勘测设计阶段施工阶段竣工阶段运营阶段二平面直角坐标系和点的高程一地面点的定位体系1基准面11大地水准面

1几个重要的名词

a铅垂线离心力和地心引力的合力称为重力重力的作用线即为铅垂线它是测量工作的基准线

b水准面假想静止不动的水面延伸穿过陆地包围了整个地球形成一个闭合的曲面这个曲面称为水准面无数个

c大地水准面在无数个水准面中其中与平均海水面相吻合的称为大地水准面它是测量工作的基准面

2大地水准面的特性

a不规则性但处处与铅垂线垂直

b唯一性

3大地水准面的作用

a点位的投影面b高程的起算面总椭球体

图1-1总椭球体

1定义选用一个非常接近大地水准面并可用数学表达式表示的规则几何形体来表示地球总的形状这个数学形体就是由一个椭圆绕其短轴旋转所形成的椭球体

长半轴a≈6378140m

短半轴b≈6356755m

扁率fa-ba≈1298257地理坐标系

2平面直角坐标1高斯平面直角坐标系

定义

从首子午线开始自西向东每6°划分一带将该带展开近似看成平面或是从东经1°30子午线开始自西向

东每3°划分一带将该带展开近似看成平面

中央子午线经度及带号

对于6°带

第N带的中央子午线经度L06N-3°

经度L的带号N[L6°]1

对于3°带

第n带的中央子午线经度l03n

经度l°的带号n[l°-1°30′3°]1

坐标XY

Y坐标值加上500km再冠以带号

2独立平面直角坐标系

坐标原点选在测区的西南角

XY轴方向横轴为Y纵轴为X

第IIIIIIIV象限

com高程坐标系

195国家高程基准的青岛国家水准基点高程H722m1985国家高程基准的青岛国家水准基点高程H72260m

高程地面点到大地水准面的铅垂距离一般用H表示又称绝对高程或海拔

高差地面上两点高程之差一般用h表示hABHB-HA

相对高程地面点到假定水准面的铅垂距离又称假定高程地面点到水准面的铅垂距离又称三测量的基本1测量的基本工作

控制测量碎部测量以及施工放样的实质都是为了确定点的位置而点位的确定都离不开距离角度和高差这三个基本观测量

因此测量的三项基本工作是1测高2测角3测距具体方法请分别参考第二章水准测量第三章角度测量第四章距离测量测量的基本1在测量布局上由整体到局部在测量精度上由高级到低级在测量程序上先控制后碎部作用a保证精度减少误差积累b加快进度

