土地整治中土方量计算方法的研究及精度分析-论文.pdf

'第37卷第9期测绘与空间地理信息Vo1．37，No．92014年9月GEoMATICs＆SPATIALlNFORMATIONTECHNOLOGYSep．，2014土地整治中土方量计算方法的研究及精度分析崔丽丽，全斌，潘瑜春，李淑华，吴丹"(1．西安科技大学测绘科学与技术学院，陕西西安710054；2．国家农业信息化工程技术研究中心，北京市农林科学院，北京100097)摘要：主要介绍了方格网法、断面法、等高线法、DTM法四种土方计算方法的计算原理，利用CASS7．0软件的土方计算辅助计算模块中提供的方格网法、断面法、等高线法、DTM法进行计算实现，在算例分析的基础上，对四种方法的计算精度、适用范围、优缺点进行分析比较，并对土方计算的发展前景进行展望。关键词：土方计算；CASS7．0；方格网法；断面法；等高线法；DTM法中图分类号：P25；TP391．72文献标识码：B文章编号：1672—5867(2014)09—0181—04TheStudyandthePrecisionAnalysisonMethodsofEarthworkCalculationinLandC0ns0lidati0nCUILi—li，QUANBin，PANYu—chun，LIShu—hua，WUDan’"(1．XianUniversityofScienceandTechnology，CollegeofGeomatics，Xian710054，China；2．NationalEngineeringResearchCenterforInformationTechnologyinAgriculture，BeijingAcademyofAgriculturalandForestrySciences，Beijing100097，China)Abstract：Thecalculationprincipleofsquared，sectionmethod，contourmethodandDTMmethodaremainlyintroducedinthispaper．Thecomputationalimplementationisobtainedbythesquaregrid，sectionmethod，contourmethodandDTMmethodprovidedbyauxiliarycalculationmoduleofearthworkcalculationinCASS7．0．Basedontheanalysisofexamples，thecalculationaccuracy，ap-plicationscope，advantageanddisadvantageareanalyzedandcompared．Finally，theprospectsofearthworkcalculationaredis-cussed．Keywords：earthworkcalculation；CASS7．0；squaregrid；sectionmethod；contourmethod；DTMmethod用CASS7．0的土方量辅助计算模块，高效、快速、准确地O引言计算土方量的方法。框架结构图如图1所示。现今我国实施可持续发展战略面临着人口、资源、环2常见土方量计算方法及原理境三大问题。土地，特别是耕地是一种稀缺资源，它对实施可持续发展意义重大⋯。而土地整理过程中往往都要根据不同情况，土石方计算可选用不同的方法J。涉及土方量的计算问题。尽管传统的土方计算方法有很常用的土石方计算方法有方格网法、断面法、等高线法及多，但是往往计算过程烦琐、效率低下、精度低，严重影响DTM法等方法。了工程的进度和工程效益。为了克服传统方法的不足，2．1方格网法土方工程需要一种测算成本低、操作简便、通用性强、自方格网法是将场地划分为若干方格，从地形图得到动化程度高、速度快、精度高的土方计算软件和方法。随每个方格角点的自然标高，根据各点的设计标高与自然着全站仪等现代测量仪器的普及以及计算机技术的迅猛标高之差，求出零线位置，进而求出各方格的工程量，所发展，土方计算的自动化成为了可能。有方格的工程量之和即为整个场地的工程量。如果场地的设计高程未知，计算土方量之前要先计算设计高程。1框架结构将挖方区(或填方区)所有方格计算的土方量和边坡土方本文基于四种传统的土方计算方法，探讨了如何利量汇总，即得场地挖方量和填方量的总土方量j。收稿日期：2013—09—13作者简介：崔丽丽(1987一)，女，山东栖霞人，硕士，2014年毕业于西安科技大学测绘工程专业，主要从事测绘工程和地理信息系统开发及应用T作。 