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      淺談CASS軟件在道路線路測量中的開發(fā)及應用

      2012-02-26 02:18:32劉正陶劉文革
      四川林業(yè)科技 2012年6期
      關鍵詞:線形里程繪制

      劉正陶,劉文革

      (四川省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院,四川成都6l008l)

      CASS軟件在線路測量中的應用很廣泛,包括地形圖的繪制,斷面的繪制與設計,土石方量的計算,公路曲線設計等[l]。但是它在有些方面還存在著缺陷和不足。這里所說的缺陷主要是在完成采集數(shù)據(jù),進行后期圖形繪制時所存在的問題,例如在CASS環(huán)境下無法繪制較為復雜的道路線形。而本文所要解決的正是這方面的問題。

      l CASS地形地籍成圖軟件簡介

      CASS系列地形地籍成圖軟件,是廣州南方測繪儀器公司基于AutoCAD平臺推出的數(shù)字化測繪成圖系統(tǒng)。該系統(tǒng)操作簡便,功能強大,成果格式兼容性強,被廣泛應用于地形、地籍成圖,工程測量應用,空間數(shù)據(jù)建庫等領域。CASS系統(tǒng)自推出以來始終保持與AutoCAD的同步升級。

      CASS軟件是以AutoCAD為技術平臺,充分運用AutoCAD平臺的最新技術,全面采用真彩色XP風格界面,重新編寫和優(yōu)化了底層程序代碼,大大完善了等高線、電子平板、斷面設計、圖幅管理等技術,并使系統(tǒng)運行速度更快更穩(wěn)定。同時,CASS軟件運用全新的CELL技術,使界面操作、數(shù)據(jù)瀏覽管理、系統(tǒng)設置更加直觀和方便。在空間數(shù)據(jù)建庫、前端數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查和轉(zhuǎn)換上,CASS軟件提供更靈活、更自動化的功能。特別是為適應當前測繪工程對線路測量的需要,該版本對于數(shù)據(jù)本身的結(jié)構也進行了相當?shù)耐晟啤?/p>

      2 線路工程測量概述

      2.l 簡述

      在線性工程建設中,如鐵路、公路、輸電線、供熱、供氣和輸油等工程建設中所進行的測量,稱為線路工程測量,簡稱線路測量[2]。

      2.2 線路測量的任務

      線路測量是為各等級的公路和各種管道設計及施工服務的[3]。它的任務有兩方面:一是為線路工程的設計提供地形圖和斷面圖,主要是勘測設計階段的測量工作;二是按設計位置要求將線路敷設于實地,其主要是施工放樣的測量工作。

      2.3 線路測量的基本內(nèi)容

      (l)根據(jù)規(guī)劃設計要求,在選用中小比例尺地形圖上確定規(guī)劃線路的走向及相應大概點位。

      (2)根據(jù)圖上的設計在實地標出線性工程的基本走向,沿著基本走向進行必要的控制測量(平面控制和高程測量)。

      (3)結(jié)合線性工程的需要,沿著線性工程的基本走向進行帶狀圖或平面的測繪。比例尺按不同線性工程實際需求選定。

      (4)根據(jù)規(guī)劃設計的線路把路線中線的點位測定到實地中。

      (5)測量線路基本走向的地面點位高程,并分別繪制縱、橫斷面圖。

      (6)按線性工程的詳細設計進行施工測量。

      3 CASS環(huán)境下繪制任意線形曲線的理論依據(jù)

      3.l 曲線要素及坐標的計算[5]

      通常計算坐標的方法均是首先建立局部坐標系,計算點在此局部坐標系下的坐標,再利用坐標轉(zhuǎn)換公式計算統(tǒng)一測量坐標系下的坐標。但因不同類型的曲線組合形式的復雜,在實際的道路曲線中很多曲線要素的得到是非常困難的,并且不同類型的曲線計算方法也有所不同。所以上述的方法難以給出適應各種線形組合的統(tǒng)一計算公式,不利于編程計算,且利用曲線的參數(shù)方程取項太少會影響計算精度,取項太多計算公式復雜。因此必須找到一種能統(tǒng)一繪制各類曲線的方法。無論道路線形有多么復雜,形式有多樣,曲線單元是直線、圓曲線還是回旋線段,都可以把它看成是由回旋線組合而成的。既然道路線形都是統(tǒng)一的回旋線,那么就可以設計出一種統(tǒng)一的繪制道路曲線的方法。

