南方CASS計(jì)算兩期間土方格網(wǎng)相結(jié)合準(zhǔn)確計(jì)算土方量

1、南方 CASS 計(jì)算兩期間土方與方格網(wǎng)法土方計(jì)算相結(jié)合準(zhǔn)確計(jì)算土方量歐陸(榮縣經(jīng)緯國(guó)土資源測(cè)繪有限公司四川榮縣 643100 )摘 要：?jiǎn)渭兊姆礁窬W(wǎng)法測(cè)量土方是將其方格均視為獨(dú)立的規(guī)則平面，這與計(jì)算場(chǎng)地的實(shí)際地形是有差別的，精度也無法評(píng)估，有其局限性；而三角網(wǎng)法測(cè)量土方量雖然精度高，但可讀性差，客戶不愿采用。針對(duì)這種情況， 本文采用南方 CASS計(jì)算兩期間土方與方格網(wǎng)土方計(jì)算相結(jié)合的方法計(jì)算土方量， 既提高了土方測(cè)量的效率，又保證了土方計(jì)算成果的正確性，很好地解決了這一難題。關(guān)鍵詞 ：CASS7.1；方格網(wǎng)法；計(jì)算兩期間土方。在工程建設(shè)中, 不管是工業(yè)與民用建筑、道路建設(shè)還是其它工程建設(shè)常需要

2、將自然地貌改造為水平的或一個(gè)或多個(gè)坡度的場(chǎng)地， 以便適用于布置各類建筑物和構(gòu)筑物， 這些都涉及到土石方的開挖與回填量的計(jì)算問題。 隨著數(shù)字測(cè)圖技術(shù)的發(fā)展， 南方數(shù)碼科技有限公司研發(fā)的地形地籍成圖軟件 CASS7.1是目前市面上較常見的一套測(cè)量軟件， 其中所包含的土方計(jì)算功能為大家所普遍使用，它不僅上手容易，內(nèi)業(yè)操作簡(jiǎn)便，而且計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性良好, 可信度較高，為廣大使用者所認(rèn)可。土方量的計(jì)算， 實(shí)際上就是計(jì)算設(shè)計(jì)標(biāo)高與自然地面標(biāo)高之間的土石方體積。設(shè)計(jì)面有平面、 單一斜面、 曲面，其中，對(duì)于設(shè)計(jì)面是平面和單一斜面的土方量計(jì)算，南方 CASS7.1中提供了比較簡(jiǎn)單的操作方法進(jìn)行計(jì)算；而以曲面或連續(xù)

3、不同坡度的斜面作設(shè)計(jì)面來計(jì)算土方量時(shí)，操作就相對(duì)復(fù)雜了。南方CASS7.1中提供了DTM法、斷面法、方格網(wǎng)法、等高線法四種計(jì)算方法， 其中用得最多的是方格網(wǎng)法和DTM法兩種方法， 它們各有優(yōu)點(diǎn)， 又各有缺點(diǎn)；方格網(wǎng)法計(jì)算土方量，成果直觀易懂， 是絕大部分客戶的首選方法，但方格網(wǎng)法土方量計(jì)算中，一旦確定了方格的邊長(zhǎng)，容易出現(xiàn)如圖所示的情況，方格的一端遠(yuǎn)離坎底，另一端正好在坎頂邊， 和如圖所示的情況，方格內(nèi)有起伏較大的區(qū)域，該起伏區(qū)域的土方量是沒有進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的，這就不能滿足計(jì)算成果的精度要求。不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN) 是數(shù)字地面模型DTM表現(xiàn)形式之一， 該法直接利用外業(yè)所采集的地形碎部點(diǎn)、 特征點(diǎn)進(jìn)行

4、三角構(gòu)網(wǎng)，對(duì)計(jì)算區(qū)域按三棱柱法計(jì)算土方?；诓灰?guī)則三角形建模是直接利用野外實(shí)測(cè)的地形特征點(diǎn)( 離散點(diǎn) ) 構(gòu)造出鄰接的三角形，組成不規(guī)則三角網(wǎng)結(jié)構(gòu)。相1對(duì)于方格網(wǎng)， 不規(guī)則三角網(wǎng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：直接利用原始數(shù)據(jù)作為網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)，三角網(wǎng)中的點(diǎn)圖 1 方格網(wǎng)穿過斜坡示意圖圖 2 方格網(wǎng)內(nèi)沒參與統(tǒng)計(jì)起伏區(qū)域示意圖和線的分布密度和結(jié)構(gòu)完全可以與地表的特征相吻合；不改變?cè)紨?shù)據(jù)和精度；能夠插入地性線以保存原有關(guān)鍵的地形特征, 能很好地適應(yīng)復(fù)雜、不規(guī)則地形，從而將地表的特征表現(xiàn)得淋漓盡致等。 由此可見，用三角網(wǎng)計(jì)算土方量適應(yīng)范圍最廣，精度也是最高的了。但是三角方法計(jì)算土方量精度雖高, 因其計(jì)算過程中數(shù)據(jù)量大,

