南方CASS软件土方量计算方法的探讨以及特殊地貌土方量的计算

'108城市勘测2008年文章编号:1672-8262(2008)05-108-08中图分类号:TU751文献标识码:B南方CASS软件土方量计算方法的探讨以及特殊地貌土方量的计算3刘建英(青岛市勘察测绘研究院,山东青岛266109)摘要:南方CASS软件提出了多种计算土方量的方法,在确保精度的前提下,每种方法都有在特定环境下的优越性与适用性。本文结合工程实际,在分析计算方法的基础上,指出各种方法适用的工程现状和在内外业中应注意的问题。由于软件本身的局限,无法直接计算虾池、鱼塘等特殊地形的回填土方量,本文将对此类问题的土方量计算以及在此类地形基础上修筑人工河、湖等工程的土方计算提出具体的解决方案。关键词:土方量计算;方法分析;特殊地形;计算方案1引言土方量的计算在工程设计与施工中,应用是非常广泛的,因为其工作量大而且烦琐,使得求算过程比较复杂,为了提高工作效率,各种相关软件应运而生。在此,以南方CASS软件为例,首先对软件提供的土方量计算方法及原理进行分析,在确定其所适用的工程现状的同时,结合实际情况,提出在实测以及计算过程中应注意的问题。图1三角网模型另外,在进行虾池、鱼塘等特殊地貌土方量回填计算时,单纯利用软件是无法实现的,为满足生产需要,212方格网法土方计算将结合现状,提出具体的计算方案。由方格网来计算土方量是根据实地测定的地面点坐标(X,Y,Z)和设计高程,通过生成方格网来计算每2土方量计算原理介绍一个长方体的填挖方量,最后累计得到指定范围内填方和挖方的土方量,并绘出填挖方分界线(见图2)。南方测绘的CASS系列软件,2000年被国土资源部作为全国测图软件推荐使用,CASS511以上版本,对于工程中常见的情况提出了各种土方量计算方案,包括利用DTM模型、断面、方格网、等高线等几种方法,可以应用于设计面是平面、斜面以及三角网等情况,另外还可以计算两期间土方与区域内土方的平衡等。本文将以CASS710为例进行分析。211由DTM模型来计算土方量此功能的工作原理是根据已有高程点建立三角网,从而形成DTM模型,根据实地测定的地面点坐标(X,Y,Z)和设计高程,通过生成三角网来计算每一个图2方格网法计算成果图三棱锥的填挖方量,最后累计得到指定范围内填方和挖方的土方量,并绘出填挖方分界线(见图1)。根据系统首先将方格的4个角上的高程相加(如果角软件提示,还可绘制最终的计算表格。上没有高程点,通过周围高程点内插得出其高程),取3收稿日期:2008—06—04作者简介:刘建英(1977—),女,工程师,主要从事控制测量、基础测绘等工作。 第5期刘建英1南方CASS软件土方量计算方法的探讨以及特殊地貌土方量的计算109平均值与设计高程相减。然后通过指定的方格边长得另外,二断面线间土方计算是计算两工期之间或到每个方格的面积,再用长方体的体积计算公式得到土石方分界土方的工程量。分别用第一期工程、第二填挖方量。方格网法简便直观,易于操作,因此这一方期工程(或是土质层石质层)的高程文件分别生成里法在实际工作中应用非常广泛。程文件一和里程文件二。根据软件提示,计算二断面213用断面法进行土方量计算线间的土方量。根据设计原理,主要分为道路断面、场地断面、任214等高线法土方计算意断面土方计算、二断面线间土方计算。一般都要经计算任两条等高线之间的土方量,但所选等高线必历4个步骤:须闭合。由于两条等高线所围面积可求,两条等高线之①生成里程文件;间的高差已知,可求出这两条等高线之间的土方量。②选择土方计算类型;③给定计算参数;④计算工程量。其中里程文件是用离散的方法描述了实际地形,接下来的所有工作都是在分析里程文件里的数据后才能完成,里程文件的生成主要是通过纵断面、复合线、等高线、三角网、手工输入和编辑等方法实现。