利用全站儀進行土方測量及內(nèi)業(yè)計算的實施 論文 定稿

1、利用全站儀進行土方測量及內(nèi)業(yè)計算的實施 論文 定稿 2021屆本科畢業(yè)論文(設(shè)計) 利用全站儀進行土方測量及內(nèi)業(yè)計算的實施 姓 名: 系 別: 環(huán)境與規(guī)劃系 專 業(yè):測繪工程 學(xué) 號: 指導(dǎo)教師: 2021年4月27日目錄摘 要Abstract引言11 全站儀概述11.1 全站儀的簡介11.2 全站儀的根本原理與功能21.3 全站儀在土方工程中的作用22 土方測量的外業(yè)實施22.1 土方的含義以及在工程中的作用22.2 土方控制測量3 2.2.1 土方測量控制網(wǎng)的布設(shè)3 2.2.2 全站儀的外業(yè)觀測32.3 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理與檢核43 應(yīng)用CASS7.0軟件計算土方的方法43.1 簡述CASS7.

2、0計算土方的方法4 3.1.1 DTM法4 3.1.2 方格網(wǎng)法53.2 土方計算方法的比擬與分析64 土方測量的應(yīng)用74.1 平整土地實例75 結(jié)語10參考文獻11致 謝12應(yīng)用全站儀配合南方軟件計算土石方量的探討摘 要 土方工程在各類土木工程建設(shè)中意義很大,對工程的工程造價都有很重要的影響。所以提高土方測量的精度方法便成為了工程建設(shè)中的一個重點,而測量技術(shù)是土方施工過程中常用的一項技術(shù),利用全站儀進行土方測量與傳統(tǒng)土方測量相比可以縮短作業(yè)時間,減輕勞動強度,提高成果精度。應(yīng)用平差軟件及南方CASS7.0成圖軟件,大大降低了土方計算的復(fù)雜度、難度,提高了工作的效率,使工作流程更為簡單,易操作

3、。利用全站儀和南方成圖軟件來計算土方的方法,越來越受到土方工程人士的歡送,本文主要介紹了一下這種方法的工作流程,解決一些相關(guān)問題,同時給出一些有益的結(jié)論。 關(guān)鍵詞:全站儀;CASS7.0;土方;控制測量Total Station for the use of earth measurement and calculation within the industry, the implementation ofAbstract Earthwork construction of various types of civil engineering significant, the project

4、's construction costs are very significant. Therefore, the accuracy of measuring method of earth in building projects has become a major focus, while the earthwork measurement technology is a technology commonly used in the process of the use of total station measurements for earthwork, compared

5、 with the traditional Turkish measurement can be shortened operation time, reducing labor strength, improve the accuracy of the results.Application of Adjustment of software and the South Cass7.0 mapping software, and greatly reduce the earthwork calculation complexity, difficulty and improve the ef

6、ficiency of work, so that the workflow is more simple and easy to operate. The use of Total Station and the South into the mapping software to calculate the earth means more and more people welcome earthworks, we are here to look at this method of workflow to solve a number of related issues, and gi

7、ves someuseful conclusions Keywords: Total station; Cass7.0; Earthwork; Control survey利用全站儀進行土方測量及內(nèi)業(yè)計算的實施引言 在工程施工中,土方工程是重要的分項工程。其工程量的測算是制作工程量清單及計算土方工程費用的重要依據(jù)。因此要求土方測量必須具有易操作性和準確性。隨著測繪技術(shù)的不斷進步以及大中型土方工程對其計算的精確度要求越來越高,傳統(tǒng)的土方計算方法已經(jīng)無法適應(yīng)這一需求。進而被一些先進的儀器、測繪技術(shù)和相應(yīng)的土方計算軟件所代替,其中利用全站儀和南方CASS7.0軟件進行土方的測量與計算就是一種常用的方

8、法。它有效地彌補了傳統(tǒng)測繪土方方法的費時、費力、精度的缺點。1 全站儀概述1.1 全站儀的簡介 電子全站儀是一種利用機械、光學(xué)、電子的高科技元件組合而成,可以同時進行角度(水平角、垂直角)測量和距離(斜距、平距、高差)測量的測量儀器。由于只要在測站上安置一次該儀器,便可以完成該測站上所有的測量工作,故稱為“全站儀。 八十年代末、九十年代初,人們根據(jù)電子測角系統(tǒng)和電子測距系統(tǒng)的開展不平衡,將全站儀分成兩大類,即積木式和整體式。 (1)積木式,也稱組合式,它是指電子經(jīng)緯儀和測距儀既可別離又可組合。用戶可以根據(jù)實際工作的要求,選擇測角、測距設(shè)備進行組合。 (2)整體式,也稱集成式,它是指電子經(jīng)緯儀和

