道路设计手册(工程之星用)课件.ppt

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1、熊波、莫庆禄 (2010.08.16),道路设计手册,前言道路设计中的术语解释,中国的经济正处于快速发展的阶段，国家也加大了公路和铁路(以下统称道路)等公共交通设施的建设力度，例如投入4万亿建设高铁。 使用RTK测量系统可以大大提高道路勘测放样的作业效率，所以RTK测量系统在道路勘测放样中的比重越来越大。 使用RTK测量系统进行道理勘测放样作业，最重要的步骤，就是勘测放样前的道路设计，可以说道路设计正确完成后，就完成了道路勘测放样一半的工作。 道路设计，分为两种方法，分别是：元素法和交点法。,前言,道路设计的目的： 如图所示，从A到B需要修建一条新的公路，标准公路一般是由直线，圆曲线和综合曲线

2、组合而成，修建公路之前，首先设计单位需要设计出公路直曲表，就是该条公路的参数数据，然后勘测方会根据该直曲表进行勘测放样工作，勘测放样前就需要使用道路设计，将设计方提供的直曲表在软件中输入生成道路设计文件，使用该道路设计文件进行勘测放样作业。,道路设计中的术语解释,直曲表：有多个叫法，其它的叫法还有：直线曲线及转角表、曲线要素表、曲线表等，我们统称为直曲表；它是设计单位提供的道路要素数据表。基本上，设计方都会提供直曲表给道路勘测放样施工方，施工方根据直曲表，首先使用交点法或者元素法，生成道路设计文件(*.rod)，然后才能使用生成的道路设计文件开始道路勘测放样施工。 直曲表中，都是以每个交点为最

3、小单元的，每个交点下对应一段单元线路。逐桩坐标表：根据直曲表中的道路要素数据计算出来的逐桩坐标；设计方提供直曲表的同时，也会提供逐桩坐标表，施工方通过道路设计软件(如工程之星)生成道路设计文件时，道路设计软件也会生成逐桩坐标，施工方首先会对比道路设计软件生成的逐桩坐标，和设计方提供的逐桩坐标表是否一致，如果一致，才能开始道路勘测放样施工。以下是几种典型的直曲表示例：,直曲表示例一(晋焦公路焦作段),直曲表示例二(昆明市轿子山-14段),直曲表示例三(五单元和曲率突变),直曲表示例四(清织线),直曲表示例五(午城大宁段),交点法：道路设计两种方法中的一种，主要步骤是：按道路设计直曲表中交点的顺序

4、,依次输入各交点。各交点的参数包括：交点名、北坐标、东坐标、第一缓曲长、半径、第二缓曲长。,交点法输入界面,元素法：道路设计两种方法的一种，主要步骤是：按道路设计直曲表中元素的顺序，依次输入个元素。元素包括：点、直线、圆曲、缓曲。有且只有第一个元素为点，另外第二个元素一定是直线。,元素法输入界面,直曲表中的主要项目：坐标和桩号： 起始点和各交点的里程和坐标。计算方位角： 直线的方位角。曲线间直线长：直线长度。转角： Y表示右偏，Z表示左偏；元素法设计中,转角左偏时，半径需 要输入负号。 半径： 圆曲的半径。曲线长度： 一般包含第一缓曲长、圆曲长和第二缓曲长。曲线总长： 第一缓曲长+圆曲长+第二

5、缓曲长(某些直曲表中，参数值比较 特殊，只有第一、第二缓曲长和曲线总长，就需要通过计算得 到圆曲长)。,断链：因局部改线、分段测量或量距中发生错误等等均会造成里程桩号与实际距离不相符，这种在里程中间不连续（桩号不相连接）的情况叫“断链”。,长链：桩号重叠的称长链。短链：桩号间断的称短链。断链处理：道路勘测放样施工时，断链的情况，一定要使用分段处理，生成两个道路设计文件。后面将会使用一个实例，详细解析断链情况的处理方法。,卵形曲线：是指在两半径不等的同向圆曲线间插入一段缓和曲线。即圆缓圆的情况；也就是说：卵形曲线本身是缓和曲线的一段，只是在插入时去掉了靠近半径无穷大方向的一段，而非是一条完整的缓

