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道路勘測設計緒論總結范文1
關鍵詞：公路中線測量、計算；水準測量；全站儀高程測量
Abstract: along with the design of highway design units at various levels of control points increasingly normalization, standardization, and how to implement the Central Line construction lofting and calculation, this article only a simple introduction and puts forward some construction survey experience.
Keywords: highway midline measurement, calculation; Level measurement; Tachometer elevation measurement
中圖分類號：X734文獻標識碼：A 文章編號：
一、緒論
中國是一個有5000多年文明史的國家。在這歷史的長河中，我國勤勞、智慧的各族人民，在道路、橋梁的修建和車輛制造以及交通管理等方面，都取得過輝煌的成就，是我國古代燦爛文化的一部分。道路交通對于繁榮經濟和交流文化，對于維護民族團結和國家統一，都做出了巨大貢獻。中國古代道路和橋梁建筑，在世界上曾處于領先地位，在世界道路交通史上留下了光輝的篇章。
二、中線放樣
l、導線點坐標復測
目前高速公路的施工設計單位僅提供給施工單位導線控制樁及其坐標。施工單位進場后，由設計單位進行交樁，而后使用經過有關部門檢測合格的全站儀或光電測距儀配經緯儀，對導線點進行復核施測。測量過程嚴格按照I級導線點測量方法進行。測量前可以根據設計單位提供的坐標先計算好轉角和邊長，與實測結果相比較，當誤差較大時應查明原因，是導線點挪動還是儀器故障。當該段導線點觀測角和相鄰導線點邊長都已實測完畢，導線點復測的外業工作即已結束。
接下來進行導線點坐標復測計算。一般來說，以前兩個導線點和最后兩個導線點為己知邊進行方位角閉合計算，以監理要求的允許閉合差衡量其是否閉合。根據坐標和導線長度計算導線精度，看其是否滿足其導線要求的精度。如果滿足精度要求，說明導線測量準確，同時整理出導線點成果表。
2、中樁計算
中樁計算是指根據偏角、半徑、緩和曲線長等，對公路的中樁進行坐標計算，以采用極坐標法對中樁進行放樣。
中樁放樣是以某相距最近的導線點為測站，后視相鄰導線點，撥角測距放出該中樁點，觀測角和距離是以這三點的坐標計算得出的，在放樣中樁時應注意兩項：(1)放完一個中樁點后，必須進行儀器歸零校核，歸零誤差應在限差之內，否則所放點位應重新放樣；對于該問題，在實際工作中，對后視歸零后，可再后視一個固定不動的構造物，讓儀器的豎絲與構造物的豎直邊線重合，并記錄下該水平角，待放完一部分后，再用儀器豎絲對準原先所瞄準的構造物的豎直線，看水平角與剛才記錄的是否在限差之內，否則所放點應重新放樣；(2)測站導線點到所放中樁點距離盡量小于到后視導線點距離。第一條是測量放樣的常識，而第二條則是根據導線放樣中樁總結出來的經驗，可以減少誤差的一種辦法。放樣中樁的數量以能達到相鄰兩中樁能夠通視為下限，并寫出中樁放樣的詳細記錄。
(1)直線段上待定點P的坐標計算
X=XHz+ScosFHz－P
Y=YHZ+SsinFHZH－P
式中，（XHZ，YHZ）—待定點P所在直線的緩直（或圓直）點的坐標
S—待定點P到已知緩直（或圓直）點的跟離；
FHZ－P—該直線已知緩直（或圓直）點到P點的方位角。
（2）帶緩和曲線的曲線上待定點P的坐標計算
緩和曲線（ZH—HY或YH—HZ）待定點P坐標
先以ZH點（對于前半曲線）或HZ點（對于后半曲線）為坐標原點，以過原點的切線為X軸，過原點的半徑為Y軸，利用緩和曲線和圓曲線段上各點的坐標（X、Y）測設曲線。
在緩和曲線段上各點坐標（X，Y）可按緩和曲線的參數方程求得。即：
X=L-L5/40R2LS2+L9/3456R4LS4
Y=L3/6RLS-L7/336R3Ls3+L11/42240R5Ls5
在圓曲線段上各點的坐標可由如圖1按幾何關系求得為：
X=Rsinψ+q
Y=R（1—cosψ）+ p
