公路勘察设计中计算制图方法技.docx

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公路勘察设计中计算制图方法技

公路勘察设计中计算与制图方法及技巧

作者：

佚名    文章来源：

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61    更新时间：

2006-10-29    

1.引言：

　　公路勘察设计是一项集野外勘察、测量与室计算、设计、制图等工作为一体的复杂的综合工程。

随着科学技术的不断发展，以往的三角板、计算尺、木质绘图板等已经难以跟上时代步伐，必将被逐渐淘汰，而计算机这一先进的、高效率的生产工具，已经逐步广泛应用于各类建设领域中，由于勘察设计行业自身的工作特点，计算机更应该被广泛充分地开发应用，我们公路勘察设计者尤其应该引起重视。

　　随着现代公路建设的发展，出现了许多计算复杂、而且计算工作量十分巨大的问题，不用说计算尺，即使是用手工加计算器的方式也往往难以完成整个设计计算工作，再者即使是我们常用的普通计算，也普遍需要提高计算的准确率及快捷性，小型计算器计算能力小、计算结果不容易存储和反复应用，利用计算机计算，则可进行全面地连续计算，并循环反复地应用逐个计算结果，也能直观地显示与快速全面地保存，而且最终还可以形成正规的计算表格并打印输出，避免了小型计算器（包括一些可输入公式的计算器）来回手工转抄计算结果，最后还得交付计算机专门去转抄打印，其间往往容易产生各种无意义的纰漏差错，既费时又费力，准确率却低。

因此，利用计算机进行直接地、联动地使用中间计算数据进行“全面后台计算”的方式是必然的发展趋势。

　　近年来，计算数学应用软件及工程设计制图软件突飞猛进、层出不穷，我们一方面不但可以应用其快速地完成复杂冗繁的计算，而且可以对计算数据进行分析、归纳，并做出合理的推理或预测；另一方面，各种设计制图软件又为设计者提供了广阔的平台，不但可以利用之进行精确的制图，更可以利用其空间模型模拟实物，这就犹如建造了一个虚拟却又是实际的、精确的“实验室”，依据它我们可以直观、准确而又快速、简捷地对各种设计方案进行计算、分析、比选，进而得出该方案的可行性以及实际可能产生的效果等等一系列结论。

　　以下结合笔者实际工作中的总结，从工程科学计算与工程设计制图两个方面谈谈公路勘察设计中计算机的具体应用（当然不止这些应用）。

2.工程科学计算

2.1计算地面高程数据

　　在公路勘测以及工程施工中，水平测量是一个重要环节。

在实际工作中测量时应该仔细认真，计算时也来不得半点马虎，否则前功尽弃,如何能快速准确地计算水平高程值得研究。

这里介绍一下笔者工作中利用EXCEL电子表格来计算地面高程的方法，以此方法我们可以建立一个实用模板,从而可以方便快速而又准确地得到水平测量结果。

2.1.1该方法的特点

　　图1所示为笔者建立起的模板界面，A栏为桩号（ZH）栏，B栏为后视（HS）栏，C栏为中间点（ZJ）栏，D栏为前视（QS）栏，E栏为仪器高（YQG）栏，F栏为地面高程（DMG）栏。

我们只需在A栏输入桩号值，在B、C、D栏分别输入所测得的后视点、中间点、前视点的测量值，在地面标高栏输入一个已知点（如BM1为已知水准点）高程，系统即会自动计算每个对应桩号之高程，同时还可以在Sheet2工作表自动生成只有桩号栏与地面高程栏计算结果的工作表。

　　a）显示数据时的界面

　　b）显示公式时的界面

　　图1

　　在输入桩号时，系统只需输入连续数字（例如5678932），系统自动加入K*+***.**的桩号格式；输入前后视、中间点及高程之值只需输入不带小数点的连续数字，系统自动加入三位小数（系统计算结果也以三位小数计）,例如前（后）视为2.133,只需输2133,系统自动处理为2.133，高程输入456123系统自动处理为456.123（米）；在Sheet2工作表自动生成的只有桩号与地面高两栏容的文件，可以很方便地用做其他程序的数据文件（例如，HEAD公路辅助设计系统的*.DMG文件）。

