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摘要：在公路、鐵路的路線圓曲線測設中，一般是在測設出曲線各主點后，隨之在直圓點或圓直點進行圓曲線詳細測設。本文通過儀器安置不同地方進行多種圓曲線測設，提出了交點偏角法詳細測設圓曲線的方法，其中主要運用了偏角法測設法。
關鍵詞：安置交點偏角法圓曲線測設
前言
《禮記》有云：大學之道，在明德，在親民。在提筆撰寫我的畢業設計論文的時候，我也在向我的大學生活做最后的告別儀式。我不清楚過去的一切留給現在的我一些什么，也無從知曉未來將賦予我什么，但只要流淚流汗，拼過闖過，人生才會少些遺憾！
非常幸運能夠加入水利工程這個古老而又新興的行業，即將走向工作崗位的時刻，我仿佛感受到水利行業對我賦予新的歷史使命，水利是一項以除害興利、趨利避害，協調人與水、人與大自然關系的高尚事業。水利工作，既要防止水對人的侵害，更要防止人對水的侵害；既要化解自然災害對人類生命財產的威脅，又要善待自然、善待江河、善待水，促進人水和諧，實現人與自然和諧相處。這種使命，更讓我用課堂中的知識用于實際生產中來。特別是這兩個月來的畢業設計，我越發感覺到學會學精測量基礎知識對于我貢獻水利是多么的重要。所以，我越發不愿放棄不多的大學時光，努力提高自己的實踐動手能力，而本學期的畢業設計，為我提供了絕好的機會，我又怎能放棄？
剛剛從老師那里得到畢業設計的題目和任務時，我的心里真的沒底。作為畢業設計的主體工作，我們主要運用電子水準儀對某幢建筑物進行變形觀測與計算，布設控制點進行平面控制測量和高程控制測量；用全站儀進行了中心多邊行角度和距離的測量，并用條件平差原理進行平差，通過控制點的放樣來計算土的挖方量，還有圓曲線的計算與測設。而我研究的畢業課題是圓曲線測設。
大學的最后一個學期過得特別快，幾乎每天扛著儀器，奔走在校園的每個角落，生活亦很有節奏。今天我提筆寫畢業論文，我的畢業設計也接近尾聲。不管成果如何，畢竟心里不再是沒底了，挑著兩個多月的辛苦換來的數據和成果，并不斷的完善他們，心里感覺踏實多了。
在本次畢業設計論文的設計中要感謝水利系為我們的工作提供了測量儀器，還有各指導老師的教導和同學的幫助。
開題報告
一、研究課題：《微分曲線的應用》
二、學科地位和研究應用領域
1.學科定義
工程測量學是研究地球空間中具體幾何實體的測量描繪和抽象幾何實體的測設實現的理論方法和技術的一門應用性學科。它主要以建筑工程、機器和設備為研究服務對象。
2.學科地位
測繪科學和技術(或稱測繪學)是一門具有悠久歷史和現展的一級學科。該學科無論怎樣發展,服務領域無論怎樣拓寬,與其他學科的交叉無論怎樣增多或加強,學科無論出現怎樣的綜合和細分,學科名稱無論怎樣改變,學科的本質和特點都不會改變。
3.研究應用領域
目前國內把工程建設有關的工程測量按勘測設計、施工建設和運行管理三個階段劃分;也有按行業劃分成:線路(鐵路、公路等)工程測量、水利工程測量、橋隧工程測量、建筑工程測量、礦山測量、海洋工程測量、軍事工程測量、三維工業測量等,幾乎每一行業和工程測量都有相應的著書或教材。
國際測量師聯合會(FIG)的第六委員會稱作工程測量委員會,過去它下設4個工作組:測量方法和限差;土石方計算;變形測量;地下工程測量。此外還設了一個特別組:變形分析與解釋?，F在,下設了6個工作組和2個專題組。6個工作組是:大型科學設備的高精度測量技術與方法;線路工程測量與優化;變形測量;工程測量信息系統;激光技術在工程測量中的應用;電子科技文獻和網絡。2個專題組是:工程和工業中的特殊測量儀器;工程測量標準。
工程測量學主要包括以工程建筑為對象的工程測量和以設備與機器安裝為對象的工業測量兩大部分。在學科上可劃分為普通工程測量和精密工程測量。
工程測量學的主要任務是為各種工程建設提供測繪保障,滿足工程所提出的要求。精密工程測量代表著工程測量學的發展方向,大型特種精密工程建設是促進工程測量學科發展的動力。
