《测量学》道路中线测量

长安大学公路学院 第十一章道路中线测量 11 1概述 道路中线测量是把图纸上设计好的道路中心线在地面上标定出来 供设计和施工之用 即通过直线和曲线的测设 将道路中线的平面位置具体地敷设到地面上去 并标定出其里程 供设计和施工之用 中线测量包括 中线各交点 JD 和转点 ZD 测设 量距和钉桩 测量路线各偏角 测设圆曲线等 11 2交点和转点的测设 一 交点的测设在路线测设时 应先定出路线导线的转折点 称为交点 交点的测设方法 1 放点穿线法 利用图上测图导线点与纸上定线之间的角度 距离关系 作为测设数据 将路线导线放于实地上 1 放点 一条直线应放三个以上临时点 采用极坐标和支距法 11 2交点和转点的测设 一 交点的测设1 放点穿线法 1 放点 2 穿线 用目估或经纬仪 使直线穿过或靠近放出的临时点 最后定出二转折点桩 3 交点 打 骑马桩 定交点 11 2交点和转点的测设 一 交点的测设1 放点穿线法2 拨角放线法 根据纸上定线的交点坐标 反算直线长度和坐标方位角 以及转角 利用这些数据在现场测设交点 这种方法有累积误差 故每隔一段距离应与测图导线联测校核调整 3 坐标放样法 交点坐标在地形图上确定以后 利用测图导线按全站仪坐标放样法将交点直接放样在地面上 这种方法外业工作更快 由于利用测图导线放点 故无误差累积现象 11 2交点和转点的测设 二 转点的测设1 在交点间设转点ZD 为粗略定出的转点位置 将经纬仪置于ZD 用正倒镜分中法延长直线JD5 ZD 于JD6 若JD6 与JD6重合或量取的偏差在路线容许移动的范围内 则转点位置即为ZD 这时应将JD6移至JD6 并在桩顶上钉上小钉表示交点位置 11 2交点和转点的测设 二 转点的测设1 在交点间设转点当偏差超过容许范围或JD6不许移动时 则须重新设置转点 设e为ZD 应横向移动的距离 仪器在ZD 用视距测量方法测出距离a b 则将ZD 沿偏差的相反方向横移至ZD 将仪器移至ZD 延长直线JD5 ZD看是否通过JD6或偏差小于容许值 否则应再次设置转点 直至符合要求为止 11 2交点和转点的测设 二 转点的测设1 在交点间设转点2 在延长线上设转点设置似前 11 3路线转角的测定和里程桩设置 一 路线转角的测定转角 交点处后视线的延长线与前视线的夹角 以 表示 转角有左右之分 位于延长线右侧的 为右转角 位于延长线左侧的 为左转角 在路线测量中 转角通常是通过观测路线右角 测回法 计算求得 11 3路线转角的测定和里程桩设置 一 路线转角的测定右角的测定方法 采用测回法观 限差要求 高速公路 一级公路限差为20秒以内 二级及二级以下公路限差为60秒以内 夹角的分角线测设为了保证测角的精度 还须进行路线角度闭合差的检核 11 3路线转角的测定和里程桩设置 二 里程桩设置从线路起点沿线路经过的长度 称为里程 把里程表示为整公里数 不足整公里米数的形式以区别线路上不同的点 称为里程桩号 例如 K4 100 1 道路中线测量的基本要求中桩间距表表11 1 11 3路线转角的测定和里程桩设置 二 里程桩设置2 里程桩设置里程桩分整桩和加桩 整桩是由线路起点开始 每隔20m或50m设置一桩 加桩分地形加桩 地物加桩 曲线加桩和关系加桩 其中关系加桩是指线路上的转点 ZD 和交点 JD 桩 11 3路线转角的测定和里程桩设置 二 里程桩设置2 里程桩设置 平曲线主点名称及缩写表表11 4 11 