CASIO fx-5800p计算器编程在南水北调.docx

CASIO fx-5800p计算器编程在南水北调渠坡测量放样中的应用作者：王晓羽 （河南省水利第一工程局，河南 郑州 450000）摘要：CASIOfx-5800p可编程计算器拥有强大的程序编辑功能，针对南水北调渠道主要为直线段和弧线段的特点，编写直线段和弧线段渠坡放样程序，配合全站仪和GPS处理测量数据，能大大的简化测量工作量，提高施工放样精度和速度。关键词：渠道、测量、计算器、编程1 工程概况南水北调渠道轴线主要为直线段和圆弧段两种形式，渠道为梯形断面，根据开挖深度不同设置一级马道到多级马道。渠道一级马道以下过水断面深度和渠底宽度从上游到下游逐渐变化，一级马道以上边坡每6米一级，马道宽2米。渠底宽度、坡比每段相同，不同底宽、坡比之间采用渐变段过渡。施工单位在测量放样中主要采用全站仪和GPS，坐标分为大地坐标和工程坐标，根据仪器读数X、Y、Z计算出距开口线的距离和下挖深度。用普通计算器计算速度慢，易出错。采用编程计算器直接将仪器读数X、Y、Z输入程序，可以自动计算出和距开口线的水平距和下挖深度，速度快、不易出错，可以大幅度提高测量放样效率。郑州2-4标设计桩号为SH(3)197+408.1SH(3)201+188.4，总长3.780km，包括2个直线段和2个圆弧段，渠道起点渠底高程为112.939米，终点渠底高程为112.757米，渠道纵坡降1：23000，渠底宽度分为12m、13.5m、14.5m三种，坡比1：3.51：2.5，每级坡比从下到上按0.25递减，最大挖深34m，5级边坡，不同底宽、坡比之间采用渐变段连接，渐变段长15m。郑州2-4标渠道轴线平面图如下图（左侧为下游、右侧为上游）第一段为圆弧段，起点桩号为197+408.1，大地坐标为（3842167.417，462800.137）；终切点桩号为197+657.962，大地坐标为（3842370.625，462656.499）。第二段为直线段，桩号197+657.962200+181.5348。第三段为圆弧段，起切点桩号为200+181.5348，大地坐标为（3844632.8314,461538.0952）；终切点桩号为200+571.1209，大地坐标为（3844948.1845,461312.2598）；第四段为直线段，渠道中线长m。桩号200+571.1209201+188.4211。终点大地坐标为（3845385.377,460876.463）。郑州2-4标工程很具有南水北调渠道工程的代表性，本文就以郑州2-4标渠道开挖测量放样为例，介绍CASIO fx-5800p计算器编程在南水北调渠坡测量放样中的应用。2 施工坐标系的建立和坐标转换程序大地坐标系数据长、不直观、计算速度慢。相对坐标系（又叫工程坐标系）数据短、直观、计算速度快。因此测量中采用相对坐标系可以提高测量效率。建立相对坐标系时的坐标原点和轴线方向的选取非常重要，我们把相对坐标系的坐标原点设在第二段（直线段）渠道中心线起点，X轴指向直线段方向，Y轴垂直于直线段，高程仍采用绝对高程。设定后，在第二段中，相对坐标的X值加上197657.962（原点桩号）就是测量点的桩号，Y值就是测量点的偏中距。为了方便施工现场进行大地坐标和相对坐标的转换，需要编写两个坐标系的转换程序，如图：大地坐标转换为相对坐标程序:“X=”？X:“Y=”?Y:5DimZ8 (输入大地坐标，定义5个额外变量)Pol(3842370.625-3844632.8314,462656.499-461538.0952):IZ1:JZ2(计算渠道中心线极坐标)Pol(3842370.625-X),(462656.499-Y):IZ3:JZ4(计算测点极坐标)Z2-Z4 A: (计算两方向线夹角)Z3*cosAM:“M=”:M (计算施工坐标X，并显示)Z3*sinAN:“N=”:N (计算施工坐标Y，并显示)程序结束。相对坐标转换为大地坐标程序：“M=”?M:“N=”?N:tan-1N/MA:5 DimZ8Pol(3842370.625-3844632.8314,462656.499-461538.0952):IZ1:JZ2 8Z2-AB:（M2+N2）1/2C：Rec(C,B) 8 （极坐标反算大地坐标）IZ3: 3842370.625-Z3 X :“X=”:XJZ4: 462656.499-Z4 Y:“Y=”:Y程序结束。3边坡开挖深度程序渠道边坡开挖的下挖深度计算程序分为三类，弧线段类、直线段类和渐变段类，其中渐变段类编程最难。