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土木工程论文

高速铁路线路曲线数字化测设与计算设计

时间:2013/6/1 10:08:52  作者:60论文网  来源:www.60lw.com  查看:406  评论:0

题 目:   高速铁路线路曲线数字化测设与计算设计                                                      

 

   文献综述: 

   高速铁路,简称“高铁”,是指通过改造原有线路(直线化、轨距标准化),使最高营运速率达到不小于每小时200公里,或者专门修建新的“高速新线”,使营运速率达到每小时至少250公里的铁路系统。高速铁路除了在列车在营运达到一定速度标准外,车辆、路轨、操作都需要配合提升。

   我国高速铁路的发展,可以用日新月异来形容。我国是世界上高速铁路发展最快、系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、运营速度最高、在建规模最大的国家。

   大规模高速度的发展,离不开高铁各个方面的科技创新。曲线测设在高速铁路的修建中是至关重要的环节,数字化测设的推广和普及为曲线测设带来的便利,但高速铁路同普通铁路相比,有着更为严格的规范标准,本文将从原理与应用两个大的方面阐述、研究高速铁路曲线测绘,以及利用VB编程语言设计“计算机辅助铁路工程测量曲线的测设计算与放样设计”程序,达到学以致用、付诸实践的效果。

   曲线测设(laying of curve)是将设计的线路曲线测设于实地的工作,是工程建筑的组成部分之一。它有平面曲线和竖曲线两种。在铁路和公路线路测量中,曲线测设主要是指其线路由一个方向转到另一个方向时,必须用曲线连接,才能使车辆平稳、安全地运行,这种连接不同方向的线路的曲线,称为平面曲线。同样,铁路线路的纵断面是由不同坡度连接的。当相邻的坡度值的代数差超过一定值时,在变坡点处,也必须用曲线连接。这种连接不同坡度的曲线称为竖曲线。

   平面曲线又可分为:①圆曲线,是具有一定半径的圆弧曲线,又有单曲线、复曲线、反向曲线和回头曲线等多种;②缓和曲线,是连接直线和圆曲线的过渡曲线,其半径由无穷大逐渐变化为圆曲线的半径。其常规方法有偏角法、切线支距法、弦线支距法等;③竖曲线,是连接两相邻坡度线的凸形或凹形曲线,目的是为缓和坡度在变坡点的急剧变化,可用圆曲线或抛物线。

   曲线的测设通常是分两步进行的。首先是测设曲线的主要点,然后进行曲线的详细测设。在实地测绘前,必须进行曲线的要素及其主要点的里程计算,在这里不进行详细讨论。当曲线的主要点测设完毕后,即可进行曲线的细部测设。

   曲线模式及传统测设方法见下表(以平面曲线为例):

曲线模式 测设方法

圆曲线 单曲线

①偏角法 ②切线支距法 ③正矢法 ④弦线支距法 ⑤弦线偏角法

复曲线

缓和曲线 ①偏角法 ②切线支距法

   切线支距法,方法简单,各点误差独立,不积累,但安置仪器次数多,测设错误不易发现;偏角法有检核,但其误差积累,故测设时须经常校核。此两种方法皆适用于易量距及平坦地区。其中,偏角法在现场施工中应用广泛,偏角法就是用偏角和弦长交会来测设的一种方法,这里所说的偏角就是置镜点和观测点的弦线和镜点切线的夹角。

   在长期的生产实践中,人们总结了大量的方法简化测绘过程,例如建立曲线测设表,或者利用计算器、计算机编制一些程序,但都是建立在原有的测绘及计算模式下的改进方法,这些方法很长的一段时间内给我们的工作带来了极大的方便。但随着时间的推移,测量员手中的计算器也换成了PC-1500,高级的甚至拥有了笔记本电脑。我们在工作中编制了很多简化工作过程的计算机程序,这时传统的曲线测设方法的问题渐渐地显露出来了。  首先,对于测站点要求太多,而且最好是“从一而终”,如果中途改变测站,且不说计算如何,单是起始数据的输入就够麻烦的了。其次是各种测绘公式,结构和系数大不相同,转化起来大费周章。在不同的曲线测设方法之间,并无太直接的联系,对仪器设备要求也不尽相同,在误差评估方面也无法统一,对各种数据之间的统一使用,也存在平衡问题。http;//www.othermap.com测绘信息网  在曲线测设中,往往会遇到地形、地物等障碍而不能按一般传统方法测设曲线,这些地段就需要采用计算和测绘基本数据都非常统一的测绘方法。例如;交点不能安置仪器,有时交点位于陡壁上、深沟里或河流里不便安置仪器的地方,也有切线不通视的情况,这种情况以前要采用副交点的方法来解决,要求副交点必须在两条切线上,而且增加了现场测绘的工作量和误差,也给计算带来了极大的不便。有时采用偏角法测设曲线时,在某些传统测绘方法中的关键点之间有难以排除的障碍时,我们是不是都会产生这样的想法:如果有一种方法能让我们随心所欲地选择测站,而在计算上又有统一的公式以便于进行计算和误差分析该有多好。

   利用我们拥有的超大规模的计算力和目前已经形成的数字化的测绘手段,形成规范统一的测设和计算方法,简化过程,提高数据的统一性和通用性,方便我们在野外测绘过程以及数据处理。形成统一的数据库,并利用VB等程序进行数据处理和计算,形成面对目标的模块化的数据管理体系。  要做到这一点,首先要回归,即抛开我们手边常用的边、角等多样化的实际测绘项目,回到我们的基础数据单位和坐标系──直角坐标系──在此建立一个小范围的,又不与外界失去联系的应用测绘直角坐标系。然后在计算出我们需要的或最方便工作的每一个数据,得出我们最需要的边和角,再架设仪器进行测绘。简单地说就是一个Ra;——TLE——XY——La;的计算过程,而转化为直角坐标则是其中的关键。在以后的数据管理和计算以及数据交换都以此为基本数据源,这样我们就有了一个统一的又不是陌生的数据体系,在今后的平差计算或数据归算至椭球大地坐标系的工作中都增强了极大的便利性、准确性和科学性。Htt

