第七章 道路定线

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第七章
道路定线
本章主要介绍纸上定线的概念、内容与操 作方法;曲线型定线法;实地定线;直接定线 与纸上定线的比较;航测定线的基本内容与方 法;路线定线CAD;道路勘测设计一体化新技 术。
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第一节
第二节
纸上定线
纸上定线操作方法
第三节
第四节 第五节 第六节 第七节
实地放线
直接定线 公路路线CAD技术 数字地面模型 “3S”技术在公路勘测设计中的应用
1、从现有的地形图上获取(人工读取数据或用手扶跟踪式的坐标读 取装置图形数字化仪) 2、利用自动记录的测距仪(或全站仪)在野外实测,获取原始数据。 3、摄影测量方法可以利用带有自动记录设备的立体测量仪,对立体 模型进行断面扫描或勾绘等高线,将坐标记录在纸带或磁带上。 内蒙古工业大学
第七节
“3S计划”:
道路中线确定后,为了标定路线,需要根据选定的圆曲线半径及 缓和曲线计算平曲线要素、曲线主点桩及加桩里程、逐桩坐标等。这 些数据是否正确依赖于交点坐标采集的精度,通常交点坐标采集有两 种方法:
1.直接采集法:即在绘有格网的地形图上读取各交点坐标,一般 只能估读到米。此法适用于交点前后直线方向和位置限值不严格的情 况。
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第三节
实地放线
实地放线是将纸上定好的路线敷设到地面上,供详细测量和施工 之用。
常用方法:穿线交点法、拨角法、直接定交点法、坐标法等。 (一)穿线交点法——根据平面图上路线与导线的关系,将纸上 路线的各条边独立地放到实地,延长直线即可在实地放出交点。 1、支距法(适用于地形不太复杂,地物障碍少,不需要用坐 标控制,路线与导线相离不远的情况。) 步骤: ⑴ 在图上量取支距。 ⑵ 在实地放支距。 ⑶ 穿线交点。 2、解析法——用经纬距计算图上路线与导线关系,再按极坐 标原理在实地放出各路线点的方法 适用于地形较复杂,直线较长、线位控制要求较高的情况。
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第六节
数字地形模型
一、数字地形模型及在公路设计中的应用 数字地形模型(DTM)——将地形按照某种数字模型对已知平面 坐标的地形点进行高程计算,是一个表示地形特征的、空间分布的、 有许许多多有规则或无规则的数字阵列,也就是将地形表面用密集 的三维地形点坐标(X,Y,Z)组成。 数字地面模型的特点:计算机可以从中直接、快捷、准确地识 别,进行数据处理,提供出方便的地形数据,以实现各项作业的 自动化。
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第五节
一、CAD技术简介
公路路线CAD技术
(一)CAD的概念 计算机辅助设计(Computer Aided Design)简称CAD,是近 年来工程技术领域中发展最迅速、最引人注目的高技术之一。它 将计算机迅速、准确地处理信息的特点与人类的创造思维相结合, 为现代设计提供了理想手段。 (二)CAD系统的组成 CAD系统软件系统数据库一个通用性的、综合性的以及减少数据 重复存储的“数据集合”。包括设计原始资料、设计标准与规范数 据、中间结果、最终结果等。图形系统包括几何构型、绘制工程设 计图、绘制各种函数曲线、绘制各种数据表格、在图形显示装置上 进行图形变换以及分析和模拟等,是CAD技术的基础。
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步骤:
1、控制点加密:在实地寻找控制和影响公路中线位置的具体点位。
⑴ 经济性控制点(斜坡地带,横向填挖平衡或横向施工经济) ⑵ 控制性控制点(艰巨工程、不良地质、地物障碍、路基边坡稳 定等因素) 2、穿线定点:根据技术标准和线形组合的要求,满足控制点和 照顾多数经济点,前后考虑,用穿线的办法延长直线,定出交点。 二、放坡定线 特点:受纵坡限制,以纵坡为主导。 1、放坡 放坡——按照要求的设计纵坡(或平均坡度)在实地找出地面 坡度线的工作。
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数字地形模型的应用
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二、地形模型的种类
1、方格网式数字地形模型 将工程用地的一定范围划分成相等大小的方格或长方格,按一定次 序读取网格点的高程即可。 优点:只需要储存网格点的高程值而无需储存平面坐标值,内插和 检索简单,节省计算机时,采集数据方便,选点不依赖于经验。 缺点:地形变化大的地方精度较低,常常漏掉了地形的真正变化点。 2、三角网式数字地形模型 由所有三角形顶点的三维坐标组成,并把每个三角形看成是由三 顶点高程构成的一个平面,因而划分三角网时,应尽量使三角形的周 边以内所有等高线都呈直线,而且相互平行,间距相等。 三、数字地形模型数据点的获取