工程測量儀器的發展工程測量儀器可分通用儀器和專用儀器。通用儀器中常規的光學經緯儀、光學水準儀和電磁波測距儀將逐漸被電子全測儀、電子水準儀所替代。電腦型全站儀配合豐富的軟件,向全能型和智能化方向發展。帶電動馬達驅動和程序控制的全站儀結合激光、通訊及CCD技術,可實現測量的全自動化,被稱作測量機器人。
三、工程測量理論方法的發展
1.測量平差理論最小二乘法廣泛應用于測量平差。最小二乘配置包括了平差、濾波和推估。附有限制條件的條件平差模型被稱為概括平差模型,它是各種經典的和現代平差模型的統一模型。測量誤差理論主要表現在對模型誤差的研究上,主要包括:平差中函數模型誤差、隨機模型誤差的鑒別或診斷;模型誤差對參數估計的影響,對參數和殘差統計性質的影響;病態方程與控制網及其觀測方案設計的關系。由于變形監測網參考點穩定性檢驗的需要,導致了自由網平差和擬穩平差的出現和發展。觀測值粗差的研究促進了控制網可靠性理論,以及變形監測網變形和觀測值粗差的可區分性理論的研究和發展。
2.工程控制網優化設計理論和方法網的優化設計方法有解析法和模擬法兩種。解析法是基于優化設計理論構造目標函數和約束條件,解求目標函數的極大值或極小值。一般將網的質量指標作為目標函數或約束條件。模擬法優化設計的軟件功能和進行優化設計的步驟主要是:根據設計資料和地圖資料在圖上選點布網,獲取網點近似坐標(最好將資料作數字化掃描并在微機上進行)。值精度,可進一步模擬觀測值。計算網的各種質量指標如精度、可靠性、靈敏度。
3.變形觀測數據處理工程建筑物及與工程有關的變形的監測、分析及預報是工程測量學的重要研究內容。其中的變形分析和預報涉及到變形觀測數據處理。但變形分析和預報的范疇更廣,屬于多學科的交叉。
(1)變形觀測數據處理的幾種典型方法根據變形觀測數據繪制變形過程曲線是一種最簡單而有效的數據處理方法,由過程曲線可作趨勢分析。如果將變形觀測數據與影響因子進行多元回歸分析和逐步回歸計算,可得到變形與顯著性因子間的函數關系,除作物理解釋外,也可用于變形預報。
(2)變形的幾何分析與物理解釋傳統的方法將變形觀測數據處理分為變形的幾何分析和物理解釋。幾何分析在于描述變形的空間及時間特性,主要包括模型初步鑒別、模型參數估計和模擬統計檢驗及最佳模型選取3個步驟。變形監測網的參考網、相對網在周期觀測下,參考點的穩定性檢驗和目標點和位移值計算是建立變形模型的基礎。變形模型既可根據變形體的物理力學性質和地質信息選取,也可根據點場的位移矢量和變形過程曲線選取。
(3)變形分析與預報的系統論方法用現代系統論為指導進行變形分析與預報是目前研究的一個方向。變形體是一個復雜的系統,它具有多層次高維的灰箱或黑箱式結構,是非線性的,開放性(耗散)的,它還具有隨機性,這種隨機性除包括外界干擾的不確定性外,還表現在對初始狀態的敏感性和系統長期行為的混沌性。此外,還具有自相似性、突變性、自組織性和動態性等特征。
四、工程測量學的發展展望展望21世紀,工程測量學在以下方面將得到顯著發展
1.測量機器人將作為多傳感器集成系統在人工智能方面得到進一步發展,其應用范圍將進一步擴大,影像、圖形和數據處理方面的能力進一步增強;
2.在變形觀測數據處理和大型工程建設中,將發展基于知識的信息系統,并進一步與大地測量、地球物理、工程與水文地質以及土木建筑等學科相結合,解決工程建設中以及運行期間的安全監測、災害防治和環境保護的各種問題。
3.工程測量將從土木工程測量、三維工業測量擴展到人體科學測量,如人體各器官或部位的顯微測量和顯微圖像處理;
4.多傳感器的混合測量系統將得到迅速發展和廣泛應用,如GPS接收機與電子全站儀或測量機器人集成,可在大區域乃至國家范圍內進行無控制網的各種測量工作。
5.GPS、GIS技術將緊密結合工程項目,在勘測、設計、施工管理一體化方面發揮重大作用。
6.大型和復雜結構建筑、設備的三維測量、幾何重構以及質量控制將是工程測量學發展的一個特點。
7.數據處理中數學物理模型的建立、分析和辨識將成為工程測量學專業教育的重要內容。綜上所述,工程測量學的發展,主要表現在從一維、二維到三維、四維,從點信息到面信息獲取,從靜態到動態,從后處理到實時處理,從人眼觀測操作到機器人自動尋標觀測,從大型特種工程到人體測量工程,從高空到地面、地下以及水下,從人工量測到無接觸遙測,從周期觀測到持續測量。測量精度從毫米級到微米乃至納米級。