   下面我基于一个简单的圆曲线的测设过程说明这种方法的具体实施过程  工作流程图:h

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     实际测绘时,便可以依据产生的应用直角坐标数据库进行测绘,首先,依据现场条件选定一个或多个测站点,然后利用直角坐标数据库,调出相应的坐标,并换算出我们在实际测量工作中应用的边和角(这是我们的基本功)。  其中还有一个坐标转换的问题,即在一个直角坐标系内的另一个直角坐标系之间坐标换算问题,这利用相应的转换公式也可以解决。由数学理论得知,所谓直角坐标相似变换它要求坐标系的坐标轴要相互垂直,且坐标轴上的长度单位要一致。这种变换是经坐标系的平移、旋转和尺度变化来实现的,它要求至少有两个定向点,并用下列方程求得变换参数:  X=a1x+a2y+a3 http;//www.othermap.com测绘信息网  Y=a1y-a2x+b3  采用这种工作方法的指导思想就是重新分配原来工作中的计算分工,扩大计算机的计算量,减少野外条件对实际工作的限制,不浪费我们拥有的先进设备,充分发挥其提高工作效率的性能,这是其一。更深远的意义在于,我们建立了统一的数据库系统,提高了数据的通用性,对于精度分析,平差等工作很有帮助,这是其二。p;//w

   综上,曲线测设的原理、公式及方法步骤已经完善,近几年的研究侧重于数字化曲线测设的开发应用以及特殊地形地段的实际操作。高速铁路曲线测设难点在于高速铁路的特殊参数以及要求较高的地形地段。VB编程语言作为易掌握的一种计算机语言,较为容易普及推广。本文旨在掌握高速铁路测设原理方法的基础上,设计一个简单易操作的“计算机辅助铁路工程测量中曲线的计算与放样设计”程序,并通过测试,满足高速铁路测量规范对曲线测设的要求与精度(误差),最终达到任务要求。

   主要参考文献:

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   yzc666|亚洲城官网_www.yzc666.com李淑华主编.VB程序设计及应用[M].北京:高等教育出版社.2009.

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   研究方案:

   研究内容

高速铁路曲线设计参数、测设计算原理与公式;

高速铁路曲线测设的方法、步骤、测设数据的计算;

计算机辅助数据处理与成果整理、程序编制。

   相关原理

曲线要素计算

R——圆曲线半径,在测设中根据路线等级及地形条件选定;

α——转向角,由设计图纸提供,或在路线定测时实测;

JD——转向点,或称交点,根据工程的设计条件测设;

ZY——直圆点,圆曲线的起点;

QZ——曲中点,圆曲线的中点;

YZ——圆直点,圆曲线的终点;

T——切线长,JD至ZY(YZ)的直线距离;

L——曲线长,ZY至YZ的弧长;

E——外矢距,JD至QZ的直线距离;

q——切曲差,两倍切线长与曲线长之差。

通常,把T、L、E、q四元素称为圆曲线要素。把ZY、QZ、YZ三点称为圆曲线主点。由图可知,各要素的计算公式如下:

       

里程计算

计算圆曲线主点桩号的一般公式如下

  

   主点桩号的检核,可用切曲差q来验算,其公式

       

   计算缓和曲线主点桩号的一般公式如下: 

        

    主点桩号的检核,可用切曲差q来验算,其公式  

      

   以上原理公式只是曲线测设的基础原理公式,关于不同种类铁路曲线测设的原理及方法详见正文。

   研究方法

   利用图形结合文字等形象直观的媒介,通过对比,学习曲线测设相关知识,掌握不同种类铁路曲线测设原理及方法,查阅高速铁路技术标准及参数,对比学习高速铁路曲线设计参数、测设计算原理及公式。通过PPT、视屏学习并掌握VB语言,学会“计算机辅助铁路工程测量中曲线的计算与放样设计”程序,并通过实际测试,确定结果符合相关要求及精度误差。

   

   

研究步骤

广泛查阅,充分了解曲线测设原理及方法,掌握不同种类铁路曲线测设的方法;

掌握高速铁路曲线测设方法,特别是高速铁路特殊参数及标准;

学习并掌握VB编程语言,能够进行简单的程序设计;

掌握编制程序进行曲线测设数据的计算、数据处理和简单绘图;

测试所编写程序合理性及精确性,作出相应完善;

总结设计过程,撰写相关文档和论文

   预期结果

       充分掌握铁路曲线测设原理、公式及方法,结合高速铁路相关参数标准,能准确进行高速铁路曲线测设及数据处理。掌握VB编程语言并编制辅助程序进行曲线放样相关参数输入、数据处理等问题。

   毕业设计(论文)进度安排:

序号    毕业设计(论文)各阶段内容 时间安排 备注

1    分析任务需求,确定总体任务,阅读相关文献文档资料 3.1-3.7    

2    了解高速铁路曲线测设相关的原理和关键技术,完成开题报告 3.8-3.22    

3    掌握要用的编程语言(VB),完成程序总体设计 3.17-3.27    

4    完成程序详细设计和编码 3.28-5.3    

5    对程序进行修改和调试 5.4-5.16    

6    撰写项目相关的文档 5.17-5.23    

7    撰写论文,完成外文翻译 5.24-6.6    

   指导教师意见:

   填写说明:

   指导教师签名:                  审核日期:        年    月    日


标签:高速 铁路 铁路线 路线 线路 

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