工程测量技术培训(坐标计算).ppt

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1、工程测量技术培训工程测量技术培训工程测量技术培训工程测量技术培训坐标计算坐标计算坐标计算坐标计算主讲：尹代洲主讲：尹代洲主讲：尹代洲主讲：尹代洲中铁七局集团郑州工程有限公司中铁七局集团郑州工程有限公司2022/12/242022/12/242021/9/271一、方位角坐标增量计算一、方位角坐标增量计算1.11.1坐标方位角坐标方位角坐标方位角又称方向角。在平面直角坐标系统内，以平行于坐标方位角又称方向角。在平面直角坐标系统内，以平行于X X轴的方向为基准轴的方向为基准方向，顺时针转至该边的水平角（方向，顺时针转至该边的水平角（0 0o o360360o o）称为坐标方位角（也可简称为方）称为

2、坐标方位角（也可简称为方位角）位角）2021/9/272象限角的有关问题象限角的有关问题2021/9/2732021/9/2741.21.2坐标的递推公式坐标的递推公式(一）坐标增量（二）边长（三）方位角2021/9/2751.31.3测量坐量坐标的正反算的正反算反算：根据两个已知点的坐标计算反算：根据两个已知点的坐标计算它们连线的方位角和长度它们连线的方位角和长度已知：已知：A(xA(xA A,y,yA A)，B(xB(xB B,y,yB B)待求：待求：A BA B的方位角的方位角 ，间距间距D DABAB2021/9/276坐标的递推公式坐标的递推公式累加后可得累加后可得2021/9/2

3、77一、圆曲线介绍一、圆曲线介绍 当当路路线线由由一一个个方方向向转转向向另另一一个个方方向向时时，应应用用曲曲线线连连接接。圆圆曲曲线线是是最最基基本本的的平平面面曲曲线线。圆圆曲曲线线半半径径根根据据地地形形条条件件和和工工程程要要求求选选定定，根据转角根据转角和圆曲线半径和圆曲线半径R，可以计算出其它各测设元素值。可以计算出其它各测设元素值。2021/9/278主点桩号计算主点桩号计算曲线主点曲线主点ZY，QZ，YZ的桩号的桩号根据根据JD桩号与曲线测设元素计算。桩号与曲线测设元素计算。2021/9/279二、基本型平面线形介绍二、基本型平面线形介绍基本型平面线形基本型平面线形缓和曲线缓

4、和曲线圆曲线圆曲线缓和缓和曲线。曲线。2021/9/27102021/9/27112021/9/27122021/9/27132021/9/27142021/9/27152021/9/27162021/9/27172021/9/27182021/9/27192021/9/27202021/9/27212021/9/27222021/9/27232021/9/27242021/9/27252021/9/2726三、高速公司匝道曲三、高速公司匝道曲线坐坐标计算算 卵形曲卵形曲线是指在是指在 2 个半径不等的个半径不等的圆曲曲线间插插入入 非完整非完整 缓 和和 曲曲 线，即，即 卵卵 形形 曲曲

5、线 是是缓和和曲曲线的一段，的一段，只是在插入只是在插入时去掉了靠近半径去掉了靠近半径无无穷大方向的一段。大方向的一段。首先需要计算出实际并不存在只是首先需要计算出实际并不存在只是在计算过程中起辅助作用的完整缓在计算过程中起辅助作用的完整缓和曲线段的起点的桩号和曲线段的起点的桩号 坐标和切线坐标和切线方位角，这样卵形曲线段的计算就方位角，这样卵形曲线段的计算就转化为完整缓和曲线段的计算转化为完整缓和曲线段的计算具体方法及算例如下：具体方法及算例如下：2021/9/2727 如图如图1所示，在半径为所示，在半径为R1和和R2的的2个圆曲线之间插入个圆曲线之间插入1段长度为段长度为 lF的非完的非

