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(shè)中的作用1測量學(xué)的分類1大地測量學(xué)2普通測量學(xué)3攝影測量學(xué)4工程測量學(xué)5海洋測量學(xué)6地圖測量學(xué)2測量工作在工程建設(shè)中的主要任務(wù)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(shè)計(jì)階段施工階段竣工階段運(yùn)營階段二平面直角坐標(biāo)系和點(diǎn)的高程一地面點(diǎn)的定位體系1基準(zhǔn)面11大地水準(zhǔn)面

1幾個(gè)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(zhǔn)線

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

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

2大地水準(zhǔn)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(zhǔn)面的作用

a點(diǎn)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(gè)非常接近大地水準(zhǔn)面并可用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示的規(guī)則幾何形體來表示地球總的形狀這個(gè)數(shù)學(xué)形體就是由一個(gè)橢圓繞其短軸旋轉(zhuǎn)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(biāo)系

2平面直角坐標(biāo)1高斯平面直角坐標(biāo)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(hào)

對(duì)于6°帶

第N帶的中央子午線經(jīng)度L06N-3°

經(jīng)度L的帶號(hào)N[L6°]1

對(duì)于3°帶

第n帶的中央子午線經(jīng)度l03n

經(jīng)度l°的帶號(hào)n[l°-1°30′3°]1

坐標(biāo)XY

Y坐標(biāo)值加上500km再冠以帶號(hào)

2獨(dú)立平面直角坐標(biāo)系

坐標(biāo)原點(diǎn)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(biāo)系

195國家高程基準(zhǔn)的青島國家水準(zhǔn)基點(diǎn)高程H722m1985國家高程基準(zhǔn)的青島國家水準(zhǔn)基點(diǎn)高程H72260m

高程地面點(diǎn)到大地水準(zhǔn)面的鉛垂距離一般用H表示又稱絕對(duì)高程或海拔

高差地面上兩點(diǎn)高程之差一般用h表示hABHB-HA

相對(duì)高程地面點(diǎn)到假定水準(zhǔn)面的鉛垂距離又稱假定高程地面點(diǎn)到水準(zhǔn)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(shí)質(zhì)都是為了確定點(diǎn)的位置而點(diǎn)位的確定都離不開距離角度和高差這三個(gè)基本觀測量

因此測量的三項(xiàng)基本工作是1測高2測角3測距具體方法請(qǐng)分別參考第二章水準(zhǔn)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(jí)到低級(jí)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(jìn)度

2在測量過程中隨時(shí)檢查杜絕錯(cuò)誤

作用防止錯(cuò)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(zhǔn)面對(duì)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(nèi)可以用水平面代替大地水準(zhǔn)面

com水平面代替水準(zhǔn)面對(duì)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(zhǔn)面

和坐標(biāo)方位角的計(jì)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(shí)應(yīng)注意象限其解決的方法是當(dāng)Δx＜0時(shí)加1800當(dāng)Δx＞0時(shí)加3600控制點(diǎn)的坐標(biāo)已知1點(diǎn)P在直線段上的坐標(biāo)計(jì)算1設(shè)公路起點(diǎn)直線段的樁號(hào)為直線段上任意一點(diǎn)P的樁號(hào)為P點(diǎn)所在直線段的方位角為則P點(diǎn)的坐標(biāo)可按下式計(jì)算2測設(shè)方法用全站儀放樣圖11⑴在控制點(diǎn)A安置儀器后視B點(diǎn)度盤配置零或⑵轉(zhuǎn)動(dòng)照準(zhǔn)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(diǎn)的位置⑷在P點(diǎn)的位置釘樁樁上釘釘2點(diǎn)P在純圓曲線上設(shè)P點(diǎn)至ZY或YZ的弧長為LiR為圓的半徑則P點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算公式為XRsinYR[1-cos]P點(diǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式XpXzhXcosYsinYpYzhXsinYcos3帶有緩和曲線的坐標(biāo)計(jì)算1第一段緩和曲線部分緩和曲線的參數(shù)方程為P點(diǎn)轉(zhuǎn)換為公路中線控制坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為XpxcosysinYpxsinycos2圓曲線部分P點(diǎn)在圓曲線的坐標(biāo)計(jì)算公式為xRsinqyR1-cosp利用坐標(biāo)平移轉(zhuǎn)換公式將上式的局部坐標(biāo)化為控制坐標(biāo)系下的坐標(biāo)計(jì)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(biāo)計(jì)算以HZ點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)計(jì)算第二段緩和曲線的中樁坐標(biāo)P點(diǎn)的局部坐標(biāo)參數(shù)方程同第一段但坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計(jì)算公式中的轉(zhuǎn)角改為為緩和曲線切線的方位角即ZH點(diǎn)到交點(diǎn)JD的方位角為公路的轉(zhuǎn)角二支距法是根據(jù)紙上定線線位與控制點(diǎn)位置的相互關(guān)系采用量取支距的辦法測設(shè)出路線上的特征點(diǎn)并據(jù)此穿線定出交點(diǎn)和專點(diǎn)如圖13所示其步驟如下量支距放點(diǎn)在地形圖上量取出中線與控制點(diǎn)的支距長度至少量三處支距并使該三點(diǎn)相互通視2測設(shè)支距3穿線由于各點(diǎn)不一定在同一條直線上在各點(diǎn)的平均位置找出AB兩點(diǎn)釘樁隨即取消其他各臨時(shí)測釬三圖解法就是在地形圖上量取測設(shè)參數(shù)的方法四撥角防線法適用于針對(duì)紙上定線而言五根據(jù)公路中線上的以知直線點(diǎn)測設(shè)交點(diǎn)第三節(jié)交點(diǎn)和轉(zhuǎn)點(diǎn)的測設(shè)一交點(diǎn)的測設(shè)一交點(diǎn)定義路線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)即兩個(gè)方向直線的交點(diǎn)用JD來表示二方法1．等級(jí)較低公路現(xiàn)場標(biāo)定2．高等級(jí)公路測地形圖圖上定線實(shí)地放線三實(shí)地放線的方法分類1放點(diǎn)穿線法放直線點(diǎn)穿線定交點(diǎn)1放點(diǎn)可采用支距法垂直于導(dǎo)線邊的距離導(dǎo)線相交法或極坐標(biāo)法圖122穿線

