第七章道路定線

第七章道路定線本章主要介紹紙上定線的概念、內(nèi)容與操作方法；曲線型定線法；實(shí)地定線；直接定線與紙上定線的比較；航測(cè)定線的基本內(nèi)容與方法；路線定線CAD；道路勘測(cè)設(shè)計(jì)一體化新技術(shù)。第一節(jié)紙上定線第二節(jié)紙上定線操作方法第三節(jié)實(shí)地放線第四節(jié)直接定線第五節(jié)公路路線CAD技術(shù)第六節(jié)數(shù)字地面模型第七節(jié)“3S”技術(shù)在公路勘測(cè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

第一節(jié)紙上定線

公路定線的任務(wù)：按照已定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在選線布局階段選定的路線帶范圍內(nèi)，結(jié)合細(xì)部地形、地質(zhì)條件，綜合考慮平、縱、橫三方面的合理安排，具體定出公路中線的確切位置。公路定線的方法：

紙上確定路線的方法（一）定導(dǎo)向線

①紙上定線（技術(shù)等級(jí)高，地形、地質(zhì)、地物等條件復(fù)雜的路線）。②實(shí)地定線（公路等級(jí)較低和地形條件簡(jiǎn)單的路線）。③航測(cè)定線（利用航攝像片、影像地圖等資料，借助于航測(cè)儀器建立與實(shí)地完全相似的光學(xué)模型，在模型上直接定線）。1．在大比例尺地形圖上，仔細(xì)研究路線布局階段選定的主要控制點(diǎn)間的地形、地質(zhì)情況，選擇有利地形如平緩順直的山坡，開(kāi)闊的側(cè)溝，利于回頭的地點(diǎn)等，擬定路線可能方案，選定合適方案。2．根據(jù)等高線間距h及選用的平均坡度，（5.0%－5.5％，視地形曲折程度而定），計(jì)算出等高線間距，使兩腳規(guī)的開(kāi)度等于（比例尺與地形圖同），從某一固定點(diǎn)如圖7－1a（教材）的A開(kāi)始，沿各擬定走法在等高線上依次截取a、b、c等點(diǎn)，如最后一點(diǎn)的位置和標(biāo)高均接近另一固定點(diǎn)D時(shí)，說(shuō)明這個(gè)方案能夠成立，否則修改走法或調(diào)整，從新試驗(yàn)直至方案成立為止。3．將坡度線根據(jù)地形情況，移動(dòng)線位，確定中間控制點(diǎn)，調(diào)整坡度重新放坡得到折線，該折線也稱(chēng)為“導(dǎo)向線”。

（二）修正導(dǎo)向線，定平面試線修正導(dǎo)向線導(dǎo)向線平面試線二次導(dǎo)向線最后定線

注意：紙上定線的過(guò)程是一個(gè)反復(fù)試線、比較、逐步趨于完善的過(guò)程。定線時(shí)要在滿足標(biāo)準(zhǔn)的前提下結(jié)合自然條件，平、縱、橫綜合考慮，反復(fù)進(jìn)行，直到滿足為止。（三）具體定線

紙上定線應(yīng)該既符合該級(jí)路規(guī)定的幾何標(biāo)準(zhǔn)，又能充分適應(yīng)當(dāng)?shù)氐匦危荛_(kāi)盡可能多的障礙物。為此定線必須在分析研究二次修正導(dǎo)向線上各特征點(diǎn)的性質(zhì)和可活動(dòng)范圍的基礎(chǔ)上，反復(fù)試線才能得到滿意的結(jié)果。紙上定線的具體操作又兩種：1．直線型法（傳統(tǒng)法）：利用導(dǎo)向線各點(diǎn)的可活動(dòng)性，按照照顧多數(shù)，注意重點(diǎn)的原則，掌握與該路等級(jí)相應(yīng)的幾何標(biāo)準(zhǔn)，先用直線尺試穿出與較大地形相適應(yīng)的一系列直線，然后用適當(dāng)?shù)那€把相鄰直線連接起來(lái)。地形復(fù)雜轉(zhuǎn)折較多或轉(zhuǎn)彎處控制較嚴(yán)時(shí)，也可先定曲線，后用直線把曲線連接起來(lái)。適用于地形簡(jiǎn)易的平原微丘區(qū)定線。2．曲線型法：根據(jù)導(dǎo)向線上各點(diǎn)控制性嚴(yán)寬的程度，參照設(shè)計(jì)路標(biāo)準(zhǔn)的要求，先用一系列圓弧去擬合控制較嚴(yán)的地段或部位，然后把這些圓弧用適當(dāng)?shù)木徍颓€連接起來(lái)。適用于地形、地物復(fù)雜的丘陵、山嶺區(qū)定線。

