线路初期施工,测量人员的工作量比较大。内业的工作尤其繁杂,涉及到线路中线、边线等等的计算,复核,往往短时间内要计算出上千个点,工作量大,而且容易出现错误。
笔者认为可以利用计算机在极短时间内能解决这些问题,为此根据实际需要编写了这个程序。
一、本程序包括三个主块:1,编写数据文件;2,数据计算;3,对设计数据的复核。
编写数据文件和数据的复核程序中都有提示。
数据的计算。数据的计算包括曲线计算、直线段计算和边桩的计算。
1, 直缓段的计算利用公式:
b=(l^2)/(2*R*lo)
x=l-(l^5)/(40*R^2*lo^2)+ (l^9)/(3456*R^4*lo^4)
y=(l^3)/(6*R*lo)-(l^7)/(336*R^3*lo^3) + (l^11)/(42240*R^5*lo^5)
得出直缓点坐标和缓圆点坐标。
2, 圆曲线段计算出圆缓点坐标。Yh(Yhx,Yhy)
3, 缓直段的计算
曲线的计算中缓直段的计算不同于其他段的计算:
利用坐标转换公式:
x=cos(a)*x2-sin(a)*y2+x0
y=sin(a)*x2+cos(a)*y2+y0
[(x,y)为计算点坐标(总坐标系内坐标),(x2,y2)为相对坐标系内坐标(x0,y0),(x0,y0)为相对坐标系圆点在总坐标系内坐标。]
首先要计算出(x0,y0)(也就是该曲线的缓直点的坐标),利用Yh(Yhx,Yhy),在坐标系x〞o〞y〞 内,可得出等式:
Yhx=cos(A)*x2-sin(A)*y2+x0〞
Yhy=sin(A)*x2+cos(A)*y2+y0〞 A为该曲线两切线夹角(rad,0

由此得:
x0〞=-cos(A)*x2+sin(A)*y2- Yhx
y0〞=-sin(A)*x2-cos(A)*y2- Yhy
也就是:Hz(Hzx,Hzy)
同时值得注意的就是:设计单位提供
的曲线要素往往有切线长度T等数据
有些计算方法利用T而快捷地求出Hz(Hzx,Hzy),对此笔者认为这样的计算方法可能会存在一定漏洞:
主要是T值的准确性没有经过检验。
T=m+(R+P)*tg(a/2)
m=lo/2-(lo^3)/(240*R^2)
P=(lo^2)/(24*R)-(lo^4)/(2688*R^3)
T应该通过以上公式计算得出,而不应该直接采用设计单位给出的数据。
其次,无法对关键的圆缓点和缓圆点坐标进行复核。
曲线的计算只能采用设计单位给出的曲线转角(a)、曲线半径(R)、缓和曲线长度(Ls1,Ls2)三个数据进行计算。
二、程序用途
程序可以应用于大型铁路线路、单个曲线的计算和复核。能够计算设计线路中心坐标、边桩坐标及桥梁中心桩位的计算,指导曲线的现场测量和复核。
三、程序的测试
对某一线路的程序计算结果和手算结果进行比较:两种结果的选取直角坐标系X,Y,A三个数值,以及边桩坐标(X,Y)。
1,曲线要素
编号 节点X 节点Y R A 缓和曲线LS1 缓和曲线LS1 T
1 1093.2202 176.1923 0 0 0 0
2 1329.2202 176.1923 400 0.5697145 100 100 168.0619
3 1564.2812 326.8042 600 0.4247644 100 100 160.3828
4 1934.4225 380.8351 400 0.8206185 65 65 182.1729
5 2154.3517 698.726 200 0.3947721 65 65 68.3867
6 2743.3877 1076.9418 600 0.8768845 150 150 357.0205
7 2849.7775 1936.719 0 0 0 0

2,测试结果
1> 特征点检验
首先检验各个直缓点和缓直点坐标,以及曲线偏角,下表格数据为程序计算结果:
节点X 节点Y 直缓X 直缓Y 缓直X 缓直Y 直缓方向角 缓直方向角
298.7919 -253.7263 298.7919 -253.7263 298.7919 -253.7263 0 0
534.7298 -253.7263 366.6678 -253.7263 675.9740 -162.6500 0 .5727211
994.4472 42.7061 ,859.6567 -44.2087 1151.3325 76.0173 .5727211 .2092214
1786.4274 210.8662 1608.2271 173.0291 1896.1179 356.3135 .2092214 .9246382
2154.3517 698.726 2113.1744 644.1258 2211.8970 735.6755 .924638 .57079
2743.3877 1076.9418 2442.9653 884.0427 2787.2314 1431.2599 .5707964 1.447681
2849.7775 1936.719 2849.7775 1936.719 2849.7775 1936.719 1.4476810 1.4476810

 


下图是在AUTOCAD2000上,根据原始数据A,LS1,LS2画出的各个直缓、缓直的坐标:

 


比较结果X,Y坐标的误差基本在±1mm内,满足要求。

2> 任意里程点的复核及结果比较
程序计算结果:
里程 X Y 方向角 (5,0)边桩X (5,0)边桩Y
1450 1656.2792 184.0169 .25595613 1661.1164 185.2828
1500 1703.8015 199.4606 .376214192 1708.4519 201.2976
1525 1726.7510 209.3660 .43871419 1731.2775 211.4899
1700 1864.1803 315. 4503 0.872846 1867.3933 319.2813
1725 1879.8401 334.9360 .91075414 1882.9059 338.8859
2150 2136.3808 673.7613 .870131755 2139.6045 677.5834
2180 2156.9406 695.5830 .748911775 2160.6027 698.9872
2200 2172.2066 708.4935 .659866822 2176.1569 711.5586

根据以上比较,X,Y方向误差在±4mm内,角度误差在±1秒内,满足要求。
四、程序的一些约定和程序的性能
由于程序使用visual basic语言,可能造成一些数据的数值同其他计算工具计算出结果不同,存在误差,但均在允许误差范围之内。
程序的一些参数说明:
Pi:本程序直接赋值3.141592654
其他数据精度:对于非整数,采用双精度浮点型,double数据类型。
角度数值:本程序对角度采用弧度表示(rad)。所有角度的范围均为:0 rad<= a< 2*pi rad。
曲线放样:本程序参照铁路施工规范及实际施工需要,对曲线放样进行整体的规划,曲线的控制点为直缓,缓圆,曲中,圆缓,缓直。控制点之间按照规范进行10M加密放样。

五、程序的安装和运行要求
最好在windows XP以上操作系统运行。
为了保证运行速度,内存宜在256MB以上。
在安装过程中,如果出现错误提示,建议选择“忽略”,继续安装,不影响程序正常运行。
六、程序的操作示例
过程略