土石方測量方案2

土石方測量方案公司八月一、概述土方量的計算是建筑工程施工的一種重要環(huán)節(jié)。工程施工前的設計階段必須對土石方量進行預算,它直接關系到工程的費用概算及方案選優(yōu)。在現(xiàn)實中的某些工程項目中，因土方量計算的精確性而產生的糾紛也是經常碰到的。如何運用測量單位現(xiàn)場測出的地形數(shù)據或原有的數(shù)字地形數(shù)據快速精確的計算出土方量就成了人們日益關心的問題。一、高程點測量及地形圖修測外業(yè)測量對土石方計算和精確性至關重要，因此在計算前應對現(xiàn)場進行實地測量，測量數(shù)據必須要格把關，務必達成規(guī)范規(guī)定。其過程按1：500地形測量規(guī)定控制并增加高程點采集。（一）作業(yè)技術根據1、《工程測量規(guī)范》（GB5002—93）（簡稱“規(guī)范”）2、《1:5001:10001:地形圖圖式》（GB/T7929—1995）3、《全球定位系統(tǒng)都市測量技術規(guī)程》（CJJ73－97）（二）導線點控制測量1、根據工程已有控制點狀況良好狀況下做導線控制測量。2、加密控制在首級控制點的基礎上按Ⅰ、Ⅱ級導線、圖根點分級進行，標志采用簡易標志，Ⅰ級導線點按Ⅰ01、Ⅰ02……進行編號，Ⅱ級導線點按Ⅱ01、Ⅱ02……流水編號，圖根點按T1、T2……流水編號。3、導線測量重要技術規(guī)定等級導線長度(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、控制測量的觀察均采用日本拓普康全站儀進行（已鑒定為Ⅰ級全站儀）。水平方向觀察的技術規(guī)定為：等級儀器型號光學測微器兩次重疊讀數(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(″)一級導線及下列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等規(guī)定，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察高差較差附合或環(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》專門軟件進行（南方測繪儀器公司），平差成果以平差報告輸出。圖根點成果運用全站儀自動統(tǒng)計計算，不保存中間觀察成果。（三）GPS控制網觀察技術規(guī)定對工程區(qū)域控制點狀況較差的采用GPS控制網觀察。1、儀器選型GPS觀察采用美國Trimble公司的TrimbleGPS－5700雙頻接受機，標稱精度為5mm+1ppm。全部儀器在觀察前均按規(guī)范有關規(guī)定進行檢測。2、儀器檢查四臺套TrimbleGPS－5700雙頻接受機同國家光電測距儀檢測中心檢測，檢測項目有：靜態(tài)測量精度、靜態(tài)測量重復精度、接受機內部噪聲水平、天線相位中心與幾何中心一致性等。檢定成果四臺套GPS雙頻接受機均合格，能夠應用于生產。3、GPS觀察技術規(guī)定（1）觀察采用美國Trimble公司的TrimbleGPS－5700雙頻接受機（四臺套）；（2）衛(wèi)星高度角不不大于15°，有效觀察衛(wèi)星數(shù)不不大于4顆，平均重復設站數(shù)不不大于2，獨立閉合環(huán)邊數(shù)不大于5條，同時觀察時段長度為90分鐘，數(shù)據采樣間隔為15秒，儀器對中誤差不不不大于1mm，天線高量測誤差不大于2mm；（3）作業(yè)前應編制GPS衛(wèi)星可見性預報表，選擇最佳觀察時段。根據接受機臺數(shù)，網形等編制作業(yè)調度表。（三）高程點地形及圖修測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、成圖圖幅普通為50cm×50cm，圖名及分幅規(guī)格根據圖式及規(guī)范分幅。3、高程點的密度以滿足土方計算、地物、地貌的測繪為原則，通視良好且地形簡樸平坦區(qū)可適宜放稀，對居民點等房屋密集區(qū)確保有足夠的點位。4、高程點及地形圖修測基本精度及規(guī)定1、基本等高距選用0.5米；2、圖根點對于起算點的平面位置中誤差不超出圖上0.1mm，高程中誤差不超出5cm；3、圖上地物點的點位中誤差按“規(guī)范”4.1.5條執(zhí)行。高程點對相鄰圖根點中的誤差按“規(guī)范”4.1.6條執(zhí)行。4、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、公路中心線交錯排列注記。溝渠底高程圖上注記間隔10cm，并測注溝寬。注記以分式標注，分母為溝底高程，分子為溝寬（注至分米）。并指明測定位置。獨立地物位置、檢修井蓋頂、鐵路軌道、道路交叉中心及轉彎處、河流、溝渠、塘岸邊、建筑物墻基腳、橋面、較大庭院內、土堆頂、坑穴底、坡度變化處、坎邊等都應測注高程。5、測繪內容及表達辦法（1）各類控制點一律按“圖示”符號表達。（2）居民地是地形圖的重要地物因素，各類建筑物及重要附屬設施應按實地輪廓精確測繪。房屋輪廓一律以墻腳外沿測繪，按其樓層、建筑物性質、重要房屋和附加房屋分辨表達，房屋性質按砼、磚、木劃分。砼：普通指鋼筋混凝框架構造，磚：以鋼筋混凝土為重要建筑材料的結實房屋和以磚、木為重要建筑材料的普通房屋，這類房屋普通，簡樸房屋屋頂為瓦者，注“木”；兩層及兩層以上的房屋要加注層數(shù)。（3）獨立地物含有方位作用，一律要測繪。尤應注意一、二類方位物的施測精度，并測注高程。墳地應測繪。（4）道路測繪普通公路及鋪裝水泥路面公路，要測繪鋪面寬，并注記鋪面材料。路邊排水溝應表達。（5）永久性的電力線、通訊線、路燈及電桿位置應實測。永久性的柵欄、欄桿、籬笆均應測繪。地下管線只測繪裸露部分，檢修井實測。（6）河流、塘、堰應測繪河岸線、水涯線。水涯線按測圖時之水位測定，但應注意上下游及圖幅間的合理、協(xié)調。（7）地貌用地貌符號、高程注記及等高線表達。本區(qū)測繪等高線區(qū)域不多，故應注意加注等高線注記（示坡線、等高線高程）方便于讀圖。土堆和坑穴應予測繪。二、土石方計算高程點及數(shù)字化地形圖完畢后方進行內業(yè)計算，根據工程采用不同計算辦法；比較經常的幾個計算土方量的辦法有：方格網法、等高線法、斷面法、DTM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，宜采用方格網法。這種辦法計算的數(shù)據量小，計算速度快，省卻了DTM法龐大的數(shù)據存儲量。

