简便高效平面任意线路工程测设装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于工程测量领域，涉及一种简便高效平面任意线路工程测设装置。
【背景技术】
[0002] 线路工程是交通运输建设的基础和关键，两点之间直线最短，故然直线线型是线 路工程最为理想的线路单元，但由于地理、环境及其他诸多因素的制约，现实中的线路工程 往往是复杂得多，由任意曲线组成的线路工程更具有一般代表性，故对于平面任意线路工 程的测设放样就成为线路工程测量任务中的典型工作，具有广泛的实际意义。
[0003] 测量中的地球地面点位的确定一般是通过建立合适的测量坐标系，再通过确定其 坐标来确定地面点位的位置。测量方法有如下几种：
[0004] 1、高斯坐标法也被称为高斯投影法，其原理在于：为了方便工程的规划、设计与施 工，需要把测区投影到平面上来，使测量计算和绘图更加方便。而众所周知，地理坐标是球 面坐标，当测区范围较大时，要建平面坐标系就不能忽略地球曲率的影响。人们普遍采用的 是高斯-克吕格投影（又称高斯正形投影），简称高斯投影。它是由德国数学家高斯提出 的，由克吕格改进的一种分带投影方法。它成功解决了将椭球面转换为平面的问题。如图 1所示，它将概化为一标准的球体的地球的表面投影到一个圆柱柱面上，然后将该圆柱体柱 面沿一条母线（地球赤道的投影线）剪开并展开成一平面图，从而达到将球面上的点转化 为平面上的点这一目的。
[0005] 然而，这种方法也有其弊端，其弊端在于地球的曲率的影响不可避免，为了减小地 球的曲率影响，将球体划分成很多细小的等角度份额，份额越多则影响越小，但工作量越 大。人们常用的是将其划分为60等份，给一等份为6°，并从中央子午线开始将其标号如 Nl带，如此每一带如同一片西瓜皮，展开的西瓜皮不可避免地带有一点翘曲，故如此投影也 有一定的误差。
[0006] 这些误差主要体现在高斯投影所具有的一些特征，即高斯投影虽没有角度变形， 但有长度变形和面积变形，离中央子午线越远，变形就越大。其主要特点有以下三点：
[0007] (1)投影后中央子午线为直线，长度不变形，其余经线投影对称并且凹向于中央子 午线，离中央子午线越远，变形越大。
[0008] (2)赤道的投影也为一直线，并与中央子午线正交，其余的经炜投影为凸向赤道的 对称曲线。
[0009] (3)经炜投影后仍然保持相互垂直的关系，投影后有角度无变形。
[0010] 此坐标系中：中央子午线是纵坐标轴，为X轴，并规定向北（向上）为正方向；赤道 是横坐标轴，为Y轴，并规定向东（向右）为正方向；两轴的交点为坐标原点；角度从纵坐 标轴（X轴）的正向开始按顺时针方向量取，象限也按顺时针编号，分别为第一象限、第二象 限、第三象限和第四象限。在每一小片的地球表面也可以采用相同的方法建立起测量直角 坐标系。各个国家因应用的实际性，建立起有各自的方便测量直角坐标系，我国普遍采用北 京54直角坐标系。北京54直角坐标系是因1954年设立，以北京天安门旗杆所在位为坐标 原点，正北方向为X轴正向，以正东方向为Y轴正向，从而建立起的测量直角坐标系。
[0011] 高斯投影坐标法虽然有因地球曲率所造成的影响，但在较为小的测量地面范围 内，是可以忽略不计的，这个测量范围大概是在方圆10千米。而因为我们的工程范围一般 小于这个值，故可以采用该测量坐标，不用考虑地球的曲率给测量带来误差问题。
[0012] 2、在工程测量实践中，由于工程所在地区可能离北京54测量坐标系原点处很远 的地方，从而为了工程测量的方便有必要进行测量坐标系的平移，同时也有可能因为工程 的特点，为了方便有必要进行测量坐标系的旋转。
[0013] 如图2所示为直角坐标系经平移和旋转之后示意图，如图1所示，坐标系XOY经 平移到点〇'（XwYc)，为新的坐标系Χ'ο'γ'，然后再逆时针旋转θ角，从而成为最终的坐 标系X" 0' Υ"，则在最初坐标系XOY中的任意点M (Xni, YJ在最终坐标系X" 0' Υ"的坐标为 M (X" "，Y" J，根据数学知识可以算得。 Y0+Y" ncos9-X" nsin0
[0015] 通过这种坐标系的平移和旋转，从而可以根据工程设计中的实际情况。
[0016] 3、数学上坐标系主要有直角坐标系和极坐标系两种，测量中也基本一样，也主要 有直角坐标系和极坐标系，极坐标系也直角坐标系一样也有所区别，测量中的极坐标系中， 人们一般以正北方向作为极轴正向，顺时针转的角度为正。
[0017] 由图3所示，我们可以得到对于任意点M，其极坐标与直角坐标的换算公式：
[0018] Xn= p nXcos Θ n；Yn= p nXsin0n〇
[0019] 测量学中还常用到偏角坐标系，但偏角坐标系实质是极坐标系，可以看作是极坐 标系经过平移和旋转而至的极坐标系。对于极坐标系经过平移和旋转之后的情况下，我们 可以通过先进行在新的直角坐标系下的换算关系后，在视为直角坐标系经平移和旋转之后 的与原直角坐标系下的坐标换算。
[0020] 由于工程设计图纸一般都是给定的北京54坐标体系，从而对于极坐标和偏角坐 标等都只是在工程测设放样中实际应用。其平移和旋转后坐标的计算原理相同，找到几何 关系，进行换算。本方法将要求测设放样者能熟练进行坐标系平移和旋转的坐标运算能力， 只有这样，才能根据测设过程中所遇到的实际情况，因地制宜选择测设方案。
[0021] 上述方法都不能解决任意复杂线路的测设问题，因此，需要进行进一步改进。
【发明内容】
[0022] 本实用新型的第一目的是提供一种简便高效平面任意线路工程测设装置，克服现 有技术不能解决任意复杂线路的测设问题的弊端。
[0023] 本发明通过以下技术方案来实现：一种简便高效平面任意线路工程测设装置，包 括三角架、透明平板、望远镜、标尺和指南针，其中，透明平板为两块，叠放在三角架上，透明 平板上装有指南针，标尺与望远镜在透明平板上平行固定在一起，望远镜的视准轴平行于 透明平板，且望远镜与标尺在透明平板上始终沿同一方向转动。
[0024] 进一步的，所述的透明平板的对角线处装有长水准管。
[0025] 进一步的，所述的透明平板底部中央装有铅锤。
[0026] 本技术方案的设计思想为：平面任意线路工程可以认为由任意曲线所组成，无论 其为何种曲线形式，在直角坐标系或极坐标系下都可以归结为曲线方程表达如图4。
[0027] 设该曲线上任意一点M，该点的轨迹即为整体平面任意曲线，在测量直角坐标 系中，该点横Y ni、纵坐标Xni之间的关系即该平面任意线路曲线的数学方程表达式为：Y = f⑴。
[0028] 同样地在极坐标系下，该曲线上的任一点M的极角θη、极径Pn^间的关系即该 平面任意曲线的数学方程表达式为：P = P ( Θ )。
[0029] 测设过程中只需要将坐标系的原点设置放样在工程设计图纸中所给定确切坐标 的已