9、測距儀做成一個整體,無法別離。 九十年代以來,根本上都開展為整體式全站儀。隨著計算機技術(shù)的不斷開展與應(yīng)用以及用戶的特殊要求與其它工業(yè)技術(shù)的應(yīng)用,全站儀出現(xiàn)了一個新的開展時期,出現(xiàn)了帶內(nèi)存、防水型、防爆型、電腦型等等的全站儀,使得全站儀這一最常規(guī)的測量儀器越來越能滿足各項測繪工作的需求,發(fā)揮更大的作用。此次論文野外測量局部主要使用的是拓普康全站儀,如圖1-1所示。 圖1-1?拓普康全站儀1.2 全站儀的根本原理與功能 全站儀是一種集光、機、電為一體的高技術(shù)測量儀器,是集水平角、垂直角、距離斜距、平距、高差測量功能于一體的測繪儀器系統(tǒng)。它的基測量原理是電子測距技術(shù)和電子測角技術(shù)。 電子測距的根本原

10、理是利用電磁波在空氣中傳播的速度為這一特性,測定電磁波在被測距離上往返傳播的時間來求得距離值。電子測距的方法很多其中主要可以分為兩種方法,脈沖法和相位法。 電子測角,即角度測量的數(shù)字化,也就是自動數(shù)字顯示角度測量結(jié)果,其實質(zhì)是用一套角碼轉(zhuǎn)換系統(tǒng)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)。目前,這套轉(zhuǎn)換系統(tǒng)有兩類:一類是采用光柵度盤的所謂“增量法測角;一類是采用編碼度盤的所謂“絕對法測角1。1.3 全站儀在土方工程中的作用 全站儀在土方工程中的作用主要是外業(yè)測量獲得精確數(shù)據(jù),主要測量方法為:三維坐標法。全站儀在土方測量中的應(yīng)用,不僅提高了工作效率,而且還提高精度。應(yīng)用方式有很多例如施工放樣、前方交會、導(dǎo)線測量、對

11、邊測量、懸高測量等。本文簡單介紹三維坐標的采集與處理流程如圖1-2所示。圖1-2三維數(shù)據(jù)采集及處理流程2 土方測量的外業(yè)實施2.1 土方的含義以及在工程中的作用 土方工程是土建工程中土體開挖、運送、填筑、壓密以及棄土、排水、土壁支撐等工作的總稱。在工程施工中,土方工程是重要的分項工程。其工程量的測算是制作工程量清單及計算土方工程費用的重要依據(jù)。因此土方工程在整個工程建設(shè)工程中具有重大的意義其可分為以下六點: (1 完成擬建工程的場地平整,為建筑物的根底開工創(chuàng)造條件; (2 完成整個場地景觀的初步造形;(3 完成整個場地后期的土石方根本平衡調(diào)配,包括根底開挖土石方在整個場地的平衡調(diào)配; (4 在

12、場地具備的條件下,為后期種植土回填儲藏種植土資源; (5 完成整個場地的豎向標高控制; (6 整個工程本錢控制的重點2。2.2 土方控制測量2.2.1 土方測量控制網(wǎng)的布設(shè) 土方工程的測量與計算所需的控制網(wǎng)主要是測圖控制網(wǎng)。該控制網(wǎng)的作用是為土方工程的測量工作提供工程范圍內(nèi)統(tǒng)一的參考框架,為土方測量工作提供位置基準,滿足土方工程在設(shè)計階段對測繪在質(zhì)量、進度和費用等方面的要求?？刂凭W(wǎng)也具有控制全局、提供基準和控制測量誤差積累的作用。 在布網(wǎng)前應(yīng)收集測區(qū)內(nèi)已有的平面、高程控制和地形圖等測繪資料。網(wǎng)點的密度視測圖而定,點的位置取決于地形條件,控制范圍應(yīng)較大,應(yīng)盡量均勻便于施測和進行圖根加密。測圖控制

