CN204988280U - 简便高效平面任意线路工程测设装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种简便高效平面任意线路工程测设装置，包括三角架、透明平板、望远镜、标尺和指南针，其中，透明平板为两块，叠放在三角架上，透明平板上装有指南针，标尺与望远镜在透明平板上平行固定在一起，望远镜的视准轴平行于透明平板，且望远镜与标尺在透明平板上始终沿同一方向转动。本实用新型的原理非常浅显易懂，就是利用设计图纸所设计的曲线与实际地形平面测设曲线同点同方位缩放的原理，可以应用于任意工程实际情况下的线路工程测设。
Description
技术领域
本实用新型属于工程测量领域，涉及一种简便高效平面任意线路工程测设装置。
背景技术
线路工程是交通运输建设的基础和关键，两点之间直线最短，故然直线线型是线路工程最为理想的线路单元，但由于地理、环境及其他诸多因素的制约，现实中的线路工程往往是复杂得多，由任意曲线组成的线路工程更具有一般代表性，故对于平面任意线路工程的测设放样就成为线路工程测量任务中的典型工作，具有广泛的实际意义。
测量中的地球地面点位的确定一般是通过建立合适的测量坐标系，再通过确定其坐标来确定地面点位的位置。测量方法有如下几种：
1、高斯坐标法也被称为高斯投影法，其原理在于：为了方便工程的规划、设计与施工，需要把测区投影到平面上来，使测量计算和绘图更加方便。而众所周知，地理坐标是球面坐标，当测区范围较大时，要建平面坐标系就不能忽略地球曲率的影响。人们普遍采用的是高斯-克吕格投影(又称高斯正形投影)，简称高斯投影。它是由德国数学家高斯提出的，由克吕格改进的一种分带投影方法。它成功解决了将椭球面转换为平面的问题。如图1所示，它将概化为一标准的球体的地球的表面投影到一个圆柱柱面上，然后将该圆柱体柱面沿一条母线(地球赤道的投影线)剪开并展开成一平面图，从而达到将球面上的点转化为平面上的点这一目的。
然而，这种方法也有其弊端，其弊端在于地球的曲率的影响不可避免，为了减小地球的曲率影响，将球体划分成很多细小的等角度份额，份额越多则影响越小，但工作量越大。人们常用的是将其划分为60等份，给一等份为6°，并从中央子午线开始将其标号如N1带，如此每一带如同一片西瓜皮，展开的西瓜皮不可避免地带有一点翘曲，故如此投影也有一定的误差。
这些误差主要体现在高斯投影所具有的一些特征，即高斯投影虽没有角度变形，但有长度变形和面积变形，离中央子午线越远，变形就越大。其主要特点有以下三点：
(1)投影后中央子午线为直线，长度不变形，其余经线投影对称并且凹向于中央子午线，离中央子午线越远，变形越大。
(2)赤道的投影也为一直线，并与中央子午线正交，其余的经纬投影为凸向赤道的对称曲线。
(3)经纬投影后仍然保持相互垂直的关系，投影后有角度无变形。
此坐标系中：中央子午线是纵坐标轴，为x轴，并规定向北(向上)为正方向；赤道是横坐标轴，为Y轴，并规定向东(向右)为正方向；两轴的交点为坐标原点；角度从纵坐标轴(x轴)的正向开始按顺时针方向量取，象限也按顺时针编号，分别为第一象限、第二象限、第三象限和第四象限。在每一小片的地球表面也可以采用相同的方法建立起测量直角坐标系。各个国家因应用的实际性，建立起有各自的方便测量直角坐标系，我国普遍采用北京54直角坐标系。北京54直角坐标系是因1954年设立，以北京天安门旗杆所在位为坐标原点，正北方向为X轴正向，以正东方向为Y轴正向，从而建立起的测量直角坐标系。
高斯投影坐标法虽然有因地球曲率所造成的影响，但在较为小的测量地面范围内，是可以忽略不计的，这个测量范围大概是在方圆10千米。而因为我们的工程范围一般小于这个值，故可以采用该测量坐标，不用考虑地球的曲率给测量带来误差问题。
2、在工程测量实践中，由于工程所在地区可能离北京54测量坐标系原点处很远的地方，从而为了工程测量的方便有必要进行测量坐标系的平移，同时也有可能因为工程的特点，为了方便有必要进行测量坐标系的旋转。
如图2所示为直角坐标系经平移和旋转之后示意图，如图1所示，坐标系XOY经平移到点O’(X0，Y0)，为新的坐标系X’O’Y’，然后再逆时针旋转θ角，从而成为最终的坐标系X”O’Y”，则在最初坐标系XOY中的任意点M(Xm,Ym)在最终坐标系X”O’Y”的坐标为M(X”m,Y”m)，根据数学知识可以算得。
从而有：Xm＝X0+X'm＝X0+X″mcosθ+Y″msinθ；Ym＝Y0+Y′m＝Y0+Y″mcosθ-X″msinθ
