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道路勘测设计绪论总结范文1
关键词：公路中线测量、计算；水准测量；全站仪高程测量
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
中图分类号：X734文献标识码：A 文章编号：
一、绪论
中国是一个有5000多年文明史的国家。在这历史的长河中，我国勤劳、智慧的各族人民，在道路、桥梁的修建和车辆制造以及交通管理等方面，都取得过辉煌的成就，是我国古代灿烂文化的一部分。道路交通对于繁荣经济和交流文化，对于维护民族团结和国家统一，都做出了巨大贡献。中国古代道路和桥梁建筑，在世界上曾处于领先地位，在世界道路交通史上留下了光辉的篇章。
二、中线放样
l、导线点坐标复测
目前高速公路的施工设计单位仅提供给施工单位导线控制桩及其坐标。施工单位进场后，由设计单位进行交桩，而后使用经过有关部门检测合格的全站仪或光电测距仪配经纬仪，对导线点进行复核施测。测量过程严格按照I级导线点测量方法进行。测量前可以根据设计单位提供的坐标先计算好转角和边长，与实测结果相比较，当误差较大时应查明原因，是导线点挪动还是仪器故障。当该段导线点观测角和相邻导线点边长都已实测完毕，导线点复测的外业工作即已结束。
接下来进行导线点坐标复测计算。一般来说，以前两个导线点和最后两个导线点为己知边进行方位角闭合计算，以监理要求的允许闭合差衡量其是否闭合。根据坐标和导线长度计算导线精度，看其是否满足其导线要求的精度。如果满足精度要求，说明导线测量准确，同时整理出导线点成果表。
2、中桩计算
中桩计算是指根据偏角、半径、缓和曲线长等，对公路的中桩进行坐标计算，以采用极坐标法对中桩进行放样。
中桩放样是以某相距最近的导线点为测站，后视相邻导线点，拨角测距放出该中桩点，观测角和距离是以这三点的坐标计算得出的，在放样中桩时应注意两项：(1)放完一个中桩点后，必须进行仪器归零校核，归零误差应在限差之内，否则所放点位应重新放样；对于该问题，在实际工作中，对后视归零后，可再后视一个固定不动的构造物，让仪器的竖丝与构造物的竖直边线重合，并记录下该水平角，待放完一部分后，再用仪器竖丝对准原先所瞄准的构造物的竖直线，看水平角与刚才记录的是否在限差之内，否则所放点应重新放样；(2)测站导线点到所放中桩点距离尽量小于到后视导线点距离。第一条是测量放样的常识，而第二条则是根据导线放样中桩总结出来的经验，可以减少误差的一种办法。放样中桩的数量以能达到相邻两中桩能够通视为下限，并写出中桩放样的详细记录。
(1)直线段上待定点P的坐标计算
X=XHz+ScosFHz－P
Y=YHZ+SsinFHZH－P
式中，（XHZ，YHZ）—待定点P所在直线的缓直（或圆直）点的坐标
S—待定点P到已知缓直（或圆直）点的跟离；
FHZ－P—该直线已知缓直（或圆直）点到P点的方位角。
（2）带缓和曲线的曲线上待定点P的坐标计算
缓和曲线（ZH—HY或YH—HZ）待定点P坐标
先以ZH点（对于前半曲线）或HZ点（对于后半曲线）为坐标原点，以过原点的切线为X轴，过原点的半径为Y轴，利用缓和曲线和圆曲线段上各点的坐标（X、Y）测设曲线。
在缓和曲线段上各点坐标（X，Y）可按缓和曲线的参数方程求得。即：
X=L-L5/40R2LS2+L9/3456R4LS4
Y=L3/6RLS-L7/336R3Ls3+L11/42240R5Ls5
在圆曲线段上各点的坐标可由如图1按几何关系求得为：
X=Rsinψ+q
Y=R（1—cosψ）+ p
其中：ψ=（L-Ls）/R*（180/π）+β0，单位为Deg;
L-该点至ZH点或HZ点的曲线长；
P、q—缓和曲线内移值和切线增长值，
β0=Ls/2R*（180/π）单位为Deg
图1 圆曲线段上点的坐标
在计算出缓和曲线段上和圆曲线段上的各点的坐标（X，Y）后，即可用该点与坐标原点的关系，将该点的坐标转换为大地坐标，转换方式如下：
Xd=Xzn +X^2+Y^2cos（FZH-JD±tan-1（Y/X））
Yd=Yzn+X^2+Y^2sin（FZH-JD±tan-1（Y/X））
右转取正，左转取负。当坐标转换完后，就可以用导线点对该点进行放样了。
（3）卵型曲线上待定点P的坐标计算
用一个回旋线连接两个同向圆曲线的组合即为卵形曲线（如图2）。
图2 卵型曲线
当由实地地形、地物等条件结合《公路工程技术标准》（JTG B01—2003）规定的要求，选定的主曲线半径与反算的副曲线半径的比值小于1.5倍时，一般采用这种曲线形式。即两圆曲线中间用一段缓和曲线连接。这种曲线亦称为“复中设缓和曲线”。理想的卵型曲线上回旋线参数A不应小于该级公路关于回旋最小参数的规定，同时宜满足下式要求：
