利用南方CASS绘制断面图的几种方法及其土方量计算

'利用南方CASS绘制断面图的几种方法及其土方量计算第七项目部刘阳摘要：本文通过综合运用基于CAD的CASS软件功能，利用采集的原始数据，在地形图中对所需要横断面图进行批量电子成图，并根据断面成果进行土方量计算，通过此类方法，提高实际测量作业效率和自动化水平。关键词：CASS软件；断面图；绘制；土方计算；1研究背景在工程建设中，特别是市政工程如开挖河道、修建渠道、堤防、排水管道或道路等，通常在狭长的带状范围内进行。所以，为了了解沿线地区的地形起伏变化情况，在地面上定出其中心位置，再沿路线方向测出其他地面起伏情况。接着进行纵断面测量，并在线路中心线的垂直方向上进行横断面测量，再绘制成横纵断面图，它就成为设计路线坡度和计算土石方量的依据。线路测量一般包括踏勘选线、中线测量、横纵断面测量、横纵断面绘制、在横纵断面上进行线路设计和土石方量计算，以及边坡放线等工作。横断面图绘制对于很长的路线或者复杂的地段来说是一项繁重而重复的工作，因此如果能有一个准确、快捷的绘制方法，将会大大提高工作效率。本文介绍了利用全站仪等各种测量仪器和CASS7.0软件快速又精确地进行数据采集与断面图绘制的简单方法，并对断面图绘制和土方量计算进行重点介绍，可为类似工程施工提供借鉴。2工程概况虹梅南路高架工程HM-3标段起点位于兴梅路，终点位于双柏路，高架道路桩号范围为K2+616.8～K5+003，全长2.386公里，地面道路桩号范围为K2+600～K4+987，全长2.387公里，主要工程内容为主线高架桥，银都路上下匝道桥，地面辅道桥，地面道路及雨、污水管线工程。虹梅南路项目主要与老沪闵路、银都路、金都路、双柏路等道路相交。道路施工红线宽45～70m，中环线至双柏路为双向6车道，双柏路至永德路为双向4车道。地面道路为城市主干道设计标准，2车道净宽为7.5m，3车道净宽为11.25m；净高标准为≥5.0m，一般路段地面辅道与高架主路之间净高7.0～8.0m。3获取断面图数据的几种方法断面测量是测量垂直于线路中线方向的地面起伏情况，并按一定比例绘制成横断面图。根据各类工程项目3 的性质和不同要求，其横断面图的用途也不尽相同。对于道路工程，主要用于路基设计、土石方量计算、路基加固防护工程设计和路基施工放样等；而河道工程，主3 要供河宽设计、土方量计算和洪水流量计算之用。线路横断面测量主要包括定出横断面方向、施测和绘制横断面图等工作。下面介绍几种横断面数据获取的方法。3.1水准仪视距法水准仪视距法适用于线路两侧地势平坦，且测量精度要求较高的一种方法，多用于城市建筑区和平原地区。把水准仪安置在横断面位置上，获取上丝、下丝、中丝的读数，得出横断面上点的距离和高程。3.2经纬仪视距法此方法是将经纬仪安置在中桩上或横断面点上，在这个断面的地形变化处立上标尺，量取仪器高，读取视距和垂直角，测出距离和高程。此方法用于起伏较大和树木杂草较多不便量距的地方，测量精度也较高。3.3全站仪坐标法首先沿中心线在施工范围以外埋设高程和平面控制点，把全站仪安置在已知控制点上，设置测站点坐标，定向点坐标和高程，将棱镜立在要测的横断面上，测出每个点的三维坐标，并储存到全站仪里。在每一个站都要记录各个断面的中心桩号和点号。3.4数字地形图上断面数据的量取在南方地籍地形成图软件系统CASS7.0中，打开地形图用复合线(pline)在原地形图上绘制中心线，然后再用复合线绘制垂直于中心线的横断面位置线，自中心线起始位置开始注记各横断面的里程，最后用复合线生成各横断面的里程断面数据文件。4利用CASS7.0建立数据文件利用CASS7.0软件绘制断面图时，一般需要两种数据文件。