第二節(jié)紙上定線方法傳統(tǒng)穿線交點(diǎn)定線法：根據(jù)選線布局的路線方案和該路等級(jí)相應(yīng)的幾何標(biāo)準(zhǔn)，試穿出一系列與地形相適應(yīng)的直線作為路線基本單元，然后在兩直線轉(zhuǎn)折處用曲線予以連接的定線方法。路線上每一線段的具體方向，平原微丘區(qū)應(yīng)以布局定下的控制點(diǎn)為依據(jù)，山嶺重丘區(qū)應(yīng)參照定線初期選定的導(dǎo)向線試定，路線的最終方案是要經(jīng)多方面的分析比較才確定下來(lái)的。道路中線確定后，為了標(biāo)定路線，需要根據(jù)選定的圓曲線半徑及緩和曲線計(jì)算平曲線要素、曲線主點(diǎn)樁及加樁里程、逐樁坐標(biāo)等。這些數(shù)據(jù)是否正確依賴(lài)于交點(diǎn)坐標(biāo)采集的精度，通常交點(diǎn)坐標(biāo)采集有兩種方法：1．直接采集法：即在繪有格網(wǎng)的地形圖上讀取各交點(diǎn)坐標(biāo)，一般只能估讀到米。此法適用于交點(diǎn)前后直線方向和位置限值不嚴(yán)格的情況。2．定前后直線間接推算交點(diǎn)坐標(biāo)：當(dāng)交點(diǎn)前后直線方向及位置受限值較嚴(yán)時(shí)，可先固定前后直線（即在直線上讀取兩個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)），在用相鄰直線相交的解析法計(jì)算交點(diǎn)坐標(biāo)。已知直線上兩點(diǎn)的坐標(biāo)，則交點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算公式為：

第三節(jié)實(shí)地放線實(shí)地放線是將紙上定好的路線敷設(shè)到地面上，供詳細(xì)測(cè)量和施工之用。常用方法：穿線交點(diǎn)法、撥角法、直接定交點(diǎn)法、坐標(biāo)法等。（一）穿線交點(diǎn)法——根據(jù)平面圖上路線與導(dǎo)線的關(guān)系，將紙上路線的各條邊獨(dú)立地放到實(shí)地，延長(zhǎng)直線即可在實(shí)地放出交點(diǎn)。1、支距法（適用于地形不太復(fù)雜，地物障礙少，不需要用坐標(biāo)控制，路線與導(dǎo)線相離不遠(yuǎn)的情況。）步驟：⑴在圖上量取支距。⑵在實(shí)地放支距。⑶穿線交點(diǎn)。2、解析法——用經(jīng)緯距計(jì)算圖上路線與導(dǎo)線關(guān)系，再按極坐標(biāo)原理在實(shí)地放出各路線點(diǎn)的方法適用于地形較復(fù)雜，直線較長(zhǎng)、線位控制要求較高的情況。步驟：⑴計(jì)算路線與導(dǎo)線的夾角⑵計(jì)算距離⑶放線（二）撥角法——根據(jù)圖上求得的坐標(biāo)計(jì)算每條線的距離、方向、轉(zhuǎn)角和各控制樁的里程，按此資料直接撥角量距定出交點(diǎn)。步驟：1、內(nèi)業(yè)計(jì)算：內(nèi)業(yè)計(jì)算工作較多，其線段長(zhǎng)度和象限角等關(guān)系的計(jì)算，均與解析法相同。2、外業(yè)放線：根據(jù)內(nèi)業(yè)計(jì)算資料直接定出轉(zhuǎn)向角和距離。（三）直接定交點(diǎn)法——根據(jù)交點(diǎn)的位置在實(shí)地直接定出交點(diǎn)和曲線。適用于地形平坦、地視線開(kāi)闊、路線受限不嚴(yán)時(shí)，路線位置可直接根據(jù)地物明顯目標(biāo)確定。（四）坐標(biāo)法