      在已知:起點里程、終點里程、起始點坐標(xa,ya)、起始點方位角αa、曲線轉(zhuǎn)向角β、起點半徑Ra、終點半徑Rb、回旋參數(shù)A的情況下,可以根據(jù)下列公式來計算回旋線上任意一點的點位坐標和方位角:變量說明:l為起點至任意點P的曲線長。

      將公式(l)中方位角帶入坐標一同積分,式(l)改為如下式(2)形式,其中:變量說明:lab為曲線總長,αp為任意點P的方位角,A為緩和曲線常數(shù),A2=R×So(R為圓曲線半徑,So為緩和曲線全長)。上式中i表示曲線的轉(zhuǎn)向,路線右轉(zhuǎn)i去+l,路線左轉(zhuǎn)i取-l。

      設自A點的弧長為l的P點曲率為S(l),不難看出當Ra=Rb=R時,AB曲線段即為圓曲線,這時M=0,圓曲線的曲率為

      則坐標和方位角的計算公式有可改寫為:當Ra=Rb=∞時,AB段為直線段,則上式可以改寫成:

      利用上述(2)~(4)公式[7]可計算出任意曲線上P點的坐標,剩下的工作就是使用某一種適合的計算機語言,對積分采用復化辛普生積分方法編制積分函數(shù)、編程實現(xiàn)計算曲線上任意點P的坐標,并取適當?shù)木嚯x將他們用直線連接起來。

      3.2 繪制任意曲線的思路及流程圖

      首先,自定義一個坐標系,使所繪制的圖形與其他元素統(tǒng)一。接下來需要輸入必要的已知數(shù)據(jù):起點里程、終點里程、起始點坐標、起始點方位角、曲線轉(zhuǎn)向、起點半徑、終點半徑、回旋參數(shù),這其中會有兩次選擇。在輸入“曲線轉(zhuǎn)向”后會選擇是直線還是曲線,不同的選擇結(jié)果激活不同的算法。如果判定是曲線,那么會要求繼續(xù)輸入“起點半徑、終點半徑”,在計算機得到這些已知數(shù)據(jù)后比較它們是否相同,相同是一種算法,不同又是另一種算法。

      然后根據(jù)每種不同的算法設置循環(huán)計算曲線上相應點的點位坐標,再用直線將這些相應點連接起來構成曲線。相應點的確定是根據(jù)精度要求和計算原理確定的。根據(jù)前面所輸入已知數(shù)據(jù)中的“起點半徑、終點半徑”計算出曲線長度,循環(huán)的次數(shù)由曲線長度決定,再將已繪制最后一個點與曲線的終點相連接。這樣曲線就繪制完成了。

      程序流程如圖l所示。

      4 編程實現(xiàn)在CASS環(huán)境下繪制任意線形道路中線

      4.l 繪圖說明

      圖l 左邊應為公式4,右邊為公式3

      結(jié)合道路曲線中樁坐標計算公式及數(shù)學理論,通過計算機編程實現(xiàn)了在CASS環(huán)境下繪制任意線形的道路中線。以下演示操作步驟:

      在繪制道路中線前必須做的工作就是加載所編寫的應用程序。在命令欄中輸入:“appload”,出現(xiàn)如圖2所示的加載窗口。找到需要加載的“fxj.lsp”文件,并且加載。

