横断面测量及数据的处理方法

2022-09-12

1 问题的提出

横断面测量是线路工程中一项非常繁琐的测量工作。传统测量方法内外业工作量都很大。对一些没有横断面绘制软件的单位来说, 内业工作量仍很大。针对这一情况, 本文提出一种减少内业工作量的测量方法。

2 横断面的测设原理

测设横断面采集的是沿线路法线方向地形变化点相对于中线点的高差和水平距离数据, 或者是地形变化点的高程和到中线点的水平距离数据。根据这两项数据就可以绘制某里程处的横断面图。

如图1, NOE为测量坐标系。建立以线路某中线点A为坐标原点, 该中线点的切线为X轴 (X轴正向指向线路前进方向) , 法线为Y轴的假定坐标系, 则只要测定了假定坐标系中法线上地形变化处的Y、Z (高程) 坐标即可绘制该中线点上线路横断面图。

3 中线点上测设横断面

3.1 中线点测量

线路的主点如转点、曲线起点、曲中点、终点和里程桩均可在测量坐标系中求得其位置坐标, 并应按测量坐标测设线路主点。

根据设计及有关规范要求, 确定各断面之间的间距 (如20米) , 然后于实地测定各中线桩。

3.2 操作步骤

(1) 设站。在线路中线点上设站。

(2) 输入起始数据。将该中线点的点号、假定坐标 (X, Y) 及高程Z、仪器高、觇标高等输入全站仪, 此时, X=Y=0。

(3) 定向。事先在测量坐标系中计算中线点 (即设站点) 至后视点和切线方向等的角度关系 (可用计算器编程计算) 。按图1定义的假定坐标系, 以中线点的切线为X轴, (X轴指向线路前进方向, 定义其方位角为零) , 推算定向方位角, 精确照准后视点进行定向, 旋转照准部至线路法线方向 (90°或270°方位) , 此时即可逐点测定该断面上各地形变化点的三维坐标。

(4) 编号。测点可按断面号附测点号的形式进行编号, 如:第一条横断面的点, 1-1、1-2、1-3……;第二条横断面的点, 2-1、2-2、2-3……。亦可按里程附测点号形式编号, 如横断面中线点里程为K1+120, 可记为, K1120-1、K1120-2、K1120-3……。这样编号有利于不同横断面所测点的识别, 便于数据的处理。

(5) 观测。在完成上述步骤后, 开始观测, 并存储。根据测点的纵 (应恒为零) 、横坐标 (测点与中心点的间距) 可判断立镜点是否位于所需断面上或是否超出所测范围。

3.3 遇障碍物及中线点不能设站的处理

(1) 当横断面上有障碍物时 (如高坎) , 可在断面线上作一支点B, 在支点B上进行操作。如图2, A至B间距为M, 此时B点三维坐标为 (0, ±M, Z) (当B位于线路右侧时取正, 当B位于线路左侧时取负) 。于B点设站, 将其三维坐标及仪器高、觇标高输入全站仪, 然后按上述操作方法继续横断面施测。

(2) 当线路中线点不能设站时, 可由前面的中线点上放出该断面上的一点, 在放出的点上进行操作。

(3) 根据测点的纵、横坐标值判断立镜点是否位于指定断面或是否超出测量范围。

4 自由设站法测设横断面

当线路穿越通视条件差、中线上难以架设仪器、高差较大的地区时, 上述方法就会受到一定的限制甚至无法测量。此时可采用全站仪自由设站法测量横断面[1], 如图3, A为线路中线点, 若A为曲线上点, 可按文献[1]提供的方法解算其坐标和切线方位角。B为根据现场地形确定的自由站点, 其坐标、高程可根据测量控制点施测而得。

图3中, b为A点切线 (即假定坐标系X轴) 与AB之夹角, 可在测量坐标系中求得。应结合b在假定坐标系XAY中的象限位置确定其角值。B在XAY平面直角坐标系中的坐标x、y按下式求得:

于B设站, 全站仪置入B点坐标 (x, y, Z) 及其仪器高、觇标高。B点定向方位角e可在测量坐标系中通过反算的BC (C为测量控制点) 方位与A点切线方位之差求得。完成定向后按自由站法施测横断面。

根据A的横断面各点x坐标均为零, 顺向确定施测点位, 并按y坐标控制横断面施测长度。注意坐标为 (0, 0, Z) 的位置系该横断面的线路中线点。

5 数据处理及成图

(1) 将全站仪记录的数据传入电脑, 可按施测日期建立数据存储文件。

(2) 采用记事本、WORD和EXCEL工具对数据进行合理编辑, 使观测数据符合地形图成图软件对数据格式的要求。

全站仪施测记录的横断面数据包含测点号n (按上述编号方法记录的点号) 、横坐标Y、纵坐标X、高程Z, 其dat一般格式为:n, Y, X, Z。其中X恒为零 (或接近零) , |Y|实际为测点至线路中线的间距。经WORD表格处理后, 数据格式可变为n, Y, Z。此时Z位置空缺, 且以Z替换了X的位置。

为数字化绘图需要, 运用EXCEL表格编辑功能, 对第二个横断面所测点的Z值附加一常数S (如20米) , 第三个横断面所测点的Z值附加2S (如40米) , ……, 第n个横断面所测点的Z值附加 (n-1) S[如 (n-1) 20米]。附加规律性常数后的Z值作为计算机绘图用高程使用。常数S应根据测区地势变化情况合理确定。这样处理好处在于:不但可按施测数据正确表示单个断面的位置高程变化, 而且绘图时可使不同断面间保持常数间隔 (依次自动上下间隔排列) , 避免不同断面的点重叠, 利于绘图时辨识。

(3) 经上述表格化处理的dat数据格式用、可行。

仍保持n, Y, Z, 形式不变, 仅Z附加了常数。将处理后dat数据文件调入地形图成图软件 (如南方Cass5.0) , 按断面号依次将各断面点连线, 即可得到各个横断面。

(4) 经适当注记、各断面间间距的合理调整及图廓整饰即可形成一幅幅完整的横断面图。