arcview在土地整理项目土方量计算中的运用1

'第19卷第2期农业工程学报Vol.19No.22242003年3月TransactionsoftheCSAEMar.2003Arcview在土地整理项目土方量计算中的运用12柳长顺,杜丽娟(1.北京师范大学;2.北京林业大学)摘要:土方量计算是土地整理项目规划设计的重要内容之一,准确快速地计算土方量对开展规划设计、控制总投资及分配资金具有重要意义。该文应用数字高程模型(DEM)原理,对Arcview软件应用于土地整理项目土方量计算进行了探讨,并以河北省南宫市清凉江项目为具体案例介绍了计算的详细步骤。计算结果仅比经专家论证后批复的项目设计土方量大3.45%,说明该方法计算土方量是可行的。关键词:土地整理;土方量计算;Arcview;数字高程模型中图分类号:F311文献标识码:A文章编号:100226819(2003)0220224204基于窗口的集成地理信息系统和桌面制图系统软件。它1引言支持多类型数据和多种数据库,具有强大空间分析、统土地开发整理,是实现耕地总量动态平衡的有效措计分析功能。并且附带许多扩展模块。Arcview具有广[5～6]施,提高土地质量,促进土地集约化利用的重要手段。土泛的用户基础,应用也非常方便。地是不可再生性资源,随着经济的发展,人口的增加,积农田平整土方量计算采用Arcivew软件空间分析极开展土地开发整理,对于缓解人地矛盾,改善农业生扩展模块(SpatialAnalysis)进行计算。数字高程模型产条件和生态环境,促进农村现代化建设、经济可持续(DigitalElevationModels,简称DEM)是空间分析模发展具有极其重要的意义。土地整理中土地平整工程投块的核心内容和基础数据。目前,土地整理规划设计要资约占总投资的40%～80%,土方量的大小与土地平[7]求的基础图件为1∶2000～1∶5000的地形图。一般整的投资直接相关,不同的计算方法结果相差悬殊,因项目区都提供最新测量的数字化的地形图,为Arcview此准确快速地计算土方量对开展规划设计、控制总投资的应用提供了基础数据。及分配资金具有重要意义。数字高程模型(DEM)是数字地面模型(DTM)的传统的土方量计算方法有许多种,常用的有:断面一种,它表示地面上的高程信息。DEM以数字的形式[1][2][3]法、方格法、散点法和表格法。断面法主要适应山按一定的结构组织在一起,表示实际地形高低起伏和地地及高差比较大的地形,也是土方计算的主要方法。方形大小特征的空间分布模型。DEM的数据是以离散的格法主要适合平坦地区及高差不太大的地形场地平整方式组织在一起的,其结构有规则和不规则两种。其文时使用。散点法适用于地形虽有起伏,但变化比较均匀,件同样可以二进制或ASC码方式存贮。此外,DEM可不太复杂的地形。在坡面平直的山地丘陵区,土方计算[8]以进行各种运算,以满足我们计算的精度需求。[2]也可根据坎高与土方量的关系而求得。传统的土方量Arcview计算土方量是利用DEM提供的高程信计算方法工作量大,不易在计算机上实现,不能有效利息和Arcview其它功能结合起来共同完成。其计算模型用现有的数据资源。而且,不同的计算方法都存在计算如式(1)和式(2),示意图见图1。[4]结果精度低,结果相差悬殊的问题。因此,土地整理m项目需要一种具有广泛用户基础、操作简单、能充分利∑Aij×ûHij-HiûVi挖+Vi填j=1用现有数据资源且计算结果精度较高的土方量计算软Vi=2=2(1)3件与方法。本文根据土地整理规划设计要求的基础图件式中Vi——第i田块土方量,m;Vi挖——第i田块挖的特点33,应用数字高程模型(DEM)原理,对Arcview软方工程量,m;Vi填——第i田块填方工程量,m;件应用于土地整理项目土方量计算进行探讨,以期对土2Aij——第i田块第j高程组的面积,m;Hij——第i田地整理项目设计的土方量计算工作起到启迪作用。块第j高程组的高程,m,如果DEM高程单位计算量需换算为m;Hi——第i田块的设计标高,m;m——第i2应用Arcview计算土方量的原理田块的高程分组总数;ûHij-Hiû——第i田块第j高Arcview是由美国环境系统研究所(ESRI)研制的程组的地面高程与田块设计的差值,m。用式(2)汇总各田块平整土方量,得出项目土地平收稿日期:2002210218修订日期:2003202220整工程的土方量。基金项目:河北省邢台市南宫市清凉江土地开发项目(HB20022C2冀n001)V=∑Vi(2)作者简介:柳长顺(1975-),男,山西临县人,现为北京师范大学环i=13境科学研究所在读博士生,长期从事土地整理项目规划设计工作。式中V——项目土地平整总土方量,m;n——项目北京市海淀区新街口外大街19号北京师范大学环境科学研究所区总规划田块数。博2001,100875。Email:liucsdos@263.net 第2期柳长顺等:Arcview在土地整理项目土方量计算中的运用225工程量的计算提出了新的挑战,笔者应用Arcview计算了项目土地平整的土方量,具体计算详细步骤如下:1)文件格式的转换Arcview支持大部分的地理信息系统文件格式,如ArcöInfo的.eoo文件,CAD的DWG和公共交换格式DXF,Mapinfo的.mif文件等。国产GIS软件大部分也具有转换为Arcview的.shp文件的功能。