6、和曲线。我们简单的理解，出现圆缓圆的情况， 即是卵形曲线，必须使用元素法。 卵形曲线必须使用元素法设计；后面也将使用实例，详细解析卵形曲线。一般高速公路的匝道,都是卵形曲线。回头曲线：曲线总转向角大于或接近180的曲线称为为回头曲线，亦称套线。 回头曲线必须使用元素法设计；后面也将使用实例详细解析。 在山区的公路建设中，由于道路选线受地形及资金的局限性较大，经常会出现回头曲线这种特殊的道路曲线线形 。回头曲线也必须使用元素法。,回头曲线,工程之星软件-道路设计使用说明,元素法,一. 元素组成元素法包括四种元素：点、直线、圆曲、缓曲。按单元线来分的话,一般有三种单元线：直线，圆曲线(组合形式:直

7、圆直)，综合曲线(组合形式:直缓圆缓直),圆曲线,综合曲线,这两个图示，只是表示一般的情况，对于卵形曲线等特殊道路，就有特殊的组合形式，如卵形曲线，组合形式就是圆缓圆。对于特殊的情况，后面会单独使用实例来详细解析。,二. 各元素需要输入的数据点： 第一个元素必须是点，且除了第一个元素外，后面的元素均不能为点。输 入点时，需要输入点的北坐标和东坐标。直线：第二个元素必须是直线，长度可以为零，但必须输入方位角。 不是第二个元素的直线，不知道方位角可以不用输入，软件会自动计算。缓曲：缓曲只需输入缓曲长。圆曲：圆曲需要输入半径和长度。且左偏时（转角为左转)，输入半径时需要加负号。 三. 元素法输入的规

8、则 标准的元素法输入规则是：点直线第一缓和曲线圆曲线第二缓和曲线直线第一缓和曲线圆曲线第二缓和曲线按此规则循环依次输入。 以上是标准的输入规则，上已述及，按单元线来划分的话，有直线、圆曲线和综合曲线，如果只是圆曲线的话，就是只有直圆直，综合曲线才是直缓圆缓直。不过实际道路设计中，还存在卵形曲线和回头曲线的特殊情况。,四. 各元素输入时的规定：1.第一个元素必须是点，且除了第一个元素外，后面的元素均不能为点。2.第二个元素必须是直线，长度可以为零，但必须输入方位角。3.不是第二个元素的直线，不知道方位角可以不用输入，软件会自动计算。4.输入时建议以直线元素结束, 没有输入零直线,软件会自动增加一

9、个零直线结束。5.卵形曲线和回头曲线，必须使用元素法。当然卵形曲线和回头曲线属于特殊曲线，正常的道路设计，常规曲线(直缓圆缓圆直）的情况还是居多的。6.工程之星道路设计，不允许出现“圆圆”的情况。7.直曲表中,中间的“曲线间直线长”为零，即道路设计中出现零直线，这种情况见下页详细解析,四. 各元素输入时的规定曲线间直线长为零，即线路中间出现零直线的分析方法,回头曲线,线路单元要素表,经典卵形曲线,分析的方法就是理解缓和曲线，缓和曲线和它前后的组合方式，有以下三种：直缓圆，圆缓直，圆缓圆，如果把直线的半径看成无穷大的话，可以这样定义：缓和曲线前后都有半径：1. 经典卵形曲线图示，组合形式是圆缓圆

10、，所以中间的零直线不能输入；2. 线路单元要素图示和标准的线路直曲表，每个交点下都是标准的缓圆缓的情况，中间的零直线可输可不输。直缓圆缓直直缓圆缓直直缓圆缓直3. 回头曲线图示：回头曲线，中间的零直线必须输入(不输入就有错误，因为出现了圆圆的情况),五. 元素法在工程之星道路设计中使用的详细步骤,工程之星3.0输入道路设计元素模式，进入元素法主界面，首先新建一个道路文件*.rod(打开功能可打开已有的道路文件),根据前面所述的元素法输入规则，开始按直曲表中的数据增加元素；元素共四种：点、直线、圆曲、缓曲。,新建的晋焦段道路文件jnccl.rod，按直曲表输入元素。注意：不要忘记输入直曲表中的起

