圆曲线计算的一种新方法

所属栏目:数学论文 发布日期:2013-03-14 08:52 热度:

  摘 要:本文对具有缓和曲线的圆曲线的计算,推导了一种新的方法,对于理论计算及实际应用都有一定的帮助。

  关键词:圆曲线,计算,方法

  一﹑前言

  目前在道路中线坐标的计算方面涉及到很多圆曲线﹑缓和曲线的计算问题,有些计算过程很麻烦,尤其是带缓和曲线的圆曲线的计算,关于缓和曲线中的圆曲线段坐标计算的较普遍数学模型如下:

  这一模型是目前计算具有缓和曲线的圆曲线的权威公式,在一般的道路桥梁测量中也被广泛应用,其缺点在于需用台劳级数展开,精度与取位有关,而且计算繁杂。

  二﹑原理

  1.无缓和曲线的圆曲线的计算

  如图1所示,为一段无缓和曲线的圆曲线。在如图所建立的直角坐标系中,圆曲线右偏角为 ,根据圆的切线原理,圆曲线上弧ZY-YZ所对的圆心角也为 ,YZ点的坐标为:

  同理,QZ点的坐标为

  式中: ——圆曲线半径;

  ——圆曲线偏向角。

  设点 是圆曲线上的任意一点, 为ZY点至该点的圆弧所对的圆心角,则该点的坐标为:

  其中,

  若以角度法表示,则

  式中: —— 点到ZY点的距离,也即两点的里程差。

  2.有缓和曲线的圆曲线的计算

  如图2所示为一段带缓和曲线的圆曲线,在如图建立的两个直角坐标系中,X-Y是以缓和曲线的ZH点为坐标原点,而X’-Y’是以HY点为坐标原点。点 是圆曲线段上的任意一点,在以HY点为坐标原点的坐标系中,相当于不存在缓和曲线,故可以按上面的方法同理算出 点的坐标为:

  式中: ——圆曲线半径

  ——HY点到 点的圆弧所对的圆心角

  同样,这里的 ,而 为 点到HY点的距离,也即两点的里程差。

  如图2所示,缓和曲线的右偏角为 (弧度),则

  角 为HY-QZ段圆弧所对应的圆心角,则

  式中: ——曲线长

  ——缓和曲线长

  假设图2中两坐标系的夹角为 ,则

  依据《现代路线工程测量》书中式(1-34),可知HY点的坐标为:

  再由坐标转换公式(见书中式(3-36)),可得到的最终坐标为:

  三﹑结论

  利用上述推导的(11)式来对具有缓和曲线的圆曲线进行计算,可以避免台劳级数的展开,降低了计算的复杂程度,也不存在取位问题,可大大提高精度,在实践中也可以更好地满足高精度施工的要求。

  参考文献

  [1] 李青岳 陈永奇主编,《工程测量学》,测绘出版社,1995

  [2] 李正中等编著,《现代路线工程测量》,教育科学出版社,2000

  本文选自《语数外学习》。  《语数外学习》杂志1985年创刊,内容丰富新颖,版式精美独特,四封、环衬之设计富有艺术感染力,栏目别致,题材广阔,力求以新视角去体现时代特征,用真情感去回应青年心声,进而为高等院校、高职院校,中等职业及中小学等院校的教育工作者发表各类原创性的学术理论、成果综述、评职、晋级等方面提供主阵地。
 

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