R1/2≤A≤R2
圆曲线半径之比，宜在下列范围内：
0.2≤R2/R1≤0.8
式中：A—回旋线参数
R1—大圆半径
R2—小圆半径
两圆曲线内移值之差D宜在下式界限之内：
D/R2=0.003—0.03
在实际施工放线中，对于卵型曲线用fx-4800计算器程序还无法计算，在放样前还必须对其进行分解后才能计算。并且两段圆曲线之间的回旋线并未完全用完，它只用了从小半径过渡到大半径的一段，对于从大半径过渡到无穷大的一段则没用，但公式和计算器程序只能计算完整的缓和曲线（即回旋线），对于不完整的缓和曲线，还必须先用缓和曲线参数计算出该段缓和曲线的全长，才能用公式或计算器程序进行计算。对于两端不对称的缓和曲线，后半段可以倒着计算，但这只是针对手工计算，在实际操作中，往往都是用计算器程序进行计算，这样既能保证正确率还能提高工作效率。但有些程序对于分解后不对称的曲线就难以计算。这时，可以将第二缓和曲线长度换为第一个缓和曲线长度，重新计算偏角、交点坐标、切线长等，这样就可以放第一缓和曲线和中间的圆曲线了。对于第二缓和曲线，同理，将第一段缓和曲线长度换为第二缓和曲线长度即可进行圆曲线和第二缓和曲线计算。如果程序可以直接计算不对称的缓和曲线，那样就更方便了。比如说卵型曲线，曲线元素如下：
对于该曲线，我们分解为两段，第一段为K233+888.775—K235+779.932；第二段为K235+779.932—K237+285.979。首先分解第一段K233+888.775—K235+779.932：
第一段缓和曲线长度为：
Lsl=A12/R=7002/2000=245m
计算出的缓和曲线长度与实际缓和曲线长度相等，说明该段缓和曲线全部用完。
第二段缓和曲线长度为：
Ls2=A22/R=10002/2000=500m
说明缓和曲线全长为500m，而实际只用了250m，说明该段缓和曲线未全部用完，只用了从2000m的半径过渡到4000m的这一段（K235+529.932—+779.932），从4000m半径过渡到直线（即无穷大）段未用（K235+779.932—K236+0.29.932段未用），就用4000m的半径去接直线了。但计算时必须用它进行辅助计算。
对于该卵型曲线，如果计算器程序可以算不对称曲线，则可以做如下分解计算：Lsl=245m，Ls2=l 396.156m，Ls2=500m，首先我们计算三段曲线所对应的圆心角，然后相加即为该段曲线的总偏角。
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″
总偏角a=50˚40′05.74″(虚HZ点桩号为K236+029.932，方位角F=174˚57′.06
半径R=2000m
有了以上资料，我们就可以进行曲线元素计算了。
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桩号为：ZH+Tl=K233+888.775+1075.044=K234+963.819
坐标为：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
计算出交点坐标即可根据程序进行计算。并可复核曲线要素。对于程序不能计算非对称曲线的，则将其配成对称的，放Lsl、Ly则配成Lsl=Ls2=245m，Ly=1396.156m，然后根据以上方法算出总偏角、交点坐标即可放样K233+888.775~K235+529.932。放Ls2时，则配成Ls2=Lsl=500，Ly=1396.156m，可算出：
总偏角为a=7˚09′43.1″*2+39˚59′48.92″=54˚19′15.12″
半径R=2000m
ZH=K236+029.932-500*2-1396.156=K233+633.776
ZH点方位角F=174˚57′48.06″+54˚19˚15.12″=229˚17′03.18″
有了以上资料，即可进行计算，并可放样K234+133.775～K235+529.932段曲线了。
第二段K235+779.932~K237+285.98l
该段为R=4000m的圆曲线，只要掌握了第一段的分解方法，那么这一段就很简单了。对于中间的断链处，由于计算器程序无法自动进行处理，则在断链处断开，分为两段进行计算(即K235+779.932~K235+800及K235+809.948～K237+285.981)，在此不再进行分解计算。
