毕业论文--基于南方CASS软件在土方量计算中的应用与比较

'龙岩学院资源工程学院毕业论文题目：基于南方CASS软件在土方量计算中的应用与比较专业：测绘工程班级：2011级学号：姓名：指导教师：职称：教授资源工程学院 基于南方CASS软件在土方量计算中的应用与比较资源工程学院测绘工程【摘要】：近几年，由于经济快速发展的需要，大量土地被开发利用。南方CASS7.1软件是数字化测绘成图系统，不但具备土方量的计算功能，而且采用CASS7.1计算土方量具有操作简易、精度高、速度快等多种特点。本文通过计算机制图系统南方CASS7.0软件采用三种方法进行土方量的计算，得出相应的填方量和挖方量，并进行方案对比，由于每种方法原理的不同，导致三种方法各有利弊，在实际土地开发过程中，要根据实际情况选用合理的方法，精确计算出某个区域的土方量，从而使得开发过程顺利进行。【关键词】：土方量计算；CASS软件；DTM法；方格网法；断面法 目录1引言11.1土方工程概述11.2本文研究的主要内容12方格网法计算土方量12.1方格网法的原理12.2南方CASS进行方格法计算土方量的操作过程。23.断面法计算土方量43．1断面法的土方量计算的基本原理43．2南方CASS进行断面法计算土方量的操作过程。54.DTM法计算土方量64.1DTM法土方量计算的基本原理64.2南方CASS进行DTM法计算土方量的操作过程。75.南方CASS在石牌镇新农村土方量计算应用实例85.1项目和测区的概况85.1.1投影面和投影带的选择85.1.2作业依据85.1.3设计方案95.2作业实施95.2.1野外数据采集95.2.2内业成图95.3内业土方量计算105.3.1断面法土方量计算成果图105.3.2方格网法土方量计算成果图105.3.3DTM法土方量计算成果图115.4三种土方量计算方法结果与分析115.4.1土方量计算结果115.4.2结果分析126.结论12致谢语13参考文献14 1引言1.1土方工程概述不管在建筑工程、水电水利工程还是交通道路建设工程中，工程建设往往需要根据预先所测量的坐标值和高程值来进行土地平整工作。大多数的施工测量将地面平整工作分为设计面分别为水平面和斜面两种场地进行平整[1]。土地平整是工程施工的前奏，往往需要测绘人员先进性特征地物点进行测量，然后将所得的数据通过南方CASS数据输出和转换。在南方CASS中通过展工程点，运用相关方法在相关区域里计算出其土方量，并进行分析比较，选取其中最合理、准确的方案，这是作为专业测绘人员都必须遵循的准则。因此，土方量工程在工程测量中具有极其重要的意义。1.2本文研究的主要内容本文主要着重研究土方量计算的重要方法，其方法包括方格网法、断面法、DTM法。并论述其三种方法在CASS7.0中的具体操作步骤和原理。在介绍完三种方法后，从其三种土方量计算成果中进行结果比较和分析，从而得出其各自方法的优缺点。2方格网法计算土方量2.1方格网法的原理该方法首先是将数字测图所绘制的地形图按边长为10m和50m之间的范围，划分为若干个方格，根据实测的高程数据分别在每个方格角点标注出实际高程，根据施工测量要求的设计高程，根据公式将地面点高程减去设计高程得出其填挖高度，工程上习惯用将低于设计高程的填挖高度用“+”表示，高于设计高程的填挖高度用“-”表示。分别计算每一方格网的填挖方量[2]。每一方格的土方量相加所得的值即为整个场地的土方量。其基本形式如下图所示（图1）。图1方格点数据设计面为水平面是的土方量计算步骤：15 1）计算设计高程。在进行设计高程计算时，并不能简单的认为其已经给定的方格点高程就是其高程的算术平均值。这是因为与各格网点高程相关的方格数不同时，也可以认为各方格点高程所对应的权值是不一样[3]。如果假设起方格的角点高程权值为1，边点高程权值为2，拐点高程权值为3，中点权值为4，则可利用求加权平均值的方法计算设计高程，其一般公式为：H设=ΣPi*Hi/ΣPi式中：H设——水平场地的设计高程Hi——方格点的地面高程Pi——方格点i的权，可根据方格点的位置在1、2、3、4中的取值2）绘制填挖、边界线。3）计算填、挖高度。