2在测量过程中随时检查杜绝错误

作用防止错漏的发生以免影响后续工作

测量的度量单位

1度分秒制

1圆周360o1o60′1′60〃

2弧度制

ρ180oπ

ρo180oπ57o2957795

ρ′180o60π3437′74677≈3438′

ρ〃180o6060π206264〃806≈206265〃水平面代替水准面对距离的影响

DRθ

D′Rtanθ

DD′-DRtanθ-θ≈D33R2

△DDDR23

影响较小通常在半径10km测量范围内可以用水平面代替大地水准面

com水平面代替水准面对高程的影响

Rh2R2D′2

2R△h△h2D′2

△hD22R

影响较大因此不能用水平面代替大地水准面

和坐标方位角的计算公式分别为AB直线的方位角为直线AB与AP的夹角为此时应注意象限其解决的方法是当Δx＜0时加1800当Δx＞0时加3600控制点的坐标已知1点P在直线段上的坐标计算1设公路起点直线段的桩号为直线段上任意一点P的桩号为P点所在直线段的方位角为则P点的坐标可按下式计算2测设方法用全站仪放样图11⑴在控制点A安置仪器后视B点度盘配置零或⑵转动照准部使水平度盘读数为β或⑶在视线方向上量取水平距离得P点的位置⑷在P点的位置钉桩桩上钉钉2点P在纯圆曲线上设P点至ZY或YZ的弧长为LiR为圆的半径则P点的坐标计算公式为XRsinYR[1-cos]P点的坐标转换公式XpXzhXcosYsinYpYzhXsinYcos3带有缓和曲线的坐标计算1第一段缓和曲线部分缓和曲线的参数方程为P点转换为公路中线控制坐标系中的坐标为XpxcosysinYpxsinycos2圆曲线部分P点在圆曲线的坐标计算公式为xRsinqyR1-cosp利用坐标平移转换公式将上式的局部坐标化为控制坐标系下的坐标计算为XpxcosysinYpxsinycos其中缓和曲线切线的方位角3第二段缓和曲线的中桩坐标计算以HZ点为坐标原点计算第二段缓和曲线的中桩坐标P点的局部坐标参数方程同第一段但坐标转换计算公式中的转角改为为缓和曲线切线的方位角即ZH点到交点JD的方位角为公路的转角二支距法是根据纸上定线线位与控制点位置的相互关系采用量取支距的办法测设出路线上的特征点并据此穿线定出交点和专点如图13所示其步骤如下量支距放点在地形图上量取出中线与控制点的支距长度至少量三处支距并使该三点相互通视2测设支距3穿线由于各点不一定在同一条直线上在各点的平均位置找出AB两点钉桩随即取消其他各临时测钎三图解法就是在地形图上量取测设参数的方法四拨角防线法适用于针对纸上定线而言五根据公路中线上的以知直线点测设交点第三节交点和转点的测设一交点的测设一交点定义路线的转折点即两个方向直线的交点用JD来表示二方法1．等级较低公路现场标定2．高等级公路测地形图图上定线实地放线三实地放线的方法分类1放点穿线法放直线点穿线定交点1放点可采用支距法垂直于导线边的距离导线相交法或极坐标法图122穿线