通过这种坐标系的平移和旋转，从而可以根据工程设计中的实际情况。
3、数学上坐标系主要有直角坐标系和极坐标系两种，测量中也基本一样，也主要有直角坐标系和极坐标系，极坐标系也直角坐标系一样也有所区别，测量中的极坐标系中，人们一般以正北方向作为极轴正向，顺时针转的角度为正。
由图3所示，我们可以得到对于任意点M，其极坐标与直角坐标的换算公式：
Xm＝ρm×cosθm；Ym＝ρm×sinθm。
测量学中还常用到偏角坐标系，但偏角坐标系实质是极坐标系，可以看作是极坐标系经过平移和旋转而至的极坐标系。对于极坐标系经过平移和旋转之后的情况下，我们可以通过先进行在新的直角坐标系下的换算关系后，在视为直角坐标系经平移和旋转之后的与原直角坐标系下的坐标换算。
由于工程设计图纸一般都是给定的北京54坐标体系，从而对于极坐标和偏角坐标等都只是在工程测设放样中实际应用。其平移和旋转后坐标的计算原理相同，找到几何关系，进行换算。本方法将要求测设放样者能熟练进行坐标系平移和旋转的坐标运算能力，只有这样，才能根据测设过程中所遇到的实际情况，因地制宜选择测设方案。
上述方法都不能解决任意复杂线路的测设问题，因此，需要进行进一步改进。
发明内容
本实用新型的第一目的是提供一种简便高效平面任意线路工程测设装置，克服现有技术不能解决任意复杂线路的测设问题的弊端。
本发明通过以下技术方案来实现：一种简便高效平面任意线路工程测设装置，包括三角架、透明平板、望远镜、标尺和指南针，其中，透明平板为两块，叠放在三角架上，透明平板上装有指南针，标尺与望远镜在透明平板上平行固定在一起，望远镜的视准轴平行于透明平板，且望远镜与标尺在透明平板上始终沿同一方向转动。
进一步的，所述的透明平板的对角线处装有长水准管。
进一步的，所述的透明平板底部中央装有铅锤。
本技术方案的设计思想为：平面任意线路工程可以认为由任意曲线所组成，无论其为何种曲线形式，在直角坐标系或极坐标系下都可以归结为曲线方程表达如图4。
设该曲线上任意一点M，该点的轨迹即为整体平面任意曲线，在测量直角坐标系中，该点横Ym、纵坐标Xm之间的关系即该平面任意线路曲线的数学方程表达式为：Y＝f(X)。
同样地在极坐标系下，该曲线上的任一点M的极角θm、极径ρm之间的关系即该平面任意曲线的数学方程表达式为：ρ＝ρ(θ)。
测设过程中只需要将坐标系的原点设置放样在工程设计图纸中所给定确切坐标的已知点位，并始终以正北方向作为测量直角坐标系的X轴正向，或测量极坐标系的极径正向则可。
具体测设的过程中，必须根据测设队伍现有的测设工具实际情况而定方案。如果现有的测量工具有全站仪，则最好采用测量直角坐标系，将全站仪架设在已知确切坐标的方便点位，并作为坐标原点，通过直角坐标系的平移，且不涉及到坐标系的旋转。通过工程设计图纸所提供的已知点坐标信息，将该平面曲线上的每个点位的测量直角坐标计算出来，列出一个表格，并输入全站仪，利用全站仪的自动导测系统将每个点位放样出来。
如果测设现场只有经纬仪或较先进一点具有水平读盘的光学水准仪或只有非常原始的平板仪也行，则可以通过建立测量极坐标系，进行测设放样。同样将正北方向作为极轴正向，原点到曲线上任意点的方位角为极角，但有个问题较为麻烦在于一般工程设计图纸中该曲线上的一些已知点的坐标一般给定的是测量直角坐标，从而要求经过计算来确定该任意点任一点M的极角θm、极径ρm，计算方法如下。
如图4中所示，(当值为正时)；或(当值为负时)。而曲线上任意点M的极径
测设过程中正北方向可以通过指南针确定，确定正北方向后可将水平角度盘归零，然后对准需要测设的点位所在的方位角方向，将经纬仪或水准仪或平板仪调为水平状态后，通过读仪器中十字丝上丝读数和下丝读数之差乘以望远镜的视距乘常数(一般情况下，设计为100)即为该点到架设仪器即坐标原点的距离(单位为米)。
采用上述技术方案的积极效果：
(1)现实性：实际线路工程设计图纸上的线路工程曲线有的非常复杂，没有数学方程能概化和定义及描述，利用一般传统的测设方法和设备很难准确测设出如此线路工程设计图纸上的线路工程任意曲线。
(2)先进性：本方法和装置设备的先进性在于采用的望远镜是精准先进的望远镜，其分辨率非常高，读数精度可以精确到0.05毫米，望远镜中安装有自动补偿安平器和放大镜可以使标尺上的读数看得精准和清晰。
(3)简便性：由于本方法本装置中使用的水准仪和三脚架及精密标尺等在当今市场都能购买到，较为简便。