先建立一個(gè)貫穿全線統(tǒng)一的坐標(biāo)系，這個(gè)坐標(biāo)系一般采用國(guó)家坐標(biāo)系統(tǒng)。根據(jù)路線地理位置和幾何關(guān)系計(jì)算出道路中線上各樁點(diǎn)的統(tǒng)一坐標(biāo)。編制逐樁坐標(biāo)表。然后根據(jù)逐樁坐標(biāo)實(shí)地放線。本法的計(jì)算關(guān)鍵是坐標(biāo)如何計(jì)算。由于直線型定線法與曲線型定線法的定線過(guò)程和成果表達(dá)方式不同，坐標(biāo)計(jì)算方法也有所區(qū)別。

第四節(jié)直接定線直接定線：又稱(chēng)實(shí)地定線或現(xiàn)場(chǎng)定線，就是設(shè)計(jì)人員直接在現(xiàn)場(chǎng)定線，定線的指導(dǎo)原則與紙上定線一樣。根據(jù)實(shí)地控制定線主導(dǎo)因素的不同，可采用以點(diǎn)定線和放坡定線兩種方法。一、以點(diǎn)定線特點(diǎn)：路線不受縱坡限制，以平面和橫斷面為主。要點(diǎn)：以點(diǎn)定線，以線交點(diǎn)。

以點(diǎn)定線——在全面布局和逐段安排確定的控制點(diǎn)間，結(jié)合各方面因素進(jìn)一步確定影響公路中線位置的小控制點(diǎn)，大致穿出公路直線的方法。以線交點(diǎn)——在已定小控制點(diǎn)的基礎(chǔ)上結(jié)合路線標(biāo)準(zhǔn)和前后路線條件，穿出直線，并延長(zhǎng)交出交點(diǎn)。

步驟：2、穿線定點(diǎn)：根據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和線形組合的要求，滿足控制點(diǎn)和照顧多數(shù)經(jīng)濟(jì)點(diǎn)，前后考慮，用穿線的辦法延長(zhǎng)直線，定出交點(diǎn)。⑵控制性控制點(diǎn)（艱巨工程、不良地質(zhì)、地物障礙、路基邊坡穩(wěn)定等因素）⑴經(jīng)濟(jì)性控制點(diǎn)（斜坡地帶，橫向填挖平衡或橫向施工經(jīng)濟(jì)）二、放坡定線

特點(diǎn)：受縱坡限制，以縱坡為主導(dǎo)。1、放坡放坡——按照要求的設(shè)計(jì)縱坡（或平均坡度）在實(shí)地找出地面坡度線的工作。1、控制點(diǎn)加密：在實(shí)地尋找控制和影響公路中線位置的具體點(diǎn)位。2、放坡定線反復(fù)插試，逐步修改，使、平、縱、橫三方面恰當(dāng)結(jié)合，定出合理的線位。三、定平曲線確定了路線的交點(diǎn)位置后，還需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合地形、地物及其他因素在交點(diǎn)處選擇適宜的平曲線半徑，控制曲線線位。1、單交點(diǎn)法——用一個(gè)交點(diǎn)來(lái)確定一段單圓曲線的插設(shè)曲線方法。適用：轉(zhuǎn)角不大，實(shí)地能直接釘設(shè)交點(diǎn)時(shí)。2、雙交點(diǎn)法（即虛交點(diǎn)法）適用：路線偏角很大或交點(diǎn)受地形或地物障礙限制，無(wú)法釘設(shè)交點(diǎn)。

第五節(jié)公路路線CAD技術(shù)一、CAD技術(shù)簡(jiǎn)介（一）CAD的概念計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(ComputerAidedDesign)簡(jiǎn)稱(chēng)CAD，是近年來(lái)工程技術(shù)領(lǐng)域中發(fā)展最迅速、最引人注目的高技術(shù)之一。它將計(jì)算機(jī)迅速、準(zhǔn)確地處理信息的特點(diǎn)與人類(lèi)的創(chuàng)造思維相結(jié)合，為現(xiàn)代設(shè)計(jì)提供了理想手段。

