用全站仪进行工程你公路施工放样、坐标计算.doc
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1、用全站仪进行工程(公路)施工放样、坐标计算悬高测量( REM ) * 为了得到不能放置棱镜的目标点高度,只须将棱镜架设于目标点所在铅垂线上的任一点,然后测量出目标点高度 VD 。悬高测量可以采用“输入棱镜高”和“不输入棱镜高”两种方法。 1、输入棱镜高 (1)按 MENU P1 F1(程序) F1(悬高测量) F1(输入棱镜高),如:1.3m 。 (2)照准棱镜,按测量( F1 ),显示仪器至棱镜间的平距 HD SET (设置)。(3)照准高处的目标点,仪器显示的 VD ,即 目标点的高度。2、不输入棱镜高 (1)按 MENU P1 F1(程序) F1(悬高测量) F2(不输入棱镜高 )。 (
2、2)照准棱镜,按测量( F1 ),显示仪器至棱镜间的平距 HD SET (设置)。 (3)照准地面点 G ,按 SET (设置) (4)照准高处的目标点,仪器显示的 VD ,即 目标点的高度。 对边测量( MLM ) * 对边测量功能,即测量两个目标棱镜之间的水平距离( dHD )、斜距 (dSD) 、高差 (dVD) 和水平角 (HR) 。也可以调用坐标数据文件进行计算。对边测量 MLM 有两个功能,即: MLM-1 (A-B ,A-C):即测量 A-B ,A-C ,A-D ,和 MLM-2 (A-B ,B-C):即测量A-B, B-C ,C-D ,。 以 MLM-1 ( A-B ,A-C
3、)为例,其按键顺序是: 1、按 MENU P1 程序( F1 )对边测量( F2 )不使用文件( F2 ) F2 (不使用格网因子)或 F1 (使用格网因子) MLM-1 ( A-B , A-C )( F1 )。 2、照准 A 点的棱镜,按测量(F1),显示仪器至 A 点的平距 HD SET (设置) 3、照准 B 点的棱镜,按测量(F1),显示 A 与 B 点间的平距 dHD 和高差 dVD 。 4、照准 C 点的棱镜,按测量(F1),显示 A 与 C 点间的平距 dHD 和高差 dVD ,按 ,可显示斜距。 后方交会法( resection )(全站仪自由设站) * 全站仪后方交会法,即在
4、任意位置安置全站仪,通过对几个已知点的观测,得到测站点的坐标。其分为距离后方交会(观测 2 个或更多的已知点)和角度后方交会(观测 3 个或更多的已知点)。 其按键步骤是: 1、按 MENU LAYOUT (放样)( F2 ) SKIP (略过) P(翻页)( F4 ) P(翻页)( F4 ) NEW POINT(新点)( F2 ) RESECTION (后方交会法)( F2 )。 2、按 INPUT (F1),输入测站点的点号 ENT (回车) INPUT (F1),输入测站的仪器高 ENT (回车)。 3、按 NEZ(坐标)(F3),输入已知点 A 的坐标 INPUT (F1),输入点 A
5、 的棱镜高。 4、照准 A 点,按 F4 (距离后方交会)或 F3 (角度后方交会)。 5、重复 3 、4 两步,观测完所有已知点,按 CALA (计算)( F4 ),显示标准差,再按 NEZ (坐标)( F4 ),显示测站点的坐标。高等级公路中桩边桩坐标计算方法一、平面坐标系间的坐标转换公式 如图 9 ,设有平面坐标系 xoy 和 xoy (左手系 x 、 x 轴正向顺时针旋转 90为 y 、 y 轴正向); x 轴与 x 轴间的夹角为( x 轴正向顺时针旋转至 x 轴正向,范围: 0 360)。设 o 点在 xoy 坐标系中的坐标为( xo,yo ),则任一点 P 在 xoy 坐标系中的坐
6、标( x,y )与其在 xoy 坐标系中的坐标( x,y )的关系式为: 二、公路中桩边桩统一坐标的计算(一)引言 传统的公路中桩测设,常以设计的交点( JD )为线路控制,用转点延长法放样直线段,用切线支距法或偏角法放样曲线段;边桩测设则是根据横断面图上左、右边桩距中桩的距离( 、 ), 在实地沿横断面方向进行丈量。随着高等级公路特别是高速公路建设的兴起,公路施工精度要求的提高以及全站仪、 GPS 等先进仪器的出现,这种传统方法由于存在放样精度低、自动化程度低、现场测设不灵活(出现虚交,处理麻烦)等缺点,已越来越不能满足现代公路建设的需要, 遵照测绘法的有关规定,大中型建设工程项目的坐标系统