11、点里程；间隔表示计算时每隔多少距离计算一个逐桩坐标。,输入完成后，点“保存”按钮，保存按钮完成道路文件的保存并计算出逐桩坐标；编辑、插入、删除按钮实现修改；保存后，就可以选择图形显示查看道路线路图形了。,晋焦段保存计算成功后，可以进入图形显示，以上是晋焦段的图形。下页开始以晋焦段和另外几个道路设计文件，详细解析元素法的输入方法和输入时的注意事项。,保存计算成功后，进入测量道路放样道路放样库，打开晋焦段道路文件，对比逐桩坐标表，检查是否正确，确认正确后就可以开始道路放样了。,六. 实例解析,直曲表示例一(晋焦公路焦作段),元素 东坐标/长度 北坐标/方位角/半径点 4000.0000 ,5000

12、0.0000 直线 200.0000 ,116.37126,缓曲 100.0110圆曲 150.1410 ,1000.0000 缓曲 100.0530 说明:因为中间是零直线,所以输入下一交点中的缓曲,这样就出现了圆缓圆的情况，也就是卵形曲线，卵形曲线时零直线不能输入 圆曲 100.0650 ,800.0000 缓曲 100.0450圆曲 120.0500 ,1200.0000 说明:同样中间是零直线,下一交点无第一缓曲,所以输入圆曲,这样又出现圆缓圆，就是卵形曲线，卵形曲线时零直线不能输入 缓曲 100.0080直线 12000 ,155.47385, 说明:输入直曲表中结束的直线,如果不以

13、直线结束，工程之星中的道路设计软件会自动在道路文件*.rod中增加一条零直线,经典卵形曲线直曲表前缓或后缓长度为零,曲线间直线长为零,直曲表示例二(昆明市轿子山-14段),元素 东坐标/长度 北坐标/方位角/半径点 ,510252.1410 ,2868216.0450 直线 ,32.1720 ,359.3743611111,缓曲 ,42.0000 圆曲 ,23.7090 ,-120.0000 因为是左转,所以圆曲半径输入负值 缓曲 ,35.0000 缓曲 ,40.2700 圆曲 ,63.1310 ,119.9100 缓曲 ,55.3470 缓曲 ,60.9120 圆曲 ,22.8120 ,-1

14、24.5530 因为是左转,所以圆曲半径输入负值 缓曲 ,35.0000 下一交点下无第一缓曲,曲线间直线长为零,一般都是卵形曲线圆曲 ,56.8230 ,-332.5610 因为是左转,所以圆曲半径输入负值 缓曲 ,45.0000直线 ,243.5710 ,333.4461944444,缓曲 ,50 圆曲 ,60.938 ,-100.292 缓曲 ,40,交点法,一. 交点组成交点法相对于元素法而言，无论是理解上还是输入时，都相对简单；道路设计直曲表中，都是以交点为单元的，每个交点下对应一段单元线路，每段线路都是由直线、圆曲、缓曲这些基本元素组成。交点法输入时，只需要根据直曲表按顺序输入每个

15、交点的参数数据值就可以了。,交点法,输入交点,小贴士：交点法简单，那道路设计都使用交点法不是简化了客户的使用吗？前已述及，对于卵形曲线和回头曲线，只能用元素法。,二. 各交点需要输入的数据如上图所示，每个交点需要输入的参数数据有：交点名、北坐标、东坐标、第一缓曲长、半径、第二缓曲长。 三. 交点法输入的规则 标准的交点法输入规则：1.起点和终点只输入北坐标和东坐标，不能输入半径和第一第二缓曲长参数。 如下页图示，标准的直曲表起点和终点下本来也不会有半径等参数。2.其它交点需要输入北坐标、东坐标、第一缓曲长、圆曲、第二缓曲长。当然，交点下的单元线段只有圆曲的话，第一缓曲长和第二缓曲长不用输入。3

16、.第一缓曲和第二缓曲长度并不一定是对称的，长度可以不同。4.无论是交点法还是元素法，出现断链的情况，一定要分段处理，从断链处分段。既清晰也不容易出错，可以开发出不用分段处理，软件后台自动处理的功能，但出错的概率很大，同时也不清晰。后续会以一个断链实例详细解析断链的处理方法。5.若分段处理，后一段的起点里程，需要使用该段第一个交点下的HZ点里程减第二切线长得到，使用第一交点的ZH点里程加第二切线长是错误的。,标准的直曲表，起点(BP)和终点(EP)下，半径、缓曲长等参数，都是没有的。,四. 交点法在工程之星道路设计中使用的详细步骤,工程之星3.0输入道路设计交点模式，进入交点法主界面，首先新建一

