南方CASS計算兩期間土方格網(wǎng)相結(jié)合準(zhǔn)確計算土方量

1、南方CASS計算兩期間土方與方格網(wǎng)法土方計算相結(jié)合準(zhǔn)確計算土方量 歐 陸 (榮縣經(jīng)緯國土資源測繪有限公司 四川榮縣 ) 摘 要：單純的方格網(wǎng)法測量土方是將其方格均視為獨立的規(guī)則平面，這與計算場地的實際地形是有差別的，精度也無法評估，有其局限性；而三角網(wǎng)法測量土方量雖然精度高，但可讀性差，客戶不愿采用。針對這種情況，本文采用南方CASS計算兩期間土方與方格網(wǎng)土方計算相結(jié)合的方法計算土方量，既提高了土方測量的效率，又保證了土方計算成果的正確性，很好地解決了這一難題。 關(guān)鍵詞：CASS7.1；方格網(wǎng)法；計算兩期間土方。 在工程建設(shè)中,不管是工業(yè)與民用建筑、道路建設(shè)還是其它工程建設(shè)常需要將自然地貌改造

2、為水平的或一個或多個坡度的場地，以便適用于布置各類建筑物和構(gòu)筑物，這些都涉及到土石方的開挖與回填量的計算問題。隨著數(shù)字測圖技術(shù)的發(fā)展，南方數(shù)碼科技有限公司研發(fā)的地形地籍成圖軟件CASS7.1是目前市面上較常見的一套測量軟件，其中所包含的土方計算功能為大家所普遍使用，它不僅上手容易，內(nèi)業(yè)操作簡便，而且計算結(jié)果準(zhǔn)確性良好,可信度較高，為廣大使用者所認(rèn)可。 土方量的計算，實際上就是計算設(shè)計標(biāo)高與自然地面標(biāo)高之間的土石方體積。設(shè)計面有平面、單一斜面、曲面，其中，對于設(shè)計面是平面和單一斜面的土方量計算，南方CASS7.1中提供了比較簡單的操作方法進(jìn)行計算；而以曲面或連續(xù)不同坡度的斜面作設(shè)計面來計算土方量

3、時，操作就相對復(fù)雜了。南方CASS7.1中提供了DTM法、斷面法、方格網(wǎng)法、等高線法四種計算方法，其中用得最多的是方格網(wǎng)法和DTM法兩種方法，它們各有優(yōu)點，又各有缺點；方格網(wǎng)法計算土方量，成果直觀易懂，是絕大部分客戶的首選方法，但方格網(wǎng)法土方量計算中，一旦確定了方格的邊長，容易出現(xiàn)如圖所示的情況，方格的一端遠(yuǎn)離坎底，另一端正好在坎頂邊，和如圖所示的情況，方格內(nèi)有起伏較大的區(qū)域，該起伏區(qū)域的土方量是沒有進(jìn)行統(tǒng)計的，這就不能滿足計算成果的精度要求。 不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)是數(shù)字地面模型DTM表現(xiàn)形式之一，該法直接利用外業(yè)所采集的地形碎部點、特征點進(jìn)行三角構(gòu)網(wǎng)，對計算區(qū)域按三棱柱法計算土方?；诓灰?guī)

4、則三角形建模是直接利用野外實測的地形特征點(離散點)構(gòu)造出鄰接的三角形，組成不規(guī)則三角網(wǎng)結(jié)構(gòu)。相對于方格網(wǎng)，不規(guī)則三角網(wǎng)具有以下優(yōu)點：直接利用原始數(shù)據(jù)作為網(wǎng)格結(jié)點，三角網(wǎng)中的點 圖1方格網(wǎng)穿過斜坡示意圖 圖2方格網(wǎng)內(nèi)沒參與統(tǒng)計起伏區(qū)域示意圖和線的分布密度和結(jié)構(gòu)完全可以與地表的特征相吻合；不改變原始數(shù)據(jù)和精度；能夠插入地性線以保存原有關(guān)鍵的地形特征,能很好地適應(yīng)復(fù)雜、不規(guī)則地形，從而將地表的特征表現(xiàn)得淋漓盡致等。由此可見，用三角網(wǎng)計算土方量適應(yīng)范圍最廣，精度也是最高的了。但是三角方法計算土方量精度雖高,因其計算過程中數(shù)據(jù)量大,占用大量存儲空間，可讀性也差，實際工作中很少有客戶選擇用三角網(wǎng)法。如何