选择土方量类型的同时,给定计算参数,便可以在图上绘出道路的纵横断面(见图3),然后再以此为依据,进行土方量计算,系统将自动在图上绘出土石方计算表(见图4)。图5等高线法土方计算成果如图5,可以从表格中看到每条等高线围成的面积和图3道路的纵横断面两条相邻等高线之间的土方量,另外,还有计算公式:V=(A1+A2+A1×A2)×(h2-h1)/3215小结在日常工作中,DTM模型法与方格网法计算场地土方量的应用比较广泛,但每种方法都有其特定的环境要求,在不同的环境条件下,选择相应的求算方法,不仅可以得到精确的计算结果,还可事半功倍。3土方量计算方法的适用范围及注意事项311DTM模型法的适用范围(1)DTM模型法主要适用于设计面为平场或单一倾斜场地的情况,又分为3种计算方法,分别为:由坐标文件计算,依照图上高程进行计算,依照图上三角网进行计算。只要已知3个条件中的一项,便可以选择图4土石方计算表恰当的方法进行计算。 110城市勘测2008年对于非平坦地形,而且成果精度较高的情况下,可计平面范围边线为多边形,而且每个点的设计高程各以选择使用DTM模型法。同时,DTM法还可以进行不相同,在这种情况下,可以首先将设计高程(图中大边坡设置,根据坡度以及放坡方向,求算实际填挖方字体高程)生成数据文件,建立DTM模型并保存为三量,可以应用于道路施工的土方量计算(见图6)。角网文件(3.sjw),在计算时,设计面选择该文件,即可计算满足要求的土方量。313断面法的适用范围断面法土方计算主要用在公路土方计算和区域土方计算,对于特别复杂的地方可以用任意断面设计方法。使用断面法计算土方量,必须对参数的设置比较清楚。鉴于断面法在计算土方量时受到诸多条件的限图6道路施工的土方量计算模型制,其计算精度与可靠性均难以评价,变化较大且在两断面间不规律变化时,比较复杂,计算难度增大。(2)DTM模型法还可以计算两期间的土方量,是314等高线法的适用范围对同一区域进行两期测量,利用两次观测得到的高程用户将白纸图扫描矢量化后可以得到图形。但这数据建模后叠加,计算出两期之中的区域内土方的变样的图都没有高程数据文件,所以无法用前面的几种化情况。适用的情况是两次观测时该区域都是不规则方法计算土方量。一般来说,这些图上都会有等高线,表面。根据软件提示,可在屏幕出现两期三角网叠加所以,可以利用等高线法计算土方量。的效果,蓝色部分表示此处的高程已经发生变化,红色315区域土方量平衡部分表示没有变化(见图7)。土方平衡的功能常在场地平整时使用。当一个场地的土方平衡时,挖掉的土石方刚好等于填方量。以填挖方边界线为界,从较高处挖得的土石方直接填到区域内较低的地方,就可完成场地平整。这样可以大幅度减少运输费用。根据要求,软件利用DTM法计算土方,并生成相关表格。此类土方量计算在目前的工程中应用较广,很多设计单位也把它作为总平设计的依据之一,参考土方平衡情况,设计场地室内坪。图7两期间土方计算图312方格网法的适用范围(1)方格网法适用于设计面为平面、斜面以及三角网(如图8)的情况,是通过读取高程点坐标数据文件来实现的。图9区域土方量平衡计算表图8设计面为三角网的情况316注意事项(1)进行土方计算之前,大多都需要首先用复合(2)对于设计面是平面以及单一倾斜面的情况,线画出计算范围,一定要闭合,但尽量不要拟合。因为不做赘述,值得一提的是第三种情况,以图8为例,设拟合过的曲线在进行土方计算时会用折线迭代,影响 第5期刘建英1南方CASS软件土方量计算方法的探讨以及特殊地貌土方量的计算111计算结果的精度。较小时,系统不能识别,至使部分区域不能形成三角网(2)在利用DTM法进行土方计算时,应该对已经或方格网,将不参加土方量计算,影响最终结果。生成的三角网进行必要的添加和删除,使结果更接近(3)利用断面法计算土方量,生成里程文件对图实际地貌。