三维公路测设方法初探

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1、三维公路测设方法初探三维公路测设是公路的空间曲线测设，其测设的里程桩号系统是以公路的三维曲线长度为依据的，这从根本上不仅解决了公路里程桩号系统与实地的一致性，而且为公路工程量的精确计算提供了基本的数学模型；其测设的基本内容是在平曲线控制桩的基础上，加测了纵曲线控制桩。利用拟合曲面与矢量曲线叠加进行三维公路测设，具有操作简便、快速易行的特点关键词：三维公路测设；拟合曲面；矢量曲线叠加0．引言在2003-2004年度交通部组织的全国公路普查工作及2007年度全国车载GPS公路测量中，其统计与汇总数据存在如下问题：（1）实测公路里程与公路实际里程桩号系统存在不一致性，而且这

2、种不一致性在坡降地段及山区表现得更为明显；（2）公路控制桩及桥梁等的新老坐标系统间的转换参数具有一致性，但其桩号具有不符合性；针对上述问题，笔者就××市的相关公路数据，进行了全面的分析及提出了其数据改正模型与其存在的主要原因。（1）车行轨迹与道路中心线不一致，路径产生了向内径或外径的飘移，其数值特征为：对称下行与上行方向里程值的中数为实际里程值；（2）坡降地段及山区，GPS车行轨迹里程为地面实际三维曲线里程，而公路原里程桩号系统，或者部分为平曲线里程、或者为公路部门按车行计程的公路里程；（3）GPS车行轨迹里程为模型，也难以达到理想的结果。根据上述工作成果中存在的问题

3、，交通部自2008始，既已提出了三维公路测设概念并组织相关部门进行了有关的研究与实践。值得特别提出的是，本文所介绍的“三维公路测设”，是指综合考虑了纵、平曲线的里程的桩的测设，不同于一般意义上的坐标、高程一体化测设。后者的测设相关论述极多，但其除了在公路初测与工程概算中具有一定作用外，对公路的定测是没有必要也不可能产生什么作用的。由此，产生了如下命题：综合考虑纵、平曲线的公路里程的桩的测设——既三维公路测设的基本方法与原理。　　本文根据相关研究与实践心得，就三维公路测设的基本方法与原理，进行了初浅的探讨。并提出了利用拟合曲面与矢量曲线叠加进行三维公路测设方法。1．三维

4、公路测设的基本内容概而言之，三维公路测设的基本内容是：按公路的三维曲线长度，在实地放样公路的纵、平曲线控制点及其加桩并建立公路的里程桩号系统。从上述的基本定义可以看出，与传统的公路测设相比，三维公路测设具有如下特点：（1）其测设的里程桩号系统是以公路的三维曲线长度为依据的，这从根本上不仅解决了公路里程桩号系统与实地的一致性，而且为公路工程量的精确计算提供了基本的物理与数学模型；（2）其测设的基本内容是在平曲线控制桩的基础上，加测了纵曲线控制桩；既其测设是空间曲线的测设。从上所述可知，三维公路测设的具体内容是指：公路平曲线的起（终）点、直曲点与曲直点、曲线起（终）点及曲

5、线控制点（既5大桩点）与所要求的加桩点；公路纵曲线的起（终）点、坡曲点与曲坡点及纵曲线控制点（既5大桩点）与所要求的加桩点。2．三维公路测设的方法从三维公路测设是公路的空间曲线测设可知，要建立严格意义上的空间曲线方程才能以数学的方法计算，这对尚不具有专业软件的实际工作来说，是一项难度颇大的工作。因此，如何在现有装备水平的基础上，综合运用已有专业软件（工具），实现三维公路测设，是三维公路测设方法的生命力与适用性的关键。在目前工具条件下，要计算空间曲线的长度与坐标，其关键在于利用公路的设计竖曲线参数建立竖曲线拟合曲面后，再将平曲线投影于竖曲线拟合曲面上，然后在该曲面上进行

6、采点计算。笔者在实际工作中采用利用拟合曲面与矢量曲线叠加的方式对三维公路测设的计算进行了初步的偿试，其具有操作简便、快速易行的特点。其具体实施方法为：　　（1）根据公路设计中心线的竖曲线及包含公路平曲线JD点为最大带宽，建立公路竖曲线拟合曲面（由线到面）　　（2）将设计的公路平曲线叠加并投影于上述拟合曲面上；　　（3）在上述叠加成果上根据纵、平曲线的形状，取纵、平曲线的控制点及按所要求的间距量取点的坐标、高程及相对于起点的里程，以此作为放样数据及作为公路测设成果。　　3．结束语　　本文所述方法过程较为简便易行，其关键在于：　　（1）在平曲线与拟合曲面的叠加过程中，具有

7、一定的技术方法；　　（2）纵、平曲线的控制点的选取要具有全局性，特别是纵曲线控制点的选取过程中，有时需要作一定的辅助点；　　当前，三维公路测设正成为交通部门的一个研究热点，也是今后公路测设的一个发展方向。但由于其数学模型的复杂性，尚没有形成一个成熟的测设理论体系。期望本文所述方法能起到抛砖引玉的作用，并对作业人员有所启示。