其中：ψ=（L-Ls）/R*（180/π）+β0，單位為Deg;
L-該點至ZH點或HZ點的曲線長；
P、q—緩和曲線內移值和切線增長值，
β0=Ls/2R*（180/π）單位為Deg
圖1 圓曲線段上點的坐標
在計算出緩和曲線段上和圓曲線段上的各點的坐標（X，Y）后，即可用該點與坐標原點的關系，將該點的坐標轉換為大地坐標，轉換方式如下：
Xd=Xzn +X^2+Y^2cos（FZH-JD±tan-1（Y/X））
Yd=Yzn+X^2+Y^2sin（FZH-JD±tan-1（Y/X））
右轉取正，左轉取負。當坐標轉換完后，就可以用導線點對該點進行放樣了。
（3）卵型曲線上待定點P的坐標計算
用一個回旋線連接兩個同向圓曲線的組合即為卵形曲線（如圖2）。
圖2 卵型曲線
當由實地地形、地物等條件結合《公路工程技術標準》（JTG B01—2003）規定的要求，選定的主曲線半徑與反算的副曲線半徑的比值小于1.5倍時，一般采用這種曲線形式。即兩圓曲線中間用一段緩和曲線連接。這種曲線亦稱為“復中設緩和曲線”。理想的卵型曲線上回旋線參數A不應小于該級公路關于回旋最小參數的規定，同時宜滿足下式要求：
R1/2≤A≤R2
圓曲線半徑之比，宜在下列范圍內：
0.2≤R2/R1≤0.8
式中：A—回旋線參數
R1—大圓半徑
R2—小圓半徑
兩圓曲線內移值之差D宜在下式界限之內：
D/R2=0.003—0.03
在實際施工放線中，對于卵型曲線用fx-4800計算器程序還無法計算，在放樣前還必須對其進行分解后才能計算。并且兩段圓曲線之間的回旋線并未完全用完，它只用了從小半徑過渡到大半徑的一段，對于從大半徑過渡到無窮大的一段則沒用，但公式和計算器程序只能計算完整的緩和曲線（即回旋線），對于不完整的緩和曲線，還必須先用緩和曲線參數計算出該段緩和曲線的全長，才能用公式或計算器程序進行計算。對于兩端不對稱的緩和曲線，后半段可以倒著計算，但這只是針對手工計算，在實際操作中，往往都是用計算器程序進行計算，這樣既能保證正確率還能提高工作效率。但有些程序對于分解后不對稱的曲線就難以計算。這時，可以將第二緩和曲線長度換為第一個緩和曲線長度，重新計算偏角、交點坐標、切線長等，這樣就可以放第一緩和曲線和中間的圓曲線了。對于第二緩和曲線，同理，將第一段緩和曲線長度換為第二緩和曲線長度即可進行圓曲線和第二緩和曲線計算。如果程序可以直接計算不對稱的緩和曲線，那樣就更方便了。比如說卵型曲線，曲線元素如下：
對于該曲線，我們分解為兩段，第一段為K233+888.775—K235+779.932；第二段為K235+779.932—K237+285.979。首先分解第一段K233+888.775—K235+779.932：
第一段緩和曲線長度為：
Lsl=A12/R=7002/2000=245m
計算出的緩和曲線長度與實際緩和曲線長度相等，說明該段緩和曲線全部用完。
第二段緩和曲線長度為：
Ls2=A22/R=10002/2000=500m
說明緩和曲線全長為500m，而實際只用了250m，說明該段緩和曲線未全部用完，只用了從2000m的半徑過渡到4000m的這一段（K235+529.932—+779.932），從4000m半徑過渡到直線（即無窮大）段未用（K235+779.932—K236+0.29.932段未用），就用4000m的半徑去接直線了。但計算時必須用它進行輔助計算。
對于該卵型曲線，如果計算器程序可以算不對稱曲線，則可以做如下分解計算：Lsl=245m，Ls2=l 396.156m，Ls2=500m，首先我們計算三段曲線所對應的圓心角，然后相加即為該段曲線的總偏角。
β1=Lsl/2R*(180/π)=245/2*2000*(180/π)=3˚30′33.72″
βy=Ly/R*(180/π)=1396.156/2000*(180/π)=39˚59′48.92″
β2=Ls2/2R*(180/π)=500/2*2000*(180/π)=7˚09′43.1″
總偏角a=50˚40′05.74″(虛HZ點樁號為K236+029.932，方位角F=174˚57′.06
半徑R=2000m
有了以上資料，我們就可以進行曲線元素計算了。
q1=Lsl/2-Lsl3/240R2=245/2-2453/(240*20002)=122.485m
q2=Ls2/2-Ls23/240R2=500/2-5003/(240*20002)=249.985m