4.1已知坐标数据文件已知数据文件是用全站仪观测而得到的数据，已知数据文件扩展名是“.dat”，格式如下：1点点名(或点号)，1点编码，1点Y(东)坐标，1点X(北)坐标，1点高程(H)……N点点名(或点号)，N点编码，N点Y(东)坐标，N点X(北)坐标，N点高程(H)坐标数据文件内每一行代表一个点；每个点Y，X，H的单位均为m；编码可以为横断面的序号，也可以为空，但其后的逗号不能省略，所有的逗号不能在全角方式下输入。具体数据格式如下：A1，K3+120，-3824.598，-14422.055，6.734 A2，K3+130，-3821.782，-14431.650，6.30A3，K3+140，-3818.966，-14441.246，5.884 A4，K3+150，-3816.150，-14450.841，5.31A5，K3+160，-3813.334，-14460.436，5.18A6，K3+170，-3810.518，-14470.032，5.11A7，K3+180，-3807.702，-14479.627，5.05A8，K3+190，-3804.886，-14489.222，4.97……4.2里程文件里程文件由前文所述方式观测所得的水平距离和高程组成，里程文件扩展名是“.hdm”，里程文件有两种格式。每个断面第一行以“BEGIN”开始；“断面里程”表示当前横断面中桩在整条纵断面上的里程，如果里程文件只用来画断面图，可以不要这个参数；各点应按断面上的顺序表示。第一种格式是里程依次从小到大，格式如下：BEGIN，第一断面里程第一点里程，第一点高程第二点里程，第二点高程……下一个断面BEGIN，第二断面里程……第二种格式是把横断面以中心桩分为两侧，左侧里程为负，右侧里程为正，中心桩里程为0.0，其具体格如下：BEGIN，第一断面里程第一点(左侧)里程，第一点(左侧)高程第二点(左侧)里程，第二点(左侧)高程……0.0第一点(右侧)里程，第一点(右侧)高程第二点(右侧)里程，第二点(右侧)高程……下一个断面BEGIN，第二断面里程……5利用CASS7.0绘制断面图利用CASS7.0软件绘制横断面图一般有以下3种方法。4 5.1根据已知坐标绘制以4.1中的断面坐标数据为例，设文件名为A.dat。打开CASS7.0，展纵断面的三维坐标数据，然后以复合线(pline)从上依次连接每个点即得纵断面位置，如图5-1所示。选择菜单命令中的【工程应用】→【绘制断面图】→【根据已知坐标】命令，用鼠标选择纵断面线，弹出窗口，选择数据坐标文件即A.dat，输入采样间距和起始里程后按【确定】，然后又弹出【绘制横断面】窗口，在这窗口中输入断面图的纵横方向比例、断面图位置等参数后按【确定】，并绘制断面图，如图5-2。图5-1纵断面剖面线图5-2根据已知坐标绘制的纵断面图5.2根据里程文件绘制打开CASS7.0，选择菜单命令中的【工程应用】→【绘制断面图】→【根据里程文件】命令，弹出【绘制横断面】窗口，在这窗口中输入横断面图纵向比例(1∶100)和横向比例(1∶500)、断面图位置(在屏幕任意位置上用鼠标点击)等参数后按【确定】，并绘制横断面图。这种里程数据文件是用水准仪视距法或经纬仪视距法观测后得到的。在断面测量中，如没有全站仪的情况下，一般采用以下两种横断面里程文件：第一，里程依次从小到大排的里程文件，设其里程文件名为B.hdm。以中心桩里程为K3+120.00的右侧断面数据文件为例，其具体数据如下：BEGIN，3120.00，10.0，6.555.5，6.8210.8，7.336 13.8，7.256 16.2，7.10……用B.hdm文件绘制的横断面图，如图5-3所示。图5-3根据里程文件绘制的横断面图第二，把横断面以中心桩为中心分为两侧，左侧里程为负，右侧里程为正，中心里程为0.00，以中心桩里程为K3+120.00的两侧的断面数据文件为例，设其里程文件名为C.hdm。里程数据格式如下：BEGIN，3120.00，2-16.5，7.02-13.5，6.99-9.9，6.32-6.1，6.460.0，6.555.5，6.8210.8，7.3313.8，7.2516.2，7.10……用C.hdm里程文件绘制的横断面图，如图5-4所示。