利用Excel繪制橫斷面線的一種方法

  利用Excel繪制原始地表橫斷面線的一種方法

摘要:本文主要講解通過利用Excel配合外業測量所取得的數據(平面坐標和高程)的特點進行繪制橫斷面地表線的一種方法,這種方法靈活簡便,強度小,效率高,特別適合現場橫斷面測量及復測設計院的原始地表線。

關鍵詞:數據采集內業處理橫斷面繪制

在復測設計院原始橫斷面線形測量中,尤其是在高差陡變頻繁的地區,傳統的測量方法(標桿皮尺法、水準儀法)使外業與內業工作繁瑣且效率低下。本文通過全站儀置鏡於任意控制點測量平面和高程的特點,結合Excel辦公軟體,介紹一種進行內外業一體化的斷面測量方法,這種方法具有靈活簡便、勞力量小效率高的特點,特別適合高差變化大的地區。

何為橫斷面測量?:橫斷面測量是對線路橫向方向剖面的地面起伏進行的測量工作。是在線路上設計院所有提供的斷面樁號橫向樁位垂直於線路中線的水平方向上,分別測量中線兩側各變坡特徵點至中線樁的水平距離和高差(坐標、高程),並據縱斷面裡程和橫斷面面積以計算出挖填的方量。

橫斷面測量介紹:

1、標桿皮尺法:

利用花桿直接測得平距和高差。此法簡便、易行,所以被經常採用,它適用於橫向變化較多較大的地段,但由於測站較多,測量和積累誤差較大。

利用Excel繪制橫斷面線的一種方法

2、水準儀法:

此法適用於施測橫斷面較寬的平坦地區。安置水準儀後,以中線樁地面高程點為後視,以中線樁兩側橫斷面方向的地形特徵點為前視,標尺讀數讀至公分。用皮尺分別量出各特徵點到中線樁的水平距離(也可用視距測量)。高差由後視讀數與前視讀數求差得到。

3、全站儀法:3.1安置全站儀於中樁上,全站儀定向與切線方向垂直。量出至中樁地面的儀器高,直接測出各特徵象限點與中樁間的平距和高差。此法適用於一般地形,必須通視條件好。

測量記錄:表中按路線前進方向分左側和右側,樁號從下往上記錄,表中左側和右側記錄平距和高差,以分數形式記錄分子表示高差,分母表示平距,高差為正號表示上坡,負號表示下坡。

利用Excel繪制橫斷面線的一種方法

3.2安置全站儀於控制點上,全站儀定向於相鄰控制點。量出控制點至儀器高,直接測出斷面樁號橫向各特徵象限點的坐標、高程。此法適用於普片地形,包括地形複雜、山坡陡峻的線路橫斷面測量(也可用GPS動態「RTK」)。

測量記錄:按橫斷面樁號實測的數據記錄,以路線前進方向分左側和右側。

通過以上說明現進一步講解「全站儀法」置鏡於控制點上的測量方法。

示例:復測高速鐵路設計院提供的原始橫斷面線

以下圖示為設計院提供的征地紅線地形圖,橫斷面左右兩邊實測寬度可根據設計院提供的偏距進行復測。

利用Excel繪制橫斷面線的一種方法

工作原理

將全站儀安置於已知平面網控制點上,按照常規測量方法定向於相鄰平面網控制點,然後通過坐標正算原理放樣出測量橫斷面範圍的左右邊樁,最後通過測量法按照從左到右(或從右到左)的方法依次測出變坡特徵點的坐標和高程並記錄(下圖所示)。

測量工作示意圖

利用Excel繪制橫斷面線的一種方法

橫斷面測量數學模型圖示

利用Excel繪制橫斷面線的一種方法

根據上圖提示從左到右(或從右到左)依次測量變坡特徵點的坐標和高程數據(需先放樣好左右任意點邊樁以便前視人員好控制方向),由於是任意點測量所以垂直角度盡量保持到90°左右,數據更準確。

測量記錄手薄填寫

利用Excel繪制橫斷面線的一種方法

通過以上測量方法並得到外業數據,現在進行內業數據處理並繪制橫斷面圖。

設計院提供的原始橫斷面圖,如下所示(原圖包含在附件中):

利用Excel繪制橫斷面線的一種方法

現將外業橫斷面測量數據坐標黏貼到「曲線坐標計算程序VBA 2.3」坐標反算單元格中然後點擊頂部按鈕「點擊反算」。

附表下載鏈接:http://www.fffsky.com/blog/view.asp?id=142

利用Excel繪制橫斷面線的一種方法

通過點擊坐標反算得出了如下結果(裡程、偏距)。在實測高程單元格下黏貼現場實測高程數據,並在「斷面設計中樁高程、裡程範圍樁號」處填寫相應數據。

「斷面設計中樁高程」填寫為需要繪制的(設計提供)橫斷面裡程所對應的原始地表線中樁高程(如果設計院沒有提供原始橫斷面圖這裡的高程可以根據中樁任意點填寫)。

「裡程範圍樁號」的填寫,由於測量方法是通過全站儀在任意控制點上進行,所以從左到右(或從右到左)進行測量時,前視人員跑點橫向方位不一定是100%垂直於中線樁,所以限定了一個取值範圍。

