使 用 手 册.docx
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1积木法线形计算及软件简介
1.1积木法线形计算
通常公路平面线形由直线及曲线组成。
曲线又根据具体形式分为标准曲线、复曲线、S形曲线或其他各种形式的复杂线形。
但各种各样的线形总是由直线、圆曲线及缓和曲线(回旋线)组合而成的,我们称直线段、圆曲线和缓和曲线为组成平面线形的单元,即“线元”,它是构成公路平面线形的基本元素。
一条复杂多变的公路平面线形总是由若干个线元首尾相连而构成的。
一旦各个线元确定,公路的平面线形也就随之而定。
积木法,亦称线元法或单向推进法,它是将组合复杂的公路平面线形“化整为零”,分解成若干个线形单元。
若已知路线平面曲线的起点信息如坐标、切线方向和曲率半径,则从起点处开始设置任何一单元,沿任何方向延伸,此单元终点的信息如坐标、切线方位角、曲线半径都可以计算出来,同时将其作为下一单元起点的相同信息加以利用。
如此逐个单元往下计算,似同搭积木一样,各个单元首尾连接,构成一条连续完整的公路平面线形。
1.2软件简介
《道路测量坐标计算系统II》就是根据“积木法线形计算”原理而精心设计的。
他不仅能对“缓+圆+缓”基本型式的线形进行坐标计算,而且能对S型、C型、卵型等任何复杂型式的线形进行坐标计算。
因此可以说《道路测量坐标计算系统II》是一个通用的道路测量坐标计算系统。
随着高等级公路的兴建及电子全站仪的普及,路面、基层、底基层及路基的标高计算工作量逐渐增大。
为减轻广大测量工作者的工作量,《道路测量坐标计算系统II》包括了纵坡和横坡设置,改原来的二维坐标计算为三维坐标计算,可以进行任意点的标高计算。
软件自动处理竖曲线和路面横坡等因素,无需用户考虑。
1.2.1软件运行环境
操作系统:
Windows98/Me/2000/XP
显示器:
分辨率设置为800*600及以上
其他:
满足运行操作系统要求
1.2.1主要功能及特性
a、软件采用Windows界面风格进行设计,界面友好,易于理解。
软件提供下拉菜单、快捷键、工具栏三种操作方式,操作方便、快捷;
b、能够进行任何复杂形式的线形坐标计算;
c、不仅能够计算任意点的平面坐标,而且还能够计算其标高;
d、通过设置可以自动计算全线任意区段的整桩号或固定间距的中桩及边桩坐标;
e、能够计算法线方向及任意方向边桩的坐标;
f、软件自动处理竖曲线及路面横坡,能够计算任一桩号的标高及路面横坡;
g、通过设置,可以计算出路基顶面、底基层、基层、路面等各施工层的标高,并能打印出标高计算表,可以直接用于路基、路面施工中的标高控制;
h、可以根据实测坐标反算出该点对应的桩号及与中桩的距离,也可以计算出该点的设计标高及实际与设计的高差,用于施工过程中的检查;
i、自动进行路面加宽数据的计算。
加宽方式包括“直线内插”和“高次方程”,以满足普通公路及高等级公路的计算需要;
j、输入数据顺序的自动导向功能。
在输入数据时只需按“回车键”即可,而无需频繁的鼠标点击,以加快操作速度;
k、具有极强的纠错能力,能够对输入的数据进行自动检查,对不符合逻辑的数据给出提示;
l、对计算结果能够进行分类保存,便于数据的管理;
m、如果对设计线形或标高参数进行修改,则软件将对原计算结果进行标识,防止测量数据的错用;
n、对计算结果可以生成精美报表,并能够进行打印预览或打印输出。
1.2.1软件的安装与删除
a、安装
将安装光盘放入驱动器中,运行文件Setup.exe,根据提示即可完成软件的安装;
b、删除
打开“控制面板”,双击“添加/删除程序”,选择《道路测量坐标计算系统II》,按“删除”按钮,即可删除。
2设计数据的输入
如果新建一个文件,首先进行设计数据的输入,然后才能够进行各种数据的计算。
设计数据包括线形设计数据和标高设计数据两部分。
2.1线形设计数据的输入
运行软件后,选择“线形设置”标签,如下图所示:
首先进行工程名称及起点信息设置。
起点信息包括坐标X、Y及起点的切线方位角。
切线方位角可直接输入,也可以按“由坐标反算”按钮后输入切线上的任意两点坐标,软件将自动计算出其方位角。
然后进行线路主点设置。
主点包括起点和终点。
里程输入时应采用数值形式,如112800.123,而不应写成K112+800.123。
曲率半径输入时如果为直线,则从下拉列表中选择无穷大;如为曲线,则直接输入,其数值必须大于零。