182测绘与空间地理信息2014生DTM(GridBasedDTM)和基于三角网的DTM(TranCeBasedDTM)。3实例研究3．1实验介绍实验地点为山东交通学院长清校区新建篮球场(面积大约为1490m，地形较为平坦，最高点高程80．310m，最低点高程为80．000m，采用的是自由设站方式)、山东交通学院长清校区新建图书馆西边的大坑(地形起伏较大，实际面积大约为19953．0m，最小高程为91．975HI，最大高程100．546m)，外加CASS7．0软件中的样本数据。数据采集使用的仪器为苏州一光OTS800系列全站仪，数据采集过程中采用独立设站方式进行土方控制测量，并在此基础上进行碎部点坐标的采集。土方量计算采用CASS7．0软件实现。图1框架结构图3．2实验计算过程Fig．1Frameworkstruc~re1)方格网法展绘完目标数据后，用闭合复合线绘出目标区域的2．2断面法界限，选择方格网法，按照提示，选择目标高程点数据文断面法是按一定的间距将场地划分为若干个横截件，并设定方格网长度，确认后，软件便自动显示出计算面，按照设计高程与地面线所组成的断面图，计算每条断结果。面线所围成的面积，以相邻两断面面积的平均值乘以其2)断面法间距，得出每相邻两断面间的体积，将各相邻断面的体积展绘目标数据后，用复合线绘出场地中桩线，在此基加起来，求出总体积。。。础上按照提示生成里程文件，然后选择道路断面，设置相2．3等高线法应参数后会出横纵断面图，最后选中所有横断面图，完成等高线法计算土方量是计算任意两条等高线之间的土方计算。土方量，但所选等高线必须闭合。由于两条等高线所围3)等高线法面积可求，两条等高线之间的高差已知，可求出这两条等展绘目标数据后，建立DTM模型，然后绘制等高线，高线之间的土方量。选择封闭等高线，进行土方量计算。2．4DTM法4)DTM法DTM不仅应用于各种工程规划和地形分析，而且也展绘目标数据后，选择DTM法，根据坐标文件进行土被用于土方工程量的计算。由DTM模型来计算土方量方量的计算，确认后，软件便直接绘出土方计算成果汇总是根据实地测定的地面点坐标(，Y，z)和设计高程，通表。四种方法在不同间距下的土方计算结果汇总见表1，过生成三角网来计算每一个三棱锥的填挖方量，最后累四种试验方法计算最终成果汇总见表2。计得到指定范围内填方和挖方的土方量，并绘出填挖方3．3实验结果分析分界线。DTM一般有两种表示方式，即基于规则格网的1)山东交通学院长清校区新篮球场实验结果分析表1四种方法在不同间距下的土方计算结果汇总表Tab．1nlef0urmethodsin~ferentdistancecalc~afionreslllts从上述试验统计结果中，我们不难发现：相对来说与理论值偏差较大一些，而等高线法则不适用①在平坦地区，方格网法和DTM法计算结果相差无于该处小区域平坦地区。几，其中，DTM法计算结果更加接近真实结果，断面法则②从计算的中误差来看，使用方格网法计算土方量 第9期崔丽丽等：土地整治中土方量计算方法的研究及精度分析183表2四种试验方法计算最终成果汇总时，方格网的边长对计算结果有一定的影响，而且从理论Tab．2Fourkindsoftestmethodforcalculation上来说，方格边长越小，计算精度越高u，但当采集点的offinalresultssummary密度不够，即使选择再小的边长，也不会提高计算精度；在平坦地区，DTM法中采样间隔对计算结果影响不是太大；平坦地区，断面法中断面间距与计算结果影响相对方格网法来说较小。计算结果汇总见表3。2)山东交通学院长清校区新图书馆西北大坑实验结果分析表3计算结果汇总Tab．3Calculationresults通过该实例计算结果，我们可以看出：值，因此，将DTM法的计算结果作为真实值的近似值。从①根据填、挖方平衡的原则，在确定平场标高时，上表的土方统计结果，我们不难看出：DTM法相对来说更适合用来确定场地标高。①在地形起伏比较大的地区，方格网法不适合用于②在计算土方量时，方格网的边长对于土方量计算土方量的计算；等高线法虽然相对方格网法来说计算精精度有着一定的关系。此外，我们可以看出，在地形起伏度较高一些，但计算结果相对于真实值来说差距不少，因比较大的地方，DTM法更适合用来计算土方量，而方格网此，也不适用于土方量的精确计算，而只适合用于土方量法则不适用于地形起伏比较大的土方量计算。不同采样的概算。间距时土方计算汇总见表4。②从上表中可以看出等高距不同，土方计算结果也3)CASS7．0中样本数据计算结果分析不同，而且等高距越小，计算结果越接近真实值。表4不同采样间距时土方计算汇总4结束语Tab．