5、既能滿足客戶的需要，使用方格網(wǎng)法出具測量成果，又要保證土方計算結(jié)果的正確性，提高工作效率，是擺在廣大測量工作者面前的一道難題。筆者在實際工作中，采用CASS7.1“計算兩期間土方”的方法計算出可靠的土方數(shù)據(jù)，并以此指導(dǎo)“方格網(wǎng)土方計算”的方法，很好地解決了這一難題。 計算兩期間土方計算兩期間土方指的是對同一區(qū)域進(jìn)行了兩期測量（我們把設(shè)計面模擬成外業(yè)測量，作為第二期測量；野外原始地形數(shù)據(jù)采集作為第一期測量），利用兩次觀測得到的高程數(shù)據(jù)建模后疊加，計算出該區(qū)域兩期之中的土方變化情況。此方法適用范圍廣，計算精度高，特別適用于原始地形和設(shè)計面都是不規(guī)則表面的情況。1.1 原始地形三角網(wǎng)（第一期三角網(wǎng)）

6、1.1.1 數(shù)據(jù)采集 用于土方計算的數(shù)據(jù)，在野外采集時，密度較一般的地形圖要有所提高，要加強(qiáng)對地形變化點（如坎上、坎下）數(shù)據(jù)的采集工作，使得高程數(shù)據(jù)對地形的表達(dá)更加完整。如果受條件限制，使用的是現(xiàn)有的地形圖，那么一定要對地形圖進(jìn)行二次處理，主要是對地形變化區(qū)域的高程點位進(jìn)行添加和剔除。在完成處理之后，作為原始地形數(shù)據(jù)保存結(jié)果，以便下一步進(jìn)行數(shù)據(jù)的提取和土方計算操作。1.1.2 構(gòu)成第一期三角網(wǎng)： 首先在CASS7.1“繪圖處理”菜單中：定顯示區(qū)改變當(dāng)前圖形比例尺（盡可能使用大比例尺，如1：200、1：500等，這對提高土方量的計算精度很有好處）展高程點圈定計算區(qū)域邊界線和連接地形變化特征線，如

7、：山脊線、山凹線、坡頂坡腳線、陡坎線等（區(qū)域邊界線一要注意閉合，二兩期土方計算的區(qū)域邊界在野外測量時，一般不可能采集的完全相同，但可在內(nèi)業(yè)處理時，調(diào)整到一致，并且采用內(nèi)插法求得每個邊界點的高程數(shù)據(jù)，三切不可進(jìn)行擬合處理，因為擬合過的曲線在進(jìn)行土方計算時會用折線迭代，影響計算結(jié)果的精度1）；然后用CASS7.1“等高線”菜單中：建立DTM選擇邊界線構(gòu)成三角網(wǎng)修改三角網(wǎng)（由于三角網(wǎng)的連接是隨機(jī)的，不排除有一些三角形的連接是不滿足計算要求的，所以需要對生成的三角網(wǎng)進(jìn)行處理，剔除不符合要求的三角形，然后順應(yīng)實際地形的變化對三角網(wǎng)進(jìn)行手工調(diào)整，如圖所示是對穿斜坡時不合理三角網(wǎng)進(jìn)行調(diào)整前、后的示意圖；如圖