在狹長地帶，例如公路、水渠等則適宜使用斷面法進行計算土方量。

在地形起伏較大、精度規(guī)定高的某些山區(qū)則需要用到TIN的計算辦法。但是也要考慮到，如果地圖本身數(shù)據量大，數(shù)據儲存量的問題。

總之，在對土方量進行計算時，要考慮到地形特性、精度規(guī)定以及施工成本等方面的狀況，選擇適宜的計算辦法，達成最優(yōu)的目的（一）斷面法

本地形復雜起伏變化較大，或地狹長、挖填深度較大且不規(guī)則的地段，宜選擇橫斷面法進行土方量計算。

上圖為一渠道的測量圖形，運用橫斷面法進行計算土方量時，可根據渠LL，按一定的長度L設橫斷面A1、A2、A3……Ai等。

斷面法的體現(xiàn)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。但是這種辦法計算量大,特別是在范疇較大、精度規(guī)定高的狀況下更為明顯;若是為了減少計算量而加大斷面間隔，就會減少計算成果的精度;因此斷面法存在著計算精度和計算速度的矛盾。

（二）方格網法計算

對于大面積的土石方估算以及某些地形起伏較小、坡度變化平緩的場地適宜用格網法。這種辦法是將場地劃分成若干個正方形格網，然后計算每個四棱柱的體積，從而將全部四棱柱的體積匯總得到總的土方量。在傳統(tǒng)的方格網計算中，土方量的計算精度不高?，F(xiàn)在我們引入一種新的高程內插的辦法，即楊赤中濾波推估法。1、楊赤中推估

楊赤中濾波與推估法就是在復合變量理論的基礎上，對已知離散點數(shù)據進行二項式加權游動平均，然后在濾波的基礎上，建立隨即特性函數(shù)和估值協(xié)方差函數(shù)，看待估點的屬性值（如高程等）進行推估。

2、待估點高程值的計算

首先繪方格網,然后根據一定范疇內的各高程觀察值推估方格中心O的高程值。繪制方格時要根據場地范疇繪制。

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察值，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）土方量區(qū)域面積的計算

如果，土方量計算的面積為不規(guī)則邊界的多邊形。那么在面積進行計算時，先對判斷方格網中心點與否在多邊形內，如果在，那么就要計算該格網的面積，否則能夠將該格網面積略去。如圖3所示，首先對格網中心點P進行判斷，能夠采用垂線法，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，若y>，則射線與該邊有交點,否則無交點,若y=，則知P在多邊形上。

