三維公路測設(shè)方法初探

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1、三維公路測設(shè)方法初探三維公路測設(shè)是公路的空間曲線測設(shè)，其測設(shè)的里程樁號系統(tǒng)是以公路的三維曲線長度為依據(jù)的，這從根本上不僅解決了公路里程樁號系統(tǒng)與實地的一致性，而且為公路工程量的精確計算提供了基本的數(shù)學(xué)模型；其測設(shè)的基本內(nèi)容是在平曲線控制樁的基礎(chǔ)上，加測了縱曲線控制樁。利用擬合曲面與矢量曲線疊加進(jìn)行三維公路測設(shè)，具有操作簡便、快速易行的特點關(guān)鍵詞：三維公路測設(shè)；擬合曲面；矢量曲線疊加0．引言在2003-2004年度交通部組織的全國公路普查工作及2007年度全國車載GPS公路測量中，其統(tǒng)計與匯總數(shù)據(jù)存在如下問題：（1）實測公路里程與公路實際里程樁號系統(tǒng)存在不一致性，而且這

2、種不一致性在坡降地段及山區(qū)表現(xiàn)得更為明顯；（2）公路控制樁及橋梁等的新老坐標(biāo)系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換參數(shù)具有一致性，但其樁號具有不符合性；針對上述問題，筆者就××市的相關(guān)公路數(shù)據(jù)，進(jìn)行了全面的分析及提出了其數(shù)據(jù)改正模型與其存在的主要原因。（1）車行軌跡與道路中心線不一致，路徑產(chǎn)生了向內(nèi)徑或外徑的飄移，其數(shù)值特征為：對稱下行與上行方向里程值的中數(shù)為實際里程值；（2）坡降地段及山區(qū)，GPS車行軌跡里程為地面實際三維曲線里程，而公路原里程樁號系統(tǒng)，或者部分為平曲線里程、或者為公路部門按車行計程的公路里程；（3）GPS車行軌跡里程為模型，也難以達(dá)到理想的結(jié)果。根據(jù)上述工作成果中存在的問題

3、，交通部自2008始，既已提出了三維公路測設(shè)概念并組織相關(guān)部門進(jìn)行了有關(guān)的研究與實踐。值得特別提出的是，本文所介紹的“三維公路測設(shè)”，是指綜合考慮了縱、平曲線的里程的樁的測設(shè)，不同于一般意義上的坐標(biāo)、高程一體化測設(shè)。后者的測設(shè)相關(guān)論述極多，但其除了在公路初測與工程概算中具有一定作用外，對公路的定測是沒有必要也不可能產(chǎn)生什么作用的。由此，產(chǎn)生了如下命題：綜合考慮縱、平曲線的公路里程的樁的測設(shè)——既三維公路測設(shè)的基本方法與原理。　　本文根據(jù)相關(guān)研究與實踐心得，就三維公路測設(shè)的基本方法與原理，進(jìn)行了初淺的探討。并提出了利用擬合曲面與矢量曲線疊加進(jìn)行三維公路測設(shè)方法。1．三維

4、公路測設(shè)的基本內(nèi)容概而言之，三維公路測設(shè)的基本內(nèi)容是：按公路的三維曲線長度，在實地放樣公路的縱、平曲線控制點及其加樁并建立公路的里程樁號系統(tǒng)。從上述的基本定義可以看出，與傳統(tǒng)的公路測設(shè)相比，三維公路測設(shè)具有如下特點：（1）其測設(shè)的里程樁號系統(tǒng)是以公路的三維曲線長度為依據(jù)的，這從根本上不僅解決了公路里程樁號系統(tǒng)與實地的一致性，而且為公路工程量的精確計算提供了基本的物理與數(shù)學(xué)模型；（2）其測設(shè)的基本內(nèi)容是在平曲線控制樁的基礎(chǔ)上，加測了縱曲線控制樁；既其測設(shè)是空間曲線的測設(shè)。從上所述可知，三維公路測設(shè)的具體內(nèi)容是指：公路平曲線的起（終）點、直曲點與曲直點、曲線起（終）點及曲

5、線控制點（既5大樁點）與所要求的加樁點；公路縱曲線的起（終）點、坡曲點與曲坡點及縱曲線控制點（既5大樁點）與所要求的加樁點。2．三維公路測設(shè)的方法從三維公路測設(shè)是公路的空間曲線測設(shè)可知，要建立嚴(yán)格意義上的空間曲線方程才能以數(shù)學(xué)的方法計算，這對尚不具有專業(yè)軟件的實際工作來說，是一項難度頗大的工作。因此，如何在現(xiàn)有裝備水平的基礎(chǔ)上，綜合運用已有專業(yè)軟件（工具），實現(xiàn)三維公路測設(shè)，是三維公路測設(shè)方法的生命力與適用性的關(guān)鍵。在目前工具條件下，要計算空間曲線的長度與坐標(biāo)，其關(guān)鍵在于利用公路的設(shè)計豎曲線參數(shù)建立豎曲線擬合曲面后，再將平曲線投影于豎曲線擬合曲面上，然后在該曲面上進(jìn)行

6、采點計算。筆者在實際工作中采用利用擬合曲面與矢量曲線疊加的方式對三維公路測設(shè)的計算進(jìn)行了初步的償試，其具有操作簡便、快速易行的特點。其具體實施方法為：　?。?）根據(jù)公路設(shè)計中心線的豎曲線及包含公路平曲線JD點為最大帶寬，建立公路豎曲線擬合曲面（由線到面）　?。?）將設(shè)計的公路平曲線疊加并投影于上述擬合曲面上；　　（3）在上述疊加成果上根據(jù)縱、平曲線的形狀，取縱、平曲線的控制點及按所要求的間距量取點的坐標(biāo)、高程及相對于起點的里程，以此作為放樣數(shù)據(jù)及作為公路測設(shè)成果。　　3．結(jié)束語　　本文所述方法過程較為簡便易行，其關(guān)鍵在于：　?。?）在平曲線與擬合曲面的疊加過程中，具有

7、一定的技術(shù)方法；　?。?）縱、平曲線的控制點的選取要具有全局性，特別是縱曲線控制點的選取過程中，有時需要作一定的輔助點；　　當(dāng)前，三維公路測設(shè)正成為交通部門的一個研究熱點，也是今后公路測設(shè)的一個發(fā)展方向。但由于其數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜性，尚沒有形成一個成熟的測設(shè)理論體系。期望本文所述方法能起到拋磚引玉的作用，并對作業(yè)人員有所啟示。