5、占用大量存儲(chǔ)空間，可讀性也差， 實(shí)際工作中很少有客戶選擇用三角網(wǎng)法。如何既能滿足客戶的需要，使用方格網(wǎng)法出具測(cè)量成果，又要保證土方計(jì)算結(jié)果的正確性，提高工作效率， 是擺在廣大測(cè)量工作者面前的一道難題。筆者在實(shí)際工作中，采用CASS7.1“計(jì)算兩期間土方”的方法計(jì)算出可靠的土方數(shù)據(jù)，并以此指導(dǎo)“方格網(wǎng)土方計(jì)算”的方法，很好地解決了這一難題。 計(jì)算兩期間土方計(jì)算兩期間土方指的是對(duì)同一區(qū)域進(jìn)行了兩期測(cè)量（我們把設(shè)計(jì)面模擬成外業(yè)測(cè)量，作為第二期測(cè)量；野外原始地形數(shù)據(jù)采集作為第一期測(cè)量），利用兩次觀測(cè)得到的高程數(shù)據(jù)建模后疊加， 計(jì)算出該區(qū)域兩期之中的土方變化情況。此方法適用范圍廣，計(jì)算精度高，特別適用于

6、原始地形和設(shè)計(jì)面都是不規(guī)則表面的情況。1.1 原始地形三角網(wǎng)（第一期三角網(wǎng)）數(shù)據(jù)采集用于土方計(jì)算的數(shù)據(jù)，在野外采集時(shí)，密度較一般的地形圖要有所提高，要加強(qiáng)對(duì)地形變化點(diǎn)（如坎上、坎下）數(shù)據(jù)的采集工作，使得高程數(shù)據(jù)對(duì)地形的表達(dá)更加完整。如果受條件限制， 使用的是現(xiàn)有的地形圖，那么一定要對(duì)地形圖進(jìn)行二次處理，主要是對(duì)地形變化區(qū)域的高程點(diǎn)位進(jìn)行添加和剔除。在完成處理之后，作為原始地形數(shù)據(jù)保存結(jié)果，以便下一步進(jìn)行數(shù)據(jù)的提取和土方計(jì)算操作。構(gòu)成第一期三角網(wǎng)：2首先在 CASS7.1“繪圖處理”菜單中：定顯示區(qū)改變當(dāng)前圖形比例尺（盡可能使用大比例尺，如 1：200、1：500等，這對(duì)提高土方量的計(jì)算精度很有

7、好處）展高程點(diǎn) 圈定計(jì)算區(qū)域邊界線和連接地形變化特征線，如：山脊線、山凹線、坡頂坡腳線、陡坎線等（區(qū)域邊界線一要注意閉合， 二兩期土方計(jì)算的區(qū)域邊界在野外測(cè)量時(shí)，一般不可能采集的完全相同，但可在內(nèi)業(yè)處理時(shí)， 調(diào)整到一致， 并且采用內(nèi)插法求得每個(gè)邊界點(diǎn)的高程數(shù)據(jù)，三切不可進(jìn)行擬合處理， 因?yàn)閿M合過的曲線在進(jìn)行土方計(jì)算時(shí)會(huì)用折線迭代，影響計(jì)算結(jié)果的精度 1）；然后用 CASS7.1“等高線”菜單中： 建立選擇邊界線 構(gòu)成三角網(wǎng)修改三角網(wǎng) （由于三角網(wǎng)的連接是隨機(jī)的， 不排除有一些三角形的連接是不滿足計(jì)算要求的，所以需要對(duì)生成的三角網(wǎng)進(jìn)行處理， 剔除不符合要求的三角形，然后順應(yīng)實(shí)際地形的變化對(duì)三角網(wǎng)

