DTM 法土方量计算的工区边缘高程点选取问题与精度分析.pdf

'第37卷第8期测绘与空间地理信息Vo1．37，No．82014年8月GEOMATICS＆SPATIALlNFORMATIONTECHNOLOGYAug．，2014DTM法土方量计算的工区边缘高程点选取问题与精度分析冯国强，冷亮(吉林大学应用技术学院，吉林长春130012)摘要：DTM法土方量计算是工程施工中较为常用的一种方法，选取不同的高程点将获得不同的DTM，进而会影响到工区内土方量计算的精度。本文对不同工区的多种高程点选取方式进行了实验及分析，从中总结了一种较为有效的并兼顾精度的工区边缘高程点选取方法。关键词：DTM；土方量；高程点；选取中图分类号：P2；TU16文献标识码：B文章编号：1672—5867(2014)08-0176-03ResearchonSelectionsofElevationPointsNearbyWorkareasfl0rEarthworkCalculationbasedonDTMFENGGuo—qiang，LENGLiang(AppliedTechnologyCollegeofJilinUniversity，Changchun130012，China)Abstract：EarthworkcalculationbasedonDTMisacommonlyusedmethodintheconstructions．DifferentselectionsofelevationpointswhichbringdifferentDTMsafectthecalculationofearthworkinprecision．Inthispaper，somemethodsofelevationpoints8e—lectionsaboutdiferentworkareaswerediscussed，amoreefectiveandaccuratemethodsofelevationpointsselectionswasdeveloped．Keywords：DTM；earthwork；elevationalpoints；selections选取问题，边缘选点过多和选点区域过大都会影响工作0引言效率，点选少了或选点区域小了又不能满足精度要求。土方量计算就是计算相关工区内的填土和挖土体本文通过对不同大小的工区边缘高程点选取问题进行了积，在土地整理、筑路工程和水利工程等各种建分析，提出了一种效率较高并兼顾精度的工区边缘高程筑工程中是必不可少的环节。工程施工前必须对工区内点选取方法。的土方量进行预算，以便对工期和工程费用做出合理的1DTM法计算土方量概算。比较常用的土方量计算方法有：方格网法、等高线法、断面法、DTM法、区域土方量平衡法和平均高程法。数字地形模型(DTM)是以数字的形式按一定的结构众多方法中，DTM法的工区适应性较强且计算精度较组织在一起，表示实际地形特征的空间分布模型。当高，已成为计算土方量广泛采用的方法之一。近年DTM中的地形属性为高程时称其为数字高程模型来，一些学者在DTM法土方量计算方面进行了相关研究。(DEM)，DEM质量的优劣直接关系到DTM的质量。在具李殷等通过对比多种土方量的计算方法，得出了DTM法有专门的土方量计算功能的测绘软件中，多应用不规则是一种较为有效和准确的方法；周越轩等利用DTM法三角网(TIN)来表示DTM，该法利用实测地形碎部点、特和加权平均移动法建立了工区数字地面模型，指出该方征点进行三角构网，对计算区域按三棱柱法计算土方量。法不但精度高，而且可以实现工程的自动化；黄俊华提2DTM法土方量分区计算实验出了一种由块状DTM生成带状DTM的算法，并能消除相应的数据冗余；刘先森等通过对用于生成DTM的采样南方CASS7．1成图系统在测绘单位中广为使用，本点位置和密度的研究，指出采样点的位置尤为重要。文利用其中的DTM法土方量计算功能进行相关分析。但在土方量计算相关研究中，对工区边缘的高程点选取2．1工区的建立问题的研究较少，实际工作中，经常涉及工区边缘高程点实验的基础高程数据中含有126个高程点，其中最大收稿日期：2013—06—20作者简介：冯国强(1964一)，男，山东兖州人，副教授，学士，主要从事地形测量、数字化测图等相关专业的教学和科研T作。 