土石方測量方案

-.z.土石方測量方案添寶建立二Ｏ一七年一月一、概述土方量的計算是工程施工的一個重要步驟。工程施工前的設計階段必須對土石方量進展預算,它直接關系到工程的費用概算及方案選優(yōu)。在現(xiàn)實中的一些工程工程中，因土方量計算的準確性而產(chǎn)生的糾紛也是經(jīng)常遇到的。一、高程點測量及地形圖修測外業(yè)測量對土石方計算和準確性至關重要，所以在計算前應對現(xiàn)場進展實地測量，測量數(shù)據(jù)必須要格把關，務必到達標準要求。其過程按1：500地形測量要求控制并增加高程點采集。〔一〕作業(yè)技術依據(jù)1、"工程測量標準"〔GB5002—93〕〔簡稱"標準〞〕2、"1:5001:10001:2000地形圖圖式"〔GB/T7929—1995〕3、"全球定位系統(tǒng)城市測量技術規(guī)程"〔CJJ73－97〕〔二〕導線點控制測量1、根據(jù)工程已有控制點情況良好情況下做導線控制測量。2、加密控制在首級控制點的根底上按Ⅰ、Ⅱ級導線、圖根點分級進展，標志采用簡易標志，Ⅰ級導線點按Ⅰ01、Ⅰ02……進展編號，Ⅱ級導線點按Ⅱ01、Ⅱ02……流水編號，圖根點按T1、T2……流水編號。3、導線測量主要技術要求等級導線長度(km)平均邊長(km)測角中誤差(″)測距中誤差(mm)測距相對中誤差測回數(shù)方位角閉合差(″)相對閉合差DJ1DJ2DJ3一級40.5515≤1/30000_2410≤1/15000二級2.40.25815≤1/14000_1316≤1/10000三級1.20.11215≤1/7000_1224≤1/50004、控制測量的觀測均采用日本拓普康全站儀進展〔已鑒定為Ⅰ級全站儀〕。水平方向觀測的技術要求為：等級儀器型號光學測微器兩次重合讀數(shù)之差(″)半測回歸零差(″)一測回中2倍照準差變動(″)同一方向值各測回較差(″)一級導線及以下DJ2—121812DJ6—18—245、Ⅰ、Ⅱ級導線點高程控制測量采用全站儀測距三角高程測量，精度按5等要求，其技術指標為儀器垂直角測回數(shù)指標差較差垂直角較差對向觀測高差較差附合或環(huán)形閉合差SET21102(對向)≤10≤1060(mm)30(mm)6、Ⅰ、Ⅱ級導線的平差計算采用"平差易"專門軟件進展〔南方測繪儀器公司〕，平差結(jié)果以平差報告輸出。圖根點成果利用全站儀自動記錄計算，不保存中間觀測成果?！踩矴PS控制網(wǎng)觀測技術要求對工程區(qū)域控制點情況較差的采用GPS控制網(wǎng)觀測。1、儀器選型GPS觀測采用美國Trimble公司的TrimbleGPS－5700雙頻接收機，標稱精度為5mm+1ppm。所有儀器在觀測前均按標準有關規(guī)定進展檢測。2、儀器檢驗一臺套TrimbleGPS－5700雙頻接收機同國家光電測距儀檢測中心檢測，檢測工程有：靜態(tài)測量精度、靜態(tài)測量重復精度、接收機內(nèi)部噪聲水平、天線相位中心與幾何中心一致性等。檢定結(jié)果四臺套GPS雙頻接收機均合格，可以應用于生產(chǎn)。3、GPS觀測技術要求〔1〕觀測采用美國Trimble公司的TrimbleGPS－5700雙頻接收機〔一臺套〕；〔2〕衛(wèi)星高度角大于15°，有效觀測衛(wèi)星數(shù)大于4顆，平均重復設站數(shù)大于2，獨立閉合環(huán)邊數(shù)小于5條，同步觀測時段長度為90分鐘，數(shù)據(jù)采樣間隔為15秒，儀器對中誤差不大于1mm，天線高量測誤差小于2mm；〔3〕作業(yè)前應編制GPS衛(wèi)星可見性預報表，選擇最正確觀測時段。根據(jù)接收機臺數(shù)，網(wǎng)形等編制作業(yè)調(diào)度表?！踩掣叱厅c地形及圖修測1、采用全站儀全野外數(shù)字采樣、用計算機配合專門軟件成圖。2、成圖圖幅一般為50cm×50cm3、高程點的密度以滿足土方計算、地物、地貌的測繪為原則，本工程按2米×2米布置，通視良好且地形簡單平坦區(qū)可適當放稀為3米×3米。4、高程點及地形圖修測根本精度及要求1、根本等高距選用0.2、圖根點對于起算點的平面位置中誤差不超過圖上0.1mm，高程中誤差不超過5cm；3、圖上地物點的點位中誤差按"標準〞4.1.54、高程注記點圖上應分布均勻，每平方分米不少于8~12點。