工程測量學的上述發展將直接對改善人們的生活環境,提高人們的生活質量起重要作用。文獻綜述
一、圓曲線的詳細測設
在各類線路工程彎道處施工，常常會遇到圓曲線的測設工作。目前，圓曲線測設的方法已有多種，如偏角法、切線支距法、弦線支距法等。然而，在實際工作中測設方法的選用要視現場條件、測設數據求算的繁簡、測設工作量的大小，以及測設時儀器和工具情況等因素而定。另外，上述的幾種測設方法，都是先根據輔點的樁號（里程）來計算測設數據，然后再到實地放樣。因此，在實際工作中利用上述傳統測設方法，有時會因地形條件的限制而無法放樣出輔點（如不通視或量距不便等），或放樣出的輔點處無法設置標樁。
在本次畢業設計的論文課題中介紹的幾種圓曲線測設的新方法，不僅計算簡單、測設便捷，而且可在不需要知道曲線上某點里程的情況下進行，從而避免了按預先給定的曲線點反算的測設數據放樣不通視而轉站的麻煩。同時，利用本文介紹的新方法，還可以根據線路工程施工進度的要求，靈活地選擇性地放樣出部分曲線；也可以用于快速地確定曲線上某一加樁的位置；若用于線路驗收測量，則更加方便，驗測結果更具有代表性、更可靠。
二、全站儀在任意站測設圓曲線及方法交點偏角法測設方法
用全站儀任意站測設圓曲線，安置一次儀器就能完成全部工作。雖然外業計算麻煩，但對于不能設站的轉點，可謂方便靈活。但它的不足之處仍然是計算煩鎖，對于不熟悉內業的外業工作者，很難實際操作。如果利用一些程序計算器，編制輸入：AB的四組坐標和半徑、九個數據的程序，可迅速得出放樣數據，簡化了外業工作。
為了放樣工作的便利,可在平面控制網中納入一些放樣點,構成GPS同級全面網。由于放樣點間距離較近,在進行同步環和閉合環檢驗時可僅考慮各分量的較差,而不考慮相對閉合差。因為,用相對閉合差來衡量是不合理的。由于GPS接收機的固定誤差,相位中心偏差以及觀測時的對中誤差均在1mm～5mm之間,對于幾十米的短邊,其相對閉合差值勢必較大。3)平面控制網的設計主要考慮獨立基線的選擇以及異步閉合環的設計,要考慮構成盡可能多的閉合圖形,并將網中處于邊緣的觀測點用獨立基線連接起來,形成封閉圖形。
同理，采用上述思路，也可測設緩和曲線。
在道路、渠道、管線等工程建設中，受地形、地質等條件的限制，線路總是不斷轉向。為使車輛、水流等平穩運行或減緩沖擊，常用圓曲線連接，因而圓曲線測設是線路測設的重要內容。在公路、鐵路的路線圓曲線測設中,一般是在測設出曲線各主點后,隨之在直圓點或圓直點進行圓曲線詳細測設。其測設的方法很多,諸如偏角法、切線支距法、弦線支距法、延弦法等。這些方法有一個共同點:均是在定測階段放樣出的線路交點處設站,以路線后視方向定向,在實地定出曲線主點,然后將儀器置于曲線主點(一般是在曲線起點)處,以路線交點為后視方向定向,進行圓曲線詳細測設。這些方法在實際施測過程中,由于各種地形條件的限制以及施測方法的特點,可能會出現以下三種情況:
(1)在曲線主點處無法設站。
(2)后視方向太近,定向不準。
(3)誤差積累較大。
為此,在交點可以設站的情況下,可以采用一種新的測設方法—交點偏角法。
本文提出的交點偏角法詳細測設圓曲線方法,從上述的計算,測設的方法得知,它具有以下優點:
(1)計算方便、工作量省、易于實現公路測量的自動化。從上述公式推導得知,只要知道待測設點至圓曲線中點間的弧長,便可計算出測設所需的數據;而且上述情況1.1和1.2的計算偏角和待測設點至交點水平距離公式相同,只是外矢距的計算方法不同,容易通過計算機語言編程實現公路測量的自動化。另外,本方法不需在圓曲線主點重新設站,可以在測設圓曲線主點時,同時進行圓曲線詳細測設,故工作量省。
(2)測設方法簡易、易于達到較高的測設精度。一般的測設方法是在交點處設站測設出圓曲線的主點后,再在ZY(或YZ)點設站,以交點方向定向進行圓曲線細部測設。由于圓曲線主點難免會存在誤差,因此測設出的圓曲線誤差會更大;而且在主點設站,后視方向可能較近,定向不準。而交點偏角法只需在交點設站,以線路后視方向定向,容易達到較高的測設精度。新晨：