一般测量队提供的电子地图都可以方便地调入或转换为ArcviewShapefile格式。2)调入数据将转换好的文件调入Arcview中,图1Arcview计算土方量示意图如果不是Shapefile文件,将文件转换为Shapefile文Fig.1SketchmapofearthworkcalculationusingtheArcview件。3)文件编辑一般测量队或项目区提供的电子地3案例分析图需要再编辑,以满足土地整理项目的需要。Arcview本文以河北省邢台市南宫市清凉江土地开发项目文件编辑的功能较差,最好用Mapinfo或其它编辑功为例具体介绍利用Arcview进行土方计算的详细步骤。能较强的GIS软件,如MapGis、Citystar、ViewGis等河北省邢台市南宫市清凉江土地开发项目是2002年国等。2家投资、中央承担的示范项目,建设规模567hm,投资4)生成DEM将编辑好的地图重新调入Ar2规模为1541.09万元,其中:工程施工费1271.37万cview中,应用空间分析扩展模块生成不规则三角网元,占总投资的82.50%;土地平整费用为660.25万(TIN),将TIN数据进行采样,并对数据进行进一步的元,占工程施工费的53.44%,占总投资的44.00%。项检查。经检查无误后,生成DEM。生成DEM可以用高目区位于东经115°37′25″～115°46′17″,北纬37°4′05″～程点,也可以等高线。由于项目区高差太小,等高线较37°12′58″,南宫市东南方向的清凉江东岸沿线,属河流稀,故采用高程点生成DEM。冲积泛滥平原区,地势除一部分沙丘外相对平坦开阔。5)调入规划田块。由于历史上黄、漳河尤以清凉江的多次泛滥改道,以及6)确定规划田块的最优设计高程把规划田块设其它外力的作用,在局部地区形成了一些沙丘、洼地、道置为当前图层,利用Analysis菜单下的Summarize沟和坑塘等地貌形态,整个项目区呈现大平小不平,给Zones命令生成规划田块的最优设计高程。最优设计高程为挖填平衡时的高程(表1)。表1田块最优设计高程表Table1Optionaldesignelevationofeachplot田块面积最小高程最大高程田块设计高程田块面积最小高程最大高程田块设计高程编号öm2öcmöcmöcm编号öm2öcmöcmöcm196439.9240.0263.0245.63156879.4237.0288.0260.42136059.9237.0271.0246.73235929.9231.0295.0265.4386762.5242.0254.0246.43337298.1243.0290.0276.34118060.2237.0285.0244.83442677.0250.0288.0264.4579493.9243.0269.0254.93592279.5258.0290.0285.0681471.6238.0268.0249.93692831.6223.0290.0270.5798239.9248.0276.0268.33790006.7260.0296.0290.7895118.3244.0300.0263.23892288.7265.0296.0290.1995050.9235.0286.0256.139116279.3241.0296.0269.710122226.5241.0277.0247.64081872.5242.0295.0263.51175329.3248.0282.0272.34164690.0261.0285.0265.612105332.3242.0278.0258.04244268.2259.0281.0265.013116517.9246.0296.0270.14355866.3258.0282.0265.214108504.4235.0293.0258.94452633.3258.0288.0263.415105987.9236.0274.0248.24562489.6261.0289.0268.216127665.4245.0275.0257.74669087.5258.0294.0279.117113663.1245.0277.0252.147137437.5258.0302.0274.61892159.8244.0277.0256.948131012.2257.0295.0267.31991012.6233.0276.0256.44972172.7257.0306.0269.92084604.5246.0276.0255.35099263.0282.0315.0300.221111374.1239.0284.0269.35184057.8273.0303.0283.12272565.6236.0273.0256.152135258.0268.0290.0278.42388666.6247.0279.0260.25342416.4260.0285.0267.62496386.6253.0289.0278.05436357.6261.0281.0267.925100442.3223.0283.0257.555102580.9258.0273.0264.62635222.4245.0288.0274.156111447.7258.0291.0270.02732754.6267.0297.0289.457119315.3258.0285.0265.72879994.1249.0291.0277.658111474.4262.0289.0266.42973561.9210.0282.0254.95991084.3260.0281.0266.23047701.9255.0292.0282.560107134.7263.0294.0265.8 226农业工程学报2003年7)生成报表利用Analysis菜单下的Tabulate行代表田块编号,列代表不同高程分组。