北斗移動(dòng)測(cè)量設(shè)備中道路大回頭曲線計(jì)算與放樣方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了北斗移動(dòng)測(cè)量設(shè)備中道路大回頭曲線計(jì)算與放樣方法，對(duì)于大回頭曲線的圓曲線旋轉(zhuǎn)角大于180°的交點(diǎn)，采集并確定虛交點(diǎn)坐標(biāo)、圓曲線半徑、第一緩和曲線長、切線長、切線方位角、第二緩和曲線長、切線長、切線方位角；將大回頭曲線中的圓曲線分割成兩段，變成兩段新的圓曲線，再通過交點(diǎn)法分別計(jì)算出這兩段圓曲線上的新交點(diǎn)信息，然后將這兩個(gè)交點(diǎn)通過交點(diǎn)法計(jì)算出大回頭曲線上任一點(diǎn)的里程坐標(biāo)。本發(fā)明提高了測(cè)量結(jié)果的精度，提高了道路曲線由里程坐標(biāo)計(jì)算的效率，解決了傳統(tǒng)的交點(diǎn)法定線放樣無法處理含有大回頭曲線的問題；計(jì)算過程簡單、快速、簡便、計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確。
【專利說明】
北斗移動(dòng)測(cè)量設(shè)備中道路大回頭曲線計(jì)算與放樣方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及工程測(cè)量領(lǐng)域，具體是北斗移動(dòng)測(cè)量設(shè)備中道路大回頭曲線計(jì)算與放 樣方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 交點(diǎn)法是道路、河道、管線等線路定線的主要方法之一，它通過線路轉(zhuǎn)點(diǎn)(交點(diǎn)）的 坐標(biāo)來確定路線的大致走向，通過直線、緩和曲線和圓曲線信息來確定路線的具體坐標(biāo)。具 體如下：第一、該方法設(shè)計(jì)簡單、參數(shù)少：只需輸入交點(diǎn)處的坐標(biāo)、第一緩和曲線長度、圓半 徑和第二緩和曲線長度;第二、放樣方便，可及時(shí)計(jì)算出道路線上任意里程偏距所對(duì)應(yīng)的坐 標(biāo);第三、計(jì)算結(jié)果誤差小，基本上可以控制微米級(jí)別。因此在路線設(shè)計(jì)和施工中廣泛應(yīng)用。 其緩和曲線計(jì)算方程和圓曲線終點(diǎn)方程如下：
[0003]
[0004] 其中：1表示緩和曲線長度，R表示曲線長度，I5表示緩和曲線的旋轉(zhuǎn)角。
[0005] 隨著測(cè)繪技術(shù)和軟件技術(shù)的進(jìn)步，越來越多的測(cè)量儀器終端(全站儀、GNSS移動(dòng)測(cè) 量)都上都集成了交點(diǎn)法計(jì)算程序，通過該方法，不僅能夠大量減少放樣點(diǎn)坐標(biāo)的輸入、減 少出錯(cuò)率，還能在放樣作業(yè)過程中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形情況，及時(shí)增加和修改放樣點(diǎn)。
[0006] 大回頭曲線，當(dāng)路線起、終點(diǎn)位于同一很陡的山坡面，為了克服高差過大，一方面 要順山坡逐步展線；另一方面又需一次或多次地將路線折回到原來的方向，通常將圓曲線 旋轉(zhuǎn)角大于150°稱為回頭曲線，而當(dāng)圓曲線旋轉(zhuǎn)角大于180°時(shí)，稱為大回頭曲線。在盤山公 路、匝道中經(jīng)常出現(xiàn)大回頭曲線的情況。
[0007] 常規(guī)的交點(diǎn)法只是適用于道路曲線的旋轉(zhuǎn)角小于180°的情況，并不適合大回頭曲 線(幾乎沒有道路的圓曲線旋轉(zhuǎn)角設(shè)計(jì)成180°)，因?yàn)楫?dāng)圓曲線旋轉(zhuǎn)角大于180°時(shí)，其兩端 的緩和曲線(或直線）的切線沒有交點(diǎn)。然而由于盤山公路、匝道等道路受到地形的限制，經(jīng) 常會(huì)出現(xiàn)大回頭曲線的情況，那么傳統(tǒng)的交點(diǎn)法模型就不能正確的計(jì)算出里程坐標(biāo)；同理， 對(duì)于安裝有常規(guī)交點(diǎn)法軟件的測(cè)量儀器，如果遇到大回頭曲線就束手無策。