定出一条尽可能多的穿过或靠近直线上点如P1P2P3点的直线ABP1P3AB图133定交点一交点的测测设⑴如图14在B点安置仪器盘左照准A点制动照准部总转望远镜成前视状态⑵在望远镜视线方向上的交点的概略位置打下两个木桩俗称骑马桩在桩顶标出a1和b1两点⑶再用盘右照准A点制动望远镜再次倒转望远镜成前视状态⑷在望远镜视线方向上于骑马桩的桩顶分别再次标出a2和b2点⑸在骑马桩的桩顶分别取a1和a2b1和b2的中点订上小钉⑹用细线将ab两点连接⑺将仪器置于C点盘左照准D点纵转望远镜前视细线ab在视线与细线相交处打下木桩并在桩顶标定视线与细线的交点⑻再以盘右照准定D并制动照准部再倒转望远镜前视细线ab再次在桩顶标定视线与细线的交点⑼在桩顶沿细线取盘左与盘右两点的中间点钉上小钉即得交点然后去掉骑马桩图142拨角放线法极坐标法在利用导线点或已测设的JD计算测设元素βS拨角量边定出JD位置图15二转点ZDturningpoint的测设1定义当相邻两交点互不通视时需要在其连线测设一些供放线交点测角量距时照准之用的点2分为1在两交点间测设转点2在两交点延长线上测设转点1在两交点间测设转点方法在JD5JD6的大致中间位置ZD架仪瞄准JD5定出JD6测量出ab距离计算e值实地量取e得ZD点有在ZD点架仪检查三点在一直线上图162在两交点延长线上测设转点最后在ZD点安置仪器检查三点在一直线上三转角turningangle和分角线的测设一定义指路线由一个方向偏向另一个方向时偏转后的方向与原方向的夹角当偏转后的方向在原方向的右侧称为右转角αY反之为左转角αZ三转角的测定1右角的观测方法右角的半测回角值为若后视读数小于前视读数则应将后视读数加上则上式变为一测回的观测角值为二转角的计算当β右180°时为右转角有αy180°-β右当β右180°时为左转角有αzβ右-180°图16三角分线方向若角度的2个方向值为后视读数为a前视读数为b则角分线方向cab2右转角左传角图17四里程桩mileagepeg的设置又称中桩表示该桩至路线起点的水平距离分为整桩每隔20m或50m设一个和加桩加桩分为地形加桩地物加桩人工结构物加桩工程地质加桩曲线加桩和断链加桩如改K1100K1080长链20m图18断链加桩断链是指公路局部地段改线或量距计算中发生错误而出现实际里程与原来桩号不一致的情况这种情况称之为断链写法正值称为长链负值称为短链第四节圆曲线的测设一单圆曲线主点majorpoint的测设1曲线要素的计算已知转角α及半径R图192主点的测设1主点里程的计算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图1102测设步骤1JDi架仪照准JDi-1量取T得ZY点2照准JDi1量取T得YZ点3在分角线方向量取E得QZ点二单圆曲线详细测设有整桩号法和整桩距法一般采用整桩号法1切线支距法tangentoff-setmethod图111切线支距法单圆曲线坐标计算图112例题切线支距法测设单圆曲线的计算设某单圆曲线偏角α34012′00〃R200m主点桩号为ZYK490690QZK496659YZK502628按每20m一个桩号的整桩号法计算各桩的切线支距法坐标解2偏角法methodofdeflectionangle分为长弦偏角法短弦偏角法长弦偏角法计算曲线上各桩点至ZY或YZ的弦长及其与切线的偏角2再分别架仪于ZY或YZ点拨角量边图1132短弦偏角法与长弦偏角法相比1偏角Δi相同2计算曲线上各桩点间弦线长架仪于ZY或YZ点拨角依次在各桩点上量边相交后得中桩点3极坐标法polar例题偏角法详细测设单圆曲线注此题可作为实习课测设内容已知圆曲线的R200m转角如图交点JDi里程为K1011088m试按每10m一个整桩号来阐述该圆曲线的主点及偏角法整桩号详细测设的步骤解图115第五节缓和曲线的测设一．概念及基本公式1概念为缓和行车方向的突变和离心力的突然产生与消失需要在直线超高为0与圆曲线超高为h之间插入一段曲率半径由无穷大逐渐变化至圆曲线半径的过渡曲线使超高由0变为h此曲线为缓和曲线主要有回旋线三次抛物线及双纽线等图116其中缓和曲线全长切线角公式缓和曲线长所对应的中心角缓和曲线全长所对应的缓和曲线角2参数方程任意点处HY点处二．主点majorpoint的测设1缓和曲线测设元素的计算1内移距p和切线增长q的计算当转角圆曲线半径R和缓和曲线长β0pq均以知时即可计算缓和曲线的测设元素图1172主点的测设1里程的计算ZHJD-THHYZHlsQZZHLH2HZZHLHYHHZ-ls2测设方法见例题

例题如图设某公路的交点桩号为K051866右转角18001836"圆曲线半径R100m缓和曲线长ls10m试测设主点桩作为实习课内容解一计算测设元素二计算里程ZHK049754HYK050754QZK051852HZK053950YHK052950三主点测设1．架仪JDi后视JDi-1量取TH得ZH点后视JDi1量取TH得HZ点在分角线上量取EH得QZ点2．分别在ZHHZ点架仪后视JDi方向量取x0再在此方向垂直方向上量取y0得HY和YH点三带有缓和曲线的圆曲线详细测设1切线支距法tangentoff-setmethod要注意点是位于缓和曲线上还是位于圆曲线上图1181当点位于缓和曲线上有2当点位于圆曲线上有3测设方法可按无缓和曲线时的圆曲线切线支距法的测设方法进行测设圆曲线上的各点也可以以HY点或YH点为坐标原点用切线支距法进行测设2偏角法整桩距短弦偏角法要注意点是位于缓和曲线还是位于圆曲线图1191当点位于缓和曲线上有偏角弦长距离用曲线长l来代替弦长放样出第1点后放样第2点时用偏角和距离l交会得到当点位于圆曲线上仪器置于HY点或YH点上这时应定出过HY点或YH点的切线方向先计算b0其计算公式如下方法架仪器于HY点或YH点后视ZH点或HZ点水平读盘配置在b0当曲线右转时配置转动照准