当分解出以上资料后，卵型曲线上待定点P即可用fx-4800计算器程序算出，此处不再讲解手工计算。
3、中桩穿线
根据导线点放出的中桩是否满足路线走向的各种技术参数呢?从理论上讲应该是的。但在实际情况中，不符合的情况还是存在，中桩穿线必不可少。
中桩穿线的过程与导线点复核测量方法相同，而衡量其是否合格则是路线的各种技术参数，即直线点是否在一条直线上，曲线点是否在一条曲线上。中桩穿线如有不符合的情况，应以该直线或曲线相距最远点调整中间点，线型结点应先定曲线后定直线。而事实上误差仍然难免，应详细记录穿线过程的各种数据，进行认真分析，查找原因，根据全线测量结果进行计算，寻找如何调整中桩位置，使线型能够达到最小误差的最佳方案。
当直线上的点不在同一直线上，应以前一曲线的缓直点和后一曲线的直缓点为准。首先在实地上选一个能够看到整段直线的控制点，然后测出前一曲线的缓直点和后一曲线的直缓点的坐标，再根据这两个坐标进行中间点计算放样。当一个控制点无法观测完时，则用两个，那么置仪点、后视点均用这两个点，不能用其它点作后视点。
在曲线上，对于半径不是很大时，前后曲线偏的不大的话，用肉眼是无法看出的，在放线控制时，只要注意前半段曲线用哪两个控制点控制，后半段曲线用哪两个控制点控制即可。对于大半径的曲线，如果前后曲线有偏位时，如果看着有些明显的话，则只有用直缓点和缓直点作为控制，调整中间曲线的曲线参数，这种情况一般是不允许的。在此仅供出现重大技术问题时采用。
在施工中，要尽量避免穿线。只有先保证导线点闭合，这样就不会因为导线点的缘故而穿线了。至于技术上的失误而导致穿线，那只有在计算、放线时多加复核，我想就能避免了。
4、栓桩
导线点放样的中桩如未调整，其中桩放样记录也是栓桩的一种办法。如调整了，应在导线点二次实测进行记录栓桩。其它骑马桩、三角网等也可进行栓桩。但无论哪种办法，都应考虑施工由于高填或深挖以后是否还能由其恢复中桩。
对于现在的放样技术，其实栓桩是很少的，我们只要用控制点栓住，记住曲线元素，那么，不论怎么填，怎么挖，中桩、边桩均能恢复出来。所以我们只需要栓控制点即可。
5、坐标放样原理
(1)坐标放样原理就以控制导线为依据，以角度和距离定点。即将全站仪置于导线点用极坐标的方法测设中线。如图3所示，将仪器置于导线点A(其中B作为后视点，P为待放点)，要放出点P只要知道夹角θ和A到P点的距离S即可。当A(XA，YA)，B(XB，YB)和P(XP，YP)坐标已知且为大地坐标，则可以根据以下公式求出θ和S值。
图3 坐标放样示意图
后视方位角：FAB=tan-1（YB—YA）/（XB—XA）
前视方位角：FAP=tan-1（YP—YA）/（XP—XA）
夹角（水平角）：θ=FAP－FAB
P到A的距离：S= (Xp-XA)∧2+(Yp-YA) ∧2
式中：P（XP，YP）是根据中线坐标计算公式计算出来的；
（XA，YA），（XB，YB）为导线坐标；
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)放样方法的优化
1)前视角法
中线实地测设中，由于受地物、地形及障碍物等影响，通视条件受到限制，或无法较为准确地估算相对于前一桩号的距离时，可使用前视角度法进行测设。该方法只需输入前视角度(站点的前视方位角与后视方位角之差)即可求解放样元素。
前视角度法以“二分法”作为计算理论，利用计算器高速计算特性，不断搜索道路中线中与目标测E点最接近的放样点。通过事先设定的某一任意小的数值ζ作为判断依据，在自动搜索到放样点后给出放样点桩号、通过计算放样点的坐标给出放样元素进行测放。
2)支点法
所谓支点是指在实际测量中，由于受房屋、树木、河堤及其他构造物或地形的影响，造成导线点的视觉不畅，无法看见全部或部分的路线桩点，这样的导线点就不能作为测站点，而需要在现场确定一个相对于路线通视良好的支点。坐标测算要求首先仪器置于某导线点上，然后测量出到支点的角度、距离，重新架设仪器于支点上进行中线测放。它的计算只要求测量出测站点到支点的距离L及角度AO即可。由于支点的标精度相对于导线点来说较差，所以我们应当尽量少架支点、少用支点。测站点支点的坐标计算如下
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)后方交汇法
后交汇法相对支点法灵活，该方法可先架设仪器于通视条件较好的点位P，通过测量与两个可视导线点的距离，、即可测算支点坐标，j基行中线测放(如图4)。即知道导线点A(XA，YA)、B(XB，YB)的坐标，及测出PA、PB距离，计算出A与B、测站点的顺时针夹角ɑ，就可计算出测站点坐标。计算法如下：