4Diferentsamplingspacingearthwork土方量计算的精度主要取决于采集数据的精度和密calculationsummary度。在采集数据时，应注意地貌特征点，地形变换点，坎上与坎下，坡脚与坡顶。高程点分布要均匀，对高程不足的地方必须根据实际情况补注高程。从以上三组算例的成果分析中，我们可以比较直观地得出：1)不同的土方计算方法计算的同一场地土方量结果相差较大，甚至使用同一种方法在不同计算条件下计算同一场地的土方量计算结果都会有较大差异，所以不同方法土方计算精度不同，适用范围也不一样。2)方格网法的精度取决于数据采集密度的大小，同时和方格网的大小有关。方格网的边长越小，计算精度也越高。当方格的大小与实地地形最小的区别尺寸相近时最好。由前面的两个算例结果分析可知，在计算地形起伏3)断面法的计算精度取决于外业横断面上采集点密较大区域的土方量时，将DTM法的计算结果最接近真实度，与横断面的间距的长度有关，横断面间距越小，计算 184测绘与空间地理信息2014聋精度就越高。断面法土方量计算要注意横断面数据选择[D]．南京：南京农业大学，2011．和计算，对地形起伏较大的地方要增加断面数。林增楠．方量计算方法对比与精度分析[J]．科学之友4)等高线法计算土方量的精度主要是由图形上等高(下)，2013(5)：160—161．线的精度决定，而且等高距的大小会影响等高线法计算潘正风．数字测图原理与方法[M]．武汉：武汉大学出土方量的精度。等高距越小，计算结果越接近真实值，但版社，2004．张正禄．工程测量学[D]．武汉：武汉大学出版社，2005．是相对于DTM法来说，其计算精度相对较低。罗字文，刘晓红．基于CASS软件的土方量计算方法5)DTM法的精度在于地形特征点的密度和精度。使[J]．科技展望，2010(1O)：59—60．用DTM法计算时最好先根据高程数据文件建立三角网，毛小方，屠春伟．土方量的计算方法和精度分析[J]．中对已经生成的三角网进行必要的添加和删除，使结果更国新技术新产品，2009(18)：133—134．接近实际地形。李芳芳，牛书平．CASS软件在土石方计算中的应用总的来说，四种土方计算方法中，DTM法在不同场地[J]．四川建筑，2010，30(4)：235—236．的土方计算精度较高；方格网法在平坦地区的土方计算林观土．不同土方测量方法的比较与评价[J]．广东农精度也比较高，但地势起伏比较大时，其计算精度则相对业科学，2007(8)：33—35．较低，甚至相差很大；等高线法的土方计算精度整体来说李志林，朱庆．数字高程模型[M]．武汉：武汉大学出版比较低；断面法用于规则的狭长地带的土方计算精度较社，2000．高，但是用于地势起伏比较大的场地的土方计算的精度陈黎阳．土方测量计算方法比较研究[J]．现代测绘，较低。2010，33(5)：36—38．_：吴伟理，杨丽敏．土方量的计算方法与精度分析[c]／／参考文1献：1]m¨]j测绘科技信息交流论文集．成都：成都地图出版社，[1]胡秀丽．基于GIS的土地整理规划设计系统研究[D]．2007：248—249．武汉：华中师范大学，2006．[编辑：张曦][2]黄琪．基于DEM和LP的土地平整工程设计优化研究(上接第180页)表3公共边导线、后方交会坐标方位角对比Tab．3Comparisonofcoordinateanglesbetweentraverseforcommonsidesandresection从以上数据比较结果可以看出，本方案成果相比导程测量规范[s]．北京：中国铁道出版社，2009．线网成果更加接近陀螺仪成果，与陀螺仪成果只相差3s；[2]中国有色金属工业协会．GB50026—2007工程测量规范其精度之高足以满足地铁隧道施工和设计规范要求。[s]．北京：中国中国计划出版社，2007．[3]建设部综合勘察研究设计院．JGJ／T8—2007建筑物变4结束语形测量规程[s]．北京：中国建筑工业出版社，2007．[4]北京城建勘测设计研究院．GB50308—2008城市轨道交本文通过理论分析对比与现场测量相结合，得到如通工程测量规范[s]．北京：中国建筑工业出版社，2008．下结论：运用后方交会法能够提高隧道的贯通精度，解决[5]武汉大学测绘学院测量平差学科组．误差理论与测量平了地铁盾构施工一次成洞对测量高精度要求。而且对后差基础[M]．武汉：武汉大学出版社，2003．序地铁的铺轨具有较好的控制指导意义，为地铁线路的[编辑：胡雪]平顺性，提高地铁列车的乘坐舒适性提供了测量技术保障。参考文献：[1]中华人民共和国铁道部．TB10601—2009高速铁路工'