曲线放样程序设计

1、1：绪论1.1我国道路现状交通运输事业是国民经济的重要组成部分，是国民经济的命脉。它把国民经济的各个领域和各个地区联系起来，担负着国家建设中原材料与产品的集散、城乡间的物资交流运输任务，并满足人们在物质文化生活上的需要，是联系工业和农业、城市和农村、生产和消费的纽带，它在国家的政治、经济、军事、文化建设中具有重要的作用，在社会物质财富的生产和分配过程中，在广大人民生活中起着极其重要的作用。根据第二次全国公路普查结果，到2000年12月31日我国公路总里程达到167.98104km。除港、澳、台地区外，到2001年底，我国公路总里程达到169.8104km，居世界第四位。到2002年底，我国公路

2、总里程达到175.8104km。我国的高速公路建设也取得突破性进展。年底，全国高速公路里程达1.6104km。年底，全国高速公路里程达1.9104km，超过了加拿大，列世界第二位。两次全国公路普查数据统计表项目单位2000年第二次普查1979年第一次普查值公路总里程万公里167.9887.58等级公路里程万公里131.650.6县乡公路总里程万公里126.358.8公路密度公里/百平方公里17.59.1公路桥梁万座27.923.25公路隧道座1684481表1.1两次全国公路普查数据统计表1.2我国道路的发展规划1.2.1发展方向由于我国公路总量仍然偏少，今后很长一段时间还必须坚持提高公路质量

3、、等级与加大公路密度并重的原则。积极新建公路，沟通断头路，加速国道主干线高速公路网建设与旧路的技术改造。运输工具向专业化方向发展，运输服务向高效优质发展、管理信息化发展。 1.2.2发展规划（1）“三主一支持”规划为发展我国公路、水路交通，交通部在1990年制定了交通发展长远规划，从“八五”开始用30年的时间建设公路主骨架、水运主通道、港站主枢纽和交通支持系统的“三主一支持”交通长远规划。其中的公路主骨架即国道主干线系统，是国道网中由专供汽车行驶的高速公路和原汽车专用一、二级公路为主的快速通道。国道主干线系统总里程约3.5104km，由五纵七横12条路组成（表1.2.1）。连接首都、各省（自治

4、区）省会（首府）、直辖市、中心城市、主要交通枢纽和重要口岸。这个系统形成以后，车辆行驶的速度可以提高一倍，城市间、省际间、经济区域间400-500km的公路运输可当日往返，800-1000km的可当日到达，这标志着现代化公路运输网络的建成。表1.2.1“五横七纵”国道主干线系统布局 路线名称 主要经由城市 里程/km五纵1：同江-三亚同江经哈尔滨、长春、沈阳、大连、烟台、青岛、连云港、-海口至三亚52002：北京-福州北京经天津、济南、徐州、合肥、南昌至福州25003：北京-珠海北京经石家庄、郑州、武汉、长沙、广州至珠海24004：二连浩特-河口二连浩特经集宁、大同、太原、西安、成都、内江、昆

5、明至河口36005;重庆-湛江重庆经贵阳、南宁至湛江1400七横1:绥芬河-满洲里绥芬河经哈尔滨到满洲里13002：丹东-拉萨丹东经沈阳、唐山、北京、呼和浩特、银川、兰州、西宁、格尔木至拉萨46003：青岛-银川青岛经济南、石家庄、太原、至银川16004：连云港-霍尔果斯连云港经徐州、郑州、西安、兰州、乌鲁木齐至霍尔果斯44005：上海-成都上海经南京、合肥、武汉、重庆至成都25006：上海-瑞丽上海经杭州、南昌、长沙、贵阳、昆明至瑞丽40007：衡阳-昆明衡阳经南宁至昆明2000 图1.2.1 国道主干线系统 国道主干线系统(粗线为“两纵两横”和三个重要路段)（2）“十五“及2020年公路发