(4)适用性、实用性广：该方法原理非常浅显易懂，就是利用设计图纸所设计的曲线与实际地形平面测设曲线同点同方位缩放的原理，该方法与装置设备的适用性非常广，实用性非常广泛，可以应用于任意工程实际情况下的线路工程测设。
(5)经济性：本方法和装置，做到了经济实惠，装置可以小型化、便携化，方便搬运、方便保存，使用的设备组成物件并不贵重，较为便宜，可以自己加工而成，大大降低成本，节省费用。
附图说明
图1是高斯投影法示意图；
图2是坐标平移和旋转后示意图；
图3是直角坐标与极坐标关系示意图；
图4是平面任意曲线方程表达示意图；
图5是本实用新型的结构示意图；
图6是本实用新型的测设示意图。
图中，1三角架，2透明平板，3望远镜，4标尺，5指南针，6长水准管，7铅锤。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的说明，但不应理解为对本发明的限制：
图5是本实用新型的结构示意图，一种简便高效平面任意线路工程测设装置，包括三角架1、透明平板2、望远镜3、标尺4和指南针5，其中，透明平板2为两块，叠放在三角架1上，用来夹住设计图纸，透明平板2上装有指南针5，用来指示实地的南北方向。标尺4与望远镜3在透明平板2上平行固定在一起，标尺用来测量设计图纸，望远镜3的视准轴平行于透明平板2，且望远镜3与标尺4在透明平板2上始终沿同一方向转动。望远镜的作用是测量实地距离。
所述的透明平板2的对角线处装有长水准管6，用于透明平板的调整水平用。
进一步的，所述的透明平板2底部中央装有铅锤7，具有稳定透明平板的作用。
图6是本实用新型的测设示意图，一种简便高效平面任意线路工程测设装置的测设方法，该方法包括以下步骤：
(1)将设计图纸夹在两块透明平板2中间，将设计图纸的已知坐标点作为测设坐标原点钉于透明平板2中心，并根据设计图纸上标明的南北方向与指南针5指示的实地南北方向对准；
(2)用标尺4量取设计图纸上的所要测设点位与原点的距离，按设计图纸的比例尺计算出实际地形平面上所要实际测设的点位与架设测设仪器的点位，即原点的实际距离；
(3)用望远镜3测距，找到实际测设的点位，望远镜3测量的实际距离为望远镜的十字丝上丝读数与下丝读数之差乘以望远镜3的乘距；本装置仪器中所用的望远镜是采用水准仪所用的望远镜，该望远镜的视距乘常数其值等于100。
(4)重复上述步骤，得到诸多个点位；
(5)诸多个点位连接起来，为所需要测设放样的曲线。
本发明的原理非常浅显易懂，就是利用设计图纸所设计的曲线与实际地形平面测设曲线同点同方位缩放的原理，可以应用于任意工程实际情况下的线路工程测设。
Claims (3)
1.一种简便高效平面任意线路工程测设装置，其特征在于：包括三角架(1)、透明平板(2)、望远镜(3)、标尺(4)和指南针(5)，其中，透明平板(2)为两块，叠放在三角架(1)上，透明平板(2)上装有指南针(5)，标尺(4)与望远镜(3)在透明平板(2)上平行固定在一起，望远镜(3)的视准轴平行于透明平板(2)，且望远镜(3)与标尺(4)在透明平板(2)上始终沿同一方向转动。
2.根据权利要求1所述的简便高效平面任意线路工程测设装置，其特征在于：所述的透明平板(2)的对角线处装有长水准管(6)。
3.根据权利要求1所述的简便高效平面任意线路工程测设装置，其特征在于：所述的透明平板(2)底部中央装有铅锤(7)。
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| CN201520547612.2U CN204988280U (zh) | 2015-07-24 | 2015-07-24 | 简便高效平面任意线路工程测设装置 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105043363A (zh) * | 2015-07-24 | 2015-11-11 | 邓绍云 | 简便高效平面任意线路工程测设装置及方法 |
| CN113305513A (zh) * | 2021-06-09 | 2021-08-27 | 中国电建集团四川工程有限公司 | 一种循环水管道现场工厂化制作施工方法 |
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2015
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