图4 后方交会示意图
ɑ=artcos((AB2+AP2一PA2)/(2AB*AP)
XP=XA+PA*cos(Fab+ɑ)
YP=YA+PA*in(Fab+ɑ)
例如某支点引点记录：A(3005817.621，506716.031)、B(3005534.559，506858.946)、PA=360.495m、PB=388.530m，计算支点P坐标。
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
该点坐标即以解算结束。这种方法的精度与所选支点有关，支点应尽量与两个控制点构成等腰三角形，避免短边、小角。为了保证精度，在实际测量中，尽量后视三个控制点，解算两个三角形，算出两个坐标，然后取其平均值。
以上中桩计算方法、引点等，人工计算较为繁杂，在设计施工等工作中，通常先用计算机、计算器依据上述算法，编写相应的计算程序，计算放样元素进行实地测放。通过计算机、计算器编制程序实现以上算法，具有计算准确、操作简便、使用稳定等特点，能有效提高工程测量放线效率，解决实际测设工作中的各类问题，具有较好的推广价值。
6)中线放样的几个问题
(1)导线点丢失后，是恢复其原来点还是重新布设?恢复其原来点十分困难，测量精度和重新布设的结果是一样的。一般来说，按照相邻点通视的要求重新布设速度快，提前选点布设完毕随导线点测量一次完成。
(2)一个标段是否可以有两条附合导线，一般说来，设计单位所给的导线点坐标是整条路平差计算值，而施工单位投标是分段中标，中标之后可能又分几个单位施工，这样测量可能也分几段。一个标段的附合导线数量往往根据监理要求不同造成可能会有一个或一个以上的附合导线，造成标段与标段之间，施工单位与施工单位之间联接困难。由于无法找到明文规定，监理承包商就此往往发生分歧。有时承包商按上一次的经验设一条附合导线，而监理部要求设一条以上。一般情况下，在公路设计文件上应写明一个标段导线点必须全线平差计算，这应该是最佳方案。
(3)导线点坐标取值是用设计方所给数值，还是用承包商自己复核计算的平差结果?既使使用相同的导线点，而由于测量时取导线长度不一，虽说其导线点坐标是从某种意义来说是一个定值，但取某一段或取全线测量其结果就不一样，此外，人的视觉误差和仪器精密程度不同，复测的导线点坐标即使精度很高也不会与设计值相同。从道理上讲，应该取精度高的导线点坐标。而一般设计文件中并不讲明其导线精度。在经历过的工地上，多数是根据监理意见，有取复核后的坐标，也有取设计方所给坐标的，施工单位则倾向取复测后的坐标，本文认为设计方应说明其导线精度。与复测导线精度相比，取精度高的一方值，以便于提高中桩放样的精确性，减少中桩穿线的误差。
(4)中桩放样是利用穿线后符合路线设计参数的中桩放样，还是利用导线点放样?在公路施工发展过程中，在设有导线这一概念之前，利用中桩放样其它中桩可谓一统天下。在引入导线后，有的设计文件和监理甚至说明必须用导线放样所有中桩。但事实上，如果一个桥梁仅有中桩是不够的，它必须有中线才能确定其位置。公路施工测量放样不是单单依靠中桩，其最终是由一些主要中桩连结成线确定的。表面上看是一些中桩点，其实是线。该线是测量时用来控制整个路线方向和确定中线位置的，导线是施工中应用来放样的，中桩放样完毕，如果线形不能顺接，才可以进行穿线。我个人认为，利用导线点放线才主要的，穿线只是为了弥补放线的失误以及导线不能闭合的情况。对于中间需要加密的中桩，可用导线点进行加密，也可利用已有中桩及曲线元素计算后进行加密。用导线点进行放样，这样路线不至于偏离设计方向，只要整条导线点闭合，满足精度要求，就算路线偏离，也只是相对的整体偏离，并不影响公路的整体线型。
对于施工技术控制，应以导线为主，当用导线点放出的路线前后有偏位时，应查找原因，看能否调整，当无法调整时，才进行穿线，这样，将两者相结合起来进行控制将会收到很好的效果。
(5)导线桩哪个的精度高?我认为单纯的说一个导线桩的精度是无法说清楚的，只有看它所在的导线。导线与导线则看它的闭合情况，闭合好的精度要高，在设计单位给的导线点中，我认为GPS点的精度要高于其它点的精度。
三、总结
随着电脑、计算器、软件、程序的高速发展，对于高速公路的测量定线及施工放线、水准测量将会更加程序化、高效化。在施工放线中，更应该多复核，多思考，做到胸有成竹。同时也希望各位同仁互相指点，把我们的测量技术水平往更高一个层次发展。
参考文献：
1、李仕东·工程测量（第二版）·人命交通出版社·2005
2、张维全、周亦唐、李松青·道路勘测设计，重庆大学出版社.2002