每个方格点的填、挖高度为该点的地面实测高程减去设计高程，即（填、挖高度=地面高程—设计高程）[4]。4)计算填、挖土石方工程量。填、挖土石量的计算方法：角点：填（挖）高度*方格面积*0.25边点：填（挖）高度*方格面积*0.5拐点：填（挖）高度*方格面积*0.75中点：填（挖）高度*方格面积*1.0分别计算出填、挖土石方工程量。2.2南方CASS进行方格法计算土方量的操作过程。用方格网来计算土方量是根据实测特征地物点的地面点坐标（X,Y,Z）和实地高程[5]。用方格网法来计算土方量，从南方CASS7.0中标题栏中可以得知，设计面即可以是平面的，也可以是斜面的，同时还具有三角网文件三种形式，下面以设计面为平面时为案例，陈述其具体操作步骤：1）利用工具栏中的多线段按钮，根据捕捉条件，对CASS中的边界高程点用多线段连成一个闭合的区域，否则将无法进行土方计算，这是土方量计算的首要条件。2）单击菜单栏中的“”，选择其中的“方格网土方计算”命令。根据中的命令行提示，选择步骤（1）中所连成的闭合区域，屏幕上将弹出方格网对话框（如图2所示）。3）在弹出的对话框中输入里程点坐标数据文件，同时输入设计面的目标高度，即在前面所求出的平均高程，并且输入方格网的宽度。15 图2方格网土方计算对话框5)单击“确定”按钮，便可在图上绘出用方格网法计算出的填挖方量（如图3所示）。15 图3方格网法输出成果图3.断面法计算土方量3．1断面法的土方量计算的基本原理在工程施工测量的过程，在地形变化较大、场地狭窄的带状地区，可以用断面法计算土石方量。根据土方计算的范围，断面法的计算过程可以将场地沿中央设一轴线LL，每隔一定固定距离设置相互平行横断面A1、A2、A3……Ai。两个横断面间的间距越小，计算的土石方量精度就越高。按设计高程与地面线所组成的断面图，将所选取的每段断面划分为若干个三角形或者梯形，计算每条断面线所围成的面积，以相邻2个横断面面积的平均值乘以横断面间距L，逐个计算相加，求出总体积，这种方法称为断面法（如图4）。图4断面法计算土方量根据两个邻近的设计断面所得填挖面积的和两断面之间的距离乘积值，得到两个邻近横断面之间土方量的数量V=（A1+A2）*D/2(式中：A1、A2表示两邻近横断面的填（挖）方的面积，D表示两邻近横15 断面的距离)，然后将其每个断面之间的土方量相加求和。3．2南方CASS进行断面法计算土方量的操作过程。用断面法进行土方量计算一般情况下主要用于道路土方量的计算和计算区域为带状情形下的土方计算[6]。其步骤如下：第一步：将需要设计断面的高程数据展入。点击菜单栏“绘图处理”，选择“展高程点”，单击，在弹出的窗口中选择“土方.dat”文件。点击打开，在屏幕上单击右键即可。第二步：生成里程文件单击菜单栏中的“工程应用”，选择其中的“生成里程文件”下的“新建”命令，于是可以得到如图5所示的结果。图5由纵断面生成横断面第三步：选择土方类型计算１）用鼠标单击菜单栏中的“”按钮，选择其选项中的的“断面法土方计算”，选择其中的任意一种断面进行计算，并在如下图所示的对话框里进行参数设置。第四步：给定计算参数设定弹出对话框中的各种参数，其中包括：里程文件，横断面设计文件等，参数设计完成后，单击15 “确定”按钮即可。第五步：计算土方量单击菜单栏中的“”，选择其中的“断面法土方计算”，根据命令提示得出如下的结果（如图6所示）。图6土石方量计算图标4.DTM法计算土方量4.1DTM法土方量计算的基本原理当地形条件变化比较大时，场地起伏程度比较大时，采用DTM法土方计算为宜。DTM法土方量计算的基本原理是：根据野外实地采集的地面点坐标（X，Y，Z）和设计高程来计算的，通常通过高程点生成三角网来计算每一个三棱锥的填挖方量，最后累计得到指定范围内填方和挖方的土方量，并绘制出填挖方分界线[7]。如下图所示。图7DTM生成的高程三角网15 4.2南方CASS进行DTM法计算土方量的操作过程。在南方CASS中，DTM法土方量计算总共分成三种情形，它们分别是：根据图上三角网计算、坐标文件计算，和根据图上高程点计算这3种。具体操作情况如下可以知道。