β1=Lsl/2R*(180/π)=245/(2*2000)*(180/π)=3˚30′33.72″
β2=Ls2/2R*(180/π)=500/(2*2000)*(180/π)=7˚09′43.1″
p1=Lsl2/24R-Lsl4/2384R3=2452/(24*2000)-2453/(2384*20003)=1.250m
p2=Ls22/24R-Ls24/2384R3=5002/(24*2000)-5003/(2384*20003)=5.205m
T'=(R+p2)*tan(a/2)=(2000+5.205)*tan(50˚40′05.74″/2)949. 318m
Z1=(p1-p2)/tan a=(1.250-5.205)/tan50˚40′05.74″=-3.241m
Z2=(P1-P2)/sina=(1.250—5.205)/Sin50˚40′05.74″=-5.113m
T1=q1+T'-Z1=122.485+949.318-(-3.241)=1075.044m
T 2=q2+T'+Z2=249.985+949.318+(-5.113)=1194.190m
a y=Ly/R*(180/π)=1396.156/2000*(180/π)=39˚59′48.92″
Ly=R*ay*π/180=2000*39˚59′48.92″*π/180=1396.156m
L=Lsl+Ly+Ls2=245+1396.156+500=2141.156m
JD樁號為：ZH+Tl=K233+888.775+1075.044=K234+963.819
坐標為：X=XZH+T1cosFZH=3008148.553+1075.044*cos225˚37′53.8″=3007396.808
Y=YZH+TlsinfZH=506981.073+1075.044*sin225˚37′53.8″=506212.569
計算出交點坐標即可根據程序進行計算。并可復核曲線要素。對于程序不能計算非對稱曲線的，則將其配成對稱的，放Lsl、Ly則配成Lsl=Ls2=245m，Ly=1396.156m，然后根據以上方法算出總偏角、交點坐標即可放樣K233+888.775~K235+529.932。放Ls2時，則配成Ls2=Lsl=500，Ly=1396.156m，可算出：
總偏角為a=7˚09′43.1″*2+39˚59′48.92″=54˚19′15.12″
半徑R=2000m
ZH=K236+029.932-500*2-1396.156=K233+633.776
ZH點方位角F=174˚57′48.06″+54˚19˚15.12″=229˚17′03.18″
有了以上資料，即可進行計算，并可放樣K234+133.775～K235+529.932段曲線了。
第二段K235+779.932~K237+285.98l
該段為R=4000m的圓曲線，只要掌握了第一段的分解方法，那么這一段就很簡單了。對于中間的斷鏈處，由于計算器程序無法自動進行處理，則在斷鏈處斷開，分為兩段進行計算(即K235+779.932~K235+800及K235+809.948～K237+285.981)，在此不再進行分解計算。
當分解出以上資料后，卵型曲線上待定點P即可用fx-4800計算器程序算出，此處不再講解手工計算。
3、中樁穿線
根據導線點放出的中樁是否滿足路線走向的各種技術參數呢?從理論上講應該是的。但在實際情況中，不符合的情況還是存在，中樁穿線必不可少。
中樁穿線的過程與導線點復核測量方法相同，而衡量其是否合格則是路線的各種技術參數，即直線點是否在一條直線上，曲線點是否在一條曲線上。中樁穿線如有不符合的情況，應以該直線或曲線相距最遠點調整中間點，線型結點應先定曲線后定直線。而事實上誤差仍然難免，應詳細記錄穿線過程的各種數據，進行認真分析，查找原因，根據全線測量結果進行計算，尋找如何調整中樁位置，使線型能夠達到最小誤差的最佳方案。
當直線上的點不在同一直線上，應以前一曲線的緩直點和后一曲線的直緩點為準。首先在實地上選一個能夠看到整段直線的控制點，然后測出前一曲線的緩直點和后一曲線的直緩點的坐標，再根據這兩個坐標進行中間點計算放樣。當一個控制點無法觀測完時，則用兩個，那么置儀點、后視點均用這兩個點，不能用其它點作后視點。