7、应与国家坐标系统一致或与国家坐标系统相联系,故公路工程一般用光电导线或 GPS 测量方法建立线路统一坐标系,根据控制点坐标和中边桩坐标,用“极坐标法”测设出各中边桩。如何根据设计的线路交点( JD )的坐标和曲线元素,计算出各中边桩在统一坐标系中的坐标,是本文要探讨的问题。 (二)中桩坐标计算 任何复杂的公路平面线形都是由直线、缓和曲线、圆曲线几个基本线形单元组成的。一般情况下在线路拐弯时多采用“完整对称曲线”,所谓“完整”指第一缓和曲线和第二缓和曲线的起点( ZH 或 HZ )处的半径为 ;所谓“对称”指第一缓和曲线长 和第二缓和曲线长 相等。但在山区高速公路和互通立交匝道线形设计中,经常会
8、出现“非完整非对称曲线”。根据各个局部坐标系与线路统一坐标系的相互关系,可将各个局部坐标统一起来。下面分别叙述其实现过程。 1、直线上点的坐标计算 如图 10 a) b) 所示,设 xoy 为线路统一坐标系, x-ZH-y 为缓和曲线按切线支距法建立的局部坐标系,则 JDi-1JDi 直线段上任一中桩 P 的坐标为: ( 1 ) 式( 1 )中( , )为交点 JDi-1 的设计坐标; , 分别为 P 点、 JDi-1 点的设计里程; 为 JD i-1 JD i 坐标方位角,可由坐标反算而得。 曲线起点(ZH 或 ZY),曲线终点(HZ 或 YZ)均是直线上点,其坐标可按式(1)来计算。 2、
9、完整曲线上点的坐标计算 如图 10 a ) ,某公路曲线由完整的第一缓和曲线 、半径为 R 的圆曲线、完整的第二缓和曲线 组成。 (1)第一缓和曲线及圆曲线上点的坐标计算 当 K 点位于第一缓和曲线( ZHHY )上,按切线支距法公式有: ( 2 ) 当 K 点位于圆曲线( HYYH )上,有 : ( 3 )其中有: ( 4 ) 式( 2 )( 3 )( 4 )中, 为切线角; 为 K 点至 ZH i 点的设计里程之差,即曲线长; R 、 、 、 p 、 q 为常量,分别表示圆曲线半径,第一缓和曲线长、缓和曲线角( )、内移值( )、切线增值( )。 再由坐标系变换公式可得: ( 5 ) 式(
10、 5 )中 f 为符号函数,右转取“ + ”,左转取“ - ”(见图 1 b )。图 10 a)直线第一缓和曲线圆曲线段点坐标计算(右转) 图 10 b)直线第一缓和曲线圆曲线段点坐标计算(左转) (2)第二缓和曲线上点的坐标计算 如图 12 所示,当 M 点位于第二缓和曲线( YHHZ )上,有: ( 6 ) 式( 6 )中, ,为 M 点至 HZ 点的曲线长; R 为圆曲线半径, 为第二缓和曲线长。 再由坐标系变换公式可得: ( 7 ) 式( 7 )中 f 为符号函数,线路右转时取“ - ”,左转取“ + ”。 (3)单圆曲线(ZYYZ)上点的坐标计算 单圆曲线可看作是带缓和曲线圆曲线的特
11、例,即缓和曲线段长为零。令式( 3 )( 4 )中内移值 p 、切线增长 q 、第一缓和曲线长 、缓和曲线角 为零,计算出单圆曲线上各点的局部坐标后,由式( 5 )可得 ZYYZ 上各点的统一坐标。 图 12 第二缓和曲线段点坐标计算(右转) 图 13 非完整缓和曲线段点坐标计算(右转) 3、非完整曲线上点的坐标计算 如图 13 所示,设非完整缓和曲线起点 Q 的坐标为( , ),桩号 ,曲率半径 ,切线沿前进方向的坐标方位角为 ;其终点 Z 的桩号 ,曲率半径 ,则 Z 点至 Q 点曲线长 。若 ,则该曲线可看成是曲率半径由 到 的缓和曲线去掉曲率半径由 到 后的剩余部分。设 N 点为该曲线
12、上一点, N 点至 Q 点的曲线长为 ; O 为对应完整缓和曲线的起点, Q 点至 O 点的曲线长为 ,则由回旋型缓和曲线上任一点曲率半径与曲线长成正比的性质,有: 得: ( 8 ) 设 ,则由缓和曲线的切线角公式及偏角法计算公式知: ( 9 ) ( 10 ) ( 11 ) 由图 13 知: ( 12 ) 则直线 QO 的坐标方位角为: ( 13 ) O点切线方向 轴的坐标方位角 为: ( 14 ) 式( 13 )( 14 )中, f 为符号函数,线路右转时,取“ - ”;线路左转时,取“ + ”。 故 O 点坐标( )为: ( 15 ) 将式(14)、(15)代入坐标平移旋转公式,得任一点
