公路工程测设

2024-06-26

公路工程测设（通用8篇）

公路工程测设篇1

1 概述

改革开放以来,国家的基础建设发生了翻天覆地的变化,尤其是具有带状特点的工程,如:高速公路,铁路、长江大桥等,已初具规模。一方面促进了国民经济的快速发展,另一方面促进了人民的物质和文化的交流。这些大型的带状工程建设质量影响着工程的运行功效和人民生命财产的安全。从工程的前期勘查设计到后期的施工阶段,如何合理的,精确的控制长度变形问题是保证长距离带状工程建设质量的关键。

随着测量技术的不断发展,现在的工程已经摆脱了经纬仪的繁琐工作套路,GPS技术成为了测量工程的主导。大型的工程控制网一般是以相应等级的GPS点为依据进行建立,因此涉及到实测边长的三个基准面即:水平面、参考椭球面、投影面,以至引起长度综合变形即实测边长归算至参考椭球面上的变形ΔS1与椭球上的边长归算至投影面上的变形(ΔS2)之和(ΔS)。为了方便施工时的测量,对长度变形进行控制,要求坐标反算与对应实测的边长值相等,即放样的精度要小于长度综合变形(ΔS)。

为了限制和抵偿长度变形,可采取具有抵偿高程面的任意带高斯平面直角坐标系的方法,该方法一般将测区中心子午线选取为中央子午线,平均高程面为抵偿面。它能适用于较大区域,但是不能充分体现具有高程抵偿面的任意带高斯正形投影面直角坐标系,因此带状工程测设长度变形控制不能简单的平均处理,而是应该选定控制长度变形的最佳抵偿投影面和投影带,随之控制测区内所有点的长度变形,使之达到最小。

2 抵偿投影面及投影带的选定

2.1 长度综合变形计算

由文献[2]得知,ΔS1可用下列公式计算:

$Δ S_{1} = - \frac{Η_{m}}{R} S$ (1)

其中,Hm为长度所在高程面对于椭球面的高差;S为实地测量的水平距离;R为长度所在方向的椭球曲率半径。

由式(1)可知:ΔS1值的计算结果一般都为负值,也就是说实测长度值归算到参考椭球面上的变形总在缩短,并且与Hm成正比关系,它随着Hm值的增减而增减。

同上,ΔS2可用以下公式计算:

$Δ S_{2} = \frac{y_{m}^{2}}{2 R_{m}^{2}} S_{0}$ (2)

其中,S0为归算至椭球面上的边长,S0=S+ΔS1;ym为归算边两端点横坐标平均值;Rm为参考椭球面的平均曲率半径。

由式(2)可知:ΔS2值的计算结果一般都为正值,也就是说椭球上的边长归算至投影面上的变形总在增大,且ΔS2随着ym的增大而变大,与y $_{m}^{2}$ 成正比关系。

因ΔS1与S相比很小,R与Rm相当的接近,在不影响计算结果的前提下,一般取S0≈S,Rm≈R=6 371 km。则测区内某条边i地面上实测边的综合变形为:

ΔSi=ΔS1i+ΔS2i (3)

将式(1),式(2)代入到式(3)中即可得:

$Δ S_{i} = \frac{y_{m}^{2}}{2 R^{2}} S_{i} - \frac{Η_{m}}{R} S_{i}$ (4)

其中,Si为测区内第i条边的地面实测长度。

2.2 抵偿投影面及投影带的选定

长度变形是一种系统性误差,所以就需要找到一个既能抵偿和控制这种误差,又能改善其分布规律的投影面和投影带,这样就会使侧区内各边长度的变形误差在抵偿后达到最小。选定抵偿投影面及投影带时应满足以下条件:

1)在测区范围内找一个长度综合变形能相互抵消的点。假如当ym=y0,Hm=H0时:

ΔSi=0 (5)

2)测区内各点的长度综合变形通过抵偿后能达到最小,即:

[ΔSiΔSi]=min (6)

所以,抵偿投影面及投影带选定的关键所在是确定[y0,H0],且y0∈[ymin,ymax]。结合式(4)和式(5)得:

$Η_{0} = \frac{y_{0}^{2}}{2 R}$ (7)

其中,H0为归算边高出抵偿投影面的平均高程,则抵偿高程面的高程为Hm-H0。如在测区内确定了符合条件的某点y0,那么就可以确定H0值,这样式(4)表达式可变形为:

$Δ S_{i} = \frac{(y_{0} - y_{m})^{2}}{2 R^{2}} S_{i} - \frac{Η_{0}}{R} S_{i}$ (8)

其中,y0为选定投影带的新中央子午线后平面直角坐标系中的新值。

上式中有两个值是变值,得到[ΔSiΔSi]的最小值不方便。为了进一步简化问题,我们可以选择在一个变量不变的前提下,改变另一个变量来实现。

由式(1)和式(2)可知:

|ΔS1|∞H,ΔSi<0;|ΔS2|∞y2,ΔS2>0。

由式(7)可知:

H∞y2。

由此可知,y0的选取是至关重要的,如果在估计y0时,能够兼顾上述特点,则y0为最优值,相应的H0也为最优值,此时的投影面为最优投影面。

3)利用最小二乘法原理求[ΔSiΔSi]。

[ΔSiΔSi]=min,即 $[(\frac{y_{i}^{2}}{2 R^{2}} - \frac{y_{0}^{2}}{2 R^{2}}) S_{i} (\frac{y_{i}^{2}}{2 R^{2}} - \frac{y_{0}^{2}}{2 R^{2}}) S_{i}$ =min,将此式展开得:

$y_{0}^{4} - \frac{2 (y_{1}^{2} + y_{2}^{2} + y_{3}^{2} + \dots + y_{n}^{2})}{n} y_{0}^{2} + \frac{y_{1}^{4} + y_{2}^{4} + y_{3}^{4} + \dots + y_{n}^{4}}{n} = \min$ 。

其中,yi∈[ymin,ymax](n→∞)。如使上式得到最小值,根据函数极值定律需要对y求导且使导数为零,变换后可得下式:

$y_{0}^{2} = \frac{y_{1}^{2} + y_{2}^{2} + y_{3}^{2} + \dots + y_{n}^{2}}{n} (n \to \infty)$ 。

整理简化后:

$y_{0}^{2} = \frac{1}{y_{\max} - y_{\min}} [y_{1}^{2} \frac{y_{\max} - y_{\min}}{n} + y_{2}^{2} \frac{y_{\max} - y_{\min}}{n} + \dots + y_{n}^{2} \frac{y_{\max} - y_{\min}}{n}$ 。

利用积分的意义可将上式变为:

$y_{0}^{2} = \frac{1}{y_{\max} - y_{\min}} \int_{y_{\min}}^{y_{\max}} y^{2} d y$ 。

进一步变换为:

$y_{0}^{2} = \frac{1}{3} (y_{\max}^{2} + (| y_{\max} | - | y_{\min} |)^{2} + y_{\min}^{2})^{[1]}$ (9)

设ymin=0,则:

$y_{0}^{2} = \frac{2}{3} y_{\max}^{2}$ (10)

将式(9)代入式(7)得:

$Η_{0} = \frac{1}{3 R} y_{\max}^{2}$ (11)

4)分析与探讨。

当 $y_{0}^{2} = \frac{2}{3} y_{\max}^{2} ‚ Η_{0} = \frac{1}{3 R} y_{\max}^{2}$ 时,在y=ymax处有:

$Δ S_{1^{'}} = - \frac{S y_{\max}^{2}}{3 R^{2}} ‚ Δ S_{2^{'}} = - \frac{S y_{\max}^{2}}{2 R^{2}}$ 。

$\max | Δ S^{'} | = | Δ S_{1^{'}} + Δ S_{2^{'}} | = \frac{S y_{\min}^{2}}{6 R^{2}}$ 。

在文献[2]中,取:

$y_{0} = y_{\max} ‚ Η_{0} = \frac{1}{2 R} y_{\max}^{2}$ 时,在y=ymin处有:

$Δ S_{1} = - \frac{S y_{\max}^{2}}{2 R^{2}}$ 。

$Δ S_{2} = - \frac{S y_{\min}^{2}}{2 R^{2}}$ 。

$\max | Δ S | = | Δ S_{1} + Δ S_{2} | = \frac{S y_{\max}^{2}}{2 R^{2}}$ 。

在文献[2]中,取:

$y_{0}^{2} = \frac{y_{\max}^{2}}{2} ‚ Η_{0} = \frac{1}{4 R} y_{\max}^{2}$ 时,在y=ymax处有:

$Δ S_{1^{″}} = - \frac{S Η_{0}}{R} = - \frac{S y_{\max}^{2}}{4 R^{2}}$ 。

$Δ S_{2^{″}} = \frac{S y_{\max}^{2}}{2 R^{2}}$ 。

$\max | Δ S^{″} | = | Δ S_{1^{″}} + Δ S_{2^{″}} | = \frac{S y_{\max}^{2}}{4 R^{2}}$ 。

以上方法选择的抵偿投影面的相应最大长度综合变形量比较为:ΔS′∶ΔS″∶ΔS=1∶1.5∶3。

很显然,本方法确定的抵偿投影面,其变形量小于其他方法。

3 实例探讨

某高速铁路的平均海波为Hm=2.5 km,y∈[15 km,120 km],离中央子午线最远的控制点ymax=120 km,S=1 km,取Rm≈R=6 371 km,分析选定抵偿高程面及相应投影变形规律。

按文献[2]提供的计算方法,有:

y0=ymax=100 km,

$Η_{0} = \frac{y_{\max}^{2}}{2 R} = \frac{120^{2}}{(2 \times 6 371)} = 1 130 m$ 。

抵偿投影面的高程为:

Hm-H0=2 500-1 130=1 370 m。

如果用本文方法计算,把ymin=15 km,ymax=120 km,代入式(9)得:

y $_{0}^{2}$ =8 850,y0=94.07 m。

把y $_{0}^{2}$ =8 850 代入到式(7)得,H0=695 m。

抵偿投影面的高程为:Hm-H0=2 500-695=1 805 m。

在y∈[15 km,120 km]测区内不同点的长度综合变形比较表如表1所示。

4 结语

根据表1对比可得,此论文提出的抵偿高程投影面与传统的计算方法相比较,具有以下特点:

1)测区长度综合变形的最大值max|ΔSi′|=0.106 m,max|ΔSi|=0.175 m,可见本文选定的投影面估算法,能减小长度变形,降低测区内最大变形量。

2)从上述变形的分析来看,本文的计算结果遵从误差分布规律,而文献[2]没有遵从误差分布规律。

3)误差m′≤m,则本方法变形量低于传统方法变形量,能有效控制长度变形,提高测设的精度。

4)本方法使测区中的边长投影的最大变形达到最小,这符合工程的实际要求。

5)本方法能明显的看出测区投影误差是否满足工程要求,不满足可提前采取分带投影或者移动中央子午线方法,进一部减小投影误差。

摘要：根据带状工程测设长度变形的特点,通过对控制长度变形和抵偿投影面确定方法的研究,使测区内所有点的变形最大值达到最小,并提出了“抵偿投影面”的选取应考虑变形误差的分布规律。

关键词：带状工程,长度变形,误差分布,抵偿投影面

参考文献

[1]马迁.高等级公路测设长度变形控制的研究[J].煤矿技术报,2009(2):89-92.

[2]孔祥元.控制测量学(下)[M].武汉:武汉测绘科技大学出版社,1996:89-91.

[3]秦菊芳.高等级公路测设长度综合变形问题的研究[J].测绘通报,2002(11):229-231.

[4]范一中.再谈工程投影面的最佳选取问题[J].测绘通报,2003(8):77-78.