2.1.2计算模板的建立步骤：

　　1.打开EXCEL电子表格应用程序，设置页面，可设纸为A4纸；

　　2.打开工具菜单，在选项栏设置自动设置小数点位数为3位小数；

　　3.选中工作表A栏，打开格式菜单，选中“单元格”，在单元格菜单中选中“数字”栏，自定义单元格格式为“K0+000”；

　　4.选中B、C、D、E、F栏，打开格式菜单，在单元格中设置自定义单元格式为“0.000”；

　　5.在E2单元格输入“=F2+B2+C2”，在F3单元格输入“=E2-C3-D3”，选中E2并复制E2至整个E栏，同样，选中F3并复制F3至F3以下的F栏单元格。

　　6.打开Sheet2工作表，在A1单元格输入“=Sheet！

A1”，在B1单元格输入“=Sheet1！

F1”，选中A1与B1单元格，拖动复制小柄至整个A、B栏，生成的Sheet2如图二示。

　　最后，选择文件菜单，将整个工作薄另存为模板格式，这样，整个模板已全部建成，以后使用时只需“新建”文件，调出模板使用即可。

使用时只需输入后视、中间点及前视的数据，系统自动按照已经建立的公式关系进行新数据的计算，并自动更新计算结果，十分方便快捷。

　　图2Sheet2工作表

2.1.3使用模板时的注意事项：

　　*输入数字可不带小数点（但必须输够位数），系统自动加入3位小数。

BM点高程在DMG栏输入（确保选项编辑为自动加入3位小数。

）；

　　*删除字符应用Del键或用清除快捷键，不可用删除单元格而下或右单元格替代的命令；

　　*Sheet2可以单独存为带空格格式的文本文件，以备其他应用程序之需。

　　2.2计算及编制土石方数量表

　　土石方数量表的计算与编制是路基工程中的重要容，由于土方计算比较繁杂，本桩利用、调配及借方、弃方必须保持一定的平衡关系，在逐桩计算及调配时如果有一处错误，最后在汇总时也不能平衡，一般的手工计算在计算时即十分烦琐，出现错误检查时更是必须从头逐一核对，让计算者感到烦琐而又易于出错。

而利用计算机进行联动计算，则既可以提高计算准确性，又可以十分方便于核对检查，大大节约了人力和工作时间。

　　下面介绍一下笔者在实际工作中利用计算机电子表格软件进行土石方计算的方法。

2.2.1扣路槽后挖填面积的自动分析计算

　　利用EXCEL电子表格，建立土石方计算表的模板，首先应该得到填方与挖方面积数据，这可以从HEAD公路设计系统中的横断面中得到（由于该软件的局限，扣路槽有误，而且土石方计算无法调配，并且只能计算两类填挖材料，因此我们可以使用笔者这里总结的方法），然后进行扣路槽后填挖面积的变换（扣路槽数据也可以利用此电子表格编算一个公式得到，然后粘贴于土石方表的挖、填方扣路槽面积的对应列中），公式如下图所示：

　　图3扣除路槽的自动计算

　　单纯应用公式“扣路槽后挖方面积=原始挖方面积+挖方扣路槽面积”与“扣路槽后填方面积=原始填方面积-填方扣路槽面积”，则扣路槽后的面积填方有可能为负值，因此，必须进行此负值转移为挖方值的步骤，上图中H列与I列即是应用了逻辑函数“if”语句处理这一过程，此公式可总结如下：

　　挖方面积=IF（Gi>0,Fi,Fi-Gi）（说明:

若Gi>0,则填方值为Fi,若Gi<0,则填方值为Fi-Gi）

　　填方面积=IF（Gi<0,0,Gi）（说明:

若Gi<0,则填方值为0,若Gi>0,则填方值为Gi）

　　这样便对F、G列单纯的加减结果进行了修正，得到最终扣路槽后的“挖方面积”与“填方面积”。

2.2.2本桩利用的自动分析计算

　　本桩利用的理在编制程序时时应注意几种填挖土石类型的分配关系，并考虑挖方分类的总量与填方利用时的关系。

可总结程序公式如下表：

　　上表中还可以再加上其它土石类别,并可以自由定制哪一类为优先利用,在此限于篇幅,不再赘述。

2.2.3远运利用调配

　　在得到填缺及挖余的计算结果后，即可以着手进行调配。

调配时可充分利用电子表格中下方状态栏的SUM求和功能，在选中需要调配的一部分挖余数据或者选中需要被调入的填缺一部分数据后，下方状态栏可以即时显示所选中的数据的求和结果，这样我们可以对需要调配的挖余及填缺量进行即时的计算与对比，从而确定调配的位置、方向及数量。