圖根、碎部點高程均取至厘米注記。鐵路、公路中心線交織排列注記。溝渠底高程圖上注記間隔10cm取水頭部、取水管、泵房，道路、邊坡等等都應測注高程。二、土石方計算高程點及數(shù)字化地形圖完成前方進展內(nèi)業(yè)計算，根據(jù)本工程實際情況，采用方法為：方格網(wǎng)法、斷面法、區(qū)域土方量平衡法和平均高程法等。在較為平坦的平原區(qū)和地形起伏不大的場地，宜采用方格網(wǎng)法。這種方法計算的數(shù)據(jù)量小，計算速度快，省卻了DTM法龐大的數(shù)據(jù)存儲量。在狹長地帶，比方公路、水渠等則適宜使用斷面法進展計算土方量。在地形起伏較大、精度要求高的一些山區(qū)則需要用到TIN的計算方法。但是也要考慮到，如果地圖本身數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)儲存量的問題?？傊?，在對土方量進展計算時，要考慮到地形特征、精度要求以及施工本錢等方面的情況，選擇適宜的計算方法，到達最優(yōu)的目的〔一〕斷面法當?shù)匦螐碗s起伏變化較大，或地狹長、挖填深度較大且不規(guī)則的地段，宜選擇橫斷面法進展土方量計算。上圖為一渠道的測量圖形，利用橫斷面法進展計算土方量時，可根據(jù)渠LL，按一定的長度L設橫斷面A1、A2、A3……Ai等。斷面法的表達式為(1)在〔1〕式中，Ai-1，Ai分別為第i單元渠段起終斷面的填(或挖)方面積；Li為渠段長；Vi為填(或挖)方體積。土石方量精度與間距L的長度有關，L越小，精度就越高。但是這種方法計算量大,尤其是在范圍較大、精度要求高的情況下更為明顯;假設是為了減少計算量而加大斷面間隔，就會降低計算結(jié)果的精度;所以斷面法存在著計算精度和計算速度的矛盾?！捕撤礁窬W(wǎng)法計算對于大面積的土石方估算以及一些地形起伏較小、坡度變化平緩的場地適宜用格網(wǎng)法。這種方法是將場地劃分成假設干個正方形格網(wǎng)，然后計算每個四棱柱的體積，從而將所有四棱柱的體積匯總得到總的土方量。在傳統(tǒng)的方格網(wǎng)計算中，土方量的計算精度不高。現(xiàn)在我們引入一種新的高程內(nèi)插的方法，即楊赤中濾波推估法。1、楊赤中推估法楊赤中濾波與推估法就是在復合變量理論的根底上，對離散點數(shù)據(jù)進展二項式加權游動平均，然后在濾波的根底上，建立隨即特征函數(shù)和估值協(xié)方差函數(shù)，對待估點的屬性值〔如高程等〕進展推估。2、待估點高程值的計算首先繪方格網(wǎng),然后根據(jù)一定范圍內(nèi)的各高程觀測值推估方格中心O的高程值。繪制方格時要根據(jù)場地范圍繪制。由離散高程點計算待估點高程為〔2〕其中，為參加估值計算的各離散點高程觀測值，為各點估值系數(shù)。而后進一步求得最優(yōu)估值系數(shù)，進而得到最優(yōu)的高程估值。3、挖〔填〕土石方量區(qū)域面積的計算如果，土石方量計算的面積為不規(guī)則邊界的多邊形。則在面積進展計算時，先對判斷方格網(wǎng)中心點是否在多邊形內(nèi)，如果在，則就要計算該格網(wǎng)的面積，否則可以將該格網(wǎng)面積略去。如圖3所示，首先對格網(wǎng)中心點P進展判斷，可以采用垂線法，即過P〔〕點作平行于y軸向下的射線設多邊形任意一邊的端點為，令(1)當δ<0時，假設y>，則射線與該邊有交點,否則無交點,假設y=，則知P在多邊形上。(2)當δ=0時，假設*=，則當y>時，二者有交點()，當y<時，不予考慮。當y=時，說明P在多邊形上。假設*=，方法同上。(3)當δ>0時，不予考慮。對多邊形各邊進展上述判斷，并統(tǒng)計其交點個數(shù)m，當m為奇數(shù)時，則P在多邊形內(nèi)部，否則P不在多邊形內(nèi)部。通過對圖中、點的判斷可以知道，位于多邊形內(nèi)，位于多邊形外。則，所在的格網(wǎng)的面積要進展計算，而所在的格網(wǎng)的面積則可以略去。然后利用楊赤中濾波推估法求得的每個方格網(wǎng)的中心點的高程值與格網(wǎng)面積進展計算。即=〔3〕ij表示第i行j列的小方格網(wǎng)，a，b為格網(wǎng)的邊長，最后匯總土方量?！