偏向则从下拉列表中直接进行选择。
直线段可选择左转,也可以选择右转;曲线地段,如果其圆心在线路左侧,则选择左转,如其圆心在线路右侧,则选择右转。
输入完后,按“添加”按钮,则将记录追加到列表中;也可以用鼠标单击列表前面的选择器(如下图所示)选择一条记录,将其替换或插入到所选记录前面。
可以选择一条记录将其删除或将主点数据全部进行清空。
主点设置完后,按“确定”按钮,则软件将各主点的信息包括坐标X、Y及切线方位角等计算出来,并显示在右侧表格内(如下图所示)。
这样线形就设置完毕,可以进行坐标及桩号计算了。
如果要计算三维坐标,则还需进行标高设置。
如果某个里程的曲率半径有突变,则必须依次输入突变前后的曲率半径。
例如一条曲线无缓和曲线,圆曲线半径为2000米,偏向为左转,则ZY点(K112+800.123)点信息应输入两次,即112800.123、无穷大、左转;112800.123、2000,左转。
2.2标高设计数据的输入
运行软件后,选择“标高设置”标签,如下图所示。
首先进行超高旋转轴(标高设计线)位置设置。
双幅高速公路及普通公路,超高旋转轴一般在路面中间;如果为上、下行分开的高等级公路,则超高旋转轴位置一般在路面边缘,可以根据设计情况进行选择。
双幅即超高旋转轴在路面中间时,则一般标高设计线与线形设计线在同一位置,即距离输入“0.000”;如果为单幅的高等级公路则标高设计线与线形设计线一般会有一定的距离,可以根据设计,选择标高设计线在线形设计线的哪一侧,并设置距离。
然后进行纵坡变坡点及竖曲线设置。
操作方式同线形设置。
各数据单位都以米计。
竖曲线的凹凸,只需进行起、终点设置即可,中间则由软件根据各变坡点标高进行自动判断。
如果一变坡点处未设计竖曲线,则将其竖曲线半径、竖曲线切线长全部设置为零即可。
纵坡设置范围必须包括线形设置范围,即纵坡范围必须大于或等于线形设置的范围。
最后进行路面横坡变化点设置。
设置时只需输入横坡变化点的里程及坡度即可。
如ZH点、HY点、YH点、HZ点等。
通常线形设置中的主点桩号易发生横坡变化,所以软件将根据线形设置自动填写建议里程。
横坡度值以小数表示,而不用百分数。
如0.02,即表示横坡度值为2%的横坡。
标高设置完后,按“数据确认”,软件将对标高设置进行全面检查及数据存储。
如果设置范围同线形设置不一致或者存在逻辑上的错误,则将给予提示。
如果数据通过检查,则“数据确定”按钮变成不可用状态,这即证明标高设置已经完成。
如果“数据确认”为可用状态,则在以后线形坐标计算中将不能够进行标高(坐标Z)计算。
超高方式图
如果“超高旋转轴位置设置”设置成“双幅”,则在进行横坡变化点设置时,以超高方式图(如上图所示)进行逻辑检查,直线段路面横坡默认为-0.02。
如果“超高旋转轴位置设置”为单幅,则无此要求。
在线路坐标计算时,单幅则为一面坡。
例如一侧为-0.03,而计算旋转轴另一侧时横坡为+0.03;如为双幅路面则按照超高方式图进行路面横坡及标高计算。
也可以在计算Z坐标时,不考虑横坡影响,详细参考“坐标计算”中的“横坡影响最大距离”设置。
3线路数据的计算
通常线路的施工放样数据一般包括中桩、边桩的平面坐标、标高、路面的横坡等。
有时也需要根据现场实测坐标数据反算桩号及到中桩的距离。
3.1坐标计算
选择菜单栏中“计算”下的“坐标计算”菜单或按工具栏中相应按钮或直接按Ctrl+C键,则将弹出“坐标计算”窗体。
如下图所示:
在进行线路坐标计算以前,首先进行“标高计算设置”。
“与设计高之差”即表示所计算点的Z坐标与设计标高之差。
例如某公路路面结构层厚度为0.5m,现在要计算结构层下面即路基顶面的设计高,则“与设计高之差”应设置为-0.5m。
左、右侧受横坡影响范围表示路面旋转轴两侧需考虑横坡的范围。
这样进行设置,可以在标高旋转轴两侧各设定两段平坡段。
如果需计算的点在最大距离之外,其标高将和最大距离处点的标高相同。
例如线路左侧受横坡影响范围设置成0.75~20m,横坡度为-0.02,则某点距旋转轴为0.5m时,这点与旋转轴标高相同;如距离为10m,则高差为-0.02*(10-0.75)=-0.185m;如果距离为30m,则高差为-0.02*(20-0.75)=-0.385m。
如果在进行Z坐标计算时,不想考虑横坡因素,则可以直接将其设置成0~0m即可。
“标高计算设置”将作为当前坐标计算结果汇总文件的属性加以保存,在以后的操作过程中将不能够修改。