(2)當δ=0時，若x=，則當y>時，兩者有交點()，當y<時，不予考慮。當y=時，闡明P在多邊形上。若x=，辦法同上。

(3)當δ>0時，不予考慮。

對多邊形各邊進行上述判斷，并統(tǒng)計其交點個數(shù)m，當m為奇數(shù)時，則P在多邊形內部，否則P不在多邊形內部。

通過對圖中、點的判斷能夠懂得，位于多邊形內，位于多邊形外。那么，所在的格網的面積要進行計算，而所在的格網的面積則能夠略去。

然后運用楊赤中濾波推估法求得的每個方格網的中心點的高程值與格網面積進行計算。即=

（3）

ij表達第i行j列的小方格網，a，b為格網的邊長，最后匯總土方量。（三）DTM法（不規(guī)則三角網法）

不規(guī)則三角網(TIN)是數(shù)字地面模型DTM體現(xiàn)形式之一，該法運用實測地形碎部點、特性點進行三角構網，對計算區(qū)域按三棱柱法計算土方。

基于不規(guī)則三角形建模是直接運用野外實測的地形特性點(離散點)構造出鄰接的三角形，構成不規(guī)則三角網構造。相對于規(guī)則格網，不規(guī)則三角網含有下列優(yōu)點：三角網中的點和線的分布密度和構造完全能夠與地表的特性相協(xié)調，直接運用原始資料作為網格結點;不變化原始數(shù)據和精度;能夠插入地性線以保存原有核心的地形特性,以及能較好地適應復雜、不規(guī)則地形，從而將地表的特性體現(xiàn)得淋漓盡致等。因此在運用T1N算出的土方量時就大大提高了計算的精度。

1、三角網的構建

對于不規(guī)則三角網的構建在這里采用兩級建網方式。

第一步，進行涉及地形特性點在內的散點的初級構網。

普通來說，傳統(tǒng)的TIN生成算法重要有邊擴展法,點插入法,遞歸分割法等,以及它們的改善算法。在此僅簡樸介紹一下邊擴展法。

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種端點，然后找離它距離近來的點連成一種邊,以該邊為基礎,遵照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,并進行與否重復的檢測，最后將點集內全部的離散點構成三角網，直到全部建立的三角形的邊都擴展過為止。在生成三角網后調用局部優(yōu)化算法,使之最優(yōu)。2、三角網的調節(jié)

第二步，根據地形特性信息對初級三角網進行網形調節(jié)。這樣可使得建模流程思路清晰，易于實現(xiàn)。

⑴地性線的特點及解決辦法

所謂地性線就是指能充足體現(xiàn)地形形狀的特性線地性線不應當通過TIN中的任何一種三角形的內部,否則三角形就會“進入”或“懸空”于地面,與實際地形不符,產生的數(shù)字地面模型(DTM)有錯。

本地性線與普通地形點一道參加完初級構網后，再用地形特性信息檢查地性線與否成為了初級三角網的邊，若是，則不再作調節(jié)；否則，按圖6作出調節(jié)。總之要務必確保TIN所體現(xiàn)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解決

如圖4（a）所示，為地性線，它直接插入了三角形內部，使得建立的TIN偏離了實際地形，因此需要對地性線進行解決，重新調節(jié)三角網。

圖4（b）是解決后的圖形，即以地性線為三角邊，向兩側進行擴展，使其符合實際地形。

⑵地物對構網的影響及解決辦法

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，更應當顧及到地物的影響。普通辦法是：先按解決地形構造線的類似辦法調節(jié)網形；然后，用“垂線法”鑒別閉合特性線影響區(qū)域內的三角形重心與否落在多邊形內，若是，則消去該三角形(在程序中標記該三角形統(tǒng)計)；否則保存該三角形。經測試后，去掉了全部位于地物內部之三角形，從而在特性線內形成“空白地”。

⑶陡坎的地形特點及解決辦法

遭遇陡坎時，地形會發(fā)生激烈的突變。陡坎處的地形特性體現(xiàn)為：在水平面上同一位置的點有兩個高程且高差比較大；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。當構造TIN時，只有顧及陡坎地形的影響，才干較精確的反映出實際地形。

對陡坎的解決如圖所示：圖5對陡坎的解決

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性。在調節(jié)時將各點沿坎下方向平移了1mm，得到了5~8各點，其高程值根據地形圖量取的坎下比高計算得到。將全部的坎上、坎下點合并連接成一閉合折線，并分別擴充連接三角形，即得到調節(jié)后的圖5（b）。

3、三角網法計算土方量

三角網構建好之后，用生成的三角網來計算每個三棱柱的填挖方量,最后累積得到指定范疇內填方和挖方分界限。三棱柱體上表面用斜平面