线路工程横断面测量方法

技术领域

本发明涉及断面测量技术领域，更具体地说，涉及一种线路工程横断面测量方法。

背景技术

随着公路和铁路等交通工程的发展，线路工程的横断面测量必不可少，尤其是山区的线路工程，其横断面测量的质量直接影响工程的造价，因此横断面的测量方法、精度和工作效率，一直被行业技术人员研究。传统的横断面测量方法很多，采用较多的有水准仪皮尺法、标杆皮尺法、经纬仪水准尺法、全站仪法、GPS-RTK法等测量。其各种方法应用在不同的场景，具有一定的优越性，同时也具有一定的弊端，尤其是山岭重丘和植被茂盛地带，传统的横断面测量方法主要问题有；一是横断面测量时中桩需专人指挥断面方向，二是测量人员精准达到断面方向难。导致测量人员投入多，增大施测成本，测量精度偏低，影响工程造价和工期。

理论上横断面的方向应垂直路线，但实地如何确定断面方向，目前主要有专人站在中桩上釆用方向架或罗盘仪指挥横断面测量，这两种横断面方向控制方法引起的方向偏差可能较大，实地如何使横断面测点测量人员较准确的在横断面方向线上，没有简捷的方法，传统的路线横断面测量方法值得研究和改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种线路工程横断面测量方法，其设计合理，操作方便，解决了路线工程现场难以准确控制横断面测量方向的技术难题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种线路工程横断面测量方法，包括以下步骤：

S1、创建数学模型并编制计算程序；

S2、分析所测横断面中桩B在路线的位置；

S3、分析和判断横断面测量点、测量设备和线路的关系；

S4、横断面测量前期校测；

S5、横断面测量方向控制；

S6、采集横断面测量数据。

按上述方案，所述步骤S2中，当横断面中桩B在直线段则无需进行参考中桩A选取计算；当横断面中桩B在曲线段则应进行参考中桩A选取计算，确定参考中桩A到断面中桩B的最大距离，选择小于该距离的中桩作为参考中桩A。

按上述方案，所述步骤S3中，分清横断面测点和测量仪器C是在线路的同一侧P还是在异侧Q，以确定选择相对应的计算模型。

按上述方案，所述步骤S4中，将全站仪任意设站C后测出中桩A的平距Sa、中桩B的平距Sb，高差ha、hb和水平夹角α求出γ角，检校B、A两中桩的相对关系，以保证后续成果正确。

按上述方案，所述步骤S5中，当断面测量人员大致到断面线P时，测站C先测出β角和S

ΔS

当断面测量人员大致到断面线Q时，测站C先测出δ角和S

ΔS

按上述方案，所述步骤S

公式(2)、(3)为：

S

h

当断面测量人员准确到断面线Q时，测站C再测出平距S

公式(4)、(5)为：

S

h

当线路横断面左右测线均到最大长度时，本横断面测量即为完成。

实施本发明的线路工程横断面测量方法，具有以下有益效果：

1、本发明提供了一种新型线路工程横断面方向控制方法，利用规范要求的断面容许限差和设计要求横断面最大长度，解决曲线段横断面方向控制难的技术问题，解决了路线工程现场测量技术人员难以准确到达横断面线上的实施难题，技术设计合理、数学模型正确、实施操作方便、具有广泛的应用价值；

2、本发明是一种任意设站观测方法，方便不同场景使用，适用性较强，适用于全站仪法、测距仪法、经纬仪水准尺法等多种方法的应用，使用范围广，是一种断面中桩处无专人指挥断面方向的测量方法，减少劳动力，节约成本；可以直接利用已有中桩完成横断面测量的方法，解决无测量控制点无法测量的实施难题；

3、本发明是基于测量装备、数理学和测量学等多交叉学科的应用；是任意设站观测方法的设计和实施，数学模型正确、简捷、实用性强、操作方便，是可广泛的应用于公路和铁路工程勘测设计、施工中的全站仪法、测距仪法、纬仪水准尺法等，解决了路线工程现场横断面测量方向难以确定和测量人员难以到达横断面线上的实施难题，在多项线路勘测和设计中应用，给线路横断面测量提供保证，给设计提供基础资料。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明直线段横断面测量平面图；

图2是本发明圆曲线段横断面测量平面图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明的线路工程横断面测量方法，包括：横断面测量方法、横断面方向控制方法、曲线段参考中桩的选择方法。