17、个道路文件*.ip(打开功能可打开已有的道路文件),根据前面所述的交点法输入规则，开始按直曲表中的数据增加交点；,新建的贺广段道路文件ts_gghg1.ip，按直曲表输入交点。注意：不要忘记输入起点里程；间隔表示计算时每隔多少距离计算一个逐桩坐标。,输入完成后，点“保存”按钮，保存按钮完成道路文件的保存并计算出逐桩坐标；编辑、插入、删除按钮实现修改；保存后，就可以选择图形显示查看道路线路图形了。,贺广段保存计算成功后，可以进入图形显示，以上是贺广段的图形。下页开始以贺广段直曲表，详细解析交点法的输入方法和输入时的注意事项。贺广段包括分段和断链两个知识点。,保存计算成功后，进入测量道路放样道路放

18、样库，打开贺广道路文件。注意，保存后，ip会生成同名的rod文件，道路放样时都是打开rod文件。,贺广段直曲表,开始贺广段实例解析,贺广段包括断链，可以通过此实例理解断链处理和分段处理两个知识点。上表是铁四院的直曲表，铁四院的直曲表基本都是上表的形式。,贺广段道路设计说明-断链处理解析 通过贺广段直曲表和贺广段断链表对比分析，断链表中第6点，断前里程685590.284，断后里程685540.000。 1.里程出现重叠，该断链属于长链。 2.在贺广段直曲表中，交点11的HZ(缓直)点里程为683922.875，交点12的ZH(直缓)点里程为685543.853，因为断后里程为685540；68

19、3922.875685540685543.853,可见需要从交点12开始分段处理。,断链前：,从起点即交点1开始断链前的交点法输入，按常规方法输入到断链处交点12，结束以交点13结束(因为交点法结束点不能输入半径缓曲长），勘测放样到685540前就完成了断链前的道路放样。在此为了说明分段法，以交点9做为起点，注意，分段时起点里程非常重要，不能使用直曲表中交点9的里程，而需要使用交点9下的HZ点里程减后切线长：如本例：起点里程674883.987-382.9736745010.014，如作图所示。,说明：断链前的道路文件，以交点13做为结束，可以放样到DK685540处；DK685540后就需要

20、使用断链后的道路文件放样；断链后的道路设计，起点可以就从685540开始，因为可以通过直曲表判断出685540正好在直线段上，另外贺广段设计方提供了逐桩坐标表，在逐桩坐标表中可以查到685540的坐标：N2626132.894，E483951.2821； 设计示意图如右图所示; 逐桩坐标表如下图所示；,断链后：,道路设计经典实例,直曲表示例一(晋焦公路焦作段),一. 卵型曲线 必须使用元素法,元素 东坐标/长度 北坐标/方位角/半径点 4000.0000 ,50000.0000 直线 200.0000 ,116.37126,缓曲 100.0110圆曲 150.1410 ,1000.0000 缓

21、曲 100.0530 说明:因为中间是零直线,所以输入下一交点中的缓曲,这样就出现了圆缓圆的情况，也就是卵形曲线，卵形曲线时不能输入零直线 圆曲 100.0650 ,800.0000 缓曲 100.0450圆曲 120.0500 ,1200.0000 说明:同样中间是零直线,下一交点无第一缓曲,所以输入圆曲,这样又出现圆缓圆，就是卵形曲线，卵形曲线时不能输入零直线 缓曲 100.0080直线 12000 ,155.47385, 说明:输入直曲表中结束的直线,如果不以直线结束，工程之星中的道路设计软件会自动在道路文件*.rod中增加一条零直线,经典卵形曲线直曲表前缓或后缓长度为零,曲线间直线长为

22、零,直曲表示例二(昆明市轿子山-14段),元素 东坐标/长度 北坐标/方位角/半径点 ,510252.1410 ,2868216.0450 直线 ,32.1720 ,359.3743611111,缓曲 ,42.0000 圆曲 ,23.7090 ,-120.0000 因为是左转,所以圆曲半径输入负值 缓曲 ,35.0000 缓曲 ,40.2700 圆曲 ,63.1310 ,119.9100 缓曲 ,55.3470 缓曲 ,60.9120 圆曲 ,22.8120 ,-124.5530 因为是左转,所以圆曲半径输入负值 缓曲 ,35.0000 下一交点下无第一缓曲,曲线间直线长为零,一般都是卵形曲线