在曲線上，對于半徑不是很大時，前后曲線偏的不大的話，用肉眼是無法看出的，在放線控制時，只要注意前半段曲線用哪兩個控制點控制，后半段曲線用哪兩個控制點控制即可。對于大半徑的曲線，如果前后曲線有偏位時，如果看著有些明顯的話，則只有用直緩點和緩直點作為控制，調整中間曲線的曲線參數，這種情況一般是不允許的。在此僅供出現重大技術問題時采用。
在施工中，要盡量避免穿線。只有先保證導線點閉合，這樣就不會因為導線點的緣故而穿線了。至于技術上的失誤而導致穿線，那只有在計算、放線時多加復核，我想就能避免了。
4、栓樁
導線點放樣的中樁如未調整，其中樁放樣記錄也是栓樁的一種辦法。如調整了，應在導線點二次實測進行記錄栓樁。其它騎馬樁、三角網等也可進行栓樁。但無論哪種辦法，都應考慮施工由于高填或深挖以后是否還能由其恢復中樁。
對于現在的放樣技術，其實栓樁是很少的，我們只要用控制點栓住，記住曲線元素，那么，不論怎么填，怎么挖，中樁、邊樁均能恢復出來。所以我們只需要栓控制點即可。
5、坐標放樣原理
(1)坐標放樣原理就以控制導線為依據，以角度和距離定點。即將全站儀置于導線點用極坐標的方法測設中線。如圖3所示，將儀器置于導線點A(其中B作為后視點，P為待放點)，要放出點P只要知道夾角θ和A到P點的距離S即可。當A(XA，YA)，B(XB，YB)和P(XP，YP)坐標已知且為大地坐標，則可以根據以下公式求出θ和S值。
圖3 坐標放樣示意圖
后視方位角：FAB=tan-1（YB—YA）/（XB—XA）
前視方位角：FAP=tan-1（YP—YA）/（XP—XA）
夾角（水平角）：θ=FAP－FAB
P到A的距離：S= (Xp-XA)∧2+(Yp-YA) ∧2
式中：P（XP，YP）是根據中線坐標計算公式計算出來的；
（XA，YA），（XB，YB）為導線坐標；
F的取值：F=FAB（YB-YA>0，XB-XA>0）
F=180－FAB(YB—YA)>0，XB—XA
F= FAB +180 (YB—YA
F=360- FAB(YB—YA0)
(2)放樣方法的優化
1)前視角法
中線實地測設中，由于受地物、地形及障礙物等影響，通視條件受到限制，或無法較為準確地估算相對于前一樁號的距離時，可使用前視角度法進行測設。該方法只需輸入前視角度(站點的前視方位角與后視方位角之差)即可求解放樣元素。
前視角度法以“二分法”作為計算理論，利用計算器高速計算特性，不斷搜索道路中線中與目標測E點最接近的放樣點。通過事先設定的某一任意小的數值ζ作為判斷依據，在自動搜索到放樣點后給出放樣點樁號、通過計算放樣點的坐標給出放樣元素進行測放。
2)支點法
所謂支點是指在實際測量中，由于受房屋、樹木、河堤及其他構造物或地形的影響，造成導線點的視覺不暢，無法看見全部或部分的路線樁點，這樣的導線點就不能作為測站點，而需要在現場確定一個相對于路線通視良好的支點。坐標測算要求首先儀器置于某導線點上，然后測量出到支點的角度、距離，重新架設儀器于支點上進行中線測放。它的計算只要求測量出測站點到支點的距離L及角度AO即可。由于支點的標精度相對于導線點來說較差，所以我們應當盡量少架支點、少用支點。測站點支點的坐標計算如下
AO=artanyo-y1
Xo-x1
X=xb+LcosAO
Y=yb+LsinAO
A的取值：A=A0(y0－y1>0，x0－xl>0)
A=180－A0 (y0－y1>0，xO－xl
A=A0+180(y0－y1
A=360－A0 (y0－y10)
3)后方交匯法
后交匯法相對支點法靈活，該方法可先架設儀器于通視條件較好的點位P，通過測量與兩個可視導線點的距離，、即可測算支點坐標，j基行中線測放(如圖4)。即知道導線點A(XA，YA)、B(XB，YB)的坐標，及測出PA、PB距離，計算出A與B、測站點的順時針夾角ɑ，就可計算出測站點坐標。計算法如下：
圖4 后方交會示意圖
ɑ=artcos((AB2+AP2一PA2)/(2AB*AP)
XP=XA+PA*cos(Fab+ɑ)
YP=YA+PA*in(Fab+ɑ)
例如某支點引點記錄：A(3005817.621，506716.031)、B(3005534.559，506858.946)、PA=360.495m、PB=388.530m，計算支點P坐標。
AB=(xb-xa)2+(yb-ya)2=317.094米
Fab=Pol(XB—XA，YB—YA)=153˚12′40.59″
ɑ=artcos((AB2+AP2－PA2)／(2AB*AP))=