桩号输入时,可以选择“单桩号输入”标签或者“多桩号输入”标签。
“单桩号输入”时每次只能计算一个点的坐标;而“多桩号输入”时可以一次计算大量桩号坐标。
3.1.1单桩号输入
选择“单桩号输入”标签,如下图所示:
“夹角”表示所要计算的边桩和中桩的连线与中桩处法线的夹角。
由法线顺转则为正值,逆转为负值,其设置范围为-90°~+90°,格式为小数形式,如-60.5°。
如果需要进行点的标高计算,则夹角值必须为0。
“桩位”即表示需计算点的位置,如“中桩”、“左边桩”、“右边桩”。
依次输入桩号、桩位及边桩距离等,按“计算”,即可计算出结果,然后按“添加”,可将计算结果添加到上面的汇总表中。
边桩距离的数值范围为大于等于零。
3.1.1单多桩号输入
选择“多桩号输入”,如下图所示:
“与法线夹角θ”详见“单桩号输入”中“夹角”说明。
如果需要进行点的标高计算,则与“法线夹角值”必须为0。
“排列顺序”用于设置将计算结果添加到汇总表时的顺序。
如设置成“桩号”,则将按桩号从小到大依次添加,即先添加某一桩号的左边桩、中桩、右边桩,然后再添加下一桩号的左边桩、中桩、右边桩;如设置成“桩位”,则将所有桩号左边桩添加到汇总表中后,再添加中桩,最后添加右边桩。
“桩号渐增方式”中包括“整桩号”和“累加”两个选项。
如选择“整桩号”,则从起点桩号开始,依次进行整桩号的计算,如100、110、120…;如选择“累加”,则将从起点开始,依次累加“间距”设置值,如100.123、110.123、120.123…。
“加宽方式”包括“直线内插”和“高次方程”两个选项,主要用于起、终点间各桩号边桩距离的计算。
如选择“直线内插”,则按直线内插方式进行计算;如选择“高次方程”,则将按下面加宽公式进行计算。
高等级公路加宽缓和段加宽公式
加宽值=(4*K3-3*K4)*W
K=S/L
W--圆曲线加宽值(m)
S--为ZH点至待求点长度(m)
L--缓和段长度(m)
如果选择“加宽方式”为“高次方程”时,软件将经过判断,视离中桩距离较短的起点或终点端为加宽缓和段的起点(一般为ZH点),而另一端为缓和段的终点,两端距中桩的距离之差即为加宽值W。
将“多桩号输入”中各项设置完后,按“计算”按钮,将对各桩号进行坐标计算,并将结果添加到“坐标计算结果汇总表”中。
可以对“坐标计算结果汇总表”中的数据进行保存、删除、打印。
具体操作无特别之处,同一般通用软件。
如果已有多个“坐标计算”或“桩号计算”文件存在,此时如果更改“线形设置”或“标高设置”,则这些坐标、桩号计算文件的状态将变成“已过时”。
此时如果打开这些文件,将不能够对这些文件的数据更改,包括删除、清空、另存为、添加,只能将其整体删除。
如果将数据打印出来,则在说明栏内自动注明“已过时”字样。
3.2桩号计算
桩号计算是坐标计算的逆过程。
选择菜单栏中“计算”下的“桩号计算”菜单或按工具栏中相应按钮或直接按Ctrl+M键,则将弹出“桩号计算”窗体,如下图所示:
在进行桩号计算以前,首先进行“标高计算设置”。
详见“坐标计算”相关内容。
依次输入“点名”、实测坐标X、Y、Z。
点名输入时尾部如为数字,则软件将自动累加,如DH001、DH002、DH003…。
按“计算”后,软件将进行桩号计算,并将结果显示在下面的计算结果文本框内。
按“添加”可以将结果添加到上面的“桩号计算结果汇总表”中。
如果实测点坐标符合线路多处边桩条件,则给出区段范围,从中进行选择其中一段即可。
如果已有多个“坐标计算”或“桩号计算”文件存在,此时如果更改“线形设置”或“标高设置”,则这些坐标、桩号计算文件的状态将变成“已过时”。
此时如果打开这些文件,将不能够对这些文件的数据更改,包括删除、清空、另存为、添加,只能将其整体删除。
如果将数据打印出来,则在说明栏内自动注明“已过时”字样。
3.3标高计算
选择菜单栏中“计算”下的“标高计算”菜单或按工具栏中相应按钮或直接按Ctrl+B键,则将弹出“桩号计算”窗体,如下图所示:
详细操作过程与“坐标计算”类似。
标高计算结果包括“设计高PH”、“左侧横坡”、“右侧横坡”、“理论标高”等。
“设计高PH”为标高设计线此里程的标高,即设计文件的高程;左右侧横坡为此桩号根据路面横坡设置进行计算的横坡值;“理论标高”为已经考虑“与设计高之差”的高程,而不是设计文件的设计标高。
4计算结果的打印预览及打印