23、圆曲 ,56.8230 ,-332.5610 因为是左转,所以圆曲半径输入负值 缓曲 ,45.0000直线 ,243.5710 ,333.4461944444,缓曲 ,50 圆曲 ,60.938 ,-100.292 缓曲 ,40,贺广段直曲表,开始贺广段实例解析,贺广段包括断链，可以通过此实例理解断链处理和分段处理两个知识点。上表是铁四院的直曲表，铁四院的直曲表基本都是上表的形式。,二. 断链 必须使用分段法,贺广段道路设计说明-断链处理解析 通过贺广段直曲表和贺广段断链表对比分析，断链表中第6点，断前里程685590.284，断后里程685540.000。 1.里程出现重叠，该断链属于长链。

24、 2.在贺广段直曲表中，交点11的HZ(缓直)点里程为683922.875，交点12的ZH(直缓)点里程为685543.853，因为断后里程为685540；683922.875685540685543.853,可见需要重交点12开始分段处理。,断链前：,从起点即交点1开始断链前的交点法输入，按常规方法输入到断链处交点12，结束以交点13结束(因为交点法结束点不能输入半径缓曲长），勘测放样到685540前就完成了断链前的道路放样。在此为了说明分段法，以交点9做为起点，注意，分段时起点里程非常重要，不能使用直曲表中交点9的里程，而需要使用交点9下的HZ点里程减后切线长：如本例：起点里程674883

25、.987-382.9736745010.014，如作图所示。,说明：断链前的道路文件，以交点13做为结束，可以放样到DK685540处；DK685540后就需要使用断链后的道路文件放样；断链后的道路设计，起点可以就从685540开始，因为可以通过直曲表判断出685540正好在直线段上，另外贺广段设计方提供了逐桩坐标表，在逐桩坐标表中可以查到685540的坐标：N2626132.894，E483951.2821； 设计示意图如右图所示; 逐桩坐标表如下图所示；,断链后：,三. 曲率突变的情况 必须使用分段法,直曲表示例三(五单元和曲率突变),下页是详细图。,如图所示，从起点开始使用元素法，按元素

26、法的输入规则，输入到JD8结束。,解析： 1. 直曲表中，JD3和JD4处，存在双半径的情况，后面的备注，JD3和JD4写的是五单元的情况；这种五单元的情况也是比较特殊的，就是一个交点下的单元线路，包含两个综合曲线，这种五单元的情况肯定出现了圆缓圆的情况，即卵形曲线的情况，所以首先判断需要使用元素法。 2.在JD9处，JD9下的单元曲线，出现只是圆曲线的情况，且圆曲线的半径为5600，这种单独的大半径圆曲线，也是比较特殊的；实际使用中也发现，整条线路使用元素法，从JD9处开始，后面计算出来的逐桩坐标有问题，所以确定在JD9处需要分段处理。我们把JD9的情况称为曲率突变，一般的，这种情况出现的概

27、率很小，出现了，就必须使用分段处理。,曲率突变前半段：,作图所示。由于前半段到JD8结束，所以后半段起点选择JD8，注意：JD8做为起点，起点里程需要按照前面介绍的分段规则，起点里程JD8的HZ点里程JD8的后切线长，所以起点里程16238.7621318.60114920.161；主要是起点里程，起点里程正确了，后续的交点就可以依次输入了，最后以终点结束。,曲率突变后半段：,四. 回头曲线,按照直曲表，由于JD1和JD2下圆曲半径相同，JD1第二缓曲为0，JD2第一缓曲为0，且JD1和JD2转角相加180，可以判断此直曲表的道路是回头曲线。 如图工程之星中的输入列表，JD1下为缓圆，JD2下