面以及数据的要求较高,文件的生成比较困难。(3)用读取图上三角网的方法进行土方量计算(4)这几种方法对于高程变化不大的单一地貌区时,不要求给定区域边界,系统会分析所有被选取三角域是比较适用的,因为无论是建立三角网还是方格网,形,因此在选择三角形时一定要注意不要漏选或多选,都是只考虑相邻高程点之间的位置关系,并不考虑现否则计算结果有误,且很难检查出问题所在。场实际地貌变化情况。如果现场地貌变化较多,例如(4)用格网法计算土方量,设计面可以是水平的,存在较多的沟坎时,单纯依靠软件计算便会产生较大也可以是倾斜的。对于平场,可根据提示直接输入设的误差。计高程,对于单一倾斜场地,应首先在坡地线上点取高程相等的两点联成基准线,以此为基础,指定斜坡变化5高程变化较大的人工地貌土方量计算方向,并输入倾斜坡度。根据软件提示进行土方计算。在沿海地区,有很多人工挖掘的鱼塘以及海沟,深(5)在“方格宽度”栏,输入方格网的宽度,这是每度一般在3～4m不等,坝顶宽度在2m左右,且坝身为个方格的边长,默认值为20m。由原理可知,方格的倾斜状(如图10、11)。如果对其进行回填,就牵扯到宽度越小,计算精度越高。但如果给的值太小,超过了土方量的计算问题。野外采集的点的密度也是没有实际意义的。同理,在通常情况,在进行现场测绘时,鱼塘内部仍然有区域土方平衡中边界上的取样密度,也是如此。水,而且其地形条件,也不可能排格网计算土方量,因(6)道路断面法和场地断面法土方计算不同之处此对现状地物进行分析后,笔者认为利用DTM模型计是,前者需要在断面参数对话框中输入与道路相关的算土方量,还是比较符合计算条件的,针对这种特殊地各种参数,而对于后者,此对话框中,只有坡度等参数形,提出如下的具体计算方案。才可选。(7)如果道路设计时该区段的中桩高程全部一样,就不需要下一步的编辑工作了。但实际上,有些断面的设计高程可能和其他的不一样,这样就需要手工编辑这些断面。图10人工鱼塘剖面图(8)利用断面法计算二期间土方量,用一个里程文件生成的纵横断面图,另外一期的横断面线需要使用“工程应用”菜单下的“断面法土方计算”子菜单中的“图上添加断面线”命令来实现。(9)计算任意两条等高线之间的土方量,所选等高线必须闭合。由于两条等高线所围面积可求,两条等高线之间的高差已知,可求出这两条等高线之间的土方量。4常用土方量计算方法存在的问题(1)利用方格网法进行土方计算,软件会提示输入方格网长度,此数值越小,精度越高,但有时地形变化较大,部分地段高程较密,如果仍按照常规10m或20m间距进行计算,不能反映现场情况,就失去了计算图11人工鱼塘地形图的意义。(2)在计算土方量的过程中,由于软件系统本身511单纯利用DTM模型计算土方量的局限性的原因,当三角网边界插值间隔以及方格网边长数值软件根据相邻高程点建立三角网,形成DTM模 112城市勘测2008年型,但它建立的过程并不考虑地形的急剧变化,只单纯513回填土方量的计算方案以高程点变化为基准。这种三角网的建立理念,比较对于鱼塘、虾池这种地形变化较大的人工地貌,笔适合高程变化较小的地形,但对于鱼塘这种高程变化者提出如下所述的计算方案。较大的人工地貌,却容易出现三角网建立错误的现象(1)对外业的要求(如图12)。①根据土方量计算的要求,外业应特别注意点的加密和点位的选择,按照规定保证同一类型地貌每15m测一高程点,如坝顶每侧每15m一点,坝底沿线每15m一点,而且尽量在一条直线上。②设置控制点或支点时,注意反测坐标与高程,特别注意高程的情况,做好记录。当差值较大时,应及时调整。③对于测区内有水的地区应做好标记,并记录淤泥深度,为最终成果提供相关数据。(2)对内业的要求①首先要准确的绘制地貌,确认有水区域,并注意图12直接利用软件计算生成的三角网发现问题,及时与外业沟通。