Метод «опорных элементов»

Основные принципы, соблюдаемые при автоматизированном проектировании плана трассы, состоят в следующем: обязательное использование принципов клотоидного трассирования (принцип «гибкой линейки»); детальная, многовариантная проработка трассы с сопоставлением вариантов по основным показателям и выбором наилучшего решения; обеспечение зрительной плавности и ясности трассы и согласование ее с ландшафтом.

При системно автоматизированном проектировании собственно этап трассирования неразрывно связан со всеми последующими этапами проектирования автомобильной дороги и в значительной степени от них зависит. Общая этапная последовательность автоматизированного проектирования плана автомобильных дорог состоит в следующем:

отработка эскизного варианта трассы. С помощью гибкой линейки - сплайна либо от руки сообразно рельефу и ситуации на крупномасштабном плане наносят плавную линию очередного варианта трассы;

автоматизированное проектирование плана трассы. Выполняют компьютерный расчет геометрических элементов плана, координат магистрального хода, координат главных точек (НК, СК, КК и т.д.), пикетов и промежуточных точек и т.д.;

подготовка черного профиля земли по оси дороги. Черный профиль готовят по фиксированному плану варианта трассы с использованием цифровой модели местности ЦММ;

проектирование продольного профиля. Используя профиль земли по оси дороги, а также другие необходимые данные, устанавливают компьютерным расчетом оптимальное (или рациональное) положение проектной линии продольного профиля;

оценка полученного решения по основным показателям. Вариант оценивают по объемам работ, строительной стоимости, транспортно-эксплуатационным расходам, стоимости отвода земель, затратам на борьбу со снегозаносами, уровням удобства и безопасности движения, эстетическим критериям и т.д.;

корректировка плана трассы с последующим повторным проектированием. На основе всесторонней оценки запроектированного варианта трассы, когда проектировщик не удовлетворен теми или иными показателями (большие объемы работ, высокая строительная стоимость, необеспеченная на некоторых участках зрительная плавность и ясность трассы, высокие транспортно-эксплуатационные расходы, необеспеченная видимость, недопустимо высокие значения итоговых коэффициентов аварийности или слишком низкие значения коэффициентов безопасности и т.д.), недостатки проектного решения устраняют путем корректировки плана трассы (в отдельных случаях только продольного профиля) с последующим повторным проектированием варианта дороги.

Задача трансформации эскизной трассы в последовательность сопряженных между собой элементов клотоидной трассы (клотоид, отрезков клотоид, круговых кривых и прямых) решается автоматизированным компьютерным расчетом с использованием аналитических методов, реализованных на базе специального математического аппарата.

Метод «опорных элементов» является одной из разновидностей «методов однозначно определенной оси» впервые разработан в 60-х годах в Германии. В нашей стране метод реализован в виде пакета прикладных программ Союздорпроекта и состоит в том, что с помощью шаблонов круговых кривых и линейки устанавливают положение опорных элементов (прямых и круговых кривых), наилучшим образом аппроксимирующих эскизную трассу автомобильной дороги (рис. 28.2) и в последующей аналитической их увязке.

Рис. 28.2. Представление опорных элементов по эскизным вариантам плана трассы

К опорным элементам относят прямые и круговые кривые, которые сопрягаются между собой посредством соединительных элементов - клотоид и отрезков клотоид. Опорные элементы могут быть заданы в общей системе координат фиксированно, полуфиксированно и свободно (рис. 28.3).

Фиксированным считают элемент, для которого определены его тип (прямая, либо круговая кривая), радиус и положение в общей системе координат, не допускающее его перемещения в плане (см. рис. 28.3, а).

Полуфиксированным считают элемент, для которого определены его тип и положение в общей системе координат, допускающее вращение вокруг какой-либо его точки (см. рис. 28.3, б).

Свободным считают элемент, для которого задан его тип, но не определено положение в общей системе координат (см. рис. 28.3, в).

Рис. 28.3. Способы задания опорных элементов:
а - фиксированные; б - полуфиксированные; в - свободные

Предусмотренная возможность задания опорных элементов не только фиксированно, но полуфиксированно и свободно сильно облегчает задачу увязки смежных элементов и позволяет принимать округленные значения параметров или длин соединительных кривых. Возможны 16 различных случаев сопряжения опорных элементов, которые по способу задания элементов разделяют на три группы (рис. 28.4):

I группа (рис. 28.4, а) - оба элемента заданы фиксированно;

II группа (см. рис. 28.4, б) - первый элемент задан фиксированно, второй - полуфиксированно;

III - группа (см. рис 28.4, в) - первый и третий элементы заданы фиксированно, второй - свободно.

Рис. 28.4. Схемы расчетных случаев:
1 - трасса дороги; 2 - опорный элемент трассы; 3 - фиксированные точки; 4 - главные точки трассы

Для обеспечения автоматизированного анализа при выборе расчетной схемы сопряжения опорные элементы задают с учетом правила знаков (рис. 28.5).

Последовательность проектирования плана по методу «опорных элементов» состоит в следующем:

пользуясь шаблонами круговых кривых и линейкой, по эскизному варианту плана трассы устанавливают положение опорных элементов, радиусы и способы их задания;

с плана снимают исходную информацию, необходимую для автоматической увязки плана трассы на компьютере;

осуществляют автоматический расчет трассы с выдачей необходимой информации.

В результате получают следующие данные, необходимые для дальнейшего проектирования и для выноса трассы в натуру:

параметры геометрических элементов увязанной трассы;

координаты магистрального хода;

координаты главных и промежуточных точек;

таблицы координат для разбивки трассы от магистрального хода по методу прямоугольных координат, методу засечек и по методу полярных координат.

Одно из достоинств метода «опорных элементов» заключается в возможности непосредственного контроля за параметрами и положением всех элементов трассы.

Рис. 28.5. Правило знаков при задании и расчетах элементов трассы
а - клотоид; б - круговых кривых; в - прямых