在打印计算结果之前,可以选择“打印预览”菜单来查看打印效果,如下图所示:
状态栏:
窗体最下方状态栏左侧显示预览的页次、总页数及预览的缩放比例,右侧显示键盘的状态。
打印预览命令:
“下一页”显示要打印的下一页
“上一页”显示要打印的上一页
“缩放”在全页视图和放大视图之间切换。
也可以单击预览屏幕中页面的任何区域,使预览内容在全页视图和放大视图之间切换。
“打印”设置打印选项,然后进行打印输出。
“设置”进行打印机设置
“帮助”显示软件信息
“关闭”关闭打印预览窗体,并返回主窗体。
按“打印预览”窗体中的“打印”按钮或选择“打印”菜单,将出现“打印”窗体,如下图所示:
可以根据需要设置打印范围或打印份数。
打印份数最大为20份。
5线形曲率半径的计算
缓和曲线(回旋线)的任意点曲率半径R与该点至缓和曲线起点距离L之间存在下列关系:
A*A=R*L
A--缓和曲线(回旋线)参数
R--缓和曲线上某点曲率半径
L--缓和曲线上此点至起点(曲率半径为无穷大,即ZH点)的距离
我们可以利用此公式进行缓和曲线任意一点的曲率半径计算,以求得线形设置所需曲率半径。
下面将举例讲解计算方法。
A点里程为+002.930
B点里程为+059.700
AB为缓和曲线,缓和曲线参数A=90,BC为圆曲线,半径为55m,求A点曲率半径。
根据整个线形可以判断出A点曲率半径比B点曲率半径小还是大,下面就两种情况分别进行介绍:
a、A曲率半径比B点大
这种情况缓和曲线起点在A点外侧。
B点距缓和曲线起点距离
LB=A*A/R=90*90/55=147.273m
则A点距缓和曲线起点距离
LA=147.273-(59.70-2.930)=90.503m
则A点曲率半径为
RA=A*A/LA=90*90/90.503=89.500m
b、A点曲率半径比B点小
这种情况缓和曲线起点在B点外侧
B点距缓和曲线起点距离
LB=147.273m
A点距缓和曲线起点距离
LA=147.273+(59.70-2.930)=204.043m
则A点曲率半径
RA=A*A/LA=90*90/204.043=39.698m
在有些匝道设计中,线元交界点的曲率半径标注不明,我们可以利用此公式进行计算,以方便进行线形设置。
6设计线形数据输入实例
6.1有缓和曲线的曲线数据输入
例:
一曲线设计资料为:
交点里程为K101+259.068
圆曲线半径1414.168M
转角为56-26-18.1(Z)
缓和曲线长为300M
ZH点K100+348.823
HY点K100+648.823
YH点K101+741.827
HZ点K102+041.827
其中ZH点信息为:
X=42753.082
Y=94439.963
切线方位角223-39-29.9
则首先输入起点ZH点(也可以是其他点的信息)信息,然后依此输入主点信息,如下所示:
100348.823,∞,左转
100648.823,1414.168,左转
101741.827,1414.168,左转
102041.827,∞,左转
6.2无缓和曲线的曲线数据输入
例:
一曲线设计资料为:
交点里程为K103+472.603
圆曲线半径3000M
转角为9-29-33.4(Y)
缓和曲线长为0M
ZY点K103+223.518
YZ点K103+720.549
其中K103+200的信息为:
X=40049.084
Y=94244.683
切线方位角174-51-34.9
则首先输入起点K103+200点信息,然后依此输入主点信息,如下所示:
103200,∞,右转
103223.518,∞,右转
103223.518,3000,右转
103720.549,3000,右转
103720.549,∞,右转
特别注意要两次输入103223.518及103720.549信息,因为此处曲率半径有突变!
6.3匝道的曲线数据输入
首先输入起点AQD信息(根据设计资料):
X=43072.3530
Y=67861.540
切线方位角179-45-26.9
然后依此输入主点信息如下:
340,∞,左转
448.595,∞,左转
508.378,160,左转
594.572,160,左转
651.431,36.75,左转
730,36.75,左转
如果在匝道中遇到曲率半径有突变,处理方法参考“6.2无缓和曲线的曲线数据输入”。
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