定出一條盡可能多的穿過或靠近直線上點(diǎn)如P1P2P3點(diǎn)的直線ABP1P3AB圖133定交點(diǎn)一交點(diǎn)的測測設(shè)⑴如圖14在B點(diǎn)安置儀器盤左照準(zhǔn)A點(diǎn)制動(dòng)照準(zhǔn)部總轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡成前視狀態(tài)⑵在望遠(yuǎn)鏡視線方向上的交點(diǎn)的概略位置打下兩個(gè)木樁俗稱騎馬樁在樁頂標(biāo)出a1和b1兩點(diǎn)⑶再用盤右照準(zhǔn)A點(diǎn)制動(dòng)望遠(yuǎn)鏡再次倒轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡成前視狀態(tài)⑷在望遠(yuǎn)鏡視線方向上于騎馬樁的樁頂分別再次標(biāo)出a2和b2點(diǎn)⑸在騎馬樁的樁頂分別取a1和a2b1和b2的中點(diǎn)訂上小釘⑹用細(xì)線將ab兩點(diǎn)連接⑺將儀器置于C點(diǎn)盤左照準(zhǔn)D點(diǎn)縱轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡前視細(xì)線ab在視線與細(xì)線相交處打下木樁并在樁頂標(biāo)定視線與細(xì)線的交點(diǎn)⑻再以盤右照準(zhǔn)定D并制動(dòng)照準(zhǔn)部再倒轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡前視細(xì)線ab再次在樁頂標(biāo)定視線與細(xì)線的交點(diǎn)⑼在樁頂沿細(xì)線取盤左與盤右兩點(diǎn)的中間點(diǎn)釘上小釘即得交點(diǎn)然后去掉騎馬樁圖142撥角放線法極坐標(biāo)法在利用導(dǎo)線點(diǎn)或已測設(shè)的JD計(jì)算測設(shè)元素βS撥角量邊定出JD位置圖15二轉(zhuǎn)點(diǎn)ZDturningpoint的測設(shè)1定義當(dāng)相鄰兩交點(diǎn)互不通視時(shí)需要在其連線測設(shè)一些供放線交點(diǎn)測角量距時(shí)照準(zhǔn)之用的點(diǎn)2分為1在兩交點(diǎn)間測設(shè)轉(zhuǎn)點(diǎn)2在兩交點(diǎn)延長線上測設(shè)轉(zhuǎn)點(diǎn)1在兩交點(diǎn)間測設(shè)轉(zhuǎn)點(diǎn)方法在JD5JD6的大致中間位置ZD架儀瞄準(zhǔn)JD5定出JD6測量出ab距離計(jì)算e值實(shí)地量取e得ZD點(diǎn)有在ZD點(diǎn)架儀檢查三點(diǎn)在一直線上圖162在兩交點(diǎn)延長線上測設(shè)轉(zhuǎn)點(diǎn)最后在ZD點(diǎn)安置儀器檢查三點(diǎn)在一直線上三轉(zhuǎn)角turningangle和分角線的測設(shè)一定義指路線由一個(gè)方向偏向另一個(gè)方向時(shí)偏轉(zhuǎn)后的方向與原方向的夾角當(dāng)偏轉(zhuǎn)后的方向在原方向的右側(cè)稱為右轉(zhuǎn)角αY反之為左轉(zhuǎn)角αZ三轉(zhuǎn)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(yīng)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(zhuǎn)角的計(jì)算當(dāng)β右180°時(shí)為右轉(zhuǎn)角有αy180°-β右當(dāng)β右180°時(shí)為左轉(zhuǎn)角有αzβ右-180°圖16三角分線方向若角度的2個(gè)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(zhuǎn)角左傳角圖17四里程樁mileagepeg的設(shè)置又稱中樁表示該樁至路線起點(diǎn)的水平距離分為整樁每隔20m或50m設(shè)一個(gè)和加樁加樁分為地形加樁地物加樁人工結(jié)構(gòu)物加樁工程地質(zhì)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?zhǔn)侵腹肪植康囟胃木€或量距計(jì)算中發(fā)生錯(cuò)誤而出現(xiàn)實(shí)際里程與原來樁號(hào)不一致的情況這種情況稱之為斷鏈寫法正值稱為長鏈負(fù)值稱為短鏈第四節(jié)圓曲線的測設(shè)一單圓曲線主點(diǎn)majorpoint的測設(shè)1曲線要素的計(jì)算已知轉(zhuǎn)角α及半徑R圖192主點(diǎn)的測設(shè)1主點(diǎn)里程的計(jì)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(shè)步驟1JDi架儀照準(zhǔn)JDi-1量取T得ZY點(diǎn)2照準(zhǔn)JDi1量取T得YZ點(diǎn)3在分角線方向量取E得QZ點(diǎn)二單圓曲線詳細(xì)測設(shè)有整樁號(hào)法和整樁距法一般采用整樁號(hào)法1切線支距法tangentoff-setmethod圖111切線支距法單圓曲線坐標(biāo)計(jì)算圖112例題切線支距法測設(shè)單圓曲線的計(jì)算設(shè)某單圓曲線偏角α34012′00〃R200m主點(diǎn)樁號(hào)為ZYK490690QZK496659YZK502628按每20m一個(gè)樁號(hào)的整樁號(hào)法計(jì)算各樁的切線支距法坐標(biāo)解2偏角法methodofdeflectionangle分為長弦偏角法短弦偏角法長弦偏角法計(jì)算曲線上各樁點(diǎn)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(diǎn)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(jì)算曲線上各樁點(diǎn)間弦線長架儀于ZY或YZ點(diǎn)撥角依次在各樁點(diǎn)上量邊相交后得中樁點(diǎn)3極坐標(biāo)法polar例題偏角法詳細(xì)測設(shè)單圓曲線注此題可作為實(shí)習(xí)課測設(shè)內(nèi)容已知圓曲線的R200m轉(zhuǎn)角如圖交點(diǎn)JDi里程為K1011088m試按每10m一個(gè)整樁號(hào)來闡述該圓曲線的主點(diǎn)及偏角法整樁號(hào)詳細(xì)測設(shè)的步驟解圖115第五節(jié)緩和曲線的測設(shè)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(duì)應(yīng)的中心角緩和曲線全長所對(duì)應(yīng)的緩和曲線角2參數(shù)方程任意點(diǎn)處HY點(diǎn)處二．主點(diǎn)majorpoint的測設(shè)1緩和曲線測設(shè)元素的計(jì)算1內(nèi)移距p和切線增長q的計(jì)算當(dāng)轉(zhuǎn)角圓曲線半徑R和緩和曲線長β0pq均以知時(shí)即可計(jì)算緩和曲線的測設(shè)元素圖1172主點(diǎn)的測設(shè)1里程的計(jì)算ZHJD-THHYZHlsQZZHLH2HZZHLHYHHZ-ls2測設(shè)方法見例題