公路工程测设篇2

沉降、水平位移的测设技术交底

根据设计图纸和《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》的要求，我标段应按以下所述的情况测设沉降观测管和水平位移桩。

一、重要性。软基修筑高等级公路，沉降和水平位移观测是至关重要的，观测将直接反映测点处的地基变形情况。地路基施工过程中，沉降和水平位移观测可用来控制填土速率不至于过快，造成路基开裂、坍塌等不必要的损失。我标段的路基填土速率按沉降小于10mm/day，水平位移不大于5mm/day控制。

根据合理的沉降曲线也可为预测地基的竖向变形、水平位移及工后沉降提供有利依据。例如可以根据曲线，通过最小二乘法计算出最终沉降量。并且观测数据是路基卸载的依据。

二、设置情况：全线的应设置情况如数量表所示。

三、埋设：

1．沉降管的规格:如图。

2．水平位移桩的规格:如图S-4-10-

3（二）所示。

3．埋设沉降稳定观测如图S4-10-3

（一）所示。埋设沉降管时必须要有项目部专职的测量人员在场,通知测量监理工程师,对沉降管的底板和初始的管高进行测量。

四、观测：

1．应作定点观测。即每个沉降管和水平位移的观测必须有一个固定的点。沉降观测的转点都应固定，以确保前后等视距，从而消除一部分I角的仪器误差。

2．观测人员观测时应果断、健忘、限差超限可重测。

3．对于水准仪的i角，第两个月必须检校一次，保证i≤20″。

4．观测过程中气泡必须居中，有附合气泡的水准仪读数时必须居中。

5．加密的水准点每两个月检校一次。

6．填筑期每层填筑须观测一次，间隔期间每三天观测一次，水平位移和沉降观测同步进行。预压期观测频率，头一个月，每15天观测一次以后每月观测一次，用S3型水准仪器必须测两个往返，不能使用塔尺。

8．沉降板破坏的处理，由工区通知项目部测量负责人员亲自到场，重新建立初读数。由监理对破坏前最后一次观测资料认可，累计沉降量给予认可。

9．在通道及涵洞建成后，如三个月连续沉降速率小于2mm/月，其所引在涵洞上的水准点，可以使用。

10．原始资料不允许连环涂改。

11．沉降、水平位移的反弹是存在的，不必人为地印象凑数而影响资料真实性。

12．水平位移桩应测其沉降，做到心中有数。

13．如发现沉降管接管过于松动，需用仪器进行检测，检测后上紧，上紧后再测一次的资料与下一次新测资料的差异作为沉降量。

14．资料填写时，无论月、日沉降速率取至0.1mm，每月均按30天算（不管月大月小）。

公路工程测设篇3

数字地面模型 (Digital Terrain Model, 简称DTM) 是指按照某种数学模型表达地形特征的描述方式。它由许多规则或无规则排列的地形点的三维坐标x, y, z组成, 是数字化了的地形资料存储于计算机的产物。数字地面模型的建成就意味着获得了该地区的地表面形态, 凡是为了显示该地区地形特征如纵断面、横断面、等高线地形图以及工程设计所需要的地面面积、体积和坡度等数据资料, 都可以依据数字地面模型, 应用计算机中的相应程序而获得。

数字地面模型一般由三部分组成:

1) 用离散的形式将某一区域内一系列采样点的信息, 按照一定规则存储在计算机中, 形成一个有限项的向量序列。通常用x, y表示平面坐标系、用z表示高程, 其他地理信息如建筑物、河流等用编码分层表示。

2) 由某种数学模型来拟合地表形态, 通过它可求得该区域内任一点的高程或推算其他地面特征, 如坡度、坡向等。

3) 功能程序块完成坐标系的转换等工作。由于三维数字地面模型处理具有相当的难度, 数模技术虽已出现多年, 但一直未能在生产实践中被广泛应用。直到近些年来, 随着计算机软、硬件水平突飞猛进的发展, 测绘技术手段和设备的不断提高, 使数据采集方式和来源逐渐多样化, 建立数字地面模型并对它进行各种处理的技术也逐渐成熟起来, 并在测绘、公路、铁路、水利等各个工程领域得到普遍应用。DTM和公路CAD技术相结合, 使公路勘测设计一体化成为现实。

2 公路设计中常用数字地面模型的类型

公路设计中常用数字地面模型的类型按照采样点的布局可分为四种类型:离散型、 (方) 格网型、三角网型、鱼骨型。

1) 离散型数模又称散点数模, 它由随机分布的离散地形数据构成。其构模的基本思想是:某个小范围的地面可用一圆滑曲面表示, 即用一圆滑曲面去拟合地面, 对每一个待定点, 选择其附近的若干个已知地形点, 按照远近考虑其权值, 以最小二乘法拟合出一个曲面函数z=f (x, y) 。公路设计中常用二次多项式曲面作为拟合曲面。拟合区域一般是以该点为圆心, 以包住15个～20个点为最优取一半径的圆形区域。散点数模地形点可任意布置, 能适应地形变化, 但地形点的选择需要一定经验, 此种构模方式占用计算机内存较大, 计算较慢。

2) (方) 格网型数模是将道路中线左右一定区域内的地面划分成方格或长方格, 按一定次序读入网格高程, 输入计算机构成数模。其构模思想是:某个待定点所在方格4个节点高程是z1, z2, z3, z4, 将其拟合为一双曲抛物面, 待定点高程为:

z=a+bx+cy+dxy (1)

其中, a=-z1;b= (z2-z1) /dx;c= (z3-z1) /dy;d= (z1-z2-z3-z4) / (dx·dy) 。

(方) 格网型数模采点方便, 不依赖于经验, 而且占用计算机内存小, 计算速度快, 但是节点不一定是地形变化点, 故精度较低。

3) 三角网型数模是目前公路设计中最普遍采用的一种形式。它的构模思想是:将地面看成是由许多微小三角形平面所组成的, 最逼近地形表面的折面;然后读取并存储各三角形顶点的三维坐标, 构成三角网数模。它所形成的网格具有整体最优性, 其采用的数学模型如下:

其中, xi, yi, zi均为三角形顶点坐标;x, y, z均为待求点的坐标。

4) 鱼骨型数模必须在路线方案确定以后, 沿路线的法线方向采集地形点构成数模, 这与传统的手工方法相同。这种方法容易从航测相片或既有地形图上采点, 但必须在路线方案已定的情况下才能采点建模, 不宜进行方案比选, 故已不常用。

3 数字地面模型的建立

数字地面模型的建立最重要的是获得可靠的数据来源。一般情况下建模过程可分为三步:数据取样、数据处理和数据记录。数据取样是指数据点的选取和坐标点的量测;数据处理是以数据点作为控制基础, 用某一数学模型来模拟地表面、进行内插加密计算, 以取得待定点的高程值;数据记录是将地面模型以数字形式记录并存入计算机。数据处理和记录所采用的各种数学模型上面已有交待, 以下着重介绍数据取样的方式。

建模的数据来源主要有三类:航片解析、野外实测、已有地形图矢量化。

目前, 摄影测量手段和设备都相当先进, 使用各种数字测图仪、解析测图仪和数字/模拟立体测图仪都可以在航片解析测图过程中自动采集DTM数据, 它的数据来源稳定可靠、少差错遗漏, 减少了高强度的外业劳动, 效率很高。缺点是:这种方式对设备要求较高、航飞外业成本高昂、技术手段较为复杂。