（1）根据坐标文件计算（操作过程）：首先要讲坐标数据导入CASS中，然后用复合线圈定所需要计算土方量的区域，然后点击菜单栏中的“工程应用——DTM法土方计算——根据坐标文件”，根据命令提示，选取所要计算的区域，根据对话框填写“场地标高”和边界采样间距。即可得出如图所示的土方量计算结果。图8根据坐标文件计算土方量成果图(2)按照高程计算土方量：该种方法是利用野外实测地形点按照相关比例尺展绘相应的高程点。然后选的圈定的区域，计算所要计算的土方量。具体操作是单击菜单栏中的“工程应用”，选择其中的“DTM法土方量计算”，然后“根据图上高程点”，根据命令提示，即可完成其成果（如图9所示）。图9根据高程点计算土方量成果图3）根据图上的三角网计算：选定所要进行土方量计算的闭合多线段所圈定的区域，根据计算区域内的高程建立DTM模型，生成三角网，根据实际情况对三角网进行修改，使其接近实地，然后单击CASS15 上菜单栏“工程应用”，选择其中的“DTM法土方计算”，然后“根据图上三角网”。按提示完成操作，得到（如图10所示）成果。图10根据图上三角网计算土方量的成果图5.南方CASS在石牌新农村土方量计算应用实例随着国家大力支持新农村的建设和发展，各种工程项目不断的增加。平整土地是工程施工前的重要步骤之一，同时作为工程造价预算的依据。该实例所使用的一起为5级全站仪。南方CASS软件采用广州南方测绘一起公司研制的地形地籍成图软件（CASS7.0）。实验前，用全站仪野外采集数据，测量其特征点的地面坐标及其高程。通过CASS7.0软件下载至计算机中，以xx.dat数据格式存储于文件夹中。在数字地形图上，分别采用方格网法、断面法和DTM法计算相同面积和设计高程的土方量，根据其计算结果，比较每种不同方法的影响程度[8]。5.1项目和测区的概况5.1.1投影面和投影带的选择投影坐标系：1980西安坐标系高程系统：1985国家高程基准投影方法：高斯、克吕格投影中央子午线：117°03′23″纬度：25°01′37″投影面高程：350.000m5.1.2作业依据《国家三、四等水准测量规范》（GB12898—1991）[9]，中国人民共和国国家标准、国家测绘局1996年发的《1:500、1:1000、1:2000地形图图式》和全球定位系统（GPS）测量规范（CH2001—92）为本次1:500比例尺测图的技术依据。15 5.1.3设计方案在需要观测的测区内可以利用GPS布设控制网的优点，即：“布设控制速度快，精度高，作用范围大”等特点，在测区范围内布设GPS控制网，采用一级或者二级导线网进行加密控制网。仪器的使用、检测、误差要求均按“规范”要求进行。图根控制点采用木桩作为标志，利用全站仪或者RTK直接测量点的三维坐标。5.2作业实施5.2.1野外数据采集野外数据采集包括2个方面，及控制网的布设和地物点坐标和高程点的测设。实施测设的前提是必须先进行控制网的布设和测量。具体采集步骤如下：(1)安置仪器：在控制点上安置仪器，检查是否对中、整平、量取仪器高等操作。(2)创建文件：用来保存测量数据。（3）输入测站点。（4）测量点的坐标：仪器经对中、整平、定向后，在设置存储途径等步骤后，就可以进行“测量”模式，输入所要测量的点号、仪器高等参数，仪器既可以测出坐标及高程，并将观测结果保存在文件中。按该方法测量剩余碎部点，直到完成为止。5.2.2内业成图1．数据传输外业观测完成后，需要将全站仪中的数据导出来，通过CASS软件将数据输入与计算机中进行土方量计算，即进行数据的通讯过程。在通讯中，通讯参数要保持一致，通常参数是：除波特率为9600以外[10]，其余参数设置根据下图进行设置。（如下图所示）。2．格式转换。选择全站仪系统中的“数据”菜单栏，在其对话框中选择“读取全站仪数据”，根据输入需要转换的数据文件名和路径，点击转换按钮即可[11]。3.草图法内业成图。