4圆曲线测设 根据线路偏角 圆曲线半径R计算测设数据进行放样 测设分两步进行 先测设圆曲线的三个主点 直圆点ZY 曲中点QZ和圆直点YZ 再详细测设圆曲线上按规定桩距各副点 中桩点 11 4圆曲线测设 一 圆曲线测设元素的计算 11 4圆曲线测设 二 圆曲线主点测设1 主点里程的计算注意 YZ JD T D 11 4圆曲线测设 二 圆曲线主点测设例1已知某交点的里程为K3 182 76 测得转角 拟定圆曲线半径R 300m 求圆曲线测设元素及主点桩里程 解 计算圆曲线测设元素 11 4圆曲线测设 二 圆曲线主点测设例1已知某交点的里程为K3 182 76 测得转角 拟定圆曲线半径R 300m 求圆曲线测设元素及主点桩里程 解 计算主点桩里程 校核 计算无误 11 4圆曲线测设 二 圆曲线主点测设1 主点里程的计算2 主点的测设 1 ZY点 将经纬仪置于交点JDi上 望远镜照准后交点JDi 1或此方向上的转点 自交点JDi沿此方向量取切线长T 即得圆曲线起点ZY 量取ZY到最近一个直线桩的距离与两桩号之差比较 不应超过限值 最后打桩 2 YZ点 将望远镜照准前交点JDi 1或此方向上的转点 往返量取切线长T 得圆曲线终点 打下YZ桩 3 QZ点 沿分角线方向量取外距E 打下QZ桩 11 4圆曲线测设 三 圆曲线的详细测设1 圆曲线测设的基本要求详细测设所采用的桩距与曲线半径有关 桩距的要求见表11 1 设桩通常有两种方法 1 整桩号法 将曲线上靠近ZY的第一个桩的桩号凑整成为l0倍数的整桩号 然后按桩距l0连续向YZ设桩 这样设桩均为整桩号 2 整桩距法 从曲线起点和终点开始 分别以桩距l0连续向曲线中点设桩 或从曲线的起点 按桩距l0设桩至终点 由于这样设置的桩均为零桩号 因此应注意加设百米桩和公里桩 11 4圆曲线测设 三 圆曲线的详细测设2 圆曲线详细测设的方法圆曲线详细 最常用的方法有切线支距法 偏角法等 切线支距法切线支距法是以圆曲线的起点ZY或终点YZ为坐标原点 以切线为x轴 过原点的半径方向为y轴 建立直角坐标 按曲线上各点坐标x y设置曲线 x y 11 4圆曲线测设 三 圆曲线的详细测设2 圆曲线详细测设的方法切线支距法例2例1若采用切线支距法并按整桩号法设桩 试计算各桩坐标 11 4圆曲线测设 三 圆曲线的详细测设 0 0 0 00 00 0 YZK3 249 14 0 14 9 14 1 44 44 9 14 240 1 41 29 09 5 33 55 29 14 220 4 02 48 92 9 23 06 49 14 200 QZK3 181 60 3 51 45 77 8 46 33 45 95 160 1 12 25 92 4 57 22 25 95 140 0 06 5 95 1 08 11 5 95 120 0 0 0 00 00 0 ZYK3 114 05 m m 圆心角 各桩至ZY或YZ的曲线长度 li 桩号 切线支距法计算表 11 4圆曲线测设 三 圆曲线的详细测设2 圆曲线详细测设的方法切线支距法测设步骤 从ZY 或YZ 点开始用钢尺或皮尺沿切线方向量取Pi的横坐标xi 得垂足Ni 在各垂足Ni上用方向架定出垂直方向 量取纵坐标yi 即可定出Pi点 曲线上各点设置完毕后 应量取相邻各桩之间的距离 与相应的桩号之差作比较 且考虑弧弦差的影响 若较差均在限差之内 则曲线测设合格 否则应查明原因 予以纠正 11 4圆曲线测设 