踩矰TM法〔不規(guī)則三角網(wǎng)法〕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，該法利用實測地形碎部點、特征點進展三角構(gòu)網(wǎng)，對計算區(qū)域按三棱柱法計算土方?；诓灰?guī)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)構(gòu)造。相對于規(guī)則格網(wǎng)，不規(guī)則三角網(wǎng)具有以下優(yōu)點：三角網(wǎng)中的點和線的分布密度和構(gòu)造完全可以與地表的特征相協(xié)調(diào)，直接利用原始資料作為網(wǎng)格結(jié)點;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鍵的地形特征,以及能很好地適應復雜、不規(guī)則地形，從而將地表的特征表現(xiàn)得淋漓盡致等。因此在利用T1N算出的土方量時就大大提高了計算的精度。1、三角網(wǎng)的構(gòu)建對于不規(guī)則三角網(wǎng)的構(gòu)建在這里采用兩級建網(wǎng)方式。第一步，進展包括地形特征點在內(nèi)的散點的初級構(gòu)網(wǎng)。一般來說，傳統(tǒng)的TIN生成算法主要有邊擴展法,點插入法,遞歸分割法等,以及它們的改良算法。在此僅簡單介紹一下邊擴展法。所謂邊擴展法，就是指先從點集中選擇一點作為起始三角形的一個端點，然后找離它距離最近的點連成一個邊,以該邊為根底,遵循角度最大原則或距離最小原則找到第三個點,形成初始三角形。由起始三角形的三邊依次往外擴展,并進展是否重復的檢測，最后將點集內(nèi)所有的離散點構(gòu)成三角網(wǎng)，直到所有建立的三角形的邊都擴展過為止。在生成三角網(wǎng)后調(diào)用局部優(yōu)化算法,使之最優(yōu)。2、三角網(wǎng)的調(diào)整第二步，根據(jù)地形特征信息對初級三角網(wǎng)進展網(wǎng)形調(diào)整。這樣可使得建模流程思路清晰，易于實現(xiàn)。⑴地性線的特點及處理方法所謂地性線就是指能充分表達地形形狀的特征線地性線不應該通過TIN中的任何一個三角形的內(nèi)部,否則三角形就會"進入〞或"懸空〞于地面,與實際地形不符,產(chǎn)生的數(shù)字地面模型(DTM)有錯。當?shù)匦跃€與一般地形點一道參加完初級構(gòu)網(wǎng)后，再用地形特征信息檢查地性線是否成為了初級三角網(wǎng)的邊，假設是，則不再作調(diào)整；否則，按圖6作出調(diào)整?？傊獎毡乇ＷCTIN所表達的數(shù)字地面模型與實際地形相符。圖4在TIN建模過程中對地性線的處理如圖4〔a〕所示，為地性線，它直接插入了三角形內(nèi)部，使得建立的TIN偏離了實際地形，因此需要對地性線進展處理，重新調(diào)整三角網(wǎng)。圖4〔b〕是處理后的圖形，即以地性線為三角邊，向兩側(cè)進展擴展，使其符合實際地形。

⑵地物對構(gòu)網(wǎng)的影響及處理方法等高線在遭遇房屋、道路等地物時需要斷開，這樣在地形圖生成TIN時，除了要考慮地性線的影響之外，更應該顧及到地物的影響。一般方法是：先按處理地形構(gòu)造線的類似方法調(diào)整網(wǎng)形；然后，用"垂線法〞判別閉合特征線影響區(qū)域內(nèi)的三角形重心是否落在多邊形內(nèi)，假設是，則消去該三角形(在程序中標記該三角形記錄)；否則保存該三角形。經(jīng)測試后，去掉了所有位于地物內(nèi)部之三角形，從而在特征線內(nèi)形成"空白地〞。

⑶陡坎的地形特點及處理方法遭遇陡坎時，地形會發(fā)生劇烈的突變。陡坎處的地形特征表現(xiàn)為：在水平面上同一位置的點有兩個高程且高差比擬大；坎上坎下兩個相鄰三角形共享由兩相鄰陡坎點連接而成的邊。當構(gòu)造TIN時，只有顧及陡坎地形的影響，才能較準確的反映出實際地形。對陡坎的處理如下圖：圖5對陡坎的處理如圖5〔a〕所示，點1~4為實際測量的陡坎上的點，每個點其實有兩個高程值，不符合實際的地形特征。在調(diào)整時將各點沿坎下方向平移了1mm，得到了5~8各點，其高程值根據(jù)地形圖量取的坎下比高計算得到。將所有的坎上、坎下點合并連接成一閉