（二）CAD系統(tǒng)的組成CAD系統(tǒng)軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)一個(gè)通用性的、綜合性的以及減少數(shù)據(jù)重復(fù)存儲(chǔ)的“數(shù)據(jù)集合”。包括設(shè)計(jì)原始資料、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、最終結(jié)果等。圖形系統(tǒng)包括幾何構(gòu)型、繪制工程設(shè)計(jì)圖、繪制各種函數(shù)曲線、繪制各種數(shù)據(jù)表格、在圖形顯示裝置上進(jìn)行圖形變換以及分析和模擬等，是CAD技術(shù)的基礎(chǔ)。（三）CAD技術(shù)在工程上的應(yīng)用

1.系統(tǒng)組成——包括數(shù)字地面模型子系統(tǒng)，路線平、縱優(yōu)化子系統(tǒng)，路線設(shè)計(jì)子系統(tǒng)，立體交叉口設(shè)計(jì)子系統(tǒng)，公路中、小橋涵設(shè)計(jì)子系統(tǒng)，公路工程造價(jià)分析子系統(tǒng)。2.CAD設(shè)計(jì)——該系統(tǒng)覆蓋了地形數(shù)據(jù)采集——建立數(shù)據(jù)地面模型——人機(jī)交互地進(jìn)行路線平、縱、橫設(shè)計(jì)，線形優(yōu)化設(shè)計(jì)和人工構(gòu)造物的設(shè)計(jì)—圖和表屏幕編輯，并最終完成圖紙的繪制以及工程造價(jià)分析等成套CAD技術(shù)。二、公路路線CAD功能和特點(diǎn)

公路路線CAD軟件系統(tǒng)包含六個(gè)模塊：1、野外線路平面測(cè)量和高程測(cè)量數(shù)據(jù)的錄入、編輯和存儲(chǔ)模塊；2、平面設(shè)計(jì)、縱斷面設(shè)計(jì)及橫斷面設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的錄入、編輯和存儲(chǔ)模塊；3、根據(jù)路線平面設(shè)計(jì)，繪制路線平面圖；4、根據(jù)路線縱斷面設(shè)計(jì)，繪制路線縱斷面圖；5、根據(jù)路線橫斷面設(shè)計(jì)，繪制路線橫斷面圖；6、路基構(gòu)件的繪制。三、公路路線CAD系統(tǒng)組成

（一）數(shù)據(jù)采集1.用現(xiàn)代化的手段航空攝影測(cè)量建立數(shù)字地面模型。2.用全站儀或紅外線測(cè)距儀地面實(shí)測(cè)的方法，直接建立三維的數(shù)字地面模型。3.用傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、和小平板實(shí)測(cè)。（二）路線優(yōu)化設(shè)計(jì)第一類(lèi)：對(duì)于平面或縱斷面各種比較方案，快速準(zhǔn)確地完成路線設(shè)計(jì)，并計(jì)算出各方案的總費(fèi)用和各項(xiàng)比較指標(biāo)，由設(shè)計(jì)者根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)選出最佳方案。第二類(lèi)：根據(jù)路線的初始方案，利用最優(yōu)化理論的數(shù)字方案，利用最優(yōu)化理論的數(shù)字方法，由計(jì)算機(jī)尋找最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。即輸入一個(gè)可行方案，通過(guò)數(shù)字迭代方法來(lái)完成最優(yōu)方案的求解。（三）計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、繪圖和制表

第六節(jié)數(shù)字地形模型一、數(shù)字地形模型及在公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用數(shù)字地形模型（DTM）——將地形按照某種數(shù)字模型對(duì)已知平面坐標(biāo)的地形點(diǎn)進(jìn)行高程計(jì)算，是一個(gè)表示地形特征的、空間分布的、有許許多多有規(guī)則或無(wú)規(guī)則的數(shù)字陣列，也就是將地形表面用密集的三維地形點(diǎn)坐標(biāo)（X，Y，Z）組成。數(shù)字地面模型的特點(diǎn)：計(jì)算機(jī)可以從中直接、快捷、準(zhǔn)確地識(shí)別，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，提供出方便的地形數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)作業(yè)的自動(dòng)化。

