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鐵路曲線實測正矢轉化坐標計算的研究

2019-07-18 00:58:34廖顯軍
鐵道運營技術 2019年3期

廖顯軍

(南寧局集團有限公司南昆鐵路南百段增建二線工程建設指揮部 工程師 廣西 南寧 530000)

傳統的繩正法整正曲線原理是漸伸線法,但漸伸線法存在的缺陷是多方面的[1],利用缺陷的理論整正曲線,撥量大,精度差,質量無法得到提高。而坐標法具有計算精確高、理論嚴密的優點,如何將坐標法原理應用到繩正法整正中,是工務工作者的努力方向,本文對此進行如下研究。

1 實則正矢換算現場坐標計算

根據實測正矢和弦長的幾何關系,建立統一坐標系,求對應各樁點的相對坐標,按相鄰弦線的偏角、各弦的方位角和測點坐標增量和各測點坐標幾個計算步驟如下:

1.1 首先計算各相鄰弦線的偏角 以曲線始端切線方向上的0#樁作為坐標原點,0#~1#樁連線作為橫軸建立獨立坐標系(見圖1)。

圖1 獨立坐標系示意圖

圖1中D1、D2、D3、Dn為各測點實測間距,通常為5或10m,f1、f2、fn為各測點實測正矢(不等弦長為矢距),α1、α2、α3……αn為各相鄰弦的夾角。

由圖1可知,在三角形△102中,根據三角形△外角等于兩內角之和原理,

依次類推,α2=α2-1+α2-2、……αn=αn-1+αn,以直角三角形直角邊和斜邊反求內角,公式如下:

根據(公式1)和(公式2)可以計算出各相鄰弦的夾角。

1.2 計算各段弦的方位角和測點坐標增量

1.2.1 各段弦的方位角 根據圖1,弦0-1的方位角Fα0=0,1-2弦的方位角Fα1=α0+α1,

2-3弦的方位角Fα3=α1+α2,………終切線的方位角,中間各弦方位角公式為

1.2.2 相鄰各測點坐標增量計算 在獨立坐標系中,某樁坐標增量=某弦方位角×某弦長,0#樁為坐標原點,其橫、縱坐標均為0,即X0=0,Y0=0

1.2.3 各測點坐標計算 圖2為獨立坐標系二示意圖。由圖1和圖2可知,獨立坐標系中某測點坐標值等于前各測點坐標增量累計(見公式5)。

圖2 獨立坐標系二示意圖

2 計算實例

根據吳耀庭著作的例子[2],進行實測正矢轉換坐標計算,其結果如下:

2.1 各相鄰弦線的偏角

由:

2.2 計算各段弦的方位角和測點坐標增量 以第1、2、3根弦方位角計算為例,計算方法如下:

其他弦的方位角依次類推,計算結果如下表1。

表1-1 弦線方位角計算表

表1-2 弦線方位角計算表

表1-2 弦線方位角計算表

2.3 各測點坐標計算 計算結果如下表,第6、7列分別為轉換的曲線實測坐標,因利用計算機程序計算,保留多位小數點:

表2-1 測點坐標計算表

表2-2 測點坐標計算表

根據表2計算的坐標值,利用坐標法原理進行曲線整正計算,結果明顯比用傳統的繩正法漸伸線原理質量好,整正計算成果這里從略。

3 結束語

通過將實測正矢轉化為坐標,運用坐標法原理進行曲線要素優化,經過對多條曲線整正,精度高,質量好,探索出一種繩正法整正曲線的新方法,結束了繩正法只能用傳統的漸伸線理論進行整正的歷史。雖然該方法計算過程較復雜,隨著計算機的普遍應用,復雜計算可編寫計算程序解決。

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