[0008] 當(dāng)測(cè)量過程中出現(xiàn)大回頭曲線時(shí)，無法通過計(jì)算里程的坐標(biāo)來進(jìn)行放樣，只能通 過光學(xué)儀器(如全站儀，經(jīng)煒儀）由起點(diǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)固定的角度和距離，依次測(cè)設(shè)回頭曲線部分。 這種測(cè)設(shè)方法具有盲目性，不容易檢查精度;更為糟糕的是，一旦出現(xiàn)了不能閉合獲取閉合 差超限，就必須重新測(cè)設(shè)。目前同行業(yè)的其它公司的測(cè)量設(shè)備中，都不提供大回頭曲線的計(jì) 算和放樣方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于提供計(jì)算過程簡單、快速、簡便、計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確的北斗移動(dòng)測(cè)量 設(shè)備中道路大回頭曲線計(jì)算與放樣方法，以解決上述【背景技術(shù)】中提出的問題。
[0010] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0011]北斗移動(dòng)測(cè)量設(shè)備中道路大回頭曲線計(jì)算與放樣方法，對(duì)于大回頭曲線的圓曲線 旋轉(zhuǎn)角大于180°的交點(diǎn)，采集并確定虛交點(diǎn)坐標(biāo)、圓曲線半徑、第一緩和曲線長、切線長、切 線方位角、第二緩和曲線長、切線長、切線方位角;將大回頭曲線中的圓曲線分割成兩段，變 成兩段新的圓曲線，再通過交點(diǎn)法分別計(jì)算出這兩段圓曲線上的新交點(diǎn)信息，然后將這兩 個(gè)交點(diǎn)通過交點(diǎn)法計(jì)算出大回頭曲線上任一點(diǎn)的里程坐標(biāo)。
[0012] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:還包括對(duì)于大回頭曲線的圓曲線旋轉(zhuǎn)角小于180°的交 點(diǎn)，采集并確定該交點(diǎn)的坐標(biāo)、第一緩和曲線長、圓曲線長和第二緩和曲線長，通過交點(diǎn)法 即能算出里程坐標(biāo)。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0014] 采用本發(fā)明后，在知道基本的道路信息之后，即可計(jì)算到道路上任一里程所對(duì)應(yīng) 的坐標(biāo)，提高了道路曲線由里程坐標(biāo)計(jì)算的效率。提高了測(cè)量結(jié)果的精度，解決了傳統(tǒng)的交 點(diǎn)法定線放樣無法處理含有大回頭曲線（圓曲線旋轉(zhuǎn)角大于180度）的問題;避免了傳統(tǒng)光 學(xué)儀器因誤差累積而造成誤差超限，使非專業(yè)的測(cè)量人員也可以完成里程點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算的工 作。本發(fā)明計(jì)算過程簡單、快速、簡便、計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確。
【附圖說明】
[0015] 圖1是利用本發(fā)明制得的軟件流程圖；
[0016]圖2是實(shí)施例中算法流程圖。
[0017]圖3是旋轉(zhuǎn)角大于180°圓曲線圖。
[0018]圖4是旋轉(zhuǎn)角小于180°交點(diǎn)信息錄入圖。
[0019] 圖5是旋轉(zhuǎn)角大于180°，虛交點(diǎn)以及緩和曲線錄入以及自動(dòng)計(jì)算出兩個(gè)新的交點(diǎn) 示意圖。
[0020] 圖6是計(jì)算里程所對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)圖。
[0021] 圖7是放樣界面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述， 顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的 實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都 屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0023] 1.采用的方法