6 图5-4根据里程文件绘制的横断面图5.3根据等高线绘制在CASS7.0环境中，展出坐标数据文件SHICE.dat的测点点号，并绘制等高线。基本操作如下：（1）【绘图处理】→【展野外测点点号】；弹出【输入坐标数据文件名】对话框中，打开SHICE.dat文件，展绘出测点点号；（2）【等高线】→【建立DTM】；弹出【建立DTM】对话框中，【选择建立DTM方式】中单选【用数据文件生成】；【坐标数据文件名】中打开SHICE.dat文件；【结果显示】中单选【显示建三角网结果】；单击【确定】完成DTM的建立。（3）【等高线】→【绘制等高线】；弹出【绘制等值线】对话框，修改“等高距”为0.5米；“拟合方式”中单选“三次B样条拟合”；单击【确定】完成等高线的绘制。（4）【等高线】→【删三角网】。在等高线地形图中绘制道路的横断面剖面线：使用复合线(pline)绘制多段线命令，连接SHICE.dat中测点点号34和88，起点测点34，终点测点88。如图5-5所示：7 图5-5纵断面剖面线选择菜单命令中的【工程应用】→【绘制断面图】→【根据等高线】命令，用鼠标选择图5-5中横断面位置线，就弹出绘制断面图的窗口，窗口中输入横断面图的纵横方向比例、断面图位置(在屏幕任意位置上用鼠标点击)等参数后按【确定】，并绘制纵断面图，如图5-6。8 图5-6根据等高线绘制的纵断面图6土方量计算断面图的应用比较广泛，特别是在道路工程中各种断面设计及土方量计算方面，由于断面图绘制在CASS软件成图操作中比较简单，而且在土方量计算中能够经常使用到，下面在土方量计算方面进行论述。6.1绘制纵断面图以5.3中坐标数据文件为例，绘制道路的纵断面图，以便下一步中确定“横断面设计文件”中的各个横断面的中桩设计高。基本操作如下：【工程应用】→【绘断面图】→【根据已知坐标】，弹出【断面线上取值】对话框，在【选择已知坐标获取方式】中单选【由数据文件生成】；在【坐标数据文件名】中打开SHICE.dat文件；注意在“采样间距”中输入10米（该值可输入与横断面间距相同的数值，便于查看横断面个数及其中桩处的地面高程，并最终确定各里程处横断面的中桩设计高程）；单击【确定】按钮。弹出【绘制纵断面图】对话框，在“断面图比例”中默认横向1：500；纵向1：100；设置起始里程；在“断面图位置”中单击“···”按钮，用鼠标在绘图区空白处指定纵断面图左下角坐标，返回【绘制纵断面图】对话框后，单击【确定】按钮。如图6-1所示。10 图6-1根据已知文件绘制的纵断面图10 图中红色曲线即为道路地面断面，每隔10米处有横断面的中桩地面高程，并可大致判断各里程处横断面的中桩设计高程，该纵断面按10米的间距有6个横断面。6.2编辑横断面设计文件确定设计道路的横断面相关参数，须编辑“横断面设计文件”。现在我们需要编辑本实例中的6个横断面的设计参数，此例编辑的“横断面设计文件”如下：1，H=6.00，I=1：1，W=50，A=0.02，WG=0，HG=02，H=5.78，I=1：1，W=50，A=0.02，WG=0，HG=03，H=5.61，I=1：1，W=50，A=0.02，WG=0，HG=04，H=5.38，I=1：1，W=50，A=0.02，WG=0，HG=05，H=5.20，I=1：1，W=50，A=0.02，WG=0，HG=06，H=5.01，I=1：1，W=50，A=0.02，WG=0，HG=0END6.3生成道路纵断面和横断面并计算土方量（1）【工程应用】→【生成里程文件】→【由纵断面线生成】→【新建】，鼠标选中等高线地形图中绘制的纵断面设计线，在弹出“由纵断面线生成里程文件”的对话框中：在“中桩点获取方式”下单选“等分”；“横断面间距”输入10米；“横断面左边长度”和“断面右边长度”均输入30米(横断面设计线长度一定要大于设计路面宽)；点击【确定】按钮后，纵断面线上会自动生成指定间距和宽度的多条横断面设计线（红色），如图6-2所示。