第8期冯国强等：DTM法土方量计算的工区边缘高程点选取问题与精度分析177高程为43．9m，最小高程为24．368m。为了分析工区边之后，分别应用工区2、工区3和工区4边界内部的缘高程点选取问题及其精度，本实验中构造了两种类型高程点相应地对工区2、工区3和工区4的土方量进行计的工区，一种是在以最外围高程点为一个工区边界的基算，其设计高程为30m，分别获得相应的填方和挖方数。础上，每个小工区向内偏移20m；另一种是以高程点为边因为计算每个工区的土方量所用高程点为其内部的高程界点的工区，如图1、图2所示。多边形1是以基础数据点，所以我们称之为没有外扩，对应表1中“是否外扩”一最外围高程点为边界点，此多边形即为工区1；工区2是列中的“否”。为了进一步分析边缘高程点的选取对工区在工区1的基础上向内整体偏移20m的结果，以此类推，土方量计算的影响，我们分别采用了四套高程点对工区4得到工区3和工区4；图2中工区a与图1工区1以相同的土方量进行了计算，设计高程为30m。第一套高程点的方式建立，即工区a和工区1相同，工区b的范围是将为基础数据的全部126个高程点；第二套高程点为工区4与工区a最为临近的高程点依次连接所获得的多边形，以内部的高程点；第三套高程点包括工区4内部的高程点和此类推，获得工区C和工区d。其中，工区1=工区a，工区工区边缘外部较多的高程点，为此，我们将表1“是否外2<>工区b，工区3<>工区c，工区4<>工区d。扩”一列对应填为“1”；第四套高程点包括工区4内部的高程点和工区边缘外部较少的高程点，我们将表l“是否外扩”一列对应填为“2”。通过以上方式所获得的各工区多种土方量计算结果见表1。表1工区1～4多种土方量计算结果Tab．1Theresultsin1—4varietyofearthwork图1工区1—4及相关高程点对于工区2，应用全部126个高程点进行土方量计算与应用其内部高程点进行土方量计算，所得填方数相差约1000m，所得挖方数相差约3000m，总土方数相差约4000m；对于工区3，应用全部126个高程点进行土方量计算与应用其内部高程点进行土方量计算进行对比，因工区3内部高程点的值多大于设计高程30m，所得填方数相差约为0，所得挖方数相差约5000m，总土方数相差约5000m；对于工区4，应用全部126个高程点进行土图2工区a—d及相关高程点方量计算与应用其内部高程点进行土方量计算进行对Fig．2Sectiona～dandelevation比，因工区4内部高程点的值大于设计高程30m，所得填2．2实验及结果分析方数相差为0，所得挖方数相差约4000m，总土方数相差2．2．1工区1～4实验及结果分析约4000m。对于高程点外扩情况“1”，其相对于应用全根据分区方式的不同，首先对分区1、分区2、分区3部高程点所得的土方量，填方数相差为O，所得挖方数相和分区4的土方量进行计算。为了对比分析工区边缘不差约90m，总土方数相差约90m’；对于高程点外扩情况同的选点方式对土方量计算的影响，首先计算了工区1的“2”，其相对于应用全部高程点所得的土方量，填方数相土方量，土方量计算的边界即为图1中多边形1，所用高差为0，所得挖方数相差约0，总土方数相差约0。从以上程数据为基础数据全部的126个高程点，设计高程为两种高程点外扩情况我们可以看出，在工区边缘外测量30m，获得了相应的填方和挖方数，在其范围外没有多余一些高程点，可以提高土方量计算的精度，但不同的高程的高程点，我们称之没有外扩。对应表格中“是否外扩”点选取方式不同，会形成不同的DTM，虽然以上两种方式一列中的“否”。所选取的高程点所形成的DTM三角网都可以覆盖工区然后，应用基础数据的全部126个高程点对工区2进4，但覆盖情况是不同的，如图3和图4所示分别为高程点行了土方量计算，设计高程为30m，以此类推，对工区3外扩情况“1”和高程点外扩情况“2”所生成的DTM三角和工区4内的土方量进行了计算，分别获得了相应的填方网。图4相对于图3所示的三角网更为均匀地覆盖了工和挖方数。应用全部的126个高程点对以上三个工区进区4的范围。行土方量计算，其工区范围外都有高程点，在此我们称之2．2．2工区a～d实验及结果分析为外扩。