[0024] 本發(fā)明通過改進(jìn)的交點(diǎn)法模型，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大回頭曲線的里程的坐標(biāo)的計(jì)算和放 樣。具體方法如下：
[0025] 對(duì)于大回頭曲線的圓曲線旋轉(zhuǎn)角小于180°的交點(diǎn)，只需要確定該交點(diǎn)的坐標(biāo)(N， E)，第一緩和曲線長、圓曲線長和第二緩和曲線長，通過交點(diǎn)法即能算出里程坐標(biāo)。
[0026] 對(duì)于大回頭曲線的圓曲線旋轉(zhuǎn)角大于180°的交點(diǎn)，需要確定(虛)交點(diǎn)坐標(biāo)(N、E)、 圓曲線半徑，第一緩和曲線長、切線長、切線方位角，第二緩和曲線長、切線長、切線方位角； 會(huì)將這個(gè)交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的曲線分割成兩段圓曲線小于180°的新曲線，并計(jì)算出這兩段新曲線 的交點(diǎn)信息，然后將這兩個(gè)交點(diǎn)自動(dòng)插入到交點(diǎn)集合中，然后通過交點(diǎn)法即可計(jì)算出任一 點(diǎn)的里程坐標(biāo)。
[0027] 2.發(fā)明的原理
[0028] 當(dāng)大回頭曲線的圓曲線旋轉(zhuǎn)角大于180°時(shí)，其前后兩端的緩和曲線的切線無交 點(diǎn)，因此通過常規(guī)的交點(diǎn)法算法，無法計(jì)算出里程對(duì)應(yīng)的點(diǎn)坐標(biāo)。本發(fā)明通過將大回頭曲線 中的圓曲線部分分割成兩段，組成兩段新的圓曲線，再通過交點(diǎn)法分別計(jì)算出這兩段圓曲 線上的點(diǎn)坐標(biāo)。其核心內(nèi)容是：通過前后兩段緩和曲線的切線方位角、切線長和圓曲線半 徑，計(jì)算出分割后的兩段圓曲線的新交點(diǎn)的坐標(biāo)。分割前后的對(duì)象組成部分對(duì)比如表1所 不。
[0029] 表 1 L0031J 具體買現(xiàn)流程如卜：
[0032] 符號(hào)代碼說明：
[0033] R:圓曲線半徑 [0034] ZH:直線和緩和曲線連接點(diǎn)坐標(biāo) [0035] HZ:第一緩和曲線和直線連接點(diǎn)坐標(biāo) [0036] HY:第一緩和曲線和圓曲線連接點(diǎn)坐標(biāo) [0037] YH:圓曲線和第二緩和曲線連接點(diǎn)坐標(biāo) [0038]已知條件，如圖3:
[0039] 1)虛交點(diǎn)JD5的坐標(biāo)；
[0040] 2)第一緩和曲線長度Ll，切線長Tl，在切線上任意一點(diǎn)C的坐標(biāo)；
[0041] 3)第二緩和曲線長度L2,后切線長T2,在切線反向延長上任意點(diǎn)D的坐標(biāo)。
[0042] 求:QZ，JD5a，JD5b坐標(biāo)。其中QZ為圓曲線的中點(diǎn)，JD5a、JD5b是過QZ的切線與第一、 第二緩和曲線切線相交的兩個(gè)交點(diǎn)JD5a和JD5b。
[0043]算法流程(流程見圖2):
[0044] 1)通過虛交點(diǎn)JD5坐標(biāo)、C點(diǎn)坐標(biāo)和切線長Tl，可計(jì)算出ZH點(diǎn)坐標(biāo)。
[0045] 2)由上步中ZH點(diǎn)坐標(biāo)、圓曲線半徑R和第一緩和曲線長度Ll，可計(jì)算出HY點(diǎn)坐標(biāo)。
[0046] 3)同理，可計(jì)算出YH點(diǎn)坐標(biāo)。
[0047] 4)通過YH點(diǎn)、HY點(diǎn)坐標(biāo)和R，可求出圓曲線方程，YH點(diǎn)至HY點(diǎn)之間會(huì)計(jì)算出圓曲線 的中點(diǎn)QZ。這時(shí)可以通過虛交點(diǎn)JD5，圓心坐標(biāo)和圓曲線中點(diǎn)坐標(biāo)，三者之間的幾何關(guān)系排 除在圓心和虛交點(diǎn)之間的那個(gè)中點(diǎn)。
[0048] 5)由上步計(jì)算出的QZ點(diǎn)和YH點(diǎn)坐標(biāo)，可計(jì)算出JD5a的坐標(biāo)；由QZ和HY點(diǎn)坐標(biāo)，可計(jì) 算出JD5b的坐標(biāo)。
[0049] 6)由新的交點(diǎn)坐標(biāo)、緩和曲線長、圓曲線半徑組成完成的交點(diǎn)信息。
[0050] 實(shí)施例1