6、展战略目标1990-2020年总长3.5104km国道主干线公路全部建成高速公路。为了加强沿海、沿边对外开放及各大经济区域间的联系，国家在2005年前重点支持建设同江-三亚、北京-珠海、连云港-霍尔果斯、上海-成都等两纵两横的主干线和北京-沈阳、北京-上海、重庆-北海等三个重要路段。这个目标建筑里程约1.85104km，建成后我国交通运输的紧张状况将得到较大缓解，对制约国民经济发展的运输状况有比较大的改善。2020年全国建成“五纵七横“的国道主干线网。目前我国共规划有国道70条，总里程11.4104km。国道分三种类型，首都放射线（编号以1开头，如G102京哈公路）、南北纵线（编号以2开头，如

7、G201鹤大公路）和东西横线（编号以三开头如G301绥满公路）。除国道主干线外，各省、市自治区还根据本区的情况，正在规划修建省级主干线网。当这些规划完全实现后，我国的公路交通就将彻底改变面貌。（3）国家高速公路网规划2004年交通部推出新一轮国家高速公路规划网。我国建成布局为“7918“的高速公路的网络，即7条射线、9条纵线、18条横线，总里程约1.8104km。其中首都至各省会的城市的7条射线总里程1.8104km。规划的高速公路网将连接所有现状人口在20万以上的319个城市，包括所有省会城市以及港澳台。规划中的东部地区平均半小时可上高速，中部地区平均1h上高速，西部地区平均2h上高速。规划

8、中的7条放射线将采用1-9中的数字，京沪高速公路拟编为1号；9条纵线拟用11-79中的奇数编号，如沈阳到海口拟编号为15号；18条横线拟用10-78之间的偶数编号，如连云港到霍尔果斯高速公路拟编为30号。2;道路数字化测设及其规范2.1：道路平面设计道路是带状的三维空间结构实体，一般由线性、路基、路面、桥梁、涵洞、隧道和沿线设施组成。所谓路中线是道路中心线的简称，路中线是一条空间曲线，它在水平面的投影称作路线的平面；沿路中线竖直剖切，在行展开就得道路的纵断面；过路中线上任意一点的法向切面即为该点的横断面。道路的平面、纵断面和各个横断面都是道路的几何组成，路线设计是指确定路线的空间位置和各组成部

9、分的几何尺寸工作。为了研究和设计上的方便，通常把它分解为路线的平面设计、纵断面设计、横断面设计。三者既需要分别进行设计，又需要综合考虑。无论是公路还是城市道路，其路线位置的选定都会受社会经济、自然地理和技术条件等多重因素的制约。需要设计者进行充分的调查、掌握大量可靠的资料的基础上，利用先行的技术标准与设计规范，结合当地的地形、地质和地物等条件，设计出一条经济、合理而又与自然景观相协调的路线来。道路平面设计就是在平面图上研究确定路中线几何形状的原理和方法的工作。直线是最简单的平面线形，然而道路的起点到终点之间往往不能用一条直线将其连接起来，由于受地形、地物等因素的制约，路线在平面上往往出现很多的

10、转折，为了保证车的安全性与平稳性，在转折处需要用圆曲线加以连接。如果圆曲线半径较小，还要进行曲率过渡，即加设缓和曲线。因此，道路的平面线形要素是由直线、圆曲线和缓和曲线构成的，通常称之为“平面曲线三要素“。三要素是道路平面线形最基本的的组成，在道路上各要素占的比例难以量化规定，但只要各组成的要素使用的合理、组合得当，均可以得到较为理想的平面线行。低等级道路（如四级公路）上行车速度较低时，为简化设计，也可以只使用直线和圆曲线两种线形要素，而不加设缓和曲线。2.2：数字化测设公路勘测规范规定，平曲线中桩宜采用极坐标法、切线支距法和偏角法敷设，这些方法的实质都是在曲线起点和终点设站，相对于曲线切线方

11、向进行测设，属于相对测设法。计算出的测设元素只对固定测站有效，一旦线路的现场存在障碍物挡住了视线方向，就需要重新计算测设元素才能继续进行测设工作。并且传统的曲线测设方法是将平曲线测设与高程测设分开进行，这不能充分发挥全站仪的三维坐标放样优势。本设计中提出的数字化测设方法的实质是三维坐标侧设法，它使用光盘上的VC+“道路曲线数字化测设程”序计算各种路线与匝道曲线主点及逐桩的中/边桩三维坐标，并自动生成下列三个成果文件。1）：包含全部计算过程以及结果的成果文件，文件的扩展名为.txt，用于查看结算结果和中间过程以及打印存档。2）：包含交点、转点与逐桩中/边桩坐标及桩号的CS格式与SV格式坐标数据文