8、進(jìn)行手工調(diào)整，如圖所示是對(duì)穿斜坡時(shí)不合理三角網(wǎng)進(jìn)行調(diào)整前、后的示意圖；如圖4所示是對(duì)穿陡(a)調(diào)整前(b)調(diào)整后圖三角網(wǎng)穿斜坡調(diào)整前與調(diào)整后的示意圖(a) 調(diào)整前(b)調(diào)整后圖 4三角網(wǎng)穿陡坎調(diào)整前與調(diào)整后的示意圖坎時(shí)不合理三角網(wǎng)進(jìn)行調(diào)整前、后的示意圖。 使得生成的模型更加符合實(shí)際地貌，在調(diào)整完畢后注意要“修改結(jié)果存盤”） 繪制等高線（為確保三角網(wǎng)的準(zhǔn)確性，建議“繪制等高線”看繪制出的等高線正確與否，對(duì)三角網(wǎng)進(jìn)行再校正，然后刪除等高線和地形變化特征線所地圖層） 三角網(wǎng)存取寫入文件 （點(diǎn)擊“寫入文件”時(shí)，出現(xiàn)一個(gè)“輸入三角網(wǎng)文件名”對(duì)話3框，指定保存路徑，將區(qū)域內(nèi)已構(gòu)成的三角網(wǎng)做為第一期三角網(wǎng)以

9、.sjw擴(kuò)展名格式保存在指定的文件下，如圖5所示）。1.2 設(shè)計(jì)面三角網(wǎng)（第二期三角網(wǎng)）設(shè)計(jì)面數(shù)據(jù)采集：將設(shè)計(jì)面模擬成外業(yè)測(cè)量的數(shù)據(jù)，即三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件，這只不過不是真正外業(yè)測(cè)量所得，而是直接賦值得到，采用的方法是：平面位置用鼠標(biāo)在設(shè)計(jì)平面圖上直接指定，手工直圖 5 輸入三角網(wǎng)文件名對(duì)話框接輸入高程（ CASS7.1中直接用命令“G”或單擊 CASS工具欄中的交互展點(diǎn)符號(hào)“.91 ”來提取高程點(diǎn)并追加到到數(shù)據(jù)文件中），這里要注意的是，由于設(shè)計(jì)面不是平面，所以每個(gè)指定點(diǎn)的高程要計(jì)算正確、輸入正確， 與野外數(shù)據(jù)采集一樣要有足夠的密度，有坡、坎的，坡頂、坡底，坎上、坎下要相對(duì)應(yīng)的加點(diǎn)，將所計(jì)算的點(diǎn)逐

10、一追加到設(shè)計(jì)面數(shù)據(jù)文件中保存。構(gòu)成第二期三角網(wǎng)：與生成原始地形三角網(wǎng)（第一期三角網(wǎng)）的流程一樣。 最后將設(shè)計(jì)面數(shù)據(jù)文件構(gòu)成的三角網(wǎng)做為第二期三角網(wǎng)以.sjw擴(kuò)展名格式保存在指定的文件下。1.3 計(jì)算兩期間土方量用鼠標(biāo)操作“工程應(yīng)用DTM 法土方計(jì)算計(jì)算兩期間土方”，根據(jù)電腦的提示在“第一期三角網(wǎng)”時(shí)， 導(dǎo)入前期的原始地形三角網(wǎng)文件，在提示“第二期三角網(wǎng)”時(shí)導(dǎo)入后期的4設(shè)計(jì)面三角網(wǎng)文件， 按回車鍵即得計(jì)算結(jié)果。并將土方計(jì)算結(jié)果作為可靠的土方量依據(jù)保存，用以指導(dǎo)下一步的方格網(wǎng)法土方計(jì)算。2 方格網(wǎng)法土方計(jì)算南方 CASS7.1軟件中的方格網(wǎng)土方計(jì)算法，其具體計(jì)算操作如下：首先用閉合的復(fù)合線圈定所要

11、計(jì)算土方的區(qū)域（與第一期、二期三角網(wǎng)的區(qū)域邊界必須一致），然后用鼠標(biāo)操作“工程應(yīng)用方格網(wǎng)法土方計(jì)算” ，在彈出的方格網(wǎng)土方計(jì)算對(duì)話框中，如圖6所示，首先是導(dǎo)入“高程點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件”，必須選擇生成第一期三角網(wǎng)的地面點(diǎn)高程數(shù)據(jù)，即原始地形數(shù)據(jù)。然后在“設(shè)計(jì)面”欄中，點(diǎn)選“三角網(wǎng)文件”。在導(dǎo)入三角網(wǎng)文件時(shí)，一定要選擇以第二期的地面點(diǎn)高程數(shù)據(jù)所構(gòu)成的三角網(wǎng)，即由設(shè)計(jì)面數(shù)據(jù)生成的三角網(wǎng)。然后填寫方格網(wǎng)圖 6方格網(wǎng)土方計(jì)算對(duì)話框5圖 7 方格網(wǎng)穿過斜坡調(diào)整后示意圖圖 8 沒參與統(tǒng)計(jì)起伏區(qū)域調(diào)整方格網(wǎng)后示意圖的寬度（系統(tǒng)默認(rèn)的是20米），點(diǎn)擊“確定”即計(jì)算出該區(qū)域土方量。將該土方量結(jié)果與用計(jì)算兩期間土方量所

