基于MicroStation的缓和曲线绘制与应用.doc

基于MicroStation的缓和曲线绘制与应用第2期齐修东等.基于MicroStation的缓和曲线绘制与应用l27文章编号:16728262(2008)0212702中图分类号:1:283.7文献标识码:B基于MicroStation的缓和曲线绘制与应用齐修东,刘文锴(1.河南理工大学测绘学院,河南焦作454000;2.焦作高等师范专科学校,河南焦作454000)摘要:针对MicroStation的绘制缓和曲线功能,详细解释了MicroStation中克罗思奥迪(Clothoid)螺旋线各参数具体意义和计算公式,给出了MicroStation中绘制缓和曲线的详细方法和示例.缓和曲线在CAD上的精确表示,为线路曲线平行线绘制,面积与交点坐标计算等开辟了一条新途径.关键词:MicroStation:缓和曲线;应用1引言铁路与公路的线路在定线中,由于受地形或其他因素的限制需要改变方向.改变方向的相邻两直线间通常用圆曲线和缓和曲线连接以保证行车顺畅安全.缓和曲线是连接直线与圆曲线的过渡曲线,其曲率半径r由无穷大逐渐变化为圆曲线半径.所以目前大多数采用曲线板近似描绘缓和曲线或者是在CAD中用多段线近似代替缓和曲线,这些方法作图不准确而且作图效率低.MieroStation是Bentley公司开发的面向对象的图形处理应用软件,现已应用到测绘,建筑设计,地图制图,三维场景设计,虚拟现实和地理信息系统中.实现缓和曲线在MicroStation环境下的绘制,把原来复杂公式计算转化为采用几何原理求解,不仅是线路中线,边线,或其断面机助成图的需要,而且是对缓和曲线进行数值计算的需要,对摆脱利用数值或数学模型建立的有关缓和曲线的参数方程进行繁琐的计算求解具有重要意义l1J.2MicroStation下缓和曲线各参数的意义在MicroStatiori中,螺旋线是以spiral产生的,其中有3种定义方法,分别是克罗思奥迪法,阿基米德法和对数法.克罗思奥迪螺旋线用在交通道路设计上,是以起始点与终点的曲率方式定义的.所产生的螺旋线可平滑连接两个不同曲率的弧线,避免曲率的剧变.我国的缓和曲线采用的是克罗思奥迪(Clothoid)螺旋线,克罗思奥迪螺旋线在MicroStation中绘制时是通过以下4个参数定义的:(1)起始角度:为缓和曲线起始点的曲率的角度表示,具体数值=18O00/pi/R.(pi=,R.:半径).(2)终止角度:为缓和曲线终止点的曲率的角度表示,具体数值:18O00/pi/R2(pi:,R2:半径).(3)长度:为缓和曲线的长度.(4)公差:为系统现行公差值.3绘制克罗思奥迪螺旋线下面以某高速公路互通式立交中一段缓和曲线为例进行说明.(1)选取”工具”菜单,单击B样条曲线中的绘制曲线命令,出现曲线对话框.再单击曲线对话框中的放置螺线按钮,选择克罗思奥迪(Clothoid)螺旋线.(2)输人起始角度0,终止角度18O00/pi/R,:18000/pi/124=46.2062738,长度:74等参数的具体数值.(3)输人直缓点坐标(x=2355.374,Y=2832.322)和切线方向上一点的坐标(X=2167.435,Y:2763.918),捕捉直缓点确定缓和曲线起点;捕捉切线方向上一点确定缓和曲线的切线方向;确定缓和曲线方向(右转).图1MicroStation中绘制缓和曲线菜单收稿日期:200706一l8作者简介:齐修东(1969一),男,硕士研究生,高级工程师,主要从事工程测量和空间数据发掘研究el28城市勘测2008笠ls是l露重图2MicroStation中绘制缓和曲线对话框尼H图3MicroSlalion中所绘缓和曲线示例4应用道路设计和施工首先是以道路中线和边线的平面线型和纵向坡度为主要内容,由此衍生出横断面,边坡与建设红线,以及特殊线段的工程设计与施工,如高架,立交,桥梁,隧道等.道路工程设计数据需要作进一步的加工,即数据的细化,量化和实地测设的可操作化.随着道路工程的日趋现代化和施工要求的提高,使道路工程的计算面f临一些新的问题.CAD具有对已有曲线进行等距线绘制,坐标查询,相应弧长的求取及对曲线所围图形面积进行计算等功能,这些功能的实现,使我们摆脱了需借助专用数学模型和计算机软件才能实现的束缚,开辟了一条不依赖于缓和曲线有关参数模型来进行数据处理的新方法:另外,由于MicroStation和AutoCAD,ArcGIS等软件具有广泛数据交换功能,可以方便数据共享.4.1确定道路中线,边线和规划红线道路规划用地的红线和道路边界线一样,都是道路中心线的等距线.首先运用MicroStation绘制直线,圆曲线,缓和曲线功能绘出道路中心线,然后通过放置等距线实现红线和边界线的绘制,并可与带状地形图相匹配.4.2道路规划用地面积计算道路规划用地的面积计算是根据规划道路的红线进行的,面积计算的难点在于缓和曲线部分,利用绘制缓和曲线及其等距线可以方便快捷地得到规划道路红线的图形.再用面域生成,面积量测功能就能快速精确地获得以直线,圆曲线,缓和曲线为边界的地块面积和周长.4.3道路交点坐标计算在道路设计和施工中,为解决交叉问题,要经常求解线与线的交点坐标.由于圆曲线是二次方程,缓和曲线是高次方程,对于直线与直线,直线与圆曲线的交点坐标的解算比较容易实现,但对于曲线与曲线的交点坐标计算,采用解析法计算不但要解算高次方程,而且要注意判断交点个数,过程比较繁琐,复杂.在CAD中利用绘图和交点坐标查询功能就能比较容易地实现上述算法.5结论道路缓和曲线的平行线不具有缓和曲线的性质,因此,其工程测量的计算问题较为复杂.利用CAD的绘图功能,可以方便地进行道路相交中,边线交点位置计算和道路规划用地面积计算等.因此,运用MicroStation绘制缓和曲线,在实践中不仅能提高设计人员对道路设计的速度和精度,而且能够方便施工技术人员进行施工放样,土石方计算,征地拆迁和现场指导与决策,具有重要实践意义.参考文献1李全信.完整和不完整缓乖?曲线在AutoCAD中的精确表示J.城市勘测,2007,(1).6l一,652邓永和.基于牛顿迭代法建立直线与线路交点坐标的统一模型J.铁道勘察,2006,(1).1l一,l7ApplicationandDrawingofClothoidCurveBaseonMicrostationQiXiuDong.,LiuWenKai(1.HenanPolytechnicUniversityInstituteofSmweyingandLandInformationEngineering,Jiaozuo454003,China;2.JiaozuoJuniorNormalCollege,Jiaozuo454003,China)Abstract:InaccordancewiththefunctionthatMierostationcandrawClothoidcurve.Thispaperex1:plain,edth,DarameteranditsformulaofClothoidspiralindetail,andintroducedthedrawingmethodandexampleofCloth0idcurve.ThemethodofdrawingClothoidculnceinCADopensupanew