15 5.3内业土方量计算5.3.1断面法土方量计算成果图图11土方量计算成果输出图（断面法）5.3.2方格网法土方量计算成果图图12土方量计算成果输出图（方格网法）15 5.3.3DTM法土方量计算成果图图13土方量计算成果输出图（DTM法）5.4三种土方量计算方法结果与分析5.4.1土方量计算结果表一断面法土方量计算结果断面间隔（m）1015202530挖方量（㎡）17403.417223.216563.316239.215399.4填方量（㎡）15439.515392.315634.815326.315732.2表二方格网法土方量计算结果方格边长（m）1015202530挖方量（㎡）17536.417315.516581.416356.215458.5填方量（㎡）15572.515410.915829.415584.115884.6表三DTM法土方量计算结果采样间距（m）1015202530挖方量（㎡）17203.117296.416445.616134.515345.415 填方量（㎡）15369.015342.815347.915298.215304.5从表1至表3可以得出如下结论，在相同的外业测量数据，由于采用不同的土方量计算方法，其产生的计算结果也因而会有所不同，尽管在相同的计算方法中，它的计算结果也会由于其选择不同的采样间距、断面间距、方格边长而不同，以上3中变量越短，其计算结果均越大[8]。5.4.2结果分析由我们工程测量的课本中我们知道，全站仪测量高程的误差由距离误差和高程误差共同决定，而土方量的高程中误差是数字化地形图通过打插求点的高程中误差。在工程测量学中，对某一观测量进行多次观测，观测值中误差越小，其离散程度越小，则精度越可靠[8]。由表1至表3比较可知，其中用DTM法计算土方量的值量最小，断面法其次，方格网法误差最大，这样足以说明在众多土方量计算的方法中，DTM法计算土方量的精度是最高的，其离散程度也因此最低，这是因为DTM法是利用三角网的内插求出其地面点的高程的原理来进行地面点的拟合，因此其精度相对较高。方格网法里面的角点、中点、拐点和面点的高程都是通过比例来计算的，当所测的地形比较复杂是，采用一样的比例尺计算不同地形的高程，会使高程存在这一定的误差，所以土方量的计算结果精度不高，而断面法的原理是根据两横断面图和断面间的距离的乘积来计算土方，与方格网法土方量的结果进行对比，断面法的计算结果比较接近土方量的实际值。6.结论南方CASS是集CAD的功能于一身，并在CAD的基础上添加了土方量计算功能。南方CASS在计算土方量时，根据实际地形的情况，选取不同的土方量计算方法，并注意其采样方式的对比，可以设置不用的方格网边长和断面间距等，由于其采样方式的不同，由此得出计算结果也会不同。上述的三种土方量计算方法具有如下的优点。一．DTM法的优点全站仪采集特征地物碎部点的高程数据是不经过其他计算过程，可以直接将所得的高程数据之间通过数据端传送到计算机，通过南方CASS成图系统，生成DTM三角网，这样可以减少数据的出错率。通过采用全站仪的帮助，在DTM法计算土方量中不仅能够提高土方量计算的精度，而且还能加快土方量计算的速度。二．方格法优点从上述表2中的精度分析可知，方格网计算土方量的精度与方格网边长成反比，格网边长越小，计算精度就越高[12]。但由于一般数字测图采取1:500的比例尺进行测量，因此相对于的方格网边长采取5m比较适合。同时，由计算平均高程的原理可以得知，当地形高差越大，其土方量计算结果的误差就越大，因此，相比之下精度要求更高时，应考虑用DTM法计算会更加准确。三．断面法优点根据两个邻近的设计断面所得填挖面积的和两断面之间的距离乘积值，该种方法比较适应于地形比较不规则，且地形的相对复杂，高差程度相对较大的地段的进行土地平整测量。但由于该种方法要求计算的数据格式要与计算软件的要求一致，因而增加了其计算过程的工作量。15 致谢语时间飞逝，转眼间自己的大学生涯以接近尾声，回望过去四年的学习、生活、工作我感受颇深。感谢所有老师的细心指导，感谢同学们的帮助，感谢父母的关心和爱护。大学四年让我变得成熟稳重、知识丰富，四年的大学生活将是我人生道路上最靓丽的风景。首先，我最应该感谢我敬爱的老师们，是他们一路上引领我教育我，他们无私的奉献才成就了今天的我。特别要感谢我的论文指导老师陈绍杰老师，在陈老师认真、负责的指导和帮助下，使我顺利的完成了论文。