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第一节
纸上定线
公路定线的任务:按照已定的技术标准,在选线布局阶段选定 的路线带范围内,结合细部地形、地质条件,综合考虑平、纵、横 三方面的合理安排,具体定出公路中线的确切位置。 公路定线的方法:
①纸上定线(技术等级高,地形、地质、地物等条件复杂的路线)。
②实地定线(公路等级较低和地形条件简单的路线)。 ③航测定线(利用航摄像片、影像地图等资料,借助于航测仪器建 立与实地完全相似的光学模型,在模型上直接定线)。 纸上确定路线的方法 (一)定导向线
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2、放坡定线 反复插试,逐步修改,使、平、纵、横三方面恰当结合,定出 合理的线位。 三、定平曲线 确定了路线的交点位置后,还需要根据标准结合地形、地物及其 他因素在交点处选择适宜的平曲线半径,控制曲线线位。 1、单交点法——用一个交点来确定一段单圆曲线的插设曲线方法。 适用:转角不大,实地能直接钉设交点时。 2、双交点法(即虚交点法) 适用:路线偏角很大或交点受地形或地物障碍限制,无法钉设交点。
“3S”技术在公路勘测设计中的应用
丰富的全球地理信息系统(GIS) 精确的全球卫星定位系统(GPS) 先进的遥感测设系统(RS) 公路行业的数字化包括3个部分:
公路的数字化地理信息系统 公路的全球卫星定位系统 公路的遥感测设系统。
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一、地理信息系统(Geographic Information System)
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1.在大比例尺地形图上,仔细研究路线布局阶段选定的主要控 制点间的地形、地质情况,选择有利地形如平缓顺直的山坡,开阔的 侧沟,利于回头的地点等,拟定路线可能方案,选定合适方案。
2.根据等高线间距h及选用的平均坡度 ,(5.0%-5.5%,视地 形曲折程度而定),计算出等高线间距,使两脚规的开度等于(比例 尺与地形图同),从某一固定点如图7-1a(教材)的A开始,沿各拟 定走法在等高线上依次截取a、b、c等点,如最后一点的位置和标高 均接近另一固定点D时,说明这个方案能够成立,否则修改走法或调 整,从新试验直至方案成立为止。 3.将坡度线根据地形情况,移动线位,确定中间控制点,调整 坡度重新放坡得到折线,该折线也称为“导向线”。 (二)修正导向线,定平面试线
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2.定前后直线间接推算交点坐标:当交点前后直线方向及 位置受限值较严时,可先固定前后直线(即在直线上读取两个点 的坐标),在用相邻直线相交的解析法计算交点坐标。
已知直线上两点的坐标,则交点坐标计算公式为:
( y 4 y3 ) ( y 2 y1 ) k1 , k2 ( x 2 x1 ) ( x 4 x3 ) k1 x1 k 2 x3 y1 y 3 x (k1 k 2 ) y k1 ( x x1 ) y1
三、公路路线CAD系统组成
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(一)数据采集
1.用现代化的手段航空摄影测量建立数字地面模型。 2.用全站仪或红外线测距仪地面实测的方法,直接建立三维的数 字地面模型。 3.用传统的经纬仪、水准仪、和小平板实测。
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(二)路线优化设计 第一类:对于平面或纵断面各种比较方案,快速准确地完成 路线设计,并计算出各方案的总费用和各项比较指标,由设计者 根据自己的经验选出最佳方案。 第二类:根据路线的初始方案,利用最优化理论的数字方案, 利用最优化理论的数字方法,由计算机寻找最优设计方案。即输 入一个可行方案,通过数字迭代方法来完成最优方案的求解。 (三)计算机辅助设计、绘图和制表
第二节
纸上定线方法
传统穿线交点定线法:根据选线布局的路线方案和该路等级相应 的几何标准,试穿出一系列与地形相适应的直线作为路线基本单元, 然后在两直线转折处用曲线予以连接的定线方法。
路线上每一线段的具体方向,平原微丘区应以布局定下的控制点 为依据,山岭重丘区应参照定线初期选定的导向线试定,路线的最终 方案是要经多方面的分析比较才确定下来的。