6、完整缓和曲线，此段缓和曲线的端点分别为整缓和曲线，此段缓和曲线的端点分别为 YH点和点和 HY点点 缓和曲线起点缓和曲线起点 Q的桩的桩号号 lQ该点的曲线半径该点的曲线半径 RQQ点坐标点坐标 (XQ，YQ)及切线方位角及切线方位角 Q均为已知均为已知 利利用以上条件求得此段卵形曲线上任意一点用以上条件求得此段卵形曲线上任意一点 i(桩号桩号 Li)的坐标和切线方位角便是的坐标和切线方位角便是所要解决的核心问题所要解决的核心问题 完整缓和曲线起点桩号、坐标和方位角计算首先需要计算出实际并不存在只完整缓和曲线起点桩号、坐标和方位角计算首先需要计算出实际并不存在只是在计算过程中起辅助作用的完整缓

7、和曲线段的起点即是在计算过程中起辅助作用的完整缓和曲线段的起点即 ZH(HZ)点的桩号点的桩号 坐标坐标和切线方位角，这样卵形曲线段的计算就转化为完整缓和曲线段的计算，其解算和切线方位角，这样卵形曲线段的计算就转化为完整缓和曲线段的计算，其解算过程过程,如下所述如下所述(1)卵形曲线参数卵形曲线参数 C的计算公式为的计算公式为:式中，式中，R1R2为与卵形曲线相连为与卵形曲线相连2个两圆曲线半径个两圆曲线半径;LF为非完整缓和曲线段即卵形曲线段为非完整缓和曲线段即卵形曲线段长度长度;A为缓和曲线参数为缓和曲线参数2021/9/27282021/9/2729(2)与与 LF相对应的完整缓和曲线的

8、长度相对应的完整缓和曲线的长度 LS计算公式为计算公式为:2021/9/2730HZ=QQ，2021/9/27312021/9/27322.2卵形曲线任意点坐标和方位角计算得出卵形曲线任意点坐标和方位角计算得出 ZH(HZ)点的坐标和切线方位角，便可点的坐标和切线方位角，便可利用完整缓和曲线段上任意一点坐标和切线方位角的计算方法来求得卵形曲线段上任意一利用完整缓和曲线段上任意一点坐标和切线方位角的计算方法来求得卵形曲线段上任意一点的坐标和切线方位角点的坐标和切线方位角如图如图2所示，缓和曲线起点所示，缓和曲线起点 ZH(HZ)点桩号点桩号L0坐标坐标 (X0，Y0)起点切线方位角起点切线方位角

9、 和缓和和缓和曲线参数曲线参数 A均为已知均为已知 现以缓和曲线起点现以缓和曲线起点 ZH(HZ)点为坐标原点点为坐标原点 起点的切线为起点的切线为 x轴轴 过过原点的半径为轴建立坐标系，则缓和曲线上桩号为原点的半径为轴建立坐标系，则缓和曲线上桩号为 Li的任意一点的切线支距坐标的任意一点的切线支距坐标 (xi，yi)可通过以下公式求得可通过以下公式求得:式中式中 l=|Li L0|2021/9/27332021/9/2734四、曲四、曲线桥梁布置及坐梁布置及坐标计算算4.1梁的布置梁的布置 设在曲在曲线上的上的钢筋混凝土筋混凝土简支梁式支梁式桥，每孔，每孔梁仍是直的，于是各孔梁中梁仍是直的，

10、于是各孔梁中线的的连接接线成成为折折线，以适，以适应梁上曲梁上曲线线路之需要。但若按路之需要。但若按图1 所示布置，使所示布置，使线路中路中线与梁的中与梁的中线在梁端在梁端相交，相交，则由由图可以看出，可以看出，线路中路中线总是偏在是偏在梁跨中梁跨中线的外的外侧，当列，当列车过桥时，外，外侧那片那片梁必然受力梁必然受力较大，况且列大，况且列车运行运行时要要产生离生离心力，使外心力，使外侧的一片梁受力的一片梁受力较大大 的的现象更加象更加严重。重。2021/9/2735为了使两片梁受力较为均衡，合理的布置方案应把梁的中线向曲为了使两片梁受力较为均衡，合理的布置方案应把梁的中线向曲 线外侧适当移线

11、外侧适当移动。一般情况下梁的布置有两种方案：动。一般情况下梁的布置有两种方案：平分中矢布置：在跨中处梁的中线平分矢距平分中矢布置：在跨中处梁的中线平分矢距 f，即梁的中线与，即梁的中线与 线路中线的偏线路中线的偏距距 f1=f/2；在桥墩中线处梁的中线与线路中线的偏距；在桥墩中线处梁的中线与线路中线的偏距 E=f/2。这种布置的特点是。这种布置的特点是内外侧两片梁的偏距相同（内外侧两片梁的偏距相同（f1=E=f/2），故两片梁的人行道加宽值相等。），故两片梁的人行道加宽值相等。切线布置：在跨中处梁的中线与线路中线相切，即偏距切线布置：在跨中处梁的中线与线路中线相切，即偏距 f1=0；在桥墩中心