②对于外业采集的数据,内业应及时整理并核实,及时发现有无错误、遗漏等问题,同外业人员共同寻找解决办法(如根据临近高程点内插或外业补测)。③利用现有计算工具,尽量减小计算工作量。④严格按照计算方法划定计算区域和生成高程文件并计算。(3)土方量的计算如果单纯利用DTM模型方法进行计算,边界插值间隔也应选择15m,但外业观测时,难免会出现点位图13应该生成的三角网不在一条线上或间隔不一致的情况,使三角网的建立容易出现错误。如果在此基础上进行手工干预,又会在高程满足密度分布要求的前提下,三角网的建增大工作量,因此,提出两种计算方法。立是依据临近三角形为基准的,由图12中可见,在高方案A:将坝顶以及坝身高程去掉,求出相对于设程发生变化时,三角形的建立不能智能地区分地貌变计高程的填方量,然后求解坝体所在位置的实际高程化,图中阴影部分的三角形出现明显错误,此种情况下平均数,根据坝顶、坝身高程的平均数,分别利用柱体填方量与挖方量都会出现异常。为了确切反映地貌的和棱柱公式进行计算。变化,就必须绘制合理的三角形,只有这样,计算出的方案B:将人工地貌按照具体对象(如坝顶、坝身斜结果才更接近现实,正确三角网见图13。坡、池底)进行分类,将特征点连线作为分界线。共分为512单纯利用DTM模型进行土方计算的误差分析3部分,第一部分为坝顶范围,第二部分为坝身范围,第33(1)如图12中的填方量为69m、70m的三角三部分为池底范围。根据相应公式进行分别计算。形,计算的填方量会明显减少,挖方量明显增加。为防止计算过程中出现混乱,决定采用方案B的(2)有些地区,坝顶高程距离较远,在计算土方量计算方法(如图14)。时,会忽略坝顶部分,使挖方量减少。①为了确保计算成果的准确性,对于边界的划分,(3)此类测区范围都较大,而且地形复杂,根据误应该注意:差的偶然性,对最后的精确性不能定论。a1边线的划分,以特征点连线为准。特征点高程(4)结论:单纯利用DTM模型计算土方量,不适要分别考虑到相临两区间的关系,例如位于坝身与池用于高程变化较大的非单一地貌。底交叉线上的高程点,不仅要归在坝身计算范围内,还 第5期刘建英1南方CASS软件土方量计算方法的探讨以及特殊地貌土方量的计算113要参与池底范围土方量的计算。坝顶平均高<410m时1V=[(410-坝顶)+(410-坝底)]×S21或V=[(坝顶-坝底)×S+(410-坝顶)]×S2坝顶+坝底最终整理成果:V=410-×S2图14地貌变化分界图坝顶平均高>410m时b1如果较大范围内的高程均大于平场标高时,应将其单独圈出范围,以便计算挖方量。②土方量计算方法:在保证计算成果正确性的前提下,本着减小工作量的原则,并考虑误差的偶然性,所以在计算土方量时,按照以下方法进行:S1=坝顶-410整理结果坝顶-410S1=×SS坝顶-坝底坝顶-坝底a1池底因高程变化不大,所以,池底土方量的计挖方量:算可以按照CASS软件提供的DTM法计算。1b1对于坝身和坝顶土方量的计算,由于软件本身V挖=(坝顶-410)S12限制,对于较窄的坝顶,单纯使用DTM的方法,无法正1坝顶-410常建立三角网,因此根据高程变化情况,将高程较接近=(坝顶-410)×S2坝顶-坝底的区域分为一区,由人工求算高程平均数,根据公式求21(坝顶-410)土方量。=2×S(最终整理成果)坝顶-坝底c1计算平均数时,可采用软件中提供的“高程点填方量:生成数据文件”功能中的“选取区域边界”的方法,将11V填=(410-坝底)S2=(410-坝底)(S-S1)区间范围内高程点生成数据文件,为了防止数据丢失,22可将边线向外扩宽012,按照扩宽边线生成数据文件,1坝顶-410=(410-坝底)(S-×S)但应注意对高程点的复核,以防选取多余的点。2坝顶-坝底2d1可采用Excel计算平均数。1(410-坝底)=×S(最终整理成果)e1把计算公式编辑录入Excel,计算相应土方量。