基本公式和方法类似于以上各节所述，在此从略。

　　在调配结束后，可以继续利用该软件的绘图功能，绘出连接线，示意调配方向。

　　值得一提的是，可以在表格打印区外建立公式：

挖方栏+借方栏=填方栏+弃方栏（可以任意对各栏数据乘或除某一松实系数，从而使天然方与压石方得到换算，使其可以相加），此公式可以在每一行都建立，从而对每行随时都进行了闭合验算，随时纠正可能的失误。

2.2.4土石方表最后的编制修整

　　对中间的计算结果可以利用隐藏列的方法，只留下正式表格需要的行列，即可生成我们所需要的正式表格。

图4是利用上述方法生成的土石方计算样表。

　　在确认无误后，即可打印输出标准土石方计算表。

　　我们还可对对逐桩号数据及调配示意等容进行隐藏，只留下每公里小计栏目，这样即可得到每公里土石方数量表。

　　土石方计算表机上预览

　　图4

2.3应用函数语句进行数据分析计算简介

　　上面介绍了利用计算机进行公路设计计算的部分功能，当然这只是很小的一部分功能，我们可以类似地求解其他各种问题，例如编制路面表、直线曲线转角表、等等。

我们还可以开发利用其他软件来进行更复杂的运算，例如公路交通量的预测计算，公路经济评价指标的计算，公路道路、隧道灯光照明的计算等等。

在这些计算中，函数是最基本的程序计算元素，常常会用到。

　　所谓函数实际是一些预定义的公式，它们使用一些称为参数的特定数值按特定的顺序或结构进行计算。

例如，SUM函数对单元格或单元格区域进行加法运算，IF函数为逻辑函数，它按照给定的条件返回符合条件的数值。

函数中的参数可以是数字、文本、形如TRUE或FALSE的逻辑值、形如#N/A的错误值，给定的参数必须能产生有效的值，参数也可以是公式或其它函数。

函数的结构以函数名称开始，后面是左圆括号、以逗号分隔的参数和右圆括号。

如果函数以公式的形式出现，则在函数名称前面键入等号（=）。

　　SUM函数格式为“=SUM（A1，C10）”，它表示对A行1列到C行10列区域的数据进行求和运算。

逻辑函数IF检查的条件要么为真要么为假。

如果条件为真，则函数返回某一值；如果条件为假，则函数将返回另一值。

此函数包含三个参数：

要检查的条件、当条件为真时的返回值和条件为假时的返回值。

　　格式为：

=IF（logical_test,value_if_true,value_if_false）

　　在上述扣路槽计算及本桩利用的计算中，我们都使用到了IF函数语句。

　　例如：

表1中的“=IF（Q4<$R4,P4,IF（P4/0.84<$R4,P4,$R4*0.84））”，这是一个双重嵌套IF函数语句。

在远运利用调配、每公里小计及总计中都要用到SUM函数。

　　在公路经济分析评价中，我们还可以应用一些统计分析函数，例如：

FORECAST，它可以根据给定的数据计算或预测未来值。

此预测值为基于一系列已知的x值推导出的y值。

在以数组或数据区域的形式给定x值和y值后，则返回基于x的线性回归预测值。

使用此函数可以对未来交通量发展趋势及经济效益情况进行预测。

　　语法：

　　FORECAST（x,known_y's,known_x's）

　　X为需要进行预测的数据点。

　　Known_y's为因变量数组或数据区域。

　　Known_x's为自变量数组或数据区域。

2.4概率分析计算简介

概率分析是研究不确定因素变化发生可能性的大小，以及在这种可能性下对评价指标的影响程度及获得收益的概率。

这样的计算具有一定的数据复杂性与随机性，利用计算机计算是最好的方法。

　　我们可以建立概率分析模型，量化各因素对经济评价指标的影响程度。

其形式如下：

　　设随机