表格内容即为Areas命令,在其对话框中分别选择规划田块的田块编不同田块在不同高程分组的面积(表2)。号和DEM的Value字段为行和列进行统计生成报表。表2田块不同高程组面积分配表2Table2Areadistributionsofdifferentelevationgroupsofeachplotm田块编号高程组⋯⋯高程组248高程组249高程组250高程组251高程组252高程组253高程组254高程组⋯⋯1⋯⋯4039.83514.72500.51938.21763.71667.11589.8⋯⋯2⋯⋯4653.34241.04138.54208.24117.83983.73879.1⋯⋯3⋯⋯7311.35430.64695.93741.52557.8811.10.5⋯⋯4⋯⋯1380.01170.0928.0807.6728.1655.6567.6⋯⋯5⋯⋯3941.93354.23622.93975.24482.45003.25017.2⋯⋯6⋯⋯1530.91437.11341.01242.41163.11117.21081.2⋯⋯7⋯⋯19.758.598.6137.4177.5215.8255.5⋯⋯8⋯⋯1425.41587.11696.71839.32073.22312.02553.4⋯⋯9⋯⋯2648.82675.42833.23063.03320.33355.83221.9⋯⋯10⋯⋯7031.55229.33516.12568.62076.41849.21676.1⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯60⋯⋯0.00.00.00.00.00.00.0⋯⋯注:高程组248表示高程为24.75～24.85m之间的高程组,其余类推。8)计算土方量利用已经生成的设计高程和报表,行总土方量的计算;计算不同田块的土方量,并汇总项计算田块不同高程分组的土方量;统计挖、填土方量(表目总土方量。3),如挖、填方量之差不超过挖方或填方的5%,可以进表3田块不同高程组挖填工程量表3Table3Earthworkfordiggingorfillingofeachplotm田块编号高程组⋯⋯高程组248高程组249高程组250高程组251高程组252高程组253高程组254高程组⋯⋯1⋯⋯989.21212.01112.31056.01137.31241.81343.2⋯⋯2⋯⋯582.2954.71345.51788.92162.32490.22812.8⋯⋯3⋯⋯1144.31393.01674.11708.01423.4532.50.3⋯⋯4⋯⋯437.3487.7479.7498.2521.9535.5520.4⋯⋯5⋯⋯-2732.1-1989.3-1786.4-1562.6-1313.8-966.1-467.0⋯⋯6⋯⋯-297.0-135.18.0131.7239.6341.9439.0⋯⋯7⋯⋯-40.1-113.1-180.9-238.3-290.2-331.2-366.6⋯⋯8⋯⋯-2164.9-2251.7-2237.5-2241.7-2319.4-2355.3-2346.0⋯⋯9⋯⋯-2158.1-1912.2-1741.6-1576.6-1377.0-1056.2-691.8⋯⋯10⋯⋯288.7737.6847.6876.0915.81000.51074.5⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯60⋯⋯0.00.00.00.00.00.00.0⋯⋯注:负表示填方,正表示挖方。9)最后确定土地平整工程的土方量与其它方法本平衡,可以进行总土方量计算。利用公式(1)计算各田计算或估算的土方量进行对比分析,以确定土方量。块的土方量(表4)。汇总各田块的土方量,项目区土地3平整总土方量为1420424.5m。4结果分析项目设计已通过专家论证,批复的设计土地平整工规划方案不同,土地平整的土方量变化很大,并且程量为1371489.4m3。利用Arcview计算的总土方量给土方量的计算提出了新的挑战。根据多方案比选,最为1420424.5m3,二者相差仅为3.45%。目前项目尚后确定整个项目区共划分为60个田块。土地平整工程未施工,缺乏实测数据,计算精度难于验证。但是,本方采用推土机推土平整,每个田块田面基本平整,部分地法计算结果与已经批复的项目设计土方量十分接近;加势起伏较大的田块采用局部平整,在田块内划分不同的之,Arcview具有广泛的用户基础,操作简单,系统稳耕作块,根据地形的变化各耕作块采用不同的高程。定。因此,本方法可以用于土地整理项目土方量计算。