[0051] 本發(fā)明實(shí)施例中，利用本發(fā)明制得相關(guān)的軟件，該軟件主要有數(shù)據(jù)錄入界面，由回 頭曲線新交點(diǎn)計(jì)算算法和由交點(diǎn)算曲線坐標(biāo)算法組成。使其錄入界面直觀簡潔、算法準(zhǔn)確、 穩(wěn)定、快速。
[0052] 1)以貴州省六盤水市修建的某盤山公路第7標(biāo)段的數(shù)據(jù)為例，其部分曲線要素如 表1所示。
[0053] 表 1
[0054] 起點(diǎn)粧號(hào):K4+698
L 0060」3)軟仵截圖說明
[00611圖4:旋轉(zhuǎn)角小于180°交點(diǎn)信息錄入。
[0062]圖5:旋轉(zhuǎn)角大于180°，虛交點(diǎn)以及緩和曲線錄入以及自動(dòng)計(jì)算出兩個(gè)新的交點(diǎn)。 [0063]圖6:計(jì)算里程所對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)。
[0064] 圖7:放樣界面。
[0065] 圖6中EN坐標(biāo)和表2中最后一行數(shù)據(jù)，是位于大回頭曲線上的任一點(diǎn)里程對(duì)應(yīng)的坐 標(biāo)。
[0066]具體實(shí)施步驟：
[0067] 1.架設(shè)好GNSS基準(zhǔn)站和移動(dòng)站，GNSS基準(zhǔn)站和移動(dòng)站通過電臺(tái)或者GPRS通訊；
[0068] 2.運(yùn)行利用本發(fā)明制得的軟件，新建項(xiàng)目；
[0069] 3.打開測(cè)量工程，采集控制點(diǎn)，并進(jìn)行工地校正；
[0070] 4.關(guān)閉測(cè)量工程，打開道路工程，按照要求錄入交點(diǎn)信息和回頭曲線信息；
[0071] 5.輸入完成后，保存交點(diǎn)信息；
[0072] 6.開始曲線放樣。
[0073]對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在 不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論 從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán) 利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有 變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。
[0074]此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包 含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員 可以理解的其他實(shí)施方式。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 北斗移動(dòng)測(cè)量設(shè)備中道路大回頭曲線計(jì)算與放樣方法，其特征在于，對(duì)于大回頭曲 線的圓曲線旋轉(zhuǎn)角大于180°的交點(diǎn)，采集并確定虛交點(diǎn)坐標(biāo)、圓曲線半徑、第一緩和曲線 長、切線長、切線方位角、第二緩和曲線長、切線長、切線方位角；將大回頭曲線中的圓曲線 分割成兩段，變成兩段新的圓曲線，再通過交點(diǎn)法分別計(jì)算出這兩段圓曲線上的新交點(diǎn)信 息，然后將這兩個(gè)交點(diǎn)通過交點(diǎn)法計(jì)算出大回頭曲線上任一點(diǎn)的里程坐標(biāo)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的北斗移動(dòng)測(cè)量設(shè)備中道路大回頭曲線計(jì)算與放樣方法，其特 征在于，還包括對(duì)于大回頭曲線的圓曲線旋轉(zhuǎn)角小于180°的交點(diǎn)，采集并確定該交點(diǎn)的坐 標(biāo)、第一緩和曲線長、圓曲線長和第二緩和曲線長，通過交點(diǎn)法即能算出里程坐標(biāo)。
【文檔編號(hào)】G01C15/00GK105841677SQ201610152393
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年3月17日
【發(fā)明人】孫紅星, 段準(zhǔn), 王暉
【申請(qǐng)人】孫紅星