13、N 的坐标为: ( 16 ) 式( 16 )中,( , )按式( 2 )计算,代入时 用( )替代; f 为符号函数,右转取“ + ”左转取“ - ”。(三)边桩坐标计算 有了中桩坐标( x,y )及其至左、右边桩的距离 d L 、 d R 后,计算出中桩至左、右边桩的坐标方位角 AZ-L 、 AZ-R ,则由式( 17 )、( 18 )得左、右边桩坐标( , )、( , )。 ( 17 ) ( 18 ) 1、直线上点 AZ-L 、 AZ-R 的计算 从图 10 a ) b )知: ( 19 ) 2、第一缓和曲线及圆曲线段点 AZ-L 、 AZ-R 的计算 如图 10 a ) b )所示,有:
14、 ( 20 ) 式( 20 )中,当 K 点位于第一缓和曲线上, 按式( 9 )计算;当 K 点位于圆曲线段,按式( 4 )计算。 f 为符号函数,右转取“ + ”,左转取“ - ”。 3、第二缓和曲线段点AZ-L 、 AZ-R 的计算 如图 12 所示,有: ( 21 )式( 21 )中, 按式 计算; f 为符号函数,右转取“ - ”,左转取“ + ”。(四)算例 如图 13 设某高速公路立交匝道 ( 右转 ) 的非完整缓和曲线段起点 Q 的桩号 K8+249.527 ,曲率半径 R Q = 5400m ,切线沿前进方向的坐标方位角 , 坐标为( 91412.164 , 79684.008
15、 );终点 Z 桩号 K8+329.527 ,曲率半径 R Z = 1800m 。中桩 K8+309.527 到左、右边桩的距离 d L = 18.75m , d R = 26.50m ,试计算 K8+309.527 的中、边桩坐标。 1、完整缓和曲线起点 O 的计算 由公式( 8 ) ( 15 )计算得: , , , , , , , 。 2、中桩坐标的计算 由式( 2 )( 14 )( 16 )计算得: m , m ; 轴的坐标方位角 ; , 。 3、边桩统一坐标的计算 由式( 9 )( 20 )得: , ,式( 20 )中 Ai-1-i 即 轴的坐标方位角 。再由式( 17 )( 18 )
16、得 , ; , 。(五)小结 通过坐标转换的方法,在传统测设的各个局部坐标系与线路统一坐标系间建立了纽带,通过编程能实现各个中桩边桩坐标的同步计算。对于复曲线、回头曲线、喇叭形立交、水滴形立交等复杂线形,可将其分解成直线、非完整非对称缓和曲线、圆曲线形式,再按文中的方法进行计算。 用线路统一坐标进行放样,测设灵活方便,不必在实地标定交点( JD )位置,这对于交点位于人无法到达的地方(如山峰、深谷、河流、建筑物内),是十分方便的。应用中,以桩号 L 为引数,建立包括中桩、边桩、控制点在内的坐标数据文件。将坐标数据文件导入全站仪或 GPS 接收机,应用坐标放样功能,便可实现中、边桩的同时放样。特
17、别是 GPS 的 RTK 技术出现后,无需点间通视,大大提高了坐标放样的工作效率,可基本达到中、边桩放样的自动化。建筑施工点位坐标计算及放样方法 一、平面坐标系间的坐标转换公式 如图 14 ,设有平面坐标系 xoy 和 xoy (左手系 x 、 x 轴正向顺时针旋转 90为 y 、 y 轴正向); x 轴与 x 轴间的夹角为( x 轴正向顺时针旋转至 x 轴正向,范围: 0 360)。设 o 点在 xoy 坐标系中的坐标为( xo,yo ),则任一点 P 在 xoy 坐标系中的坐标( x,y )与其在 xoy 坐标系中的坐标( x,y )的关系式为: 在建筑施工中,上面的平面坐标系 xoy 一
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- 用全站仪 进行 工程 公路 施工 坐标 计算
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