13、網(wǎng)還應(yīng)與國家控制點相連2。圖2-1土方測量導(dǎo)線控制網(wǎng)測量控制網(wǎng)的布設(shè),即控制點的選擇與測量工作。土方工程控制網(wǎng)的布設(shè)也采用逐級布設(shè)方式等。根據(jù)工程的精度要求進行網(wǎng)的的布設(shè),建網(wǎng)步驟主要是: 確定控制網(wǎng)的等級;確定布網(wǎng)形式;確定測量儀器和操作規(guī)程(國家或行業(yè)標準);在圖上選點構(gòu)網(wǎng),到實地踏勘;埋設(shè)標石、標志;外業(yè)觀測;內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理;提交成果。如圖2-1所示,即為土方測量控制網(wǎng)一個導(dǎo)線控制網(wǎng)。2.2.2 全站儀的外業(yè)觀測 全站儀的外業(yè)觀測主要包括儀器的架設(shè)、外業(yè)作業(yè)、觀測記錄等。下面我們就分別介紹這三個方面: 1)儀器的架設(shè):全站儀的架設(shè)與經(jīng)緯儀過程根本一樣:首先按觀測者的身高調(diào)整好三腳架的長度,

14、張開三腳架,使三個腳尖的著地點大致與地面的測站點等距離,并使三腳架頭大致水平,從儀器箱中取出全站儀,放到三腳架頭上,一手握住全站儀支架,一手將三腳架上的連接螺旋轉(zhuǎn)入全站儀支架;然后用光學(xué)對中器對中、整平,反復(fù)對中整平直到對中標志與控制點嚴格一致。 (2)外業(yè)作業(yè):外業(yè)觀測的主要任務(wù)是獲得能正確反映工程區(qū)內(nèi)的地形各個特征點以及必要的點的精確三維坐標。全站儀架設(shè)好后,假設(shè)A、B是控制點且B為測站點,A為后視點,其平面坐標分別為AXA,YA,BXB,YB,高程分別為HA,HB。P是待測點,其平面坐標用Xp、Yp表示,高程用Hp表示。開機并初始化,進入坐標測量模式,輸入測站點B的坐標XB,YB、高程H

15、B以及儀器高i。再輸入后視點A的平面坐標XA,YA,在儀器提示是否照準的時候去照準后視點A,并按確認?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)動照準部去照準被測點P,輸入該點的棱鏡高v,按測量坐標鍵,幾秒鐘后就顯示出P點面坐標Xp,Yp,以及P點的高程Hp其原理如圖2-2所示。如此反復(fù)直到所有的必要點都測完為止。圖2-2全站儀測點坐標的原理 (3)觀測記錄:全站儀的數(shù)據(jù)記錄主要是自動記錄觀測數(shù)據(jù)。它是由全站儀自動測量,記錄,并保存在全站儀器存儲器中供隨時調(diào)用和處理。它主要包括點的三維坐標:平面X坐標、平面Y坐標以及高程H坐標。2.3 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理與檢核 觀測成果應(yīng)進行外業(yè)檢核,這是確保外業(yè)觀測質(zhì)量和實現(xiàn)預(yù)期測量精度的重要環(huán)節(jié)。

16、觀測任務(wù)結(jié)束后,必須在測區(qū)及時對觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量進行檢核,對于外業(yè)預(yù)處理成果,要按?標準?要求嚴格檢查、分析,以便及時發(fā)現(xiàn)不合格成果,并根據(jù)情況采取重測或補測措施。成果檢核無誤后,即可進行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理過程大體可分為:預(yù)處理、平差計算以及坐標系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。3.1.1 DTM法 由DTM模型來計算土方量是根據(jù)實地測定的地面點坐標X,Y,Z和設(shè)計高程,通過生成三角網(wǎng)來計算每一個三棱錐的填挖方量,最后累計得到指定范圍內(nèi)填方和挖方的土方量,并繪出填挖方分界線。DTM法土方計算共有兩種方法,一種是進行完全計算,一種是依照圖上的三角網(wǎng)進行計算。 完全計算法包含重新建立三角網(wǎng)的過程,又分為:“根據(jù)坐

17、標計算和“根據(jù)圖上高程點計算兩種方法。依照圖上三角網(wǎng)法直接采用圖上已有的三角形,不再重建三角網(wǎng)。 首先要展繪高程點,菜單“繪圖處理-“展高程點,在彈出的“輸入坐標數(shù)據(jù)文件名對話框中選擇數(shù)據(jù)文件“。然后用復(fù)合線畫出所要計算土方的區(qū)域,菜單“工程應(yīng)用-“DTM法土方計算-“根據(jù)圖上高程點計算。提示:選擇邊界線用鼠標點取所畫的閉合復(fù)合線。請輸入邊界插值間隔m:邊界插值間隔的設(shè)定的默認值為20m;提示:選擇高程點或控制點此時可逐個選取要參與計算的高程點或控制點,也可拖框選擇。如果鍵入“ALL回車,將選取圖上所有已經(jīng)繪出的高程點或控制點;提示:平場面積XXXX平方米,平場標高m:鍵入設(shè)計高程,此例輸入5

