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1、第一部分 纬地道路辅助设计系统教程第三章 路线及立交平面线形设计3.1 前言在HintCAD系统中平面的设计主要采用两种方法，即曲线设计法和交点设计法，前者适用于互通式立体交叉的平面线位设计，而后者适用于公路主线的设计（类似于典型的交点转角的设计方法）。用户可根据情况分别采用，两者也可穿插使用，其数据可以相互转化。平面设计是HintCAD的主要功能，要很好地掌握和应用平面设计功能，需先理解本系统所应用的路线与互通立交平面的曲线设计思想。立交平面设计采用的是以线元相互首尾搭接（积木法），再辅以起终点接线约束和终点智能化自动接线的方法；主线平面设计仍以线元为最终计算单元，采用“缓圆缓”三线元捆绑结
2、构的可组合式交点曲线模型进行设计，并结合设计需求开发有多种反算模式。动态可视化设计与修改，是道路CAD设计的主要发展方向，HintCAD系统中，利用实时拖动技术，在动态可视化设计方面进行了大量的探索和实践。“实时拖动”是本系统平面设计以及纵断面拉坡设计的核心，您只有在熟悉和掌握了本系统的各种“拖动”功能之后，才能真正体会到本系统在这些方面的优越性能。关于HintCAD平面设计思想和方法的论文互通式立交动态可视化设计研究和公路路线的交点曲线计算法先后在公路1999.9期和国外公路1999.6期杂志发表，可供参考，见附录。3.2 平面线形设计方法之一“曲线设计法”公路路线与立交的线形可由三种基本曲
3、线段相互搭接组成，圆曲线、缓和曲线（回旋线）和直线。每一基本曲线段由以下几项参数来加以确定描述：Z&Y曲线在前进方向上向左或向右P曲线在横向错移值S曲线段的长度，正值表示曲线的弦长，负值表示曲线弧长A曲线段回旋线参数值，直线和圆曲线为0RO曲线段起始曲率半径，为非零值，9999表示曲率半径为无穷大（输入0或负值也均被认为是无穷大）RD曲线段终点的曲率半径，为非零值，9999表示曲率半径为无穷大这里为了便于说明，将所有曲线类型归为以下几类，见表3-1，括号内为各参数的取值范围。表3-1曲线单元ZPSARORDA类：直线段-1,1(+，)(S0)(A=0)(RO=9999)(RD=9999)B类：
4、圆曲线-1,1(+，)(S0)(A=0)(RO0)(RD=RO)C类：回旋曲线(RO)-1,1(+，)(S=0或S0)(A0或A0)(RO0)(RD=9999)D类：回旋曲线( RO)-1,1(+，)(S=0或S0)(A0或A0)(RO=9999)(RD0)E类：回旋曲线(RORD)-1,1(+，)(S=0或S0)(A0或A0)(RO0和RORD)(RD0)F类：回旋曲线(RORD)-1,1(+，)(S=0或S0)(A0或A0)(RO0和RORD)(RD0)平面线形由以上三种基本曲线相互搭接组合而成，而起点接线约束和终点的接线约束确定了本立交线形与其他立交匝道或主线之间的相对关系。说明： 本手
5、册所述之缓和曲线均为回旋曲线。 本章节所述及公路路线与立交设计方法（两种）仅是本系统中线形设计方法的一种划分和描述。 用户在使用本系统绘图时，请切记：不要手工修改AutoCAD的系统单位（Units）设置，HintCAD在加载之后会自动设置该项控制；确保系统成图所要用到的各个图层处于打开和非加锁状态；确保关闭所有自动捕捉方式；如需控制系统生成图表中数据小数点后是否出现“.000”或“.00”，请修改AutoCAD系统变量“DIMZIN”值。 本系统中曲线、坐标、长度等单位均采用“米”为单位；边坡、横坡等坡度均采用1:X，只输入其中的X。 AutoCAD是双精度图形平台，所以用户在精确绘图的同时