3整个项目区60个田块,挖方比填方大1823m,基 第2期柳长顺等:Arcview在土地整理项目土方量计算中的运用227表4田块土地平整土方量计算结果表3)此方法还可应用于方案评价。不同的方案动土Table4Calculationresultoflandconsolidation方量不同,在投资既定的情况下,动土方量不宜过大,用earthworkofeachplotArcview计算不同方案的土方量,并进行方案比选。田块土方量田块土方量田块土方量田块土方量4)利用Arcview计算土方量与地形无关,只与基编号öm3编号öm3编号öm3编号öm3础数据有关,与其它方法相比,具有明显的优势。117042.51647150.73116280.64620851.1242331.31724346.03221384.94759200.338409.01827193.23318369.94829042.5致谢:论文得到国地土地整理规划设计研究院南宫项目424281.31926265.53419797.04924010.7规划组的毛泓博士、周鹏伟、易友良、朱国平工程师的帮515881.52017151.23524775.65029170.4助,深表感谢。627877.42144787.13650823.05113650.0716547.12213767.53723580.15227763.1833675.22326107.43819267.2537689.7[参考文献]936173.92439101.93967447.0546311.5[1]张光辉.快速计算土方量的方法[J].测绘通报,1997,(5):1026847.52525295.14021743.3559801.623～24.1117658.62616253.3418788.95628594.21235724.8274285.8426025.3579495.2[2]王礼先.水土保持工程学[M].北京:中国林业出版社,1312888.02830497.0439140.95820653.22000:55～67.1448924.72927515.3449516.25913106.1[3]刘桦.土方量的表格法测算[J].测绘通报,2000,(4):641515378.53020120.34515230.76019435.7～65.[4]张剑波,刘修国,吴信才.约束Delaunay三角剖分在土方量计算中的应用[J].测绘通报,2001,(8):22～23.5结论与建议[5]李玉龙,何凯涛.ArcviewGIS基础与制图设计[M].北1)Arcview计算土方量简单、快速。利用Arcview京::邮电工业出版社,2002,5～9.计算土地平整土方量原理简单,操作容易,计算速度快,[6]ESRIInc.ArcviewGIS使用手册[M].北京:地质出版社,系统稳定,大大减小了土方量手工计算的工作量。2000,5～9.[7]国土资源部土地整理中心.土地开发整理标准[S].北京:2)此方法不但可以应用于地势平缓的项目区,同中国计划出版社,2000,56～57.样适用于丘陵山地项目区。丘陵山地不同土地平整方[8]李志林,朱庆.数字高程模型[M].武汉:武汉大学出版案,土方量相差悬殊。此方法可以帮助规划人员选择最社,2001.佳的梯田断面。ApplicationofArcviewforcalculatingearthworkinlandconsolidationproject12LiuChangshun,DuLijuan(1.InstituteofEnvironmentSciences,BeijingNormalUniversity,Beijing100875,China;2.DepartmentofSoilandWaterConservation,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China)Abstract:Earthworkcalculationisoneofthemaintasksintheplanninganddesignoflandconsolidationprojects.Calculatingearthworkaccuratelyandefficientlyisveryimportantforlandplanning&design,thecontroloftotalinvestmentandallocatingfund.ApplyingtheprincipleofDigitalElevationModel(DEM).HowtoapplyArcviewtocalculateearthworkoflandconsolidationprojectwasdiscussed,andQingliangjiangprojectinNangongofHebeiProvincewastakenasacasetointroducedetailedprocessesofearthworkcalculation.Theresultisonly3.45%morethantheearthworkcalculatedbyexperts.Sothismethodisfeasibleandreliable.Keywords:landconsolidation;earthworkcalculation;Arcview;DigitalElevationModel(DEM)'