18、.3m。回車后屏幕上顯示填挖方的提示框,命令行顯示:挖方量XXXX立方米,填方量XXXX立方米;關(guān)閉對話框后系統(tǒng)提示:請指定表格左下角位置:直接回車不繪表格用鼠標在圖上適當位置點擊,CASS7.0會在該處繪出一個表格,包含平場面積、最大高程、最小高程、平場標高、填方量、挖方量和圖形4。其計算結(jié)果,如圖3-1所示。圖3-1土方計算成果3.1.2 方格網(wǎng)法 由方格網(wǎng)來計算土方量是根據(jù)實地測定的地面點坐標X,Y,Z和設(shè)計高程,通過生成方格網(wǎng)來計算每一個長方體的填挖方量,最后累計得到指定范圍內(nèi)填方和挖方的土方量,并繪出填挖方分界線。 菜單“應(yīng)用-“方格網(wǎng)法土方計算,將彈出選擇高程坐標文件的對話框,在對

19、話框中選擇所需坐標文件。提示:選擇土方計算邊界線,用鼠標點取所畫的閉合復(fù)合線。輸入方格寬度,這是每個方格的邊長,默認值為20m。由原理可知,方格的寬度越小,計算精度越高。但如果給的值太小,超過了野外采集的點的密度也是沒有實際意義的。提示:最小高程XXXX,最大高程XXXX。設(shè)計面是:1平面2斜面,選1。屏幕提示:輸入目標高程:米輸入設(shè)計高程回車后命令行顯示:挖方量XXXX立方米,填方量XXXX立方米,同時圖上繪出所分析的方格網(wǎng),并給出每個方格的填挖方,每行的挖方和每列的填方,如圖3-2所示。系統(tǒng)首先將方格的四個角上的高程相加如果角上沒有高程點,通過周圍高程點內(nèi)插得出其高程,取平均值與設(shè)計高程相

20、減。然后通過指定的方格邊長得到每個方格的面積,再用長方體的體積計算公式得到填挖方量。因此,用這種方法算出來的土石方量與用其它方法得出的結(jié)果會有較大的差異,一般說來,這種方法得出的結(jié)果精度不太高,這是由于這種方法的局限性。但是方格網(wǎng)法簡便直觀,加上土方的計算本身對精度要求不是很高,因此這一方法在實際工作中還是非常實用的。用格網(wǎng)法算土方量,設(shè)計面可以是水平的,也可以是傾斜的。圖3-2方格網(wǎng)法計算土方的結(jié)果 注意:在用該方法時,用復(fù)合線畫出所要計算土方的區(qū)域一定要閉合,但是盡量不要擬合。因為擬合過的曲線在進行土方計算時會用折線迭代影響計算結(jié)果的精度5。3.2 土方計算方法的比擬與分析 DTM模型來計

21、算土方量是根據(jù)實地測定的地面點坐標和設(shè)計高程,通過生成三角網(wǎng)來計算每一個三棱錐的填挖方量,最后累計得到指定范圍內(nèi)填方和挖方的土方量,并繪出填挖方分界線。方格網(wǎng)計算土方量是根據(jù)實地測定的地面點坐標和設(shè)計高程,通過生成方格網(wǎng)來計算每一個長方體的填挖方量,最后累計得到指定范圍內(nèi)填方和挖方的土方量,并繪出填挖方分界線。 DTM法是使用實測的地形數(shù)據(jù)構(gòu)成不規(guī)那么三角TIN,而非擬合的數(shù)據(jù)構(gòu)網(wǎng)。只要地形變化較大的區(qū)域具有足夠的地形點,DTM構(gòu)成的TIN是絕對能夠真實客觀反映實際地形變化的。TIN相對方格網(wǎng)法構(gòu)成的面片高程來說精度非常高。DTM法的精度較高,因為三角網(wǎng)能很好地適應(yīng)復(fù)雜、不規(guī)那么地形,從而更好

