CASIO—5800P計算器在公路工程測量中的應用

張宗陽，聶長虎

（山東三山公路工程監理咨詢有限公司，山東聊城252000）

0 引言

在高速公路施工測量工作中采用坐標法進行施工放樣，具有不產生積累誤差，可以任意設測站等優點，尤其是全站儀的運用，更體現了它的優越性。坐標法放樣首先是坐標的計算，它面臨龐大的計算量，是實踐運用它首先要克服的難題。為充分發揮CASIO-5800P可編程計算器的作用，本文采用微積分中的辛甫生公式 (分割指數n=4)，利用CASIO-5800P計算器的積分功能,并建立曲線元數據庫，編制了不受線型限制的線路中線和放樣點位坐標計算通用程序。現場直接輸入樁號便可方便地計算出各放樣點坐標及方位角。

1 線形通用坐標和切線方位角的計算公式（見圖1）

圖1 線形通用坐標計算示意圖

如圖1所示，設k(s)為距起點的長度s點處的曲率值，φ(s)是曲線在該點處的切線方向與x軸的夾角，dφ(s)為切向角的變化微元，φ0為起點切線方向與X軸的夾角，ds為線形長度的變化微元。根據微分幾何原理建立如下方程：

積分得：

上式的幾何意義表示曲率圖所包圍的面積為曲線切線方向角的變化值。按圖示直角坐標系進行分解得到：

同樣有：

根據復化辛甫生公式：

令 s=DKi-DKA’I=DKB-DKA得：

代入式（4）得：

式（8）即為線形單元坐標和切線方位角的計算通式。

2 CASIO-5800p計算程序

2.1 程序輸入內容

Prog”CIR DAT”數據庫格式（根據需要起相應程序名）：

最后一行：

Lbl 1:D≠0=>D=1/D△E≠0=>E=1/E△

2.2 程序中符號的意義

A——曲線元起點A的x坐標；

B——曲線元起點A的y坐標；

C——曲線元起點A切線的坐標方位角；

D——曲線元起點A的曲率半徑；

E——曲線元終點B的曲率半徑；

F——曲線元起點A的里程；

G——曲線元終點B的里程；

H——曲線元上待求點i的里程；

O——曲線元偏向（左偏時取-1，右偏時取1）；

X——中線點位縱坐標；

Y——中線點位橫坐標。

注：直線曲率半徑輸入0。

3 程序使用說明

步驟1。屏幕顯示LOAD=1（1表示主線數據庫，2表示A匝道數據庫，依次類推。默認值為1）。根據需要輸入相應數據，調用相應的程序，然后直接進入步驟2。

否則輸入-1，調用Prog”DD”然后依次輸入XA（起點 X坐標），YA（起點 Y坐標），FWJA（起點處切線方位角），RA（起點處曲率半徑），RB（計算段終點處曲率半徑），ZHA（起點里程），ZHB（終點里程），LR（曲線元偏向，左偏取 -1，右偏取 1）。

除非更換曲線元，以后再運行就不再顯示以上數據。

步驟2：屏幕顯示ZH=（輸入放樣點對應中心里程，如59+300.53輸入59300.53即可）。

步驟3：屏幕顯示FWJ（對應里程樁號切線的坐標方位角）。

步驟4：屏幕顯示L1？（放樣點到線路中線長度）。

輸入外移點相對于線路中心距離，有以下幾種模式:

錯誤!未找到引用源。輸入0（默認），表示放樣中心點。

錯誤!未找到引用源。輸入正值，如50，表示外移點距此里程線路前進方向右側50 m（如圖2中A點）。

錯誤!未找到引用源。輸正負值，如-50，表示外移點距此里程線路前進方向左側50 m。

步驟5：屏幕顯示PJ1？（外移點角度）。

輸入角度值是以線路中心為基點，線路前進方向（沿切線）為零方向，順時針旋轉到外移點時角度（圖2中所示 60°）。

圖2 坐標放樣示意圖

步驟6：屏幕顯示L2？

輸入護樁點B至A點距離（圖2中所示30 m）。

步驟7:屏幕顯示PJ2？

輸入以A點為基點，A點與線路中心連線為起始方向，順時針旋轉至護樁點B的角度（圖中所示 270°）。

步驟8:屏幕顯示X=X+VcosJ,Y=Y+VsinJ(放樣點坐標)。

在程序中，如計算中線坐標，則L1、PJ1、L2、PJ2輸入0，如計算A點坐標，則L2、PJ2輸入0。每算完一個待求點的坐標，程序又讓輸入下一點的ZH、L1、PJ1、L2、PJ2。當輸入的 ZH大于 ZHA且小于ZHB時，重復以上2～8步，計算該曲線元相應里程的中線點位坐標及切線的坐標方位角.當輸入的ZH小于ZHA時或大于ZHB時,程序中重復以上1～8步，即可計算另外曲線元相應里程的中線點位坐標及切線的坐標方位角。

該程序既可按里程增加方向計算，也可按里程減少方向計算，計算時要注意曲線的偏向。

4 算例

以日照至南陽高速公路菏澤至關莊段第四合同段莊寨互通立交A匝道坐標計算為例（見表1）:

根據表1,Prog”AZD DAT”如下：

H 189.5=>A=3880341.41:B=475288.189:C=256°28′48.8″:D=0:E=65:F=54:G=189.5:O=1:Goto 1△

…………

H 1082.031=>A=380016.327:B=475638.849:C=129°34′52.8″:D=0:E=0:F=1008.241:G=1082.031:O=-1△

Lbl 1:D≠0=>D=1/D△E≠0=>E=1/E△

計算時LOAD=2，計算結果如表2、表3所列。

5 結語

CASIO-5800P計算器具有操作簡便、容量大的特點，完善了全站儀在公路工程測量中的軟件不足之處。筆者經多年實踐編制出來的上述CASIO-5800P計算器坐標計算程序，建立曲線元數據庫，可同時容納多條曲線的計算，相當于把線路平面圖裝進了計算器。公路外業測量工作不需要再帶線路逐樁坐標資料，只帶一臺CASIO-5800P計算器，輸入里程，即可提供線路任意點坐標，逐點放出，無累積誤差、精度高，不但方便而且及時準確。在公路工程測量中大大提高了外業工作效率，降低了工作強度。

表1 線路設計數據一覽表

表2 計算線路中心點坐標及切線方位角結果一覽表

表3 計算如圖2所示A點及B點坐標一覽表