基于C++的橋梁鉆孔樁坐標計算程序開發與應用

陳炯偉 李付偉

（中鐵大橋局集團第一工程有限公司，河南 鄭州 450000）

1 引言

隨著科技的進步，社會的發展，近年來橋梁建設尤其長距離橋梁建設越來越多。 與此同時，施工機械也在不斷發展，使得施工進度越來越快，這就要求施工測量人員有高效率數據處理能力， 計算結果質量高， 以確保施工質量。 大部分橋梁施工坐標是通過EXCEL 編制公式計算或用卡西歐fx-5800P 編寫坐標計算程序，效率低，數據質量得不到保證[1]。 筆者結合多年的施工經驗，研究了一種斷面定義算法， 并利用C++開發環境開發了一套橋梁坐標計算軟件，在施工中應用高效而準確。

2 數學模型基礎

平曲線最基本的線型元素是圓曲線和緩和曲線，在線路坐標計算中每個施工測量人員必須掌握線型元素知識，它是計算的核心[2]。 在本軟件中用最基本的線型計算參數和計算公式作為數學模型。

2.1 緩和曲線基本要素計算公式

（1）切線角公式

β 為緩和曲線長l 所對應的中心角。

（2）緩和曲線角公式

（3）緩和曲線的參數方程

2.2 圓曲線基本知識

β=180°/π×L/R（L=βπR/180°），弧長公式中β 為圓心角。 △X=sinβ×R，△Y=（1-cosβ）×R，C=弦長，X=X1+cos（α±β/2）×C，Y=Y1+sin（α±β/2）×C，β 代表偏角，即弧上任一點所對的圓心角。 β/2 是所謂的偏角（弦長與切線的夾角）。△X、△Y 代表增量值，X、Y 代表準備求的坐標，X1、Y1 代表起算點坐標值，α 代表起算點的方位角，R 代表曲線半徑。

2.3 直線基本知識

式中，X0、Y0為起點坐標，L 為里程差，C 為切線方位角。

3 開發語言的選用

C++語言支持面向對象的程序設計， 與C 相比提供了更好的類型檢查機制， 提供了更好的結構化程序設計技術[3]；C++語言與其他面向對象的程序設計語言相比，最重要的優點是程序的執行效率高；C++可以最充分地利用面向對象編程（OOP）的優勢。 OOP 可以用模塊化方法進行編程，從而避免每次從頭開始。 構件還可以擴展，通過繼承生成具有新功能的新構件。 軟件利用了C++面向對象強大的語法功能類，類中的數據具有隱藏性，類還具有封裝性，也具有代碼的重用性，定義類有利于代碼的有效管理，而且C++語法簡單易用，開發效率高[4]。 在代碼編寫中定義了data 類和Qxcalculate 類， 所有的成員變量和方法都在該類中實現。 開發平臺選用Visual C++6.0 功能強大的可視化軟件開發工具。

4 軟件模塊與數據結構、算法

本軟件中模塊：文件管理模塊，曲線參數輸入模塊，數據錄入模塊，計算模塊。

為了更有效地處理數據，設計出好的算法，編寫出結構清晰而且效率高的程序，必須研究數據的特性、數據間的相互關系及其對應的存儲表示， 并利用這些特性和關系設計出相應的算法和程序， 好的算法， 使程序效率較高。

本程序定義數據結構如下：

（1）曲線參數:public struct Pqxcs。

（2）孔跨定義:public struct Qlccs。

（3）斷面定義:public struct ZzzwDuanMianCs。

（4）數組（Array）。

軟件開發的數據錄入中數據格式的驗證采用語言中的正則表達式， 正則表達式是一種高效的數據匹配驗證方法，可對錄入的數據進行有效性驗證。 正則表達式是一種文本模式，包括普通字符（例如a 到z 之間的字母）和特殊字符（稱為“元字符”）。 模式描述在搜索文本時要匹配一個或多個字符串。

軟件中正則表達式的驗證代碼：

//正則表達式1

//正則表達式2

軟件計算坐標的主要算法： 本軟件主要采用斷面定義法來計算橋梁下部結構坐標（鉆孔樁，承臺，墩身），將同種樁型斷面定義為一種編號。 首先計算設計線路中心線坐標X、Y，再計算參考線中線（待求點位所在中線）坐標X、Y。 在施工中實際情況是，有些設計線路中線與線路中線不重合（如雙線設計）。 本軟件所有參數為設計線路參數，并在計算過程中設有線間距輸入對話框，線路中線在設計線路左（右）側，線間距輸入正（負）距離，軟件會自動判讀歸算到計算點的參考中心線上。 考慮到有緩和曲線的線路計算中坐標精度問題， 算法采用在第二緩和曲線計算先通過第一緩和曲線的起點坐標（X，Y），起點方位角（C）計算交點（JD）坐標（X，Y），再通過交點坐標（X，Y），轉角（β），切線長（T）計算第二緩和曲線終點坐標（X，Y）和方位角（C），然后通過里程（K）反推計算中線坐標（X，Y），這樣計算得到的中線坐標精度非常高。 其主要函數定義代碼如下。

第二緩和曲線坐標計算函數實現代碼如下：

圓曲線坐標計算函數實現代碼如下：

通過編輯計算點距中線（中心點）的橫向偏距Hoff，縱向偏距Voff，斷面編號來計算坐標。 本軟件考慮到在實際工程橋梁設計中參考線與線路中心線有任意夾角（一般設計90°）的情況，在算法當中定義了墩切線計算，可計算實際任意角的參考切線方位角， 使得軟件在計算中具有通用性。 實現代碼如下：

計算公式：先設一標志量，fangweizb。 如果Voff＞0，則

5 軟件界面

具體包括軟件啟動封面設計，軟件框架設計，按鈕設計，面板設計，菜單設計，標簽設計，圖標設計，滾動條及狀態欄設計，安裝過程設計。

6 計算坐標數據準備

以實際工程項目中一段數據為實例進行計算， 平曲線參數如下。

孔跨定義文件，鉆孔樁，承臺，墩身斷面定義文件可通過EXCEL 編輯，計算結果如下。

?

軟件通過實際施工中項目部分數據得出的結果與用其他方法計算的結果對比如下表所示， 觀察差值可知數據計算結果準確無誤。

軟件計算坐標與設計坐標對照表

?

7 結論

在工程施工測量中橋梁計算及圖紙復核是必不可少的工作， 對施工設計圖的審核即是對設計單位設計成果的質量控制， 也能糾正參與建設活動的各方的不規范行為。 而且圖紙審核是在施工圖設計文件之后，交付施工之前，基本上可以杜絕設計圖的設計質量隱患，有效避免各種損失，保證建設的質量。 現在施工設備及工藝越來越先進，施工速度越來越快，要求測量人員快速而準確地計算出現場測量放樣數據。 本軟件在計算中采集的數據量較少，使用者把主要工作放在圖紙復核和計算要素統計上，主要整理墩中心里程、夾角、要計算的斷面，整個計算集成化，自動進行運算，速度快，不需要人工參與，給施工測量人員帶來極大方便。

［1］張正祿.工程測量學［M］.武漢：武漢大學出版社，2005-10-01.

［2］熊春寶.測量學［M］.天津：天津大學出版社，1996.

［3］譚浩強.C++程序設計［M］.中國鐵道出版社，2006-3-1.

［4］（美）（MarkAllenWeiss）維斯.數據結構與算法分析C++描述E［M］.人民郵局出版社，2007.