12、件。其中，CS格式坐标数据文件格式为：“序号，桩号，y，x，H”，可用于CASS展点与上传到全站仪内存，SV格式坐标数据文件格式为：“序号，点号，桩号，y，x，H”，可用于SV300展点。本设计提供的以SID为基础的.exe程序，在菜单“圆曲线”下包括“顾及加宽圆曲线”与“未顾及加宽圆曲线”两个子菜单，在每个子菜单下分别有“单交点单圆曲线（SISC）”，“双交点单圆曲线(DISC)”，“单交点同向双圆复曲线(SIDC)”，“双交点同向双圆复曲线(DIDC)”四个基于Dialog的计算程序。在对话框中输入一直参数后执行程序，在P4兼容机上计算，当逐桩数少于2000时，计算耗时不会超过1s，计算完

13、成，在使用全站仪到野外测设曲线前，建议做好以下工作：1）在CASS/SV300执行下拉菜单“绘图处理/展野外测点代码”命令，展绘CS/SV格式的坐标数据文件，在CASS/SV300中查看逐桩的图形，并仔细检查是否与实际相符。2）打印.txt文件，以便野外放样时候查阅。3）将CS格式的坐标的数据文件上传到全站仪内存中。程序计算出的中/边桩点坐标是测量坐标，用户可以在任意已知点上或已测设点上开始测设，外业测设时不再需要进行任何计算，可以大大提高路线曲线测设的质量与效率。因为程序计算与全站仪的数据通讯及坐标放样都是基于中/边桩的坐标数据进行的，我们称这种测设方法为数字化测设法以区别公路勘测规范规定的

14、极坐标法、切线支距法和偏角法。2.3：道路曲线设计标准2.3.1：路线平面曲线设计的一般规定公路路线设计规范规定：公路平面曲线线形由直线、平曲线组成，平曲线又分为圆曲线和缓和曲线两种，缓和曲线采用回旋线，其中圆曲线与缓和曲线又如图2-3-1中6中组合形式。 图2-3-1圆曲线与缓和曲线组合形式高速公路、一级公路、汽车专用二级公路和二、三级公路平面线形元素有直线、圆曲线、缓和曲线三种。四级公路平面线形元素有直线和圆曲线两种。当公路平曲线半径小于表2-3-1所列不设超高的最小半径时，应设缓和曲线，四级公路可不设缓和曲线，用直线径向连接圆曲线。表2-3-1 各级公路最小曲线半径 公路等级 高速公路

15、一级 二级 三级 四级计算行车速度/(km/h)极限最小半径/m一般最小半径/m不设超高最小半径/m120 100 80 60650 400 250 1251000 700 400 2005500 4000 2500 1500100 60400 125700 200 4000 150080 40250 60400 1002500 60060 30125 30200 651500 35040 2060 15100 30600 150注:缓和曲线长度应根据其计算行车速度求算，并尽量采用大于表2-3-1所列数值 表2-3-2 各级公路缓和曲线最小长度 公路等级 高速公路 一级 二级 三级 四级计算行

16、车速度/(km/h)缓和曲线最小长度/m120 100 80 60100 85 70 50100 6085 50 80 4070 3560 3050 2540 2035 20注:四级公路为超高、加宽缓和曲线长度 2.3.2直线长度的限制2.3.2.1直线的最大长度我国地域辽阔，各地区的地形条件差异非常大，很难统一规定直线的最大长度。我国在道路设计中参照使用国外的经验值，根据日本和德国的规定：直线的最大长度（单位m）为20V（V-设计速度，km/h）.虽然地域不同，环境不同，但一般情况下应尽量避免追求过长的直线指标。2.3.2.2直线的最小长度为了保证行车的安全，相邻两曲线之间应具有一定的直线长