12、处梁的中线与线路中线的偏距为在桥墩中心处梁的中线与线路中线的偏距为 E=f。4.2基本概念：基本概念：桥梁工作线：在曲线上的桥，各孔梁中心线的连线是一折线，称桥梁工作线，与桥梁工作线：在曲线上的桥，各孔梁中心线的连线是一折线，称桥梁工作线，与线路中线不一致。线路中线不一致。桥墩中心：两相邻梁中心线之交点是桥墩中心，如图桥墩中心：两相邻梁中心线之交点是桥墩中心，如图 2中的中的 A，B及及 C各点。各点。基本概念中所述均指桥墩无预偏心的情况（见桥墩布置基本概念中所述均指桥墩无预偏心的情况（见桥墩布置 图图 3）；有预偏心时见）；有预偏心时见桥墩布置图桥墩布置图 4，桥墩中心在偏距的基础上再向曲，

13、桥墩中心在偏距的基础上再向曲 线外侧偏移一距离，偏移距离线外侧偏移一距离，偏移距离详见设计图。详见设计图。2021/9/2736桥墩轴线：过桥墩中心作一直线平分相邻二孔梁中心线的夹角，桥墩轴线：过桥墩中心作一直线平分相邻二孔梁中心线的夹角，这个角平分线这个角平分线即桥墩横轴（又称横向中线），如图即桥墩横轴（又称横向中线），如图 2；过桥墩；过桥墩 中心作桥墩横轴的垂线为桥墩中心作桥墩横轴的垂线为桥墩纵轴（又称纵向中线）。纵轴（又称纵向中线）。桥墩中心里程：桥墩横轴与线路中线之交点称桥墩中心在线路中线上的对应点，桥墩中心里程：桥墩横轴与线路中线之交点称桥墩中心在线路中线上的对应点，如图如图 2中

14、的中的 a、b及及 c点。桥墩中心里程即以其对应点的里程表示之。点。桥墩中心里程即以其对应点的里程表示之。偏距偏距 E：桥墩中心与其对应点之间的距离称为偏距，如图：桥墩中心与其对应点之间的距离称为偏距，如图 2的的 Aa、Bb及及Cc；偏距的大小由梁长及曲线半径决定之。；偏距的大小由梁长及曲线半径决定之。弧距：两相邻桥墩中心对应点之间的曲线长度称为弧距，如图弧距：两相邻桥墩中心对应点之间的曲线长度称为弧距，如图 2中的中的 a b与与 b c，但边孔之弧距为桥台胸墙（挡碴前墙）至相邻桥墩中，但边孔之弧距为桥台胸墙（挡碴前墙）至相邻桥墩中 心对应点之间的曲心对应点之间的曲线长度。线长度。偏角：两

15、相邻梁中心线之转角称为偏角，如图偏角：两相邻梁中心线之转角称为偏角，如图 2中的中的角。角。弦切角：弦线（即弦切角：弦线（即梁中心线）与桥墩中心处的切线（或切线之平行线）之夹角称弦切角，如图梁中心线）与桥墩中心处的切线（或切线之平行线）之夹角称弦切角，如图 2中的中的角。一个桥墩的左右二弦切角角。一个桥墩的左右二弦切角 之和等于偏角。之和等于偏角。交点距：两相邻桥墩中心或相邻二交点（指梁中线与相邻的左右交点距：两相邻桥墩中心或相邻二交点（指梁中线与相邻的左右AB、BC二梁中二梁中心线相交的两个交点）之间的距离称交点距，如图心线相交的两个交点）之间的距离称交点距，如图 2；但边孔的交点距是指桥；