弧线段类和直线段类不同段之间程序的变化不大，变化的只是中间的数据，增加或减少马道级数而已；渐变段需要根据不同的段编写不同的程序。1 ) 直线段类以第一段（直线段）中的198+388.1-199+478.9为例：这一段在渠底宽、马道宽、坡比上无变化，为直线段类。程序如下： “X=”?X:“Y=”?Y:“H=”?H:433.8*10-5K8 (K为坡降)X+197657.962A：“A=”：A （显示桩号）10DimZ:112.939-(A-197408.1)*KZ1:Z1+8.7Z2:Z2+6Z3:Z3+6Z4:Z4+6Z5:Z5+6Z6 8 (渠底及一到五级马道高程)If Y0AndY6:Then H-Z1B:“B=”:B (渠底面下挖深度)ElseIf Y36.45:Then H-(Y-6)/3.5-Z1B:“B=”:B (一级坡面下挖深度)ElseIf Y41.45:Then H-Z2B:“B=”:B (一级马道面下挖深度)ElseIf Y60.95:Then H-(Y-41.45)/3.25-Z2B:“B=”:B(二级坡面下挖深度)ElseIf Y72.95:Then H-Z3B:“B=”:B (二级马道面下挖深度)ElseIf Y90.95:Then H-(Y-72.95)/3-Z3B:“B=”:B(三级坡面下挖深度)ElseIf Y92.95:Then H-Z4B:“B=”:B (三级马道面下挖深度)ElseIf Y109.45:Then H-(Y-92.95)/2.75-Z4B:“B=”:B(四级坡面下挖深度)ElseIf Y111.45:Then H-Z5B:“B=”:B (四级马道面下挖深度)ElseIf Y124.95:ThenH-(Y-111.45)/2.25-Z5B:“B=”:B(五级坡面下挖深度)ElseIf Y126.95:Then H-Z6B:“B=”:B (五级马道面下挖深度)Else H-(Y-126.95)/2-Z6B:“B=”:B (六级坡面下挖深度)IfEnd：IfEnd：IfEnd 8 (IfEnd共11个)程序结束。如果想让程序循环，可在程序开头加Lb1，并在IfEnd结束后加Goto1，使其变成循环程序。由程序可以看出这是一个最高有着五级马道六级坡的渠道段，如果是一个只有三级马道四级坡的渠道段的话，只需把偏心距和坡比数值变一下，并去掉四级坡后的部分直接到IfEnd就可以了。这也说明了直线段类具有的相似性，只要会一段的编辑，所有直线段类渠道段的编辑就都没有问题。2 ) 圆弧段以第一段（圆弧段）197+408.1-197+657.962段为例：这一段在渠底宽、马道宽、坡比上无变化，为曲线段类。曲线段上的施工坐标不能如实的反映出相应的桩号和偏心距，所以在编辑和测量圆弧段时都是用的大地坐标，这样也就是我们要先把大地坐标转化为桩号和偏心距后，再根据设计图进行计算编辑。圆弧段圆心坐标（3842725.171,463373.644），起点桩号为197+488.1，大地坐标为（3842167.417，462800.137）终切点桩号为197+657.962，大地坐标为（3842370.625，462656.499）,圆弧半径为800米。圆弧段情况如图:编程如下：Lb2：X=？X：Y=？Y8 （输入变量）Pol(X-3842725.171),(Y-463373.644):IZ1:JZ28 10DimZ8 Pol(3842370.625-3842725.171),(462656.499-463373.644): IZ3:JZ48Z1S: Z4- Z2Z58 If A0:Then 800*Z5/180L:197657.962-LA:A=:A （显示桩号）800-SD:D=:D （显示偏中距）ElseZX (当A0时表示在直线段上)Goto2：IfEnd8 （当在直线时反回到开头）程序结束。当圆弧段的桩号和偏心距确定以后，圆弧段下挖深度公式与直线段就没有什么区别了，接下来的部分完全可以按着直线段类的来编写。3) 渐变段变段往往变化量不只一个，并且变化段的长度不长，我们在实际的测量放线过程中，通常只把变化断面的变化点出，直接连接相邻的变化点得出渐变线从而得到变化位置，但是这样的弊端是：在变坡的坡面时，我们是无法确定下挖深度。这时编写一个渐变段的下挖深度计算程序就变得尤为重要了。下面以本标段中一典型变段为例编写渐变段的下挖深度计算程序。