三 圆曲线的详细测设2 圆曲线详细测设的方法 2 偏角法偏角法是以圆曲线起点ZY或终点YZ至曲线任一待定点Pi的弦线与切线T之间的弦切角 这里称为偏角 和弦长ci来确定点Pi的位置 11 4圆曲线测设 三 圆曲线的详细测设2 圆曲线详细测设的方法 2 偏角法偏角法测设步骤 在ZY点安置经纬仪 对中 整平 用盘左瞄准JD 将水平度盘的读数配到0 00 00 转动照准部到度盘读数为 1 从ZY点量取弦长C1 定出1点 转动照准部到度盘读数为 i 从第i 1点量取弦长Ci 与此方向交出第i点 11 4圆曲线测设 三 圆曲线的详细测设3 两种测设方法的适用性偏角法不仅可以在ZY和YZ点上测设曲线 而且可在QZ点上测设 也可在曲线任一点上测设 它是一种灵活性大 测设精度较高 适用性较强的常用方法 但这种方法存在着测点误差累积的缺点 所以宜从曲线两端向中点或自中点向两端测设曲线 切线支距法适用于平坦开阔的地区 具有操作简单 测设方便 测点误差不累积的优点 但测设的点位精度偏低 11 5带有缓和曲线的平曲线测设 一 缓和曲线1 缓和曲线的概念缓和曲线 为了使路线的平面线形更加符合汽车的行驶轨迹 离心力逐渐变化 确保行车的安全和舒适 需要在直线与圆曲线之间插入一段曲率半径由无穷大逐渐变化到圆曲线半径的过渡性曲线 此曲线称为缓和曲线 目前我国公路设计中 以回旋线作为缓和曲线 11 5带有缓和曲线的平曲线测设 一 缓和曲线2 回旋线型缓和曲线公式 1 基本公式r 回旋线上某点的曲率半径 m l 回旋线上某点到原点的曲线长 m c 常数 r 11 5带有缓和曲线的平曲线测设 一 缓和曲线2 回旋线型缓和曲线公式 2 切线角公式 dl 积分得 11 5带有缓和曲线的平曲线测设 一 缓和曲线2 回旋线型缓和曲线公式 3 缓和曲线的参数方程 dl x y dy dx 11 5带有缓和曲线的平曲线测设 一 缓和曲线2 回旋线型缓和曲线公式 3 缓和曲线的参数方程 x y x0 y0 11 5带有缓和曲线的平曲线测设 二 带有缓和曲线的平曲线主点测设1 内移值p与切线增值q的计算 x y 11 5带有缓和曲线的平曲线测设 二 带有缓和曲线的平曲线主点测设2 平曲线测设元素 11 5带有缓和曲线的平曲线测设 二 带有缓和曲线的平曲线主点测设3 平曲线主点测设 11 5带有缓和曲线的平曲线测设 二 带有缓和曲线的平曲线主点测设4 主点测设过程 1 在JD点安置经纬仪 对中 整平 用盘左瞄准直圆方向 将水平度盘的读数配到0 00 00 在此方向量取TH 定出ZH点 2 从JD沿切线方向量取TH XO 然后再从此点沿切线垂直方向量取YO 定出HY点 3 倒转望远镜 转动照准部到度盘读数为 量取TH 定出HZ点 4 从JD沿切线方向量取TH XHY 然后再从此点沿切线垂直方向量取YHY 定出YH点 5 继续转动照准部到度盘读数为 180 2 量取EH 定出QZ点 11 5带有缓和曲线的平曲线测设 三 带有缓和曲线的平曲线的详细测设1 切线支距法 1 计算曲线上各点的坐标 1 缓和曲线范围内 y 11 5带有缓和曲线的平曲线测设 三 带有缓和曲线的平曲线的详细测设1 切线支距法 1 计算曲线上各点的坐标缓和曲线范围内圆曲线范围内 l 11 5带有缓和曲线的平曲线测设 三 带有缓和曲线的平曲线的详细测设1 切线支距法 2 测设方法 在算出缓和曲线和圆曲线上各点的坐标后 即可按圆曲线切线支距法的测设方法进行设置 