28、为圆缓，如果不输入JD1和JD2中间的零直线，就会出现“圆圆”的情况，在工程之星道路设计中，不允许出现圆圆的情况，所以中间的零直线必须输入，也就是回头曲线，中间的零直线必须输入。,工程之星道路放样的一些补充说明,一. 为什么有里程限制的设置？,以下表巩义市Y012线，来说明里程限制设置的原因,直曲表示例六(巩义市Y012线小半径),巩义市Y012线的特点是：道路曲线圆曲的半径数值都较小，我们可以称之为小半径的情况。如图粗线所示的道路圆曲部分，由于半径下，当点处于圆曲内时,如图A点，计算时，可能就会算出圆曲前半段和后半段的两个对应点；在此只是以小半径举例，实际上，有些大半径的曲线，也会出现多解的

29、情况。,2010.07.05日之前的工程之星，没有加入自动判断的算法，所以需要通过里程限制，限制出当前在那一段里程范围内作业，通过判断计算出来的里程点是否在限制的里程范围内，最终从多解中得到正确的点。这个是增加里程限制功能的原因。 但是对于巩义市Y012线，由于是小半径的情况，多解问题时时刻刻都存在，客户做一小段就必须设置一下“里程限制”，这个从实际作业的情况而言，不能让客户接受。所以2010.07.05后增加了自动判断多解的算法，方法是：通过多解中的偏距判断，偏距最小的点，认为是正解。 增加了自动判断多解的算法后，实际测试和作业中证实了该算法是可靠的，基本上不用做里程限制的设置了。但，不能排

30、除概率较小的个别情况，自动判断的结果不正确，所以里程限制的功能在工程之星中仍然保留。以备不时之需。,有的设计单位，给出的直曲表是如上图所示，和前面两个特殊形式的直曲表大同小异，都是以曲线类型做为最小单位，而不是标准的以交点为最小单位。 遇到这类直曲表，首先一个概念，需要用元素法。以下会以两个具体实例详细解析这类直曲表，元素法的输入方法。 以上图为例，元素法的顺序是：点(上表不是完整表,后面有坐标数据)直线缓曲圆曲缓曲直线缓曲圆曲。 【特别注意】:最容易出错的就是，结束的时候没有输入结束圆曲。因为缓曲的前后都是需要有曲率半径的，要么直缓圆，要么圆缓直，要么圆缓圆；图中最后一个曲线类型正好是缓曲，

31、起点曲率都是无穷大，终点曲率都有数值，所以必须输入结束的圆曲，而且长度需要输入一个极小值，推荐输入0.0001。,二. 直曲表的特殊形式举例线路单元要素表,元素 点 ,494413.248 ,4233008.381 ,直线 ,137.847 ,302.2215,缓曲 ,80.083圆曲 ,145.037 ,300 ,缓曲 ,83.233直线 ,0 ,0.0000000000,缓曲 ,82.467 ,圆曲 ,0.0001 ,-302.75 ,结束需要输入圆曲，且长度必须输入一个极小值，推荐输入0.0001,要素 方位角 半径 长度点 4187156.445 508152.716 （有且仅有第一个

32、元素是点）直线 193.1301.3 0表中无直线的长度，所以为0，第一要素是圆曲，没有缓曲，所以直接接圆圆曲 -100 112.301缓曲 80直线 105.57174996 100.478缓曲 75圆曲 160 160.092缓曲 75直线 190.08275 280.742,要素 方位角 半径 长度点 4187156.445 508152.716 （有且仅有第一个元素是点）直线 13.13013 0按标准的输入，直线下来应该接70长度的这个缓曲，这个缓曲的半径走向是上面说的第三种情况，是由一个半径（99.5）到另一个半径（60），所以接这个缓曲之前要接（99.5）这个圆曲，这个圆曲的左右缓的都没有，所以直线就直接可以接它了。圆对应的转角是右，所以这个圆的半径输正值圆曲 99.5 0缓曲 70圆曲 60 73.287缓曲 60这里的这个60缓曲，它的半径走向属于第二种情况，就是从起点半径60到终点无穷大，所以它接下来要接一个直线直线 136.46386 0缓曲 100这里的这个100缓曲，它的半径走向属于第一种情况，就是从起点半径无穷大到终点半径5613.5，所以它接下来要接一个圆圆曲 -5613.5 0.0001到这里要素就全部输了，但我们软件以直线为最后元素结尾，所以再输一个直线,其实不输入也是可以的，软件会自动增加一个零直线。直线 184.31260 0,