首先了解一下变段的信息，渐变段平面图如下：断面变化信息为：198+337.1段与352.1段比较，渠底从13.5m变为12m，一，二级坡分别从1:3.25变为1:3.5和1:3变为1:3.25198+352.1段与388.1段比较，二级马道从2m变为12m，三，四级坡分别从1:2.75变为1:3和1:2.5变为1:2.75这个变段是在渠道第一直线段上的，可以直接用施工坐标编写程序。为了更清晰简洁的编程，可以把337.1-352.1编为一个子程序，把352.1-388.1编为另一个子程序，分别命名为337352和352388。1主程序编辑：Lb1：“X=”？X：“Y=”？Y：“H=”？H8X+197657.962A:“A=”：A (显示测量点的桩号)20DimZ8 （定义20个额外变量）112.939-（A-197408.1）*4.338*10-5Z1: Z1+8.7Z2: Z2+6Z3: Z3+6Z4 8 （渠底与一二三级马道高程）If A198337.1AndA198352.1：Then Prog “337352” 8(调用337352子程序)ElseIf A198388.1: Then Prog “352388” 8 (调用352388子程序)Else“CCFW” （不在337到388之内显示超出范围）IfEnd: IfEnd:Goto182子程序337352：（13.5-12）/(352.1-337.1)M: (渠底变化系数)A-198337.1C：(13.5-C*M)/2Z5: (渠底外边线偏心距)（3.5-3.25）/(352.1-337.1)D: (坡变系数)Z5+8.7*(3.25+C*D)Z6:Z6+5+6(3+C*D)Z7:Z7+2+6*2.75Z8 8(一二三级马道内边线偏心距)If Y0AndYZ5:Then H-Z1B:“B=”:B (渠底下挖深度)ElseIf YZ6:Then H-(Y-Z5)/(3.25+C*D)-Z1B:“B=”:B(一级坡面)ElseIf YZ6+5:Then H-Z2B:“B=”:B (一级马道面)“MD=”:Z6 Z6+5 (显示一级马道范围)ElseIf YZ7:Then H-(Y-Z6-5)/(3 +C*D)-Z2B:“B=”:B(二级坡面)ElseIf YZ7+2:Then H-Z3B:“B=”:B (二级马道面)“MD=”:Z7 Z7+2 (显示二级马道范围)ElseIf YZ8:Then H-(Y-Z7-2)/2.75 -Z3B:“B=”:B (三级坡面)ElseIf YZ8+2:Then H-Z4B:“B=”:B (三级马道面)“MD=”:Z8 Z8+2 (显示三级马道范围)Else H-(Y-Z8-2)/2.5 -Z4B:“B=”:B (四级坡面)IfEnd：IfEnd：IfEnd： (共7个IfEnd)3子程序352388：（12-2）/(388.1-352.1)E： (二级马道变化系数)A-198352.1C:(3-2.75)/(388.1-352.1)F: ( 坡变系数)6+8.7*3.5Z10:Z10+5+6*3.25Z11: (一二级马道内边线)Z11+C*E+2Z12: (二级马道外边线)Z12+6*(2.75+C*F)Z13 (三级马道外边线)If Y0AndY6:Then H-Z1B:“B=”:B (渠底下挖深度)ElseIf YZ10:Then H-(Y-6)/3.5-Z1B:“B=”:B (一级坡面)ElseIf YZ10+5:Then H-Z2B:“B=”:B (一级马道面)“MD=”:Z10 Z10+5 （显示一级马道范围）ElseIf YZ11:Then H-(Y-Z10-5)/3.25-Z2B:“B=”:B(二级坡面)ElseIf YZ12:Then H-Z3B:“B=”:B (二级马道面)“MD=”:Z11 Z12 (显示二级马道范围)ElseIf YZ13:Then H-(Y-Z12)/（2.75+C*F）-Z3B:“B=”:B(三级坡面)ElseIf YZ13+2:Then H-Z4B:“B=”:B (三级马道面)“MD=”:Z13 Z13+2 (显示三级马道范围)Else H-(Y-Z13-2)/（2.5+C*F）-Z4B:“B=”:B (四级坡面)IfEnd：IfEnd：IfEnd： (共7个IfEnd)渐变段完成。渐变段中在不同的桩号时马道的边界也会随之改变，所以把测点对应的马道边界显示出来，便于测量人员把握变化范围。只要把所有变量在整体中的相互关系搞清楚，渐变段编程就容易多了。编写下挖深度程