16、但边孔的交点距是指桥台胸墙中点与相邻桥墩中心之距离。台胸墙中点与相邻桥墩中心之距离。2021/9/27372021/9/27384.3桥墩布置桥墩布置如图如图 3所示，桥墩中心位于相邻二梁中线之交点，这是指桥墩不设预偏心的情所示，桥墩中心位于相邻二梁中线之交点，这是指桥墩不设预偏心的情况；桥墩横轴为相邻二梁中线夹角的平分线。况；桥墩横轴为相邻二梁中线夹角的平分线。如遇设有横向预偏心的桥墩，则应由两相邻梁中线交点（如遇设有横向预偏心的桥墩，则应由两相邻梁中线交点（A点），沿桥墩横轴向点），沿桥墩横轴向曲线外侧移动一个预偏心值（曲线外侧移动一个预偏心值（AA），作为桥墩中心），作为桥墩中心 (A)

17、，如图，如图 4所示。基础、所示。基础、墩身、墩帽均应照此施工，但墩帽上支承垫石应按桥梁工作线施工，不设预偏心，墩身、墩帽均应照此施工，但墩帽上支承垫石应按桥梁工作线施工，不设预偏心，如图如图 5、6所示。所示。2021/9/27392021/9/2740注意事项：注意事项：1、铁路单线桥梁的曲线半径、铁路单线桥梁的曲线半径 R2000m时，曲线桥墩可不设横向时，曲线桥墩可不设横向 预偏心，但预偏心，但设外矢距，即：线路中心坐标沿法线方向向曲线外侧偏移设外矢距，即：线路中心坐标沿法线方向向曲线外侧偏移 偏距偏距 E值后为桥墩中值后为桥墩中心。心。2、铁路单线桥梁的曲线半径、铁路单线桥梁的曲线半

18、径 R2000m时，曲线桥墩设横向预时，曲线桥墩设横向预 偏心和外矢距，偏心和外矢距，即：线路中心坐标沿法线方向向曲线外侧偏移偏距即：线路中心坐标沿法线方向向曲线外侧偏移偏距 E值和预偏心值后为桥墩中值和预偏心值后为桥墩中心。心。3、铁路单线曲线桥台不设横向预偏心，桥台有直线布置和折线、铁路单线曲线桥台不设横向预偏心，桥台有直线布置和折线 布置两种方案布置两种方案,应根据桥台尾处桥台中线与线路中线的偏距值大小而应根据桥台尾处桥台中线与线路中线的偏距值大小而 选定方案。选定方案。2021/9/27414、铁路双线曲线桥墩不设横向预偏心，但设外矢、铁路双线曲线桥墩不设横向预偏心，但设外矢距。距。5

19、、纵向预偏心：铁路桥梁桥跨为不等跨时，应根、纵向预偏心：铁路桥梁桥跨为不等跨时，应根据设计图确认是否设有纵向预偏心，即梁缝中心线据设计图确认是否设有纵向预偏心，即梁缝中心线与桥墩中心线不重合，一般桥墩中心线向大跨方向与桥墩中心线不重合，一般桥墩中心线向大跨方向偏移。偏移。以上所述横向、纵向预偏心设置仅限于普通铁路曲以上所述横向、纵向预偏心设置仅限于普通铁路曲线桥梁施工的一般情况，具体应以施工图纸或通用线桥梁施工的一般情况，具体应以施工图纸或通用图纸为准，施工中应熟悉图图纸为准，施工中应熟悉图 纸（设计图纸及通用纸（设计图纸及通用图纸），做到心中有数，避免出现错误。图纸），做到心中有数，避免出现

20、错误。2021/9/2742五、竖曲线计算五、竖曲线计算5.1基本概念基本概念 线路纵断面是由许多不同坡度的坡段连接成的，为了缓和坡度在变坡点处的急剧线路纵断面是由许多不同坡度的坡段连接成的，为了缓和坡度在变坡点处的急剧变化，使列车能平稳通过，在坡段间设臵曲线连接，变化，使列车能平稳通过，在坡段间设臵曲线连接，这种连接不同坡段的曲线这种连接不同坡段的曲线称为竖曲线。坡度变化之点称为变坡点。称为竖曲线。坡度变化之点称为变坡点。竖曲线有凸形与凹形两种。顶点在曲线之上者为凸形竖曲线；反之称为凹形竖曲竖曲线有凸形与凹形两种。顶点在曲线之上者为凸形竖曲线；反之称为凹形竖曲线。连接两相邻坡度线的竖曲线，可