野外实测是利用全站仪、电子经纬仪、GPS (RTK) 等设备与计算机组成一个采集、记录、处理系统, 来采集可供建模的地形点资料。这种方法精度最高, 在技术上、设备上要求不是很高, 采点的人需要有一定经验, 尽量采集那些建模效率高的点。这种方法的缺点是外业劳动强度和工作量都相当大, 效率不高。

利用已有地形图矢量化是最经济的一种方式。只需收集测区已有地形图资料通过数字化仪、扫描仪等设备进行后处理后获得建模所需的DTM数据。这种方法精度最低, 而且后处理工作相当繁琐、工作量巨大、效率不高。

需要指出的是无论采用哪种方式, 采样点的密度都要根据数模要求精度和地形情况合理确定, 不能过稀, 也不宜过密, 且对断裂线的采集要高度重视。无论采取哪种方式, 建模过程中必须加入断裂线进行约束。

4 数字地面模型在公路测设中的应用

1) 绘制等高线地形图。

根据已建成的数模来探求各等高线上诸点的平面坐标, 然后用平滑的曲线将同一高程的诸点连成一条等高线。再加上其余各层中的各种地物、注记等信息, 即形成一幅完整的数字化地形图。相应的路线设计、构造物设计即可在数字化地形图上直接完成。

2) 求解任意桩位高程。

在平面设计完成的情况下进行任意桩号或已知平面坐标点的高程插值, 完成路线任意方案的纵、横断面高程插值 (即对数模进行任意剖切) , 土石方计算等。

3) 获取三维真实模型。

可计算数模体积、汇水面积和水位曲线图, 沿任意内部边界对数模进行挖空等处理, 自动将路线三维模型叠加处理后, 可得到整个路线的三维真实模型。

5 结语

数字地面模型技术在公路测设中的广泛应用使公路测设方式发生了重大的变革, 使其迈入了数字化时代, 随着这项技术的不断发展完善, 必将对未来的公路科技产生深远的影响。

参考文献

[1]张雨化.公路勘测设计[M].北京:人民交通出版社, 1997.

公路工程测设篇4

3S技术,系指地理信息系统(GIS,Geographical Information System)、遥感技术(RS,Remote Sensing)和全球卫星定位技术(GPS,Global Positioning System),这3项技术形成了对地球进行观测、空间定位及空间分析的完整技术体系。

1 GPS,RS,GIS简介

1.1 GPS

GPS是以人造卫星为基础的无线电导航定位系统,它是利用天空中均匀分布的24颗GPS卫星轨道参数及其载波相位信号,通过地面接收设备接收其发射信息,实时地测定地面接收载体的三维位置。传统方法测图,先要建立控制点,然后进行碎部测量,绘制成图,工作量大,费工费时;用实时GPS动态测量,只需在沿线每个碎部点停留1 min～2 min,即可获得每点的坐标。采用实时GPS测量,只需将中桩点坐标输入到GPS电子手簿中,系统软件就会自动定出放样点的点位。因每个点测量都是独立完成的,不会产生累计误差。

1.2 RS

遥感字面上讲就是遥远感知,一般是指从远距离、高空以至于外层空间的平台上利用可见光、红外、微波等探测识别地面物质的性质和运动状态。

1.3 GIS

地理信息系统是以地理空间数据库为基础,在计算机软硬件的支持下,用于空间和地理有关的数据采集、存储、提取、检索、分析、显示、制图,实现综合管理和分析应用的技术系统。

2 3S集成

2.1 3S集成原理

3S集成系统的基本功能组成见图1。

2.2 集成的模式

2.2.1RS与GIS集成

RS与GIS的集成是3S集成中最重要也是最核心的内容。典型的作业方式是先将航片解译成图,然后数字化进入GIS。RS与GIS可以在数据、平台和功能三者之中的任一层次上进行集成,其目标是非实时数据处理,故通常采用非同步方式。

在公路系统中的应用:

1)RS为GIS提供信息源运用RS手段,将所拟路线走廊的地形、地貌形成正射影像图,经纠正、处理,进一步目视判读之后,经过扫描或手抉跟踪数字化之后,成为数字电子地图,进入到GIS中,实现对路线走廊多重信息的综合分析。

2)GIS为RS提供空间数据管理和分析,GIS系统将地理信息按一定的地理坐标形成一定的地理空间数据,可详细地将地形划分为阳坡、阴坡、半阳半阴坡及高山、中山、低山等细目类,为RS的地物识别、判读提供强有力的技术支持。与单纯的RS数据图像处理相比,二者的有机结合,在公路工程中的运用效果更加明显。

2.2.2 GIS与GPS集成

GIS与GPS集成是利用GIS中的电子地图结合GPS的实时定位技术为用户提供一种组合空间信息服务方式,通常采用实时集成方式。从严格的意义上说,GPS提供的是空间点的动态绝对位置,而GIS提供的是地球表面地物的静态相对位置。二者通过同一个大地坐标系统建立联系。在电子导航、自动驾驶、公安侦破、实时数据采集和更新等既需要空间点动态绝对位置又需要地表地物静态相对位置的应用领域,GIS与GPS集成几乎是一种必然的选择。

具体的说,存在以下几种集成模式:

1)GPS单机定位+栅格式电子地图;

2)GPS单机定位+矢量电子地图;

3)GPS差分定位+矢量/栅格电子地图。

2.2.3 RS与GPS集成

RS与GPS集成的主要目的是利用GPS的精确定位功能解决RS定位困难的问题,既可以采用同步集成方式,也可以采用非同步集成方式,传统的遥感对地定位技术主要采用立体观测、二维空间变换等方式,采用地—空—地模式先求解出空间信息影像的位置和姿态或变换系数,再利用它们来求出地面目标点的位置,从而生成DEM和地学编码图像。但是,这种定位方式不但费时费力,而且当地面无控制点时更无法实现,从而影响数据实时进入系统。

GPS强大的定位功能为RS影像的实时处理与快速编码提了可能,其基本原理是采用GPS/INS方法,将传感器的空间位置(X,Y,Z)和姿态参数(Υ,ω,k)同步记录下来,通过相应软件,快速产生直接地学编码。