填寫數值如下圖所示

利用Excel繪制橫斷面線的一種方法

通過以上數據處理現將到實測橫斷面線繪制於設計院提供的圖紙上。

AutoCAD版本為:AutoCAD 2007中文版,下載地址:http://dl.dbank.com/c0lkkhsk2o

原理:通過UCS建立用戶測量坐標系,然後將外業數據反算成果按照該坐標零點起進行自動繪圖。

CAD中UCS是什麼?:UCS是用戶坐標系,是用戶可以在繪圖中根據自己的需要來定義坐標軸的方向!使用用戶坐標系(UCS)實際上,所有坐標輸入以及其他許多工具和操作,均參照當前的 UCS。

現在打開AutoCAD在菜單欄上面點擊右鍵彈出下拉式菜單選中ACAD→「UCS、視圖」工具:

利用Excel繪制橫斷面線的一種方法

調用後的「UCS、視圖」工具顯示如下,將這兩個工具用滑鼠拖動到右側工具欄上,然後點擊UCS按鈕進行下一步「用戶坐標」設定。

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點擊UCS按鈕後出現如下提示,然後找到橫斷面圖中DK11+950中樁位置。

利用Excel繪制橫斷面線的一種方法

在DK11+950橫斷面原始地表線的中樁位置(自動提示端點)並點擊此處。

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當提示「指定X軸上的點或<接受>:」時,在這裡將滑鼠指針向上移動並在豎直任意位置點擊確定即可,下圖所示。

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當提示「指定XY平面上的點或<接受>:」時,在這裡將滑鼠指針向右移動並在水平面方向橫向任意點位置點擊確定即可,下圖所示。

利用Excel繪制橫斷面線的一種方法

以下圖示為設定好的相對坐標(UCS),坐標X朝上、坐標Y朝右(測量坐標系):

利用Excel繪制橫斷面線的一種方法

現在返回Excel電子表格並復制「坐標反算」的「高差範圍成圖數據」,點擊下圖左側第一個「復制數據」按鈕即可復制。

利用Excel繪制橫斷面線的一種方法

現在返回AutoCAD界面在命令行中輸入PL並按回車鍵,然後在命令行上面點擊滑鼠右鍵彈出以下對話框選擇「黏貼」即可(可能用Ctrl+V黏貼)。

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以下圖示為成功繪制後的橫斷面線形,紅色線形表示剛剛繪制的橫斷面線。

利用Excel繪制橫斷面線的一種方法

從上圖顯示說明復測的橫斷面線和設計院提供的原始地表橫斷面線幾乎接近一致,所以確定本次復測數據成果準確無誤,也可以總結出設計院提供的原始地表線真實有效。

現在返回Excel電子表格復制「高差範圍展點數據」點擊第二個「復制數據」按鈕,下圖所示:

利用Excel繪制橫斷面線的一種方法

然後返回AutoCAD界面在命令行中輸入PL按回車,並在上面點擊滑鼠右鍵選擇黏貼剛才復制的數據(可用Ctrl+V黏貼)即可展點顯示每個測量點的高程。

利用Excel繪制橫斷面線的一種方法

利用Excel繪制橫斷面線的一種方法

上圖的高程數據顯示為反向效果(由於測量坐標系和數學坐標系相反,所以當相對坐標系建立到測量坐標系的基礎上,標註出來的數據會反向顯示),現在點擊右側工具欄的「視圖」中的「仰視」按鈕即可正常顯示高程數據,如需返回正常界面請點擊右側工具欄中的「俯視」按鈕即可返回原圖樣式:

利用Excel繪制橫斷面線的一種方法

展點後的高程只是作為一個數據參考和對比,並沒有其他作用,若不需要則刪除即可。

提示:復測設計圖的原始橫斷面線形不是一個看似無所謂的測量工作,因為路基的工程造價幾乎70%的份額都在土石方量上面體現,所以復測橫斷面不可馬虎,雖然有繪制橫斷面的專業軟體(如:CASS、緯地等)但是為了確保數據的準確性和保留原始圖形則選擇了這種最基本的橫斷面測量方法(這種方法也是最常用,業主認可的測量方法之一)。

結論:通過全站儀獲取測量外業數據然後利用Excel處理數據繪制橫斷面圖不僅提高了工作效率,降低勞力強度,取得良好的工作效益,還能保證橫斷面的精度。