6、已完成一定的数据计算工作，所需要的许多数据，可以直接从图形屏幕上读取，其精度绝对不低于计算得到的结果。例如：对缓和曲线的计算，对复杂线形时曲线加宽或平移后坐标、距离及长度等的计算，不过请您注意“曲线模拟步长”这一控制。3.3 立交平面线位设计3.3.1 立交平面线形设计对话框菜单：设计立交平面设计命令：Ht立交平面线形设计对话框，如图3-1所示。图3-1“立交平面设计”启动后自动读入当前项目所指定的平面曲线数据文件（*.pm）。其中“存盘”和“另存”按钮用于在用户完成该平面线位的设计与调整之后将当前数据保存到数据文件中。“起始方式:”列表为本线形的起点接线方式，其后的“X0”、“Y0”、“X1
7、”、“Y1”和“选取文件”按钮及编辑框分别用于输入、显示不同起始方式下的线形起点接线控制数据。用户可以根据所要设计的线形实际情况，选择不同的起点接线方式。横向滚动条控制向前和向后翻动数据表，“插入”、“删除”按钮分别控制在任意位置插入和删除一段曲线段，“拾取起点数据”和“拾取终点数据”分别根据不同的起点接线方式和终点接线方式直接拾取不同的坐标数据和目标实体数据。考虑到对话框布局的需要，曲线数据表只显示三段曲线段（分别对应为三行）的数据，每一行行首的小单选框为曲线段拖动选择钮，其后分别为曲线段编号（No xx）、左右转向（Z &Y）、横向错移值（P）、曲线段长度（S）、曲线参数（A）、曲线段起点
8、曲率半径（RO）、曲线段终点曲率半径（RD）。“终止方式:”选择列表中用户可以根据实际需要选择不同的线形终点接线类型，其控制数据分别在“X2”、“Y2”、“X3”、“Y3”编辑框中输入和显示，默认为“不接线”方式，即不进行终点接线计算。“实时拖动”用于完成平面线形实时拖动修改功能，可以根据用户所选择的不同曲线类型及曲线参数进行实时拖动接线计算和试算。“测试”使用户可以直接根据拖动中的实际情况输入接线参数的目标值和试算范围，程序将自动完成试算操作功能。“计算显示”将完成当前输入数据的记忆、整个线形的几何计算及接线计算，并在当前图形屏幕显示整个设计线形及各段曲线参数、控制点桩号及百米桩号等。“确定
9、”按钮首先关闭对话框，然后记忆当前输入数据并进行整个线形的几何计算，但是所有的记忆和计算都在计算机内存中进行，如果需要将数据永久保存到数据文件，必须点击“另存”或“存盘”按钮。“取消”按钮可以关闭此对话框，同时当前对话框中数据的改动也被取消。3.3.2 曲线计算与显示控制图3-2立交平面线形设计对话框中“控制”为线形计算与显示控制按钮，点取“控制”按钮后，当前屏幕将出现如图3-2所示嵌套对话框。其中“计算控制”栏中的“线元连续计算”为曲线线形计算控制按钮，它控制在曲线计算和显示过程中程序是否把每段曲线段进行曲线线形连续计算；“匝道线形编号:”框中输入、显示当前线形的编号名称，例如：“A”表示为
10、A匝道线形，“MR”表示为主线线形。在“匝道起始桩号”框中输入或者修改当前曲线线形设计的起点桩号。“绘图与标注”中“重绘刷新”和“绘设计线”选项，控制系统在点取主对话框中“计算显示”按钮后，程序是否在当前屏幕重新刷新绘制整个设计线形实体。“绘交点线”控制是否绘制各曲线段之间交点的连线。“曲线模拟步长”控制在用户点取主对话框中“计算显示”按钮后，程序在重新绘制整个设计线形过程中对缓和曲线近似绘制的步长，“曲线模拟步长”在未设置状态下时，其默认步长为1.0m；“标注公里百米桩”控制在绘制设计线形过程对各控制点及百米桩等的桩号标注与否及标注字体高度。“曲线要素点”控制对各要素点是否进行点位的标注及标