2.2.4 3S整体集成

3S整体集成包括以GIS为中心的集成方式和以GPS/RS为中心的集成方式。前者的目的主要是非同步数据处理,通过利用GIS作为集成系统的中平台,对包括RS和GPS在内的多种来源的空间数据进行综合处理、动态存贮和集成管理,同样存在数据、平台(数据处理平台)和功能3个集成层次,可以认为是RS与GIS集成的一种扩充。后者以同步数据处理为目的,通过RS和GPS提供的实时动态空间信息结合GIS的数据库和分析功能为动态管理、实时决策提供在线空间信息支持服务。该模式要求多种信息采集和信息处理平台集成,同时需要实时通讯支持,故实现的代价较高。

GPS,RS,GIS三种技术单独应用提高了空间数据获取和处理的精度、速度和效率,而3S集成除了在以上三方面更进一步以外,其优势还表现在其动态性、灵活度和自动化等方面。所谓动态性是指数据源于现实世界的同步性、不同数据源之间的同步性以及数据获取与数据处理的同步性。灵活度是指用户可以根据不同的应用目的来决定相应数据采集和数据处理,建立二者之间的联系及反馈机制,从而以最恰当的方式完成指定的任务。自动化是指集成系统能够自动完成从数据采集到数据处理的各个环节,不需要人工干预。

3 3S在公路测设中的应用

由于遥感技术获取的信息,具有视域广、整体性强、影像逼真、信息量大、宏观、直观的特点,因此对地形、地貌、植被等信息的反映最为直接,而高分辨率(1 m分辨率)遥感数据能够准确的识别大多数地物,如房屋、单个树丛、公路等的尺度。调查人员可根据测区面积的大小及工作阶段,任意选取不同时相不同比例尺的遥感图像在室内进行反复细致的解译工作,编制各类图件,经外业重点验证、补充、订正解译成果,还可以帮助计划野外测量,减少费用,提高整体勘测资料的质量(配合钻探、物探),加快调查速度,克服了气候、交通、地形等因素的影响。利用遥感影像立体对像可以制作真实三维地面模型(见图1),调查人员可在上面记录地层的位置、关键节点,标示地质的走向和倾斜,通过可视化飞行技术能直观动态地观察线路两侧地形的起伏变化及地质情况,为线路的优化、比选提供依据,有利于大面积的方案优化和比选,不遗漏线路方案利用遥感影像和技术研制多媒体信息数据库管理与分析系统,用于公路可行性报告的评审,非常直观方便。实践证明,采用遥感影像图进行地质调查,一般可以提高调查速度30%以上,在地质条件复杂、交通十分困难地段可以提高调查速度100%以上。

总之,3S技术已经使公路勘测设计转变成以GIS为基础,GPS为工具,RS为基本手段的全方位、立体化、多层次设计的新模式,设计的高科技含量和效益已经大大提高,3S在未来公路测设中的应用前景将十分壮观。

4 结语

1)GPS,RS,GIS是三种有关空间信息获取和处理的技术,它们之间存在明显的互补性。

2)3S集成包括多种具体的实现形式,可以细分为四种(RS+GPS/RS+GIS/GIS+GPS/RS+GPS+GIS)。3S集成的目的是充分利用其各子系统在功能上的互补性形成整体优势。

3)现代3S高新技术的发展应用,为人类勘测地球提供了全新高效的方法和丰富的信息源。遥感信息的宏观性、丰富性、实时性和全球定位系统的快速准确性,可以极大的扩展我们的视野和改造自然的能力。

4)实践表明,3S技术在公路勘察设计,尤其在高速公路网的宏观规划、路线调查及大型隧道、桥位工程的方案论证等方面,可以全面掌握公路规划区的环境地貌与地质构造要素,提高决策水平和设计质量,对优化方案、节约投资起到关键作用。

5)随着人类对环境质量的要求越来越高,通过3S,3D与常规勘察设计技术的紧密结合,才能使公路勘察设计实现快速优化成为可能。大力推广3S技术在公路建设中的普及应用,有利于加快科技进步,提高人类利用、改造、美化环境的水平,对促进人类的进步具有重要意义

参考文献

[1]王之卓.遥感、地理信息系统和全球定位系统的发展过程及其集成[A].RS,GIS,GPS的集成与应用[C].北京:测绘出版社,1995:1-8.

[2]李德仁.RS,GIS与GPS集成的定义、理论与关键技术[J].遥感学报,1997,1(1):64-68.

[3]赵文武,东野光亮,张银辉,等.3S技术集成及其应用研究进展[J].山东农业大学学报(自然科学版),2001,32(2):117-123.

公路工程测设篇5

1 平差条件方程的列立

无定向导线的布设形式如图1所示,A(XA,YA),B(XB,YB)为已知起算点;SAB,αAB分别为无定向导线固定边AB的边长和坐标方位角;β′i,S′i和βi,Si分别为导线的观测值和平差值;(xi,yi)和(Xi,Yi)分别为导线点坐标的计算值和平差值。在无定向导线中,观测值的总数为n=2N-3,必要观测数为t=2N-4,则多余观测数为1,N为包括已知起算点和待求的总点数。

1.1 坐标方位角条件方程

如图1所示,已知起始边1点至2点的坐标方位角为T1=αA+δ1,终边n-1点至B点的坐标方位角为Tn-1=αn-1+δ2,各观测角为β′i,各观测角的改正数为Vβi,各观测角的最或是值为βi。则:

βi=β′i+Vβi(i=1,2,…,n-2) (1)

则方位角条件为:

T起+∑(±βi)∓(n-2)·180°-T终=0 (2)

其中,±,∓符号的取法为:左折角取上面的符号,右折角取下面的符号。将式(1)代入式(2)可得线性化后的坐标方位角条件方程:

∑(±Vβi)+δ1-δ2+WT=0 (3)

WT=αA+∑(±β′i)∓(n-2)·180°-αn-1。

1.2 纵横坐标条件方程

如图1所示,无定向导线中A,B为已知点,其坐标分别为(XA,YA)和(XB,YB),S′i为导线边长观测值;Si为导线边长平差值,于是纵横坐标条件方程为:

其中,T $_{i}^{0}$ 为用角度观测值计算得到的近似方位角。将式(5),式(6),式(7)代入式(4)经线性化后可得到纵横坐标条件方程:

只有当Vβj,Vsi,δ1是一个小的量,用泰勒公式展开,可以将二阶及二阶以上微小量略去,得以上线性化方程式。当αA较准确时,δ1是一个小量。αA,T $_{i}^{0}$ 和αn-1的确定方法:假设起始边的方位角为α′A,根据观测角度推算各导线边的近似方位角,据观测边长计算出近似坐标,用终点近似坐标计算方位角α′AB,则αA=α′A+αAB-α′AB, $Τ_{i}^{0} = α_{A} + \sum_{j = 1}^{i - 1} (\pm β^{'}_{j}) \mp (i - 1) \cdot 180 ° ‚ α_{n - 1} = Τ_{n - 1}^{0}$ 。

2 角度、方向和边长观测值权的确定

设角度观测为等精度观测,取角度观测的权为1,先验测角中误差为mβ,则各观测值的权和权倒数见表1。

3 基础方程和解

3.1 附有未知数的条件平差基础方程

3.2 基础方程的解

为了解算基础方程,通常是将其中的改正数方程代入条件方程,得到一组包含K和δ的对称线性方程组,即:

令Naa=AQAT,则式(11)可写为:

因为R(Naa)=R(AQAT)=R(A)=C,且NTaa=(AQAT)T=AQAT=Naa,则Naa为一C阶的对称满秩方阵,是一可逆阵,可解得:

将Nbb=BTN $_{a a}^{- 1}$ B,式(13)代入式(10)可得:

$V = Q A^{Τ} Ν_{a a}^{- 1} (W - B δ)$ (14)

4 精度评定

在附有未知数的条件平差中,计算单位权中误差的公式为:

$m_{0} = \pm \sqrt{\frac{V^{Τ} Ρ V}{r - t}}$ ,其中,r为线性无关的条件式个数;t为所选定的未知数的个数,且VTPV=WTK=[pvv],则 $m_{β} = \sqrt{[p v v]}$ 。

5 应用实例

在某高速公路1标段中有两个GPS控制点XPN21,XPN22,两点由于秋作物的遮挡不通视,见表2。由于控制点密度不够,不能满足工程测设的要求,现在两点之间布设了一条无定向附合导线,如图2所示,观测数据见表3。已知先验测角中误差为2.5″,先验测边中误差为5 mm+5 ppms,需计算各导线点的平差坐标值。

假设起始边的坐标方位角为α′A=100°00′00″,根据观测角度推算各导线边的近似方位角,据观测边长计算出近似坐标,用终点近似坐标计算α′AB=98°52′03.29″,则αA=α′A+αAB-α′AB=84°36′02.41″,再次推算方位角、计算近似坐标,据式(3),式(8)列3个条件方程并进行平差计算。

经过平差计算,结果显示其精度能够满足一级导线的精度规定要求,且计算方便,可通过CASIO4800计算器编写计算程序进行计算,在现场进行解算,检查错误,及时的发现问题并解决;也可通过EXCEL强大的计算功能编写程序进行计算。

摘要：针对在高速公路施工过程中,因控制点较少或通视条件困难而造成测设不便的现状,指出采用无定向导线可解决控制点少及通视条件困难等问题,并采用无定向导线条件平差法进行了平差计算,分析了它的精度,用实例证明这是一种高效、经济的线路测量方法。

关键词：高速公路测设,无定向导线,精度

参考文献

[1]杨国清.控制测量学[M].郑州:黄河水利出版社,2005:349-359.

[2]张敬东,何瑞珍.无定向导线条件平差法在林区控制测量中的应用[J].中国农学通报,2006(6):129-132.

[3]武汉测绘科技大学.测量平差基础[M].武汉:测绘出版社,1996:65-82.

圆曲线的测设篇6

在公路和城市道路中, 为了适应地形, 常常在路线的转折处插入平曲线, 来实现路线方向的改变。在四级公路或曲线半径不小于不设超高的最小半径时, 只设置圆曲线。测设时, 可以先测设圆曲线的主点, 然后再采用整桩号法或整桩距法在主点桩之间进行加密。

1 圆曲线要素计算

设交点JD的转角为α, 圆曲线半径为R (见图1) 。

切线长:T=Rtg (α/2) 。

曲线长:L=π/180×Rα。

外矢距:E=R[sec (α/2) -1]。

切曲差:D=2T-L。

2 主点桩号计算及主点测设

在交点JD上支经纬仪, 瞄准后交点JDi-1, 在此方向线上从交点JD量取切线长T, 求出圆曲线起点直圆点ZY。将望远镜找准前交点JDi+1, 并量取切线长T, 就得出圆曲线的终点圆直点YZ。在此基础上, 拨角度1/2 (180°-α) , 量取外矢距E, 得出圆曲线的中点QZ点。。

3 圆曲线的详细测设

1) 偏角法见图2。

圆心角:ф=180L/ (Rπ) 。偏角:Δ=ф/2。弦长:C=2RsinΔ。

a.将经纬仪安置于ZY点上, 瞄准JD后归零。b.拨角度Δ1。c.在此方向线上量取弦长C1, 即得出弧长为L1所对应的P1点。d.然后拨角度Δ2, 量取P1~P2点对应弦长C2', 与视线方向相交, 即求出P2点。偏角法在工程中常常用到, 其操作灵活、测设精度高, 缺点是测点误差会累积。

2) 切线支距法见图3。

a.在ZY点支设经纬仪, 瞄准JD。b.在视线方向上量取横坐标X1, 并在与之垂直的方向上量取纵坐标Y1, 就可以放样出P1点。c.为了施工方便, 一般从ZY点测设到QZ点后, 再由YZ点支仪瞄准JD, 反向向QZ点方向测设。切线支距法适用于平坦开阔的地区, 具有操作简单、方便且测点不累积的优点。其缺点是测点精度不高。

4 举例计算

已知JDA (65 332.543;25 631.412) , JDB (66 331.415;26 532.426) , JDC (67 989.491;27 360.721) , JDB的桩号为K5+836.435, 半径R=600 m。

求:

1) 曲线转角α, 并确定转向。2) 曲线要素T, L, E, D。3) 曲线主点桩号及坐标。4) K5+800中桩及左50 m点的坐标。

解:

曲线转角

因α<0, 所以曲线为左转。

3) 桩号计算:

ZY点坐标:

QZ点坐标:

YZ点坐标:

4) 以ZY点为起算点, K5+800的偏角:

K5+800的中桩坐标:

左50 m处的坐标:

5 实际应用

工程施工中, 往往采用全站仪或RTK来测设圆曲线。

全站仪测设时, 可以提前计算好坐标, 并在存储管理模式下存储, 然后按施工需要来放样;也可以在道路模式下的圆曲线界面输入半径、弧长以及转向, 此时仪器内部程序会计算曲线的详细坐标, 输入桩号就可以放样。RTK测设时, 先进入道路设计模式。在元素模式下, 按照一定的规则把曲线要素逐一添加组合成线路, 从而达到设计整段道路的目的;也可以在交点模式下, 输入线路曲线的坐标及曲线长、半径、桩号信息并选择起点里程, 并按照整桩号或整桩距的方式生成坐标。点击测量模式下的道路放样, 找到设计完成的线路文件, 选择放样点进行放样。总之, 在工程实际施工中, 依据现有的地形复杂情况、依靠有效的仪器设备, 采用适宜的方法对圆曲线进行测设, 并作出校核。当曲线半径较小时, 应减小间距对曲线进行放样, 以便把曲线测设的圆滑、顺畅。

摘要：以圆曲线的测设为研究内容, 介绍了圆曲线的计算要素, 对主点桩号计算以及详细测设方法进行了研究论述, 并对相应的计算过程作了举例说明, 为类似工程的勘测计算提供了参考。

关键词：圆曲线,偏角法,测设,计算

参考文献

[1]顾孝烈.测量学[M].第4版.上海:同济大学出版社, 2011.

[2]JJF 1251—2010, 坐标定位测量系统校准规范[S].

浅谈新建方格网的测设篇7

为了满足电厂扩建工程厂区建设的需要,对该区域进行建筑方格网的复测。复测原一级、二级方格网点共41个。对厂区内、外新增加24个一级方格网点的测量和埋设混凝土标石。主要工作量见表1。

2 技术要求

1)坐标系统:1954年北京坐标系;高程系统:1985国家高程基准。2)作业依据:GB 50026-93工程测量规范。本工程测量方案。

3 旧有资料情况

一级、二级导线网点和方格网点坐标、高程均由甲方提供,可以利用。

4 平面控制测量

4.1 新建厂区内、外方格网点布设

根据甲方提供的G01～G24点的方格网坐标数据结合场地实际情况,利用原有方格网和E级GPS点组成导线网图形,坐标系统采用1954年北京坐标系,3度带投影,中央子午线经度为114°,边长不进行任何投影改正。

初设:在已有方格网点和GPS点上设站,使用J2型全站仪,采用极坐标法将所有方格网点按设计坐标测设于实地,打以小木桩,作为埋设混凝土标石的依据,标石上下口径约为700 mm,埋设深度约为1 700 mm,混凝土强度等级为C20,标石中间顶部镶有24 cm×24 cm×3 mm不锈钢板,钢板东北角设有半球状的水准点标志,并将初设的方格网点标注在不锈钢板上。

精设:采用J2型全站仪,按一级导线的要求,进行角度和边长的精确测量。测角两测回,边长两测回对向观测。温度、气压、仪器加乘常数及倾斜改正由全站仪一次完成,最后取往返观测平均值,边长未进行水准面投影及高斯正形投影,直接参与方格导线网平差计算。

数据处理:采用测量平差软件在微机上进行严密平差计算。环闭合差最大为15″,测角中误差最大为4.52″,导线全长相对闭合差最大为1/100 000,满足规范要求,可进行方格网的修正。

方格网的设定:根据精密导线测量的坐标数值和设计要求的数值进行比较,求出实测的差值ΔX和ΔY,在不锈钢板上用小三角板量取ΔX,ΔY,在相交点上用电钻打一小孔,钉以黄铜丝,作为最后标志点。

检测:采用J2型全站仪,采取与精设相同的方法进行方格网点的角度和边长测量,精度满足《规范》要求。点号为G01～G24,共计24点。

4.2 厂区原有方格网点的复核测量

根据甲方提出的要求,对原有厂区内的一级、二级方格网点共41点进行复测,以便检测其是否稳定和完好,以便施工放样时作为依据。

共分三个片区:

第一片区:共计11点。F25,F70,F26,F62,F17,F53,F10,F37,F02,F34,F03。

第二片区:共计14点。F79,F27,F28,F73,F64,F65,F74,F80,F66,F75,F29,F81,F30,F31。

第三片区:共计16点。F41,F47,F48,F60,F21,F22,F49,F15,F43,F20,F57,F13,F05,F06,F07,F42。

复测方法:采用J2型全站仪,按一级导线的要求,测角两测回,测距往返观测各两测回,满足外业精度后进行导线方格网平差计算。

复测结果:

原有方格网点标志完好,稳定性好,完全可利用其原有点位和坐标数据的共23个,不能利用或破坏的点位共计18个。

其中,第一片区:F25,F70,F26,F17,F53,F10,F37,共计7点。

第二片区:F79,F27,F73,F74,F81,F30,F31,共计7点。

第三片区:F06,F07,F41,F42,F43,F15,F49,F22,F21,共计9点。

以上三个片区共计23点完好,坐标值可以使用。

4.3 新建方格网点的测量

新建方格网点3点,F48,F47,F60采用导线点方法,利用原点位标志,提供新坐标数值。

5 高程控制测量

新建厂区内外方格网点和厂区新建方格网点复核水准测量,采用S1型精密水准仪及因瓦精密水准尺测量其方格点水准标志之间的高差,水准路线组成环形闭合网,附合路线的形式,结点间的测站数为偶数,作业前对仪器有关项目进行检验,符合要求方可使用。

高程起算点,以原有方格网点F17,F26,F72的高程作为新建厂区内外方格网点共计24点的起算依据,复核方格网的高程起算依据为第一片区F25,F37,第二片区F79,第三片区F06,F41,F15作为复测的23个点和新建3个点的起算依据。

三等水准测量的主要观测技术要求如表2所示。

外业结束后,对数据进行处理,采用平差软件在微机上进行严密平差。每千米高程中误差最大为1.98 mm,满足规范要求。

6 检查及验收

本工程所有成果、成图均按我公司的质量要求,进行检查验收。外业测量结束后,进行实地巡视检查及设站检查,交给专业副总工程师进行复核和审定,公司领导签发。本工程提供的成果、成图资料均可提交使用。