l 11 5带有缓和曲线的平曲线测设 三 带有缓和曲线的平曲线的详细测设1 切线支距法 2 测设方法 圆曲线上各点亦可以缓圆点HY或圆缓点YH为坐标原点用切线支距法进行测设 Td 11 5带有缓和曲线的平曲线测设 三 带有缓和曲线的平曲线的详细测设2 偏角法 1 偏角法计算 11 5带有缓和曲线的平曲线测设 三 带有缓和曲线的平曲线的详细测设2 偏角法 2 测设过程缓和曲线范围 在ZH点安置经纬仪 对中 整平 用盘左瞄准JD 将水平度盘的读数配到0 00 00 转动照准部到度盘读数为 1 从ZH点量取分段弦长C 定出1点 转动照准部到度盘读数为 i 从第i 1点量取分段弦长C 与此方向交出第i点 另一半缓和曲线在HZ点上按同样方法测设 11 5带有缓和曲线的平曲线测设 三 带有缓和曲线的平曲线的详细测设2 偏角法 2 测设过程圆曲线范围 在HY点安置经纬仪 对中 整平 后视ZH点 配置水平度盘读数为b0 当路线右转时 将水平度盘的读数改配为360 b0 转动照准部使水平度盘读数为0 00 00 此时望远镜照准的方向为HY的切线方向 倒转望远镜 按照圆曲线偏角法进行测设 11 5带有缓和曲线的平曲线测设 三 带有缓和曲线的平曲线的详细测设3 极坐标法极坐标测设的基本原理是以控制导线为根据 以角度和距离交会定点 如图所示 在导线点Ti置仪 后视Ti 1 或Ti 1 待放点为P 图a 为采用夹角J的放样法 图b 为采用方位角A的放样法 只要算出夹角J或方位角A和置仪点到待放点P的距离D 就可在实地放出P点 11 6虚交点的测设 定义 虚交是指路线交点JD不能设桩或安置仪器 如JD落入水中或深谷及建筑物等处 有时交点虽可钉出 但因转角太大 交点远离曲线或地形地物等障碍而不易到达 可作为虚交处理 一 单圆曲线虚交的测设1 圆外基线法 11 6虚交点的测设 一 单圆曲线虚交的测设1 圆外基线法如果计算出t1 t2出现负值 说明曲线的ZY点 YZ点位于辅助点与虚交点之间 根据t1 t2 即可定出曲线的ZY点和YZ点 A点的里程量出后 曲线主点的里程亦可算 T 11 6虚交点的测设 一 单圆曲线虚交的测设1 圆外基线法测设时由ZY和YZ点分别沿切线量出T 得M点和N点 再由M点或N点沿MN或NM方向量T 即得QZ点 曲线主点定出后 即可用切线支距法或偏角法进行曲线详细测设 11 6虚交点的测设 一 单圆曲线虚交的测设2 切基线法半径R应算至厘米 R算得后 根据R A B 即可算出两个同半径曲线的测设元素T1 L1和T2 L2 11 6虚交点的测设 一 单圆曲线虚交的测设2 切基线法测设时 由A沿切线方向向后量T1得ZY点 由A沿AB向前量T1得GQ点 由B沿切线方向向前量T2得YZ QZ点的测设亦可按圆外基线法中进述的方法测设 或者以GQ点为坐标原点 用切线支距法设置 11 6虚交点的测设 二 两端设有缓和曲线的虚交测设1 非对称型曲线的公式推导 11 6虚交点的测设 二 两端设有缓和曲线的虚交测设1 非对称型曲线的公式推导 11 6虚交点的测设 二 两端设有缓和曲线的虚交测设2 两端设有缓和曲线的切基线圆曲线半径的反算 11 7复曲线的测设 复曲线是由两个或两个以上不同半径的同向曲线相连而成的曲线 一 不设缓和曲线的复曲线测设 11 7复曲线的测设 二 两端设有缓和曲线中间用圆曲线直接连接的复曲线测设 11 7复曲线的测设 二 两端设有缓和曲线中间用圆曲线直接连接的复曲线测设 