8、4所示是對穿陡 (a)調(diào)整前 (b)調(diào)整后 圖三角網(wǎng)穿斜坡調(diào)整前與調(diào)整后的示意圖 (a)調(diào)整前 (b)調(diào)整后 圖4三角網(wǎng)穿陡坎調(diào)整前與調(diào)整后的示意圖坎時不合理三角網(wǎng)進(jìn)行調(diào)整前、后的示意圖。使得生成的模型更加符合實際地貌，在調(diào)整完畢后注意要“修改結(jié)果存盤”）繪制等高線（為確保三角網(wǎng)的準(zhǔn)確性，建議“繪制等高線”看繪制出的等高線正確與否，對三角網(wǎng)進(jìn)行再校正，然后刪除等高線和地形變化特征線所地圖層）三角網(wǎng)存取寫入文件（點擊“寫入文件”時，出現(xiàn)一個“輸入三角網(wǎng)文件名”對話框，指定保存路徑，將區(qū)域內(nèi)已構(gòu)成的三角網(wǎng)做為第一期三角網(wǎng)以.sjw擴(kuò)展名格式保存在指定的文件下，如圖5所示）。1.2 設(shè)計面三角網(wǎng)（第

9、二期三角網(wǎng)）1.2.1 設(shè)計面數(shù)據(jù)采集： 將設(shè)計面模擬成外業(yè)測量的數(shù)據(jù)，即三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件，這只不過不是真正外業(yè)測量所得，而是直接賦值得到，采用的方法是：平面位置用鼠標(biāo)在設(shè)計平面圖上直接指定，手工直 圖5 輸入三角網(wǎng)文件名對話框接輸入高程（CASS7.1中直接用命令“G”或單擊CASS工具欄中的交互展點符號“.91”來提取高程點并追加到到數(shù)據(jù)文件中），這里要注意的是，由于設(shè)計面不是平面，所以每個指定點的高程要計算正確、輸入正確，與野外數(shù)據(jù)采集一樣要有足夠的密度，有坡、坎的，坡頂、坡底，坎上、坎下要相對應(yīng)的加點，將所計算的點逐一追加到設(shè)計面數(shù)據(jù)文件中保存。1.2.2 構(gòu)成第二期三角網(wǎng)： 與生成原

10、始地形三角網(wǎng)（第一期三角網(wǎng)）的流程一樣。最后將設(shè)計面數(shù)據(jù)文件構(gòu)成的三角網(wǎng)做為第二期三角網(wǎng)以.sjw擴(kuò)展名格式保存在指定的文件下。 1.3 計算兩期間土方量 用鼠標(biāo)操作“工程應(yīng)用DTM 法土方計算計算兩期間土方”，根據(jù)電腦的提示在“第一期三角網(wǎng)”時，導(dǎo)入前期的原始地形三角網(wǎng)文件，在提示“第二期三角網(wǎng)”時導(dǎo)入后期的設(shè)計面三角網(wǎng)文件，按回車鍵即得計算結(jié)果。并將土方計算結(jié)果作為可靠的土方量依據(jù)保存，用以指導(dǎo)下一步的方格網(wǎng)法土方計算。2 方格網(wǎng)法土方計算南方CASS7.1軟件中的方格網(wǎng)土方計算法，其具體計算操作如下：首先用閉合的復(fù)合線圈定所要計算土方的區(qū)域（與第一期、二期三角網(wǎng)的區(qū)域邊界必須一致），然后

11、用鼠標(biāo)操作“工程應(yīng)用方格網(wǎng)法土方計算”，在彈出的方格網(wǎng)土方計算對話框中，如圖6所示，首先是導(dǎo)入“高程點坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件”，必須選擇生成第一期三角網(wǎng)的地面點高程數(shù)據(jù)，即原始地形數(shù)據(jù)。然后在“設(shè)計面”欄中，點選“三角網(wǎng)文件”。在導(dǎo)入三角網(wǎng)文件時，一定要選擇以第二期的地面點高程數(shù)據(jù)所構(gòu)成的三角網(wǎng)，即由設(shè)計面數(shù)據(jù)生成的三角網(wǎng)。然后填寫方格網(wǎng) 圖6方格網(wǎng)土方計算對話框 圖7 方格網(wǎng)穿過斜坡調(diào)整后示意圖 圖8 沒參與統(tǒng)計起伏區(qū)域調(diào)整方格網(wǎng)后示意圖的寬度（系統(tǒng)默認(rèn)的是20米），點擊“確定”即計算出該區(qū)域土方量。將該土方量結(jié)果與用計算兩期間土方量所得的結(jié)果相比較，若相差在5%（經(jīng)驗值）以內(nèi)，則方格網(wǎng)土方計算成果是