22、地表達真實的地面特征。但是要注意的是DTM方法計算土方量精度雖高,但其計算過程中數(shù)據(jù)量大,占用大量存儲空間。因此,如果地圖本身數(shù)據(jù)量大時就應(yīng)慎重考慮是否采用該方法,而且TIN網(wǎng)要比構(gòu)成方格網(wǎng)消耗的資源多。地形點的位置不合理,DTM法算土方肯定不精確的,可能比方格網(wǎng)法還差。這就要看地形點是在什么地方。比方說,構(gòu)成的三角型正好是陡坎削了或是一塊凹塘填了,那構(gòu)成的TIN就不合理了。所以打地形點和修改TIN還是要加以注意。如果在地形支離破碎的地方合理打地形點和構(gòu)成的TIN真實反映地形,DTM法計算的土方就十分準確6。 方格網(wǎng)法要求測量格網(wǎng)節(jié)點的高程,這就需要先進行方格網(wǎng)節(jié)點放樣,然后再測量高程,增加了

23、測量的工作量,但方格網(wǎng)有個好處能夠在繪制成平面圖,并且在圖上標注各處的填挖高度和施工土方量,目前局部單位用全站儀或GPS-RTK在野外采樣碎部特征點,然后構(gòu)成DTM,用插值的方法內(nèi)插出格網(wǎng)節(jié)點的高程,再計算土方量。插值時要求地面兩點之間的坡度是均勻的,這就與實際情況很難相符。另外對于蜿蜒的帶狀地形,用方格網(wǎng)法出現(xiàn)許多不完整的格網(wǎng),使用和計算都不方便,所以此方法一般適用于地形起伏不大,且地面坡度有規(guī)律,區(qū)域范圍比擬大的施工場地。 計算土方量,操作簡單,圖面直觀,可增強測量計算的透明度。方格法計算土方量的誤差主要來源是方格頂點高程的測量誤差及場地面積的求積誤差等,同時也跟方格邊長有關(guān),采用的方格邊

24、長越短,計算越精確,考慮到繪圖比例尺的關(guān)系,一般方格邊長取5.0m為宜。地形高差越大,采用算術(shù)平均法計算平均標高誤差越大,求出的土方量誤差也大。采用加權(quán)平均法可以提高其計算精度。當精度要求更高時,應(yīng)考慮用DTM法計算7。 因此,采用DTM和方格網(wǎng)法計算土方,要看實際地形的起伏變化復(fù)雜程度,如果地形點數(shù)據(jù)的分布合理的話,DTM法絕比照方格網(wǎng)法準確。對于原地面起伏較大的地方,還是最好不要用方格網(wǎng)去算量,雖然這是大家比擬認可的土方算量的方法,但是它更適合地面比擬平坦的場地。如果地形起伏不大,那么是用方格網(wǎng)法比擬簡單。4 土方測量的應(yīng)用 平整土地采用的方法應(yīng)根據(jù)實際情況而定:當平整的場地起伏較大時一般

25、主要采用DTM方法,這時因為應(yīng)用DTM方法建立起的模型更接近實際地形,誤差相對較小;當平整的場地起伏較小時應(yīng)主要采用方格網(wǎng)法,因為應(yīng)用方格網(wǎng)法可以使平整場地的各個地方的填火娃的土方量由一個較精確的參考數(shù)據(jù);下面應(yīng)用商丘師范學(xué)院平原路校區(qū)的假山來做說明。這是外業(yè)測量的數(shù)據(jù),如圖4-1所示。圖4-1 外業(yè)數(shù)據(jù)具體數(shù)據(jù)處理如下:(一)應(yīng)用DTM法計算 (1)將數(shù)據(jù)導(dǎo)入CASS7.0,如圖4-2所示。圖4-2 導(dǎo)入數(shù)據(jù)的結(jié)果圖 (2)DTM模型的建立,如圖4-3所示。圖4-3 DTM模型 (3)根據(jù)圖上三角網(wǎng)計算土方量的結(jié)果,如圖4-4所示。 圖4-4 由DTM方法計算得填挖土方量(二)應(yīng)用方格網(wǎng)法計算 (1)導(dǎo)入數(shù)據(jù)其方法與DTM法相同。 (2)直接由方格網(wǎng)法計算如圖4-5所示.。圖4-5 由DTM方法計算得填挖土方量 由以上兩圖知這兩種方法所得結(jié)果相差很大,其原因是以小山為中心的場地地面起伏較大,不適合應(yīng)用方格網(wǎng)法。而DTM方法在此顯示出了優(yōu)勢。因此,在工程中計算土方里應(yīng)根據(jù)場地具體情況,選擇不同方法。