11 8回头曲线的测设 回头展线是在同一面坡上 作相反方向的前进 以克服高差 一 回头曲线要素计算1 转角180 360 时 11 8回头曲线的测设 一 回头曲线要素计算2 当360 540 时 图11 27 11 8回头曲线的测设 二 回头曲线的测设若能在现场定出交点 可由交点量T长定出ZH HZ点 如无交点 在ZH HZ点附近设置副交点B C 测出转向角 1 2及BC长度 按此推算BA CA长度 由BD T BA CE T CA 便可在B C点分别定出ZH HZ点 也可以按虚交进行处理 11 9道路中线逐桩坐标的计算 计算各曲线 切线支距法 测设数据 xi yi 计算统一坐标系下的 X Y Y X 11 9道路中线逐桩坐标的计算 一 HZi 1点与ZHi点的中桩坐标计算 X Y X Y 11 9道路中线逐桩坐标的计算 二 HZi 1点至ZHi点之间的中桩坐标计算 X Y l X Y P 11 9道路中线逐桩坐标的计算 三 ZHi点到QZi点之间的中桩坐标计算 X Y xi i 1 i yi 左偏k 1 右偏k 1 11 9道路中线逐桩坐标的计算 四 QZi点到HZi点之间的中桩坐标计算 i i 1 xi yi X Y 左偏k 1 右偏k 1 11 10用全站仪测设道路中线 一 导线控制理论与实践已经证明 用全站仪观测高程 如果采取对向 往返 观测 竖直角观测精度m2 2 测距精度不低于 5 5 10 6D mm 边长控制在0 5km之内 即可达到四等水准的限差要求 因此 在导线测量时通常都是观测三维坐标 将高程的观测结果作为路线高程的控制 以代替路线纵断面测量中的基平测量 11 10用全站仪测设道路中线 二 中线测量 11 11用GPSRTK技术测设公路中线 一 GPSRTK的基本原理RTK测量系统是GPS测量技术与数据传输技术构成的组合系统 是以载波相位观测量为基础的实时差分测量技术 11 11用GPSRTK技术测设公路中线 二 GPSRTK的组成RTK测量系统一般由以下三部分组成 GPS接收设备 数据传输设备 软件系统 1 GPS接收机RTK测量系统中至少包含两台GPS接收机 其中一台安置在基准站上 另一台或若干台分别安置在不同的流动站上 11 11用GPSRTK技术测设公路中线 二 GPSRTK的组成2 数据传输系统数据传输设备是由调制解调器和无线电台组成 在基准站上 利用调制解调器将有关数据进行编码和调制 然后由无线电发射台发射出去 在流动站上利用无线电接收台将其接收 并由解调器将数据解调还原 送入流动站上的GPS接收机中进行数据处理 11 11用GPSRTK技术测设公路中线 二 GPSRTK的组成3 软件系统实时动态测量软件系统应具备快速解算或动态快速解算整周模糊度 实时解算流动站的三维坐标 求解坐标系之间的转换参数 进行坐标系统的转换 解算结果的质量分析与评价 作业模式 静态 准动态 动态等 的选择与转换以及测量结果的显示与绘图等基本功能 11 11用GPSRTK技术测设公路中线 三 RTK基准站和流动站的基本要求1 基准站要求 1 基准站GPS天线周围无高度超过15 的障碍物阻挡卫星信号 周围无信号反射物 并要尽量避开交通要道 过往行人的干扰 2 基准站要远离微波塔 通信塔等大型电磁发射源200米外 要远离高压输电线路 通讯线路50米外 3 基准站应选在地势相对高的地方 以利于GPS电台的作用距离 4 基准站连结必须正确 注意电池的正负极 RT