2坝顶-坝底③计算公式:④误差分析以平场标高为410m为例,土方量计算公式如下:a1针对于计算数据进行误差分析坝顶———坝顶平均高;由于高程密度基本一致(15m),在进行计算时,坝底———坝底平均高;坝身宽度变化不大,可不考虑坝顶与坝底高差值的变S———投影面积化。取平均数计算可以满足误差补偿;如坝身宽度变a1坝顶土方量计算化较大,同时相对应的坝顶与坝底高差值变化也较大坝顶平均高<410m时时,按照平均高程计算土方量,会产生一定的误差。但V填方=(410-坝顶)×S(坝顶面积)此种情况较少,且误差累积值在土方计算误差允许范坝顶平均高>410m时围内,因此,计算时可不考虑。V挖方=(坝顶-410)×S(坝顶面积)b1根据现场情况进行总体误差分析b1坝身土方量计算因为此类地形内一般都有水,测绘工作环境恶劣, 114城市勘测2008年使结果难免存在误差,考虑到水下淤泥的特性,根据误法进行挖方量计算。差存在的偶然性和补偿性,可根据实际情况增加一定湖壁部分坡度为1∶3,虽然南方CASS软件(510版的淤泥下陷常数,也就是在实地考察淤泥厚度以及稠本以上)中提供的土方量计算,给出了设计平面为倾斜的度的基础上,提出相应的增量常数,使得提供的土方量土方计算方法,但只适用于坡底线为直线的情况,而且功数据更加符合现场情况。能要求范围边线必须为直折线,如果使用软件计算,不能(4)反馈意见得到正确的计算结果,因此,决定利用几何法进行土方量经过多次检核和验证,严格按照内外业的要求进行计算。在充分考虑现状地形后,因为测区内高程均低于高程测量和土方量计算,其结果与实际填挖方量相差较4100m,所以要先计算此范围内池底平均高所在平面的面小,满足规范要求,得到了较高的评价。我们曾经利用积。同样也要分池底、坝顶、坝身3部分进行计算。2此种方法计算约50km的鱼塘回填土方量,当时参加回填任务的工程队约有20家,对计算结果均未提出异议。514在此类地形基础上开挖人工湖的土方量计算设计部门提出在此类人工地貌的基础上修筑人工湖,以图15人工湖为例,图中用拟合曲线标示了湖岸线、水面线、湖底线。图17断面示意图图18计算公式推导示意图从图17可知,在湖壁土方量计算过程中,关键是根据地形变化确定开挖的具体位置。因湖壁坡度为1∶3,对于划分好的每一部分,其d=3H。根据图16分析,湖底与湖岸线为近似平行,在确定偏移量d的同时,图15人工湖投影图根据柱体以及锥体的计算公式可求算具体土方量值。其设计断面图(图16)如下。由断面图可知,湖底将各计算成果进行汇总,便可得到最终计算数据,部分为平面,高程一致,湖壁放坡线的坡度为1∶3。在此不再赘述。以此为例对计算方法进行说明:6结语相关技术资料中有关土方量的论述,大都是在高程变化较小地形的基础上提出的,对于这种高程变化较大的人工地貌,却没有比较实用的计算方法。作者提出了这种土方量计算方法,避免了因地物图16人工湖剖面图高差变化较大而引起的土方计算错误,同时也充分的总体思路:考虑了现场以及其他环境因素的影响。其可信程度较土方量的计算以湖岸面原始标高(现场实测高高,满足了大型土方计算的精度要求。程)为基准,根据设计要求,提出具体的计算方法。但此方法操作以及计算过程较为复杂,应用公式湖底部分为平面,在进行计算时,设计标高为较多,工作量较大,还需要在今后的工作中做好方案的-214m,计算时,要根据高程变化进行细致划分,即将进一步优化。变化比较一致的部分划分在一组,然后再利用上述方 第5期刘建英1南方CASS软件土方量计算方法的探讨以及特殊地貌土方量的计算115参考文献[2]吴敬文,周丰年,赵辉.基于格网节点的土方量计算方法[1]南方测绘仪器有限公司.南方CASS用户手册.研究.