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(三)CAD技术在工程上的应用 1.系统组成——包括数字地面模型子系统,路线平、纵优化子 系统,路线设计子系统,立体交叉口设计子系统,公路中、小桥涵 设计子系统,公路工程造价分析子系统。 2.CAD设计——该系统覆盖了地形数据采集——建立数据地面模 型——人机交互地进行路线平、纵、横设计,线形优化设计和人工构 造物的设计—图和表屏幕编辑,并最终完成图纸的绘制以及工程造价 分析等成套CAD技术。 二、公路路线CAD功能和特点 公路路线CAD软件系统包含六个模块: 1、野外线路平面测量和高程测量数据的录入、编辑和存储模块; 2、平面设计、纵断面设计及横断面设计数据的录入、编辑和存储 模块; 3、根据路线平面设计,绘制路线平面图; 4、根据路线纵断面设计,绘制路线纵断面图; 5、根据路线横断面设计,绘制路线横断面图; 6、路基构件的绘制。 内蒙古工业大学
本法的计算关键是坐标如何计算。由于直线型定线法与曲线型 定线法的定线过程和成果表达方式不同,坐标计算方法也有所区别。
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第四节
直接定线
直接定线:又称实地定线或现场定线,就是设计人员直接在现 场定线,定线的指导原则与纸上定线一样。 根据实地控制定线主导因素的不同,可采用以点定线和放坡定 线两种方法。 一、以点定线 特点:路线不受纵坡限制,以平面和横断面为主。 要点:以点定线,以线交点。 以点定线——在全面布局和逐段安排确定的控制点间,结合各 方面因素进一步确定影响公路中线位置的小控制点,大致穿出公 路直线的方法。 以线交点——在已定小控制点的基础上结合路线标准和前后路 线条件,穿出直线,并延长交出交点。
导向线 修正导向线 平面试线 二次导向 线 最后定线
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注意:纸上定线的过程是一个反复试线、比较、逐步趋于完善的 过程。定线时要在满足标准的前提下结合自然条件,平、纵、横综 合考虑,反复进行,直到满足为止。 (三)具体定线 纸上定线应该既符合该级路规定的几何标准,又能充分适应当地 地形,避开尽可能多的障碍物。为此定线必须在分析研究二次修正导 向线上各特征点的性质和可活动范围的基础上,反复试线才能得到满 意的结果。纸上定线的具体操作又两种: 1.直线型法(传统法):利用导向线各点的可活动性,按照照顾 多数,注意重点的原则,掌握与该路等级相应的几何标准,先用直线 尺试穿出与较大地形相适应的一系列直线,然后用适当的曲线把相邻 直线连接起来。地形复杂转折较多或转弯处控制较严时,也可先定曲 线,后用直线把曲线连接起来。适用于地形简易的平原微丘区定线。 2.曲线型法:根据导向线上各点控制性严宽的程度,参照设计 路标准的要求,先用一系列圆弧去拟合控制较严的地段或部位,然后 把这些圆弧用适当的缓和曲线连接起来。适用于地形、地物复杂的丘 陵、山岭区定线。 内蒙古工业大学
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(三)直接定交点法——根据交点的位置在实地直接定出交点和曲线。
适用于地形平坦、地视线开阔、路线受限不严时,路线位置可直 接根据地物明显目标确定。 (四)坐标法 先建立一个贯穿全线统一的坐标系,这个坐标系一般采用国家 坐标系统。根据路线地理位置和几何关系计算出道路中线上各桩点 的统一坐标。编制逐桩坐标表。然后根据逐桩坐标实地放线。
公路GIS——综合处理三维公路信息计算机软硬件系统,是GIS技 术在公路领域的发展,是GIS与多种公路信息分析和处理技术的集成。 数字化地理信息系统包括内容:详细的地形数据资料,包括平面点 的坐标、高程,已建道路和桥梁的位置、名称,道路沿线的民宅、工矿 企事业单位、田地、果林、鱼塘、水渠、河流、电力管线等详细地面资 料。 GIS的应用:方便地比选最佳路线方案,并同时获取其它相关信息资 料(如最佳路径、最短出行时间、交通流量、道路沿线地区人口数量、经 济状况、建材分布与储量、运输条件、土壤、地质和植被情况等)。 GIS在道路前期规划中能够发挥巨大的作用。
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步骤: ⑴ 计算路线与导线的夹角 ⑵ 计算距离 ⑶ 放线 (二)拨角法——根据图上求得的坐标计算每条线的距离、方 向、转角和各控制桩的里程,按此资料直接拨角量距定出交点。 步骤: 1、内业计算:内业计算工作较多,其线段长度和象限角 等关系的计算,均与解析法相同。 2、外业放线:根据内业计算资料直接定出转向角和距离。
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