11、注符号的大小。“曲线参数”控制是否标注各曲线段的曲线参数值及其字体高度。“标注位置:”控制百米桩和曲线要素桩号等数据标注于线形的左、右侧或平曲线内侧。其中“百米桩”标注选项，用户可以选择标注百米桩、五十米桩、二十五米桩、二十米桩、十米桩等。3.4 四种起点接线方式任意一段路线或一条匝道，它的起点均存在一定的控制或约束条件，这里暂归为以下四种。3.4.1 两点直线接线方式（选取起点接线“起始方式”中的“两点直线”方式）通过键盘或在平面线位对话框中点取 “拾取起始数据”在图形屏上点取两点等方式，在输入框“X0”、“Y0”、“X1”、“Y1”中输入两点坐标来确定匝道的起点位置和方位角。程序以从第一点
12、到第二点的方位角为起点方位角，以第二点为起点位置。如图3-3所示。图3-33.4.2 一点加方位角的接线方式（选取起点接线“起始方式”中的“点加方位角”方式）通过键盘和在平面线位对话框中点取“拾取起始数据”在图形屏上点取一点，在输入框“Alpha”、“X1”、“Y1”中输入一点和一方位角作为立交的起点位置和方位角。如图3-4所示。图3-43.4.3 已知约束匝道的两桩号及横向支距接线方式（选取起点接线“起始方式”中的“文件控制_1”方式）通过键盘或点取“选取文件”按钮或在其后的编辑框中输入约束匝道的平面线位数据文件名，在“Sta0”和“Sta1”框中输入约束匝道上的两桩号值，并在其后对应的“Y
13、0”、“Y1”框中输入横向支距。程序将自行搜索已知匝道平面线位数据文件，并计算两桩号点的平面坐标和其切线方位角。以约束匝道的第二桩号横向错移后的位置为本匝道的起点位置，以约束匝道上第一桩号和第二桩号横向错移后的连线方位角为本匝道的起点方位角。如图3-5所示。图3-53.4.4 已知约束匝道的一桩号及其方位角偏移值的接线方式（选取起点接线“起始方式”中的“文件控制_2”方式）通过键盘或点取“选取文件”按钮或在其后的编辑框中输入约束匝道的平面线位数据文件名，在“Sta1”、“Alpha”框中输入约束匝道上的一桩号值和相对其切线方位角的角度偏移值（正值表示向右偏移，负值反之），程序将以约束匝道上给定
14、桩号的位置作为本匝道的起点位置，以其切线方位角加角度偏移值作为本匝道的起点方位角。如图3-6所示。图3-63.5 中间曲线段数据输入与搭接前面叙及本程序采用曲线段积木式搭接的计算方式，任意曲线段（直线、圆曲线、回旋曲线）均由以下参数加以控制：P（左右横向错移值），S（曲线段长度），A（缓和曲线参数值），RO（起始点曲率半经），RD（终点曲率半经）。在立交平面线形设计对话框中间是三行中间曲线段数据输入显示栏，分别控制每一曲线段的转向、横向错移值、曲线长度、曲线参数、曲线的起始曲率半径和终止曲率半径（每一行前还设有一拖动标志），用户分别在中间曲线段数据输入显示栏中输入曲线段的各项控制参数（必须输入
15、程序所规定的正确数据）。点按“前页”和“后页”按钮或者用鼠标拖动滑动块可以向前和向后翻动中间每一曲线单元的数据，“插入”、“删除”按钮可完成任意中间曲线段的插入和删除操作。在HintCAD5.0版本中，“立交平面设计”对话框中增加了“拾取”按钮。它的功能是将用户在屏幕上绘制的直线（或曲线）线元图形直接转换为立交平面线形设计中的中间曲线段数据，可以连续拾取，前提是这些线元图形的方向（曲率）必须是连续的，也就是说前一基本线元的终止方位角（曲率）即为下一基本线元的起始方位角（曲率），这和路线线元积木式搭接的要求是一致的。如下图36A所示，点击主对话框中的“拾取”按钮，鼠标点取图形屏幕中所绘线元（如图中的直线段1），图中会出现一个红色箭头表示路线前进方向，移动鼠标可以改变路线前进方向，点击鼠标左键完成拾取。接着可以继续点击“拾取”按钮依次拾取连续的线元（如图中的园曲线和直线段2），拾取的图形线元数据在立交平面设计