artcos((317.0942+360.4952-388.5302)/2*317.094*360.495))=69˚38′16.1″
XP=3005817.621+360.495*cos(153˚12′40.59″+69˚38′16.1″)=3005553.325
XP=506716.031+360.495*sin(153˚12′40.59″+69˚38′16.1″)=506470869
該點坐標即以解算結束。這種方法的精度與所選支點有關，支點應盡量與兩個控制點構成等腰三角形，避免短邊、小角。為了保證精度，在實際測量中，盡量后視三個控制點，解算兩個三角形，算出兩個坐標，然后取其平均值。
以上中樁計算方法、引點等，人工計算較為繁雜，在設計施工等工作中，通常先用計算機、計算器依據上述算法，編寫相應的計算程序，計算放樣元素進行實地測放。通過計算機、計算器編制程序實現以上算法，具有計算準確、操作簡便、使用穩定等特點，能有效提高工程測量放線效率，解決實際測設工作中的各類問題，具有較好的推廣價值。
6)中線放樣的幾個問題
(1)導線點丟失后，是恢復其原來點還是重新布設?恢復其原來點十分困難，測量精度和重新布設的結果是一樣的。一般來說，按照相鄰點通視的要求重新布設速度快，提前選點布設完畢隨導線點測量一次完成。
(2)一個標段是否可以有兩條附合導線，一般說來，設計單位所給的導線點坐標是整條路平差計算值，而施工單位投標是分段中標，中標之后可能又分幾個單位施工，這樣測量可能也分幾段。一個標段的附合導線數量往往根據監理要求不同造成可能會有一個或一個以上的附合導線，造成標段與標段之間，施工單位與施工單位之間聯接困難。由于無法找到明文規定，監理承包商就此往往發生分歧。有時承包商按上一次的經驗設一條附合導線，而監理部要求設一條以上。一般情況下，在公路設計文件上應寫明一個標段導線點必須全線平差計算，這應該是最佳方案。
(3)導線點坐標取值是用設計方所給數值，還是用承包商自己復核計算的平差結果?既使使用相同的導線點，而由于測量時取導線長度不一，雖說其導線點坐標是從某種意義來說是一個定值，但取某一段或取全線測量其結果就不一樣，此外，人的視覺誤差和儀器精密程度不同，復測的導線點坐標即使精度很高也不會與設計值相同。從道理上講，應該取精度高的導線點坐標。而一般設計文件中并不講明其導線精度。在經歷過的工地上，多數是根據監理意見，有取復核后的坐標，也有取設計方所給坐標的，施工單位則傾向取復測后的坐標，本文認為設計方應說明其導線精度。與復測導線精度相比，取精度高的一方值，以便于提高中樁放樣的精確性，減少中樁穿線的誤差。
(4)中樁放樣是利用穿線后符合路線設計參數的中樁放樣，還是利用導線點放樣?在公路施工發展過程中，在設有導線這一概念之前，利用中樁放樣其它中樁可謂一統天下。在引入導線后，有的設計文件和監理甚至說明必須用導線放樣所有中樁。但事實上，如果一個橋梁僅有中樁是不夠的，它必須有中線才能確定其位置。公路施工測量放樣不是單單依靠中樁，其最終是由一些主要中樁連結成線確定的。表面上看是一些中樁點，其實是線。該線是測量時用來控制整個路線方向和確定中線位置的，導線是施工中應用來放樣的，中樁放樣完畢，如果線形不能順接，才可以進行穿線。我個人認為，利用導線點放線才主要的，穿線只是為了彌補放線的失誤以及導線不能閉合的情況。對于中間需要加密的中樁，可用導線點進行加密，也可利用已有中樁及曲線元素計算后進行加密。用導線點進行放樣，這樣路線不至于偏離設計方向，只要整條導線點閉合，滿足精度要求，就算路線偏離，也只是相對的整體偏離，并不影響公路的整體線型。
對于施工技術控制，應以導線為主，當用導線點放出的路線前后有偏位時，應查找原因，看能否調整，當無法調整時，才進行穿線，這樣，將兩者相結合起來進行控制將會收到很好的效果。
(5)導線樁哪個的精度高?我認為單純的說一個導線樁的精度是無法說清楚的，只有看它所在的導線。導線與導線則看它的閉合情況，閉合好的精度要高，在設計單位給的導線點中，我認為GPS點的精度要高于其它點的精度。
三、總結
隨著電腦、計算器、軟件、程序的高速發展，對于高速公路的測量定線及施工放線、水準測量將會更加程序化、高效化。在施工放線中，更應該多復核，多思考，做到胸有成竹。同時也希望各位同仁互相指點，把我們的測量技術水平往更高一個層次發展。
參考文獻：
1、李仕東·工程測量（第二版）·人命交通出版社·2005
2、張維全、周亦唐、李松青·道路勘測設計，重慶大學出版社.2002