10 图6-2纵断面上生成的横断面设计线（2）【工程应用】→【生成里程文件】→【由纵断面线生成】→【生成】，鼠标选中等高线地形图中绘制的纵断面设计线，弹出“生成里程文件”对话框中：在“高程点数据文件名”下，指定地形坐标高程数据文件SHICE.dat；在“生成的里程文件名”下，指定里程文件名为“里程文件.hdm”，并保存在相应的目录下；如：C：UsersAdministratorDesktop新建文件夹里程文件.hdm；在“里程文件对应的数据文件名”下，指定里程文件对应的数据文件名为“里程文件对应数据.dat”，并保存在相应的目录下；如C：UsersAdministratorDesktop新建文件夹里程文件对应数据.dat。在“断面线插值间距”默认为5米，“起始里程”设置为3200。（此处插值间距为设置各横断面线上高程的插值间距）；点击【确定】按钮后，系统自动在各个横断面设计线上生成对应的里程注记。如图6-3：图6-3各个横断面设计线上生成对应的里程注记（3）【工程应用】→【断面法土方计算】→【道路断面】，弹出的“断面设计参数”对话框如图6-4所示。在此处设定断面设计参数：12 在“选择里程文件”下，指定上一步中生成的“里程文件.hdm”；如：C：UsersAdministratorDesktop新建文件夹里程文件.hdm。在“横断面设计文件”12 下，指定保存的“横断面设计文件.txt”；如：C：UsersAdministratorDesktop新建文件夹里程文件横断面设计文件.txt。然后，在“道路参数”中，输入“中桩设计高程”为6.00，“路宽”为50；由于虹梅南路设计中没有边沟，所以边沟的数据皆设置为0。在“绘图参数”中，设置各个横断面图的纵横向比例尺、横断面图的间距等参数；本例默认；最后，点击【确定】按钮。（4）弹出“绘制纵断面图”的设置对话框，如图6-5所示。在此处设定纵断面图的绘图参数：在“断面图比例”中，默认横向1：500，纵向1：100；在“断面图位置”中，单击“···”按钮，用鼠标在绘图区空白处指定纵断面图左下角坐标，返回“绘制纵断面图”对话框。而在“绘制标尺”、“距离标注”、“高程标注位数”、“里程标注位数”、“里程高程注记设置”、“方格线间隔”等绘图参数，本例均为默认值；“断面图的间距”：如果有多个纵断面图生成时可指定纵断面图生成时每列生成个数，行列间距；本例只有单个纵断面图该项为灰色不能指定。图6-4断面设计参数图6-5绘制纵断面图最后，点击【确定】按钮，可在指定的位置自动生成纵断面图，之后注意命令提示行显示“指定横断面图起始位置”，鼠标再次在绘图区空白区域点击，各个里程处的横断面图就自动生成。本例生成的1个纵断面图和6个里程处的横断面图，如图6-6、图6-7。12 图6-6自动生成的纵断面图图6-7各个里程处的横断面图图6-8土石方量计算表13 （5）【工程应用】→【断面法土方计算】→【图面土方计算】，鼠标框选生成的所有横断面图后回车，命令行提示“指定土石方计算表左上角位置”时，鼠标单击绘图区空白区域，可生成土方计算表格，如图6-8。7结束语CASS软件虽然存在一些不足之处，但是在土方量的计算方面克服了出错机率大及误差较大的问题。实际工程施工中土方工程量与概(预)算的土方工程量相差较大，作业人员计算量大、工作繁重、计算精度不高、容易出错，相对于传统方法的诸多缺点，CASS软件实现了土方量计算的自动化，提高了作业效率。参考文献[1]谢刚生，范铀，倪晓东.数字化地形地籍成图系统CASS7．0用户手册[M]广州：南方测绘仪器有限公司．2006．[2]王向东.全站仪和南方CASS软件在测绘地形图中的应用[J].新疆有色金属，2009（SI）：61，64．[3]李得基，梅贵福，田淑梅.南方测绘软件CASS在工程测量中的应用[J].2006．14'