數(shù)字地形模型的應(yīng)用二、地形模型的種類(lèi)1、方格網(wǎng)式數(shù)字地形模型將工程用地的一定范圍劃分成相等大小的方格或長(zhǎng)方格，按一定次序讀取網(wǎng)格點(diǎn)的高程即可。優(yōu)點(diǎn)：只需要儲(chǔ)存網(wǎng)格點(diǎn)的高程值而無(wú)需儲(chǔ)存平面坐標(biāo)值，內(nèi)插和檢索簡(jiǎn)單，節(jié)省計(jì)算機(jī)時(shí)，采集數(shù)據(jù)方便，選點(diǎn)不依賴(lài)于經(jīng)驗(yàn)。缺點(diǎn)：地形變化大的地方精度較低，常常漏掉了地形的真正變化點(diǎn)。

2、三角網(wǎng)式數(shù)字地形模型由所有三角形頂點(diǎn)的三維坐標(biāo)組成，并把每個(gè)三角形看成是由三頂點(diǎn)高程構(gòu)成的一個(gè)平面，因而劃分三角網(wǎng)時(shí)，應(yīng)盡量使三角形的周邊以?xún)?nèi)所有等高線都呈直線，而且相互平行，間距相等。三、數(shù)字地形模型數(shù)據(jù)點(diǎn)的獲取1、從現(xiàn)有的地形圖上獲取（人工讀取數(shù)據(jù)或用手扶跟蹤式的坐標(biāo)讀取裝置圖形數(shù)字化儀）2、利用自動(dòng)記錄的測(cè)距儀（或全站儀）在野外實(shí)測(cè)，獲取原始數(shù)據(jù)。3、攝影測(cè)量方法可以利用帶有自動(dòng)記錄設(shè)備的立體測(cè)量?jī)x，對(duì)立體模型進(jìn)行斷面掃描或勾繪等高線，將坐標(biāo)記錄在紙帶或磁帶上。

第七節(jié)“3S”技術(shù)在公路勘測(cè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

“3S計(jì)劃”：豐富的全球地理信息系統(tǒng)（GIS）

精確的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）

先進(jìn)的遙感測(cè)設(shè)系統(tǒng)（RS）

公路行業(yè)的數(shù)字化包括3個(gè)部分：公路的數(shù)字化地理信息系統(tǒng)

公路的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)

公路的遙感測(cè)設(shè)系統(tǒng)。

一、地理信息系統(tǒng)（GeographicInformationSystem）

公路GIS——綜合處理三維公路信息計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)，是GIS技術(shù)在公路領(lǐng)域的發(fā)展，是GIS與多種公路信息分析和處理技術(shù)的集成。數(shù)字化地理信息系統(tǒng)包括內(nèi)容:詳細(xì)的地形數(shù)據(jù)資料，包括平面點(diǎn)的坐標(biāo)、高程，已建道路和橋梁的位置、名稱(chēng)，道路沿線的民宅、工礦企事業(yè)單位、田地、果林、魚(yú)塘、水渠、河流、電力管線等詳細(xì)地面資料。GIS的應(yīng)用：方便地比選最佳路線方案，并同時(shí)獲取其它相關(guān)信息資料(如最佳路徑、最短出行時(shí)間、交通流量、道路沿線地區(qū)人口數(shù)量、經(jīng)濟(jì)狀況、建材分布與儲(chǔ)量、運(yùn)輸條件、土壤、地質(zhì)和植被情況等)。

GIS在道路前期規(guī)劃中能夠發(fā)揮巨大的作用。二、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GlobalPositioningSystem)

GPS作為新一代的衛(wèi)星導(dǎo)航和定位系統(tǒng)，不僅具有全球性、全天候、連續(xù)性、實(shí)時(shí)性的精密三維導(dǎo)航與定位能力，而且具有良好的抗干擾性和保密性。GPS定位技術(shù)特點(diǎn)：觀測(cè)點(diǎn)之間無(wú)需通視、定位精度高、觀測(cè)時(shí)間短、提供三維坐標(biāo)、操作簡(jiǎn)便以及全天候作業(yè)等。

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