横断面测量方法：以几何图形、测量学、三角函数和测量设备相结合，建立横断面测量数学模型。如图1所示，直线段横断面测量平面图，图中：

A、B为路线中心的两个已知坐标中桩；

C为全站仪任意测站；

P、Q为路线两侧的横断面测点；

S

h

L

α为测站C后视B(零方向)的A点的水平角；

β、δ为测站C后视B(零方向)的P、Q点的水平角；

S

h

当中桩A、B和全站仪C确定，则角度α、γ，平距S

γ为∠ABC的水平角，则

γ＝arcsin(S

随着断面测点P、Q点的位置变化，角度β、δ，平距S

当P点与测站C在线路同侧，且在断面方向上时；

则BP两点的平距S

S

h

不同位置的P点，对应的不同β和h

当Q点与C在线路异侧时，且在断面方向上；

则BQ两点的平距S

S

h

不同位置的Q点，对应的不同δ和h

此断面测量方法适用于经纬仪水准尺法和测距仪法，其不同的方法是将经纬仪水准尺和测距仪测出的测站C至断面点P、Q方向的斜距和垂直角，改正为平距和高差即可，其改正数学模型为：

S

h

再按公式(1)至公式(5)计算相应的断面数据。

横断面测量方向控制方法：在现场由司仪员指挥断面测量员准确到达横断面线上。

直线段横断面方向的控制是使测点落在垂直于路线的直线上。其控制方法据如图1说明如下：

当P点与C点在线路同侧时，在一定的方向上β值固定，则S

S

则实测值与理论值之差为：

ΔS

当Q点与C点在线路异侧时，在一定的方向上δ值固定，则S

S

则实测值与理论值之差为；

ΔS

据ΔS

曲线段横断面方向的控制是使测点落在曲线的法线上。实际操作结合《公路勘测规范》要求，通过设计要求的断面线的最大长度反算断面中桩与参考中桩的最大距离，将曲线转换为直线处理，从而实现工程目的。也就是要通过规范和断面测量最大长度等要求选择参考中桩，将曲线线路转化为直线线路进行横断面测量的方向控制。

横断面测量参考中桩的选择方法

直线段横断面测量参考中桩选择方法采用就近原则，选择同一直线段任意中桩，方便作业即可使用。

曲线段横断面测量参考中桩选择方法采用满足规范要求为原则，将曲线转化为直线处理，即结合设计要求断面最大长度和《公路勘测规范》允许断面偏差，做相应横断面测量参考中桩的选取，也就是确定参考中桩A到横断面中桩B的最大水平距离，将曲线线段转换为直线线段实施。鉴于缓和曲线段线形变化介于直线与圆曲线之间，现以圆曲线AB为例，如图2所示，图中：

BO为断面理论方向；

BP

R

B、A分别为断面中桩和参考中桩；

L

L

△α为断面方向规范允许偏差；

ΔL为断面距离规范允许偏差。

当△α较小时有：

sin△α＝ ΔL÷L

由图2据三角函数的关系可得:

sin△α＝L

由公式(12)和(13)可得到

L

对于圆曲线段曲线半径R

三级及以下公路:ΔL＝≦(L

二级及以上公路:ΔL＝≦(L

再据公式(14)求得L

确定中桩B、A后，再按上述的横断面测量方向控制方法和上述横断面测量方法计算，所采集的横断面数据即可满足规范要求。

如：对一级路半径为500米圆曲线的某中桩进行左右各100米的横断面测量。根据规范中二级及以上公路横断面限差要求和公式(14)其参考中桩距断面中桩的最大距离为11米，也就是说取距离断面中桩B小于11米的其他中桩作为参考中桩A，以垂直中桩B、A两点连线的直线做为断面方向控制线，即可满足规范和设计需求。

对于缓和曲线段，其介于直线与圆曲线之间，其参考中桩的选取方法可将缓和曲率半径R

本发明的实施方法如下：

(1)根据以上数学模型编制相关计算程序：能应用于可编程序计算器或智能手机，以方便操作。

(2)分析所测横断面中桩B在路线的位置：如果横断面中桩B在直线段则无需进行参考中桩A选取计算；如果横断面中桩B在曲线段则应进行参考中桩A选取计算，确定参考中桩A到断面中桩B的最大距离，选择小于该距离的中桩作为参考中桩A。

(3)分析和判断横断面测量点、测量设备和线路的关系：分清横断面测点和测量仪器C是在线路的同一侧P还是在异侧Q，以确定选择相对应的计算模型。

(4)横断面测量前期校测：将全站仪置于C后测出中桩A、B的平距S

(5)横断面测量方向控制方法：

当断面测量人员大致到断面线P时，测站C先测出β角和S

当断面测量人员大致到断面线Q时，测站C先测出δ角和S

(6)横断面测量数据采集：

当断面测量人员准确到断面线P时，测站C再测出平距S

当断面测量人员准确到断面线Q时，测站C再测出平距S

当线路横断面左右测线均到最大长度时，本横断面测量即为完成。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。