测绘通报,2006(11)MethodsofCalculatingEarthworkbyusingCASSSofeware&HowtoCalculateinSpecialEnvironmentLiuJianYing(QingdaoProspecting&SurveyingResearchInstitute,Qingdao266109,China)Abstract:TherearemanymethodsthatcancalculatetheearthworkbyusingNANFANGCASSSurveyingsoftware.Eachmethodissuppliedtofitaspecialenvironmentwithhighprecision.Theauthortellsushowtochoiseacorrectmeth2od,andgiveadviceswhichweneedtopayattention.Andmoreimportantly,thewritercansupplymethodshowtocalcu2latetheearthworkaboutpoundandman-madepoolorlake,whichhavenodirectmethodstochosen.Keywords:earthworkcalculation;researchmethod;specialenvironment;calculationscheme国家测绘局发出紧急通知要求加强涉军测绘管理工作2008年9月27日,国家测绘局向全国各省、自治区、直辖市测绘行政主管部门和各导航电子地图资质单位发出紧急通知,要求加强涉军测绘管理工作。通知指出,当前我国测绘市场总体保持健康发展,但也存在一些问题,表现为一些测绘单位的内部管理尤其是保密管理混乱,部分测绘人员的法制意识和保密意识淡薄,一些地方的测绘市场监管不到位,致使涉军非法测绘事件时有发生,给国防军事安全带来隐患。通知强调,各级测绘行政主管部门和测绘单位一定要树立国家安全和利益高于一切的观念,深刻认识加强涉军测绘管理工作的重要性,采取坚决有效措施,制止非法测绘活动,维护测绘市场秩序。通知对加强涉军测绘管理工作提出四点具体要求:一是迅速开展检查。各省级测绘行政主管部门要迅速组织开展对本地测绘单位近3年来涉军测绘情况的全面检查,摸清情况,找准问题,制定措施,堵塞漏洞。测绘单位要开展自查整改,并将涉军测绘事件的经过、原因、处理结果等书面上报所在的省级测绘行政主管部门。二是加强日常监管。各级测绘行政主管部门要依法加强测绘项目登记备案工作,强化本地区测绘活动的日常监督检查。测绘人员必须持有有效的作业证件,导航电子地图资质单位不得以任何形式雇用外籍员工,导航电子地图数据采集人员要穿着标志明显的作业服装,作业车辆应当粘贴或喷涂明显的测绘作业标志。测绘单位在项目施测中,凡涉及军事禁区和军事管理区的,要严格遵守《军事设施保护法》的规定,主动与当地驻军联系。对发现涉军测绘活动的,要配合有关部门妥善做好调查处理工作。三是加大查处力度。各省级测绘行政主管部门要充分发挥市县测绘管理部门的作用,与安全、保密、工商等部门建立协作机制,形成监管合力。要依法查办涉军非法测绘案件,做到涉密数据没有全部收缴不放过、泄密事件原因没有完全查清不放过、涉案人员没有得到依法处理不放过。凡属非法测绘的,要依法吊销测绘单位的测绘资质证书,向社会公开曝光,清出测绘市场,触犯国家刑法的,依法追究刑事责任。四是加强法规培训。各省级测绘行政主管部门要充分利用各种新闻媒体,结合测绘法制宣传教育,强化测绘单位的测绘成果保密意识,增强测绘单位及其人员依法测绘的自觉性。各测绘单位近期要对全体员工重点进行“四法一条例”即《测绘法》、《军事设施保护法》、《国家安全法》、《保守国家秘密法》、《测绘成果管理条例》等法律法规的学习培训,教育引导测绘人员依法从事测绘活动。(来源:http://www.sbsm.gov.cn)'