21、以用圆曲线，也线。连接两相邻坡度线的竖曲线，可以用圆曲线，也 可以用抛物线。目前，我可以用抛物线。目前，我国铁路上多采用圆曲线连接。国铁路上多采用圆曲线连接。5.2竖曲线的测设（圆曲线）竖曲线的测设（圆曲线）如图如图 1，竖曲线与平面曲线一样，首先要进行曲线要素的计算。，竖曲线与平面曲线一样，首先要进行曲线要素的计算。由于允许坡度由于允许坡度的数值不大，纵断面上的曲折角的数值不大，纵断面上的曲折角可以认为可以认为=1-2，式中，式中，i1、i2为两相邻的纵向坡度值；为两相邻的纵向坡度值；为变坡点的坡为变坡点的坡度代数差。度代数差。曲线要素除了半径曲线要素除了半径 R及纵向转折角及纵向转折角外，

22、还有：外，还有：竖曲线切线长度竖曲线切线长度 T2021/9/2743T=Rtg/2因因为为很小，故很小，故 tg/2=/2=1/2（1-2），所以），所以T=1/2R（1-2）=R/2竖曲线长度竖曲线长度 L由于曲折角由于曲折角很小，所以很小，所以 L2T 竖曲线上各点高程及外矢距竖曲线上各点高程及外矢距 E由于由于很小，故可以认为曲线上各点的很小，故可以认为曲线上各点的 y坐坐标方向与半径方向一标方向与半径方向一 致，也认为它是切线致，也认为它是切线上与曲线上的高程差。从而得上与曲线上的高程差。从而得（R+y）2=R2+x2故故 2Ry=x2-y2又又 y2与与 x2相比较，其值甚微，可略

23、去相比较，其值甚微，可略去不计。故有不计。故有 2Ry=x2，所以，所以2021/9/2744y=x2/2R算得高程差算得高程差 y，即可按坡度线上各点高程，计算各曲线点的高程。，即可按坡度线上各点高程，计算各曲线点的高程。从图中还可从图中还可以看出，以看出，ymaxE，故，故E=T2/2R5.3施工放样施工放样竖曲线上各点的放样，可根据纵断面图上标注的变坡点竖曲线上各点的放样，可根据纵断面图上标注的变坡点里程及高里程及高 程，利用公式程，利用公式、求出竖曲线长度求出竖曲线长度 L，然后以变坡点里程为分，然后以变坡点里程为分 界点减（加）界点减（加）L/2竖曲线长度竖曲线长度确定竖曲线的确定竖

24、曲线的 ZY（YZ）点。以附近已放）点。以附近已放 样的样的 ZY（YZ）点的里程及高程为依据，向前或向后量取各）点的里程及高程为依据，向前或向后量取各点的点的 x值值（放样点与（放样点与 ZY（YZ）点的里程差），利用公式）点的里程差），利用公式求出求出高程差高程差 y。在竖曲线内，路肩设计高程按下式计算：在竖曲线内，路肩设计高程按下式计算：H=Hy 式中式中 H竖曲线内路肩设计高程；竖曲线内路肩设计高程；H-竖曲线内按坡度计算的路肩高程；竖曲线内按坡度计算的路肩高程；y竖曲线高程差，凸形时为竖曲线高程差，凸形时为“-”；凹形时为；凹形时为“+”。2021/9/2745高程计算注意问题：高程

25、计算注意问题：核对设计结构物高程时，必须从结构物顶部高程向下进行推算、检核。铁路核对设计结构物高程时，必须从结构物顶部高程向下进行推算、检核。铁路工程从钢轨顶面进行推算，公路工程必须从设计路面工程进行推算。工程从钢轨顶面进行推算，公路工程必须从设计路面工程进行推算。如下图所示：如下图所示：2021/9/2746六、平面坐标、竖曲线高程计算算例六、平面坐标、竖曲线高程计算算例6.1平面坐标计算算例平面坐标计算算例已知资料已知资料桥墩中心里程为：桥墩中心里程为：DK1439+150.528，E=0.01m,计算桥墩中心坐标及四角计算桥墩中心坐标及四角钻孔桩坐标，钻孔桩桩位布置图如下：钻孔桩坐标，钻孔桩桩位布置图如下：2021/9/27472021/9/2748