参考文献

线路的导线测量及中线测设方法篇8

道路工程是土木建设工程的主要内容之一。修建一条线路,国家要花费大量的人力、物力、财力,为保证新建线路在国民经济建设和国防建设中充分发挥其效益,故修建一条新线路一般要经过方案研究、初测和初步设计、定测等环节。其中,初测是为初步设计提供资料而进行的勘测工作,其主要任务是提供沿线大比例尺带状地形图及地质和水文资料,导线测量是初步设计的关键环节。定测是为施工技术设计而进行的勘测工作,其主要任务是把上级部门已经批准的初步设计中所选定的线路中线测设到地面上去,并进行线路纵断面和横断面的测量。本文将详细介绍导线测量和中线测设的方法。

2 线路的导线测量

导线测量是测绘线路带状地形图和定测放线的基础。导线测量工作包括内业和外业,其中外业工作包括踏勘、选点、埋石、造标、测角、测边、连接测量。

2.1 踏勘、选点及埋设标志

踏勘是为了了解测区范围、地形及控制点情况,以便确定导线的形式和布置方案;选点应考虑便于导线测量、地形测量和施工放样。选点原则如下。

(1)相邻导线点间必须通视良好。

(2)高等级导线点应便于加密图根点,导线点应选在地势高、视野开阔、便于碎步测量的地方。

(3)导线边长大致相同。

(4)密度适宜、点位均匀、土质坚硬且易于保存和寻找。

选好点后应直接在地上打入木桩。在桩顶上钉小铁钉或划“+”作点的标志,必要时在木桩周围灌注混凝土(如图1a所示)。例如,导线点需要长期保存,则应埋设混凝土桩或标石(如图1b所示),埋桩后应统一进行编号。为了今后便于查找,应量出导线点至附近明显地物的距离,并绘制草图、注明尺寸,称为点之记(如图1c所示)。

2.2 角度测量

用测回法施测导线左角(位于导线前进方向左侧的角)或右角(位于导线前进方向右侧的角)。一般在附合导线中,测量导线左角,在闭合导线中均测内角。若闭合导线按逆时针方向编号,则其左角就是内角。图根导线一般用DJ6级光学经纬仪测一个测回。若盘左、盘右测得角值的较差不超过40″,则取其平均值。

测角时,为了便于瞄准,可在已埋设的标志上用3根竹竿吊一个大垂球,或者用测钎、觇牌作为照准标志。

2.3 边长测量

传统导线边长可采用钢尺、测距仪(气象、倾斜改正)、视距法等方法。随着测绘技术的发展,目前全站仪已成为距离测量的主要手段。

2.4 连接测量

导线与高级控制点连接,必须观测连接角、连接边,作为传递坐标方位角和坐标之用。如果附近无高级控制点,则应用罗盘仪施测导线起始边的磁方位角,并假定起始点的坐标作为起算数据。

3 线路的中线测设

中线测量是新线定测阶段的主要工作,它的任务是把在带状地形图上设计好的线路中线测设到地面上,并用木桩标定出来。我国道路中线的形式主要有直线、圆曲线及缓和曲线3种(图2所示为线路中线分布形式),因此线路中线的测设的主要工作包括直线段的测设、圆曲线的测设和缓和曲线的测设。

3.1 线路直线段的测设

线路直线段的测设主要包括交点和转点的测设,这个过程又称为放线。放线的方法有多种,常用的有拨角法、支距法和极坐标法3种。可根据地形条件、仪器设备及纸上定线与初测导线距离的远近等情况,选择一种或几种交替使用。

3.2 线路圆曲线的测设

圆曲线主要用于专用线和行车速度不高的线路,该曲线的测设一般分2步进行,先测设曲线主点,然后依据主点详细测设曲线。圆曲线详细测设常用的方法有偏角法、切线支距法和极坐标法。

(1)主元素的计算:设交点JD的转角为α,圆曲线半径为R,则曲线主元素计算公式如下:

(2)主点测设:根据曲线主元素计算圆曲线上各个主点的里程,并在交点(JD)上安置经纬仪,瞄准直线Ⅰ方向上的一个转点,在视线方向上量取切线长T得ZY点,瞄准直线Ⅱ方上的一个转点,量T得YZ点;将视线转至内角平分线上量取E0,用盘左、盘右分中得QZ点。在ZY、QZ、YZ点均要在方木桩上钉小钉以示点位。为保证主点的测设精度,以利于曲线详细测设,切线长度应往返丈量,其相对较差不大于1/2 000时,取其平均位置。

(3)详细测设:本文以偏角法为例加以说明。如图3所示,偏角法是根据曲线起点ZY或终点YZ至曲线上任意一待定点P的弦线与切线T之间的弦切角(这里可以称为偏角)δ和弦长d来确定P点的位置。计算测设元素如下:

其中,φi为di对应的圆心角。

完成上述元素的计算,偏角法测设过程如下:①在ZY点安置经纬仪(对中、整平),用盘左瞄准JD,将水平度盘的读数转到0°00′00″。②转动照准部到度盘读数为δ1,从ZY点量取d1,定出1点。③转动照准部到度盘读数为δi,从ZY点量取di,与此方向交出第i点。

检核条件:观测者将水平度盘读数放到α/4时,应能看到QZ桩;将水平度盘读数放到α/2时,应能看到YZ桩,最后一桩点到点的弦长在半径方向的分量应小于±0.1 m,在切线上的分量应小于±L/1 000。

3.3 线路缓和曲线的测设

缓和曲线是直线与圆曲线间的一种过渡曲线。它与直线分界处的半径为∞,与圆曲线相连处的半径与圆曲线半径R相等。

缓和曲线的插入和全曲线圆曲线的转角α及半径R密切相关,需要查询道路规范综合要素表确定缓和曲线的长度l0。缓和曲线测设应连同圆曲线一起进行,也分为主元素的计算、主点测设和详细测设3个部分,这里不做详细阐述。

4 结语

本文详细介绍了线路导线测量及中线测设的方法。由于受以往测量技术和手段的限制,传统的线路中线测设通常根据其自身的分布形式划分为直线段的测设、圆曲线的测设和缓和曲线的测设。这种方法原理简单,便于理解,但内业资料计算繁琐、外业测设劳动强度大、作业效率低。目前已出现了很多改进的方法,较为突出的是坐标测设法,它是基于全站仪和便携机联合使用的测设法。

参考文献

[1]李青岳.工程测量学[M].北京:测绘出版社,1984.

[2]四川矿业学阮数学手册[M].北京:科学出版社,1978:67-79.

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