12、得的結(jié)果相比較，若相差在5%（經(jīng)驗(yàn)值） 以內(nèi)，則方格網(wǎng)土方計(jì)算成果是可靠的， 可以出據(jù)方格網(wǎng)計(jì)算成果。如超出 5% ，基本上是由于出現(xiàn)圖1和圖 2所示的情況，這時(shí)調(diào)整方格網(wǎng)的寬度 （地形太破碎的方格網(wǎng)寬度可調(diào)到12米 2），使地形變化特征線 （如圖1的陡坎，圖 2起伏區(qū)域邊線）處在方格的中間（如圖7、圖 8所示），從而避免了土方計(jì)算出現(xiàn)系統(tǒng)性的誤差，提高了土方計(jì)算的精度，（由此可見方格網(wǎng)越小，計(jì)算精度越高3 ）。至到結(jié)果與“計(jì)算兩期間土方”的成果相比，差值的比率小于5%，方可提供方格網(wǎng)土方計(jì)算成果。3 工程實(shí)例在榮縣大佛梧桐水街工程場(chǎng)地平整土方測(cè)量中，筆者根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形采集高程點(diǎn)數(shù)據(jù)，繪制地形略

13、圖，在內(nèi)業(yè)處理時(shí)，首先除掉數(shù)據(jù)中錯(cuò)誤的和含有粗差的點(diǎn)，再用CASS7.1軟件自動(dòng)生成三角網(wǎng)， 然后根據(jù)地形略圖調(diào)整三角網(wǎng)，建立與實(shí)際地形相吻合的數(shù)字地面模型，為確保三角網(wǎng)的準(zhǔn)確性，將數(shù)字地面模型生成等高線對(duì)所有三角網(wǎng)進(jìn)行再校準(zhǔn)。最后刪除用以校準(zhǔn)三角網(wǎng)的地形地性線圖層( 即之前繪制的地形略圖層) 和等高線圖層， 將三角網(wǎng)作為第一期三角網(wǎng)保存。 同理對(duì)內(nèi)業(yè)根據(jù)設(shè)計(jì)資料完善的設(shè)計(jì)面高程數(shù)據(jù)，建立數(shù)字地面模型，將調(diào)整后的三角網(wǎng)作為第二期三角保存。然后用南方CASS7.1軟件“工程應(yīng)用”下拉菜單DTM方格網(wǎng)（ 20米寬）法與計(jì)算兩期間土方法計(jì)算成果對(duì)比表 1方格網(wǎng)法計(jì)算兩期間土方差值比率挖方量13255

14、5.4159304.826749.416.8%填方量65.452.113.325.5%總方量132620.8159356.926736.116.8%方格網(wǎng)（ 5米寬）法與計(jì)算兩期間土方法計(jì)算成果對(duì)比表 26方格網(wǎng)法計(jì)算兩期間土方差值比率挖方量155881.3159304.83423.52.1%填方量53.252.11.12.1%總方量155934.5159356.93422.42.1%法土方計(jì)算計(jì)算兩期間土方, 準(zhǔn)確計(jì)算出該區(qū)域的土方量。并以此作為可靠的土方量依據(jù)保存。然后進(jìn)入圖 6所示“方格網(wǎng)土方計(jì)算對(duì)話框”，在“高程點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件”中導(dǎo)入生成第一期三角網(wǎng)的原始地形高程點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件。在“三

15、角網(wǎng)文件” 中選擇第二期三角網(wǎng)，即由設(shè)計(jì)面數(shù)據(jù)生成的三角網(wǎng)，首先以默認(rèn)的方格寬度20米，進(jìn)行土方量計(jì)算。表1是方格網(wǎng)法（ 20米寬）與計(jì)算兩期間土方法成果的對(duì)比，從表中可以看出：挖方量差值比率達(dá)到了16.8%，超過了 5%，由于測(cè)區(qū)地形較為破碎，多坡坎、土丘，方格網(wǎng)寬度過大，顯然是出現(xiàn)了如圖 1、圖2所示的情況，從而導(dǎo)致出現(xiàn)大的偏差，于是按照?qǐng)D7、圖 8的做法將方格寬度由20米調(diào)整為 5米，再進(jìn)行方格網(wǎng)土方計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表 2所示，從表中可以看出：無論哪個(gè)項(xiàng)目，方格網(wǎng)法與計(jì)算兩期間土方法差值的比率都在3%以內(nèi)，說明方格網(wǎng)的布設(shè)是比較合理的，方格網(wǎng)土方計(jì)算的成果是正確的，可以提交方格網(wǎng)成果資料了。4 結(jié)束語(yǔ)土方量的計(jì)算精度主要取決于采點(diǎn)的密集程度，包