例題如圖設(shè)某公路的交點(diǎn)樁號(hào)為K051866右轉(zhuǎn)角18001836"圓曲線半徑R100m緩和曲線長ls10m試測設(shè)主點(diǎn)樁作為實(shí)習(xí)課內(nèi)容解一計(jì)算測設(shè)元素二計(jì)算里程ZHK049754HYK050754QZK051852HZK053950YHK052950三主點(diǎn)測設(shè)1．架儀JDi后視JDi-1量取TH得ZH點(diǎn)后視JDi1量取TH得HZ點(diǎn)在分角線上量取EH得QZ點(diǎn)2．分別在ZHHZ點(diǎn)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(diǎn)三帶有緩和曲線的圓曲線詳細(xì)測設(shè)1切線支距法tangentoff-setmethod要注意點(diǎn)是位于緩和曲線上還是位于圓曲線上圖1181當(dāng)點(diǎn)位于緩和曲線上有2當(dāng)點(diǎn)位于圓曲線上有3測設(shè)方法可按無緩和曲線時(shí)的圓曲線切線支距法的測設(shè)方法進(jìn)行測設(shè)圓曲線上的各點(diǎn)也可以以HY點(diǎn)或YH點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)用切線支距法進(jìn)行測設(shè)2偏角法整樁距短弦偏角法要注意點(diǎn)是位于緩和曲線還是位于圓曲線圖1191當(dāng)點(diǎn)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(diǎn)后放樣第2點(diǎn)時(shí)用偏角和距離l交會(huì)得到當(dāng)點(diǎn)位于圓曲線上儀器置于HY點(diǎn)或YH點(diǎn)上這時(shí)應(yīng)定出過HY點(diǎn)或YH點(diǎn)的切線方向先計(jì)算b0其計(jì)算公式如下方法架儀器于HY點(diǎn)或YH點(diǎn)后視ZH點(diǎn)或HZ點(diǎn)水平讀盤配置在b0當(dāng)曲線右轉(zhuǎn)時(shí)配置轉(zhuǎn)動(dòng)照準(zhǔn)