12、可靠的，可以出據(jù)方格網(wǎng)計算成果。如超出5% ，基本上是由于出現(xiàn)圖1和圖2所示的情況，這時調(diào)整方格網(wǎng)的寬度（地形太破碎的方格網(wǎng)寬度可調(diào)到12米2），使地形變化特征線（如圖1的陡坎，圖2起伏區(qū)域邊線）處在方格的中間（如圖7、圖8所示），從而避免了土方計算出現(xiàn)系統(tǒng)性的誤差，提高了土方計算的精度，（由此可見方格網(wǎng)越小，計算精度越高3）。至到結(jié)果與“計算兩期間土方”的成果相比，差值的比率小于5%，方可提供方格網(wǎng)土方計算成果。3 工程實例在榮縣大佛梧桐水街工程場地平整土方測量中，筆者根據(jù)現(xiàn)場地形采集高程點數(shù)據(jù)，繪制地形略圖，在內(nèi)業(yè)處理時，首先除掉數(shù)據(jù)中錯誤的和含有粗差的點，再用CASS7.1軟件自動生成三

13、角網(wǎng)，然后根據(jù)地形略圖調(diào)整三角網(wǎng)，建立與實際地形相吻合的數(shù)字地面模型，為確保三角網(wǎng)的準(zhǔn)確性，將數(shù)字地面模型生成等高線對所有三角網(wǎng)進(jìn)行再校準(zhǔn)。最后刪除用以校準(zhǔn)三角網(wǎng)的地形地性線圖層(即之前繪制的地形略圖層)和等高線圖層，將三角網(wǎng)作為第一期三角網(wǎng)保存。同理對內(nèi)業(yè)根據(jù)設(shè)計資料完善的設(shè)計面高程數(shù)據(jù)，建立數(shù)字地面模型，將調(diào)整后的三角網(wǎng)作為第二期三角保存。然后用南方CASS7.1軟件“工程應(yīng)用”下拉菜單DTM方格網(wǎng)法計算兩期間土方差值比率挖方量.4.826749.416.8%填方量65.452.113.325.5%總方量.8.926736.116.8% 方格網(wǎng)（20米寬）法與計算兩期間土方法計算成果對比

14、表1 方格網(wǎng)（5米寬）法與計算兩期間土方法計算成果對比 表2 方格網(wǎng)法計算兩期間土方差值比率挖方量.3.83423.52.1%填方量53.252.11.12.1%總方量.5.93422.42.1%法土方計算計算兩期間土方,準(zhǔn)確計算出該區(qū)域的土方量。并以此作為可靠的土方量依據(jù)保存。 然后進(jìn)入圖6所示“方格網(wǎng)土方計算對話框”，在“高程點坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件”中導(dǎo)入生成第一期三角網(wǎng)的原始地形高程點坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件。在“三角網(wǎng)文件”中選擇第二期三角網(wǎng)，即由設(shè)計面數(shù)據(jù)生成的三角網(wǎng)，首先以默認(rèn)的方格寬度20米，進(jìn)行土方量計算。表1是方格網(wǎng)法（20米寬）與計算兩期間土方法成果的對比，從表中可以看出：挖方量差值比率達(dá)到了16.8%，超過了5%，由于測區(qū)地形較為破碎，多坡坎、土丘，方格網(wǎng)寬度過大，顯然是出現(xiàn)了如圖1、圖2所示的情況，從而導(dǎo)致出現(xiàn)大的偏差，于是按照圖7、圖8的做法將方格寬度由20米調(diào)整為5米，再進(jìn)行方格網(wǎng)土方計算，計算結(jié)果如表2所示，從表中可以看出：無論哪個項目，方格網(wǎng)法與計算兩期間土方法差值的比率都在3%以內(nèi)，說明方格網(wǎng)的布設(shè)是比較合理的，方格網(wǎng)土方計算的成果是正確的，可以提交方格網(wǎng)成果資料了。 4 結(jié)束語土方量的計算精度主要取決于采點的密集程度，包括地形