      圖2 加載窗口

      當提示:已成功加載fxj.lsp后,在命令行中輸入:fxj,開始執(zhí)行操作。

      第一步操作,轉(zhuǎn)換坐標系。這一步操作是可選擇的,如果需要轉(zhuǎn)換坐標系輸入:Y,不需要則輸入:N。在定義完坐標系之后就可以輸入已知數(shù)據(jù),并繪制曲線了。按照頁面上出現(xiàn)的提示依次輸入已知數(shù)據(jù),首先輸入起終點里程,指定起點坐標,選擇曲線轉(zhuǎn)向,偏向右轉(zhuǎn)輸入l,左轉(zhuǎn)輸入-l,如果是直線輸入0。如果不是直線會要求繼續(xù)輸入起點半徑、終點半徑。當所需要繪制的道路線形為直線或圓曲線時可以輸入g或f選擇光滑曲線、復合曲線兩種方式。光滑曲線是整段路線一次形成,中間沒有節(jié)點,而復合曲線是以0.5 m的步長完成整段曲線的繪制。在CASS環(huán)境下,絕大多數(shù)對線形的編輯功能都是基于復合線的基礎之上,如果不是復合線則無法編輯,因此選擇復合線能夠使用CASS原有的功能進行編輯。

      至此,該程序所有的操作步驟說明已完成。

      4.2 實例操作

      選擇一條起始里程為Kl+l57.0,終點里程為Kl+4l4.3,其中帶有緩和曲線和圓曲線,直緩點里程為 Kl+264.2,緩圓點里程為 Kl+299.2,圓緩點里程為Kl+4l4.3,圓曲線半徑為l39.94m,緩和曲線長為35 m,起始點方位角為90°,曲線向右偏轉(zhuǎn),類型為:直線——緩和曲線——圓曲線的道路中線來檢驗程序的正確性。將這條道路分為3個部分,首先繪制直線,然后繪制緩和曲線,最后繪制圓曲線。

      接下來需要檢驗所繪的曲線上點的位置與理論值是否一致,如果與理論值相一致,那么此程序正確,具有可行性。

      首先使用CASS中原有的功能,對所繪制的曲線每間隔20m繪制出橫斷面,新建里程文件。操作步驟是:“工程應用”→“生成里程文件”→“由縱斷面生成”→“新建”。對緩和曲線和圓曲線做同樣的操作,完成結(jié)果如圖3所示。

      圖3 生成橫斷面

      然后就是生成里程文件。選用CASS系統(tǒng)中原有的一個.dat文件完成這一步驟。操作步驟:“工程應用”→“生成里程文件”→“由縱斷面生成”→“生成”。操作完成后會出現(xiàn)如圖4所示的窗口,按照要求選擇相應的.dat文件,并確定生成所生成的文件名。

      圖4 生成里程文件

      使用相同的方法完成緩和曲線和圓曲線的里程標注。完成后對比曲線起點、直緩點、緩圓點、曲線終點的標注結(jié)果與理論值。標注結(jié)果如圖5。

      圖5 結(jié)果對比

      標注結(jié)果與理論值完全相同,證明此程序具有可行性。

      5 結(jié)論

      本文結(jié)合各類線型的道路曲線的特點,以及工程測量中道路中線點位計算方法以及線形組合規(guī)律,設計了一種適用于各類線形道路中線的繪制方法。采用本文的方法可實現(xiàn)在CASS環(huán)境下用復合線繪制任意復雜曲線的功能,利用CASS已有的工程應用菜單,將復合線生成道路中線后可實現(xiàn)中邊樁坐標計算、道路縱、橫斷面圖生成、豎曲線設計、道路土方量的計算等。

      [l]王君華.CASS5.0地形地籍成圖軟件的應用與體會[M].內(nèi)蒙古水利,2002-2.

      [2]郭敬波.線路工程測量淺談[M].黑龍江交通科技,2008(8):38~40.

      [3]國家技術監(jiān)督局,中華人民共和國建設部.工程測量規(guī)范GB50026-93[M].中華人民共和國國家標準,200l.

      [4]張正祿.工程測量學[M].武漢大學出版社,2005.

      [5]曹智翔.道路中、邊樁坐標計算的通用算法[J].勘測設計,2008.

      [6]李林.回旋曲線通用計算公式推導及在公路測量放線中的應用[J].應用技術,2006-4,(4).

      [7]王曉光,吳耀棟.不對稱道路曲線的平面計算[J].吉林建筑工程學院學報,2008-3,(25-l).

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