其次，我感谢我的同学们，感谢他们四年来的帮助、关心。四年同窗奠定了我们一辈子的深厚友谊。最后，我感谢我的父母和亲人，感谢他们的爱与支持。在未来的人生道路上我会更加努力向前。15 参考文献[1]陈锦辉.关于做好建设工程竣工结算审核的几点思考[J].科技信息，2011，（16）：20-22[2]陈黎阳.土方量测量计算方法比较研究[J].{H}现代测绘，2010.（05）：36-38[3]丁宝民.建筑工程施工测量分析[J].黑龙江科技信息,2012，（17）：247-247[4]张婷婷，王铁良.土方量计算方法研究[J].安徽农业科学院，2006,34（22）：6047-6050[5]杨立湖.土方工程中测量技术应用[J].科技资讯,2009，（28）：66-66[6]刘建英.南方CASS软件土方量计算方法的探讨及其特殊地貌土方量的计算[J].城市勘测，2008，（5）：,108-115[7]李建飞，秦岩宾，齐中举.基于CASS的土石方多种计算方法与比较[J].测绘工程，2012，21（3）：78-80[8]林观士.CASS7.0软件土方量计算中的应用[J].农业网络信息，2007，（8）：143-145[9]董思学，郑南山.实时动态差分GPS技术在高程测量中的应用研究[J].科技信息，2011，（16）：99-99[10]金永刚.使用CASS绘图软件的几点体会[J].中国新技术新产品，2012.4[11]朱永红，周勇，邓万进，李胜丰，黄中军.南方CASS和MAPGIS精确编制剖面图的方法[J].贵州地质，2006.5[12]徐伟声.利用CASS软件计算土方量[J].湖北民族学院学报：自然科学版，2006，26（1）：118-120BasedonthesouthCASSsoftwareintheapplicationof15 caculationResourceEngineeringCollegeSurveyingandMappingEngineering2011092622liyanghuaInstructsteacher:ChenShaoJie【Abstract】Inrecentyears,duetotheneedsoftherapideconomicdevelopment,alotoflandhasbeenthedevelopmentandutilization.SouthCASS7.0softwareisdigitalsurveyingandmappingmappingsystem,notonlyhasthecadastral,toformthemainfunction,andhasfunctionofearthworkcalculation,andhashighcalculationprecisionandcalculationspeed,calculationmethodofcharacteristics.ThisarticlethroughthesouthCASS7.0computermappingsystemsoftwareUSESthreemethodsofearthworkquantitycalculation,drawthecorrespondingamountoffillandexcavation,andschemecomparison,becauseofthedifferentprinciplesofeachmethod,leadtothreemethodshavetheiradvantagesanddisadvantages,intheactualprocessoflanddevelopment,shouldchoosereasonablemethodsaccordingtotheactualsituation,accuratelycalculatetheearthworkquantityofaregion,soastomakethedevelopmentprocesssmoothly.【keywords】caculation;CASSsoftware;DTMmethod;Gridmethod;Thesectionmethod15'