对应表格中“是否外扩”一列中的“是”。为了对比分析工区边缘不同的选点情况对土方量计 178测绘与空间地理信息2014鼻m；对于工区C，应用全部126个高程点进行土方量计算与应用其内部高程点进行土方量计算，所得填方数相差约接近0，所得挖方数相差接近0，总土方数相差接近0；对于工区d，应用全部126个高程点进行土方量计算与应用其内部高程点进行土方量计算，因工区d内部高程点的值大于设计高程30m，所得填方数相差为0，所得挖方数相差约20m，总土方数相差约20m，对于面积较大的工区来说，20m的土方量是较少的，对工程预算影响很小。相比于工区1～4，工区a～d在没有边缘外扩高程点的情况下，其计算得出的土方量更接近真实值。图3外扩“1”对应三角网3结束语通过以上实验，我们可以看出，当计算工区内的土方量时，为了提高工作效率，若已经确定T区的实际范围，应适当在工区边界线上测量一些高程点，这样既能保证土方量计算的精度，同时这些高程点往往是外业测绘中的特征点，又可以用于绘制地形图和施工图。若不在T区边界上测量高程点，而是采用向边缘外延一些高程点的方式进行土方量计算时，应尽量使所选高程点较为均匀地覆盖_T区。图4外扩“2”对应三角网参考文献：Fig．4Extension”2”correspondingtriangulation[1]樊彦国，侯春玲，张磊．土地开发整理项目中土方量计算的影响，首先计算了工区a内的土方量，土方量计算的算的精度分析[J]．测绘科学，2009，34(6)：187一l89．边界即为多边形a，所用高程数据为基础数据全部的126[2]胡振琪，高永光，李江新，等．ERDAS在土地整理土方个高程点，设计高程为30m，获得了相应的填方和挖方量计算中的应用[J]．中国土地科学，2006，20(1)：50数，在其范围外没有多余的高程点，我们称之没有外扩。—54．对应表2中“是否外扩”一列中的“否”。应用基础数据的[3]陈勇．利用ArcGIS地学统计分析进行土地平整土方量全部126个高程点对工区b进行土方量计算，设计高程为计算的研究[J]．安徽农业科学，2007，35(1)：7O一71．30m，以此类推，对丁区C和工区d内的土方量进行了计[4]吴庆忠．筑路工程土方量计算严密公式[J]．江苏测绘，算，分别获得了相应的填方和挖方数。应用全部的126个2000，23(3)：30—31．[5]王笑峰，郑丽娜，刘淑．水利工程中土方量计算的快速高程点对以上三个工区进行土方量计算，其工区范围外方法[J]．黑龙江水专学报，2000，27(2)：22—23．都有高程点，在此我们称之为外扩。对应表2中“是否外[6]刘鸿剑，肖伟红，何建英，等．基于DEM的工程土方量扩”一列中的“是”。之后，分别应用丁区b、工区C和工区算法研究[J]．江西理工大学学报，2009，30(4)：l2d边界内部的高程点对应地对工区b、工区C和工区d的—21．土方量进行计算，其设计高程为30m，分别获得相应的填[7]李殷，朱益虎．DTM在土方计算中的应用[J]．地矿测方和挖方数。因为计算每个工区的土方量所用高程点为绘，2006，22(4)：33—36．其内部的高程点，所以我们称之为没有外扩，对应表2中[8]周越轩，刘学军，杨治洪．基于DTM的土方工程计算与“是否外扩”一列中的“否”。通过以上方式所获得的各工精度分析[J]．长沙交通学院学报，2000，16(4)：39区多种土方量计算结果如表2所示。—43．表2工区a—d多种土方量计算结果[9]黄俊华．由块状DTM生成带状DTM[J]．桂林工学院学Tab．2TheresultsinA～Dvarietyofearthwork报，1995，15(3)：308—312．[10]刘先森，甘济五，王铁山．CASS数字测图软件中DTM的建立[J]．测绘与空间地理信息，2010，33(4)：218—220．[11]杨德麟．数字地面模型[J]．测绘通报，1998，(3)：37—38．[12]范玉平．南方CASS在土方计算中的应用[J]．测绘与空间地理信息，2011，34(1)：249—250．[编辑：栾丽杰]对于工区b，应用全部126个高程点进行土方量计算与应用其内部高程点进行土方量计算，所得填方数相差约250m3，所得挖方数相差接近O，总土方数相差约250'