17、度。这个直线长度是指前一个曲线终点（缓直HZ或圆直YZ）到后一曲线的起点（直缓ZH或直圆ZY）之间的长度。1）对于同向曲线的最小直线长度：JTJ 011-94公路路线设计规范（以下简称规范）规定同向曲线间最短直线长度（单位m）以不小于6V（单位km/h）为宜，如图2-3-1a示。另外，对于计算行车速度V=40km/h的山岭重丘公路的特殊困难地段，可适当放宽。2）对于反向曲线间的最小直线长度：规范规定反向曲线间最小直线长度（单位为m）以不小于2V（单位为km/h）为宜，如图2-3-1b所示。图2-3-1同向与反向曲线（a同向曲线 b反向曲线）3）回头曲线的最小直线长度：规范规定两回头曲线之间，即

18、由一个回头曲线的终点至下一个回头曲线的起点的距离，最好满足表2.3.3的要求。 表2-3-3 回头曲线间最小直线长度 直线长度公路等级一般值/m 低限值/m 二级公路 200 120 三级公路 150 100 四级公路 100 802.3.3匝道平面设计的一般规定公路路线设计规范设计规范规定：匝道的圆曲线最小半径应根据匝道计算行车速度选用大于表2-3-4所示的一般数据。当受地形条件或其他特殊情况限制时方可采用底限值。表2-3-4匝道圆曲线最小半径R匝道计算行车速度/m 80 60 50 40 35 30圆曲线最小半径/m 一般值 280 150 100 60 40 30 低限值 230 120

19、 80 45 35 25匝道及其端部凡曲率变化较大处均应设置缓和曲线，其参数一般以A1.5R为宜，并不应小于表2-3-5所列的值表2-3-5匝道缓和曲线参数A匝道计算行车速度/m 80 60 50 40 35 30缓和曲线参数A/m 140 70 50 35 30 20反向曲线间的两个缓和曲线其参数宜相等。不相等时其比值应小于1.5。驶入匝道的分流点应具有较大的曲率半径，并使曲率变化适应行驶速度的变化，分流点的曲率半径与缓和曲线参数规定如表2-3-6所示。表2-3-6分流点的曲率半径与缓和曲线参数 主线计算行车 分流点的行车 分流点的最小 速度/(km/h) 速度/(km/h) 曲率半径/m

20、缓和曲线参数A/m 一般值 低限值120 80 400 60 250100 55 20080 50 17060 40 100160 14090 7070 6060 5050 403：平曲线加宽平曲线加宽类别可以分为：四级公路不设缓和曲线而用超高、加宽缓和段代替平曲线半径等于或小于250m时的两种情形3.1公路路面加宽值的规定双车道路面的加宽值规定如表3-1-1所示，单车道路面加宽值为表3-1-1所列值的一半，由三条以上车道构成的行车道，其路面加宽值应另行计算。公路级别越高，表中的加宽类别也应越高，加宽值也越大，具体规定是：各级汽车专用公路，二级公路，以及三级公路平原、微丘区应采用第3类加宽值；

21、对不经常通行集装箱运输半挂车的公路，可采用第2类加宽值；山岭、重丘区的四级公路以及三级公路可采用第1类加宽值。表3-1-1 双车道路面加宽值b加宽类别 圆曲线半径/m汽车轴距加前悬/m250 200 150 100 70 50 30 25 60m时，为20m；30mR60m时，为10m；R60m时，为20m；30mR60m时，为10m；R30m时，为5m。在DISC,DIDC中考虑到在实际工作中R1，R2半径相隔一般不会太大，所以在这两个程序中是依据R1而取值的。2）本基于Dialog的SDI的程序在默认情况下自动生成.txt类型的数据坐标文件，该成果文件主要是应用与道路设计人员阅读以及在具体施工的时候打印出来参阅，依据需要道路设计人员在计算的时候只要勾选“同时生成CS坐标数据文件”“同时生成SV坐标数据文件”复选框，本程序就会在生成.Txt文件的时候自动生成以SV,或CS开头的后缀为.dat的坐标数据文件。3）CS或SV开头的以.dat为后缀的坐标数据文件的坐标数据格式“y,x,H”主要是用于上传到全站仪内存中以供实际工作时候使用，基于.txt文件中的数据文件中坐标的格式问“x,y,H”本程序不在提供“x,y,H”的格式坐标文件，如需要可使用我设计的坐标转换程序对其进行转换。4）程序中依据输入的转角值判断圆曲线是左偏还是右偏，当圆曲线是左偏的时候的角度为负