土石方測(cè)量方案2

土石方測(cè)量方案公司八月一、概述土方量的計(jì)算是建筑工程施工的一種重要環(huán)節(jié)。工程施工前的設(shè)計(jì)階段必須對(duì)土石方量進(jìn)行預(yù)算,它直接關(guān)系到工程的費(fèi)用概算及方案選優(yōu)。在現(xiàn)實(shí)中的某些工程項(xiàng)目中，因土方量計(jì)算的精確性而產(chǎn)生的糾紛也是經(jīng)常碰到的。如何運(yùn)用測(cè)量單位現(xiàn)場(chǎng)測(cè)出的地形數(shù)據(jù)或原有的數(shù)字地形數(shù)據(jù)快速精確的計(jì)算出土方量就成了人們?nèi)找骊P(guān)心的問(wèn)題。一、高程點(diǎn)測(cè)量及地形圖修測(cè)外業(yè)測(cè)量對(duì)土石方計(jì)算和精確性至關(guān)重要，因此在計(jì)算前應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)必須要格把關(guān)，務(wù)必達(dá)成規(guī)范規(guī)定。其過(guò)程按1：500地形測(cè)量規(guī)定控制并增加高程點(diǎn)采集。（一）作業(yè)技術(shù)根據(jù)1、《工程測(cè)量規(guī)范》（GB5002—93）（簡(jiǎn)稱“規(guī)范”）2、《1:5001:10001:地形圖圖式》（GB/T7929—1995）3、《全球定位系統(tǒng)都市測(cè)量技術(shù)規(guī)程》（CJJ73－97）（二）導(dǎo)線點(diǎn)控制測(cè)量1、根據(jù)工程已有控制點(diǎn)狀況良好狀況下做導(dǎo)線控制測(cè)量。2、加密控制在首級(jí)控制點(diǎn)的基礎(chǔ)上按Ⅰ、Ⅱ級(jí)導(dǎo)線、圖根點(diǎn)分級(jí)進(jìn)行，標(biāo)志采用簡(jiǎn)易標(biāo)志，Ⅰ級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)按Ⅰ01、Ⅰ02……進(jìn)行編號(hào)，Ⅱ級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)按Ⅱ01、Ⅱ02……流水編號(hào)，圖根點(diǎn)按T1、T2……流水編號(hào)。3、導(dǎo)線測(cè)量重要技術(shù)規(guī)定等級(jí)導(dǎo)線長(zhǎng)度(km)平均邊長(zhǎng)(km)測(cè)角中誤差(″)測(cè)距中誤差(mm)測(cè)距相對(duì)中誤差測(cè)回?cái)?shù)方位角閉合差(″)相對(duì)閉合差DJ1DJ2DJ3一級(jí)40.5515≤1/30000_2410≤1/15000二級(jí)2.40.25815≤1/14000_1316≤1/10000三級(jí)1.20.11215≤1/7000_1224≤1/50004、控制測(cè)量的觀察均采用日本拓普康全站儀進(jìn)行（已鑒定為Ⅰ級(jí)全站儀）。水平方向觀察的技術(shù)規(guī)定為：等級(jí)儀器型號(hào)光學(xué)測(cè)微器兩次重疊讀數(shù)之差(″)半測(cè)回歸零差(″)一測(cè)回中2倍照準(zhǔn)差變動(dòng)(″)同一方向值各測(cè)回較差(″)一級(jí)導(dǎo)線及下列DJ2—121812DJ6—18—245、Ⅰ、Ⅱ級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)高程控制測(cè)量采用全站儀測(cè)距三角高程測(cè)量，精度按5等規(guī)定，其技術(shù)指標(biāo)為儀器垂直角測(cè)回?cái)?shù)指標(biāo)差較差垂直角較差對(duì)向觀察高差較差附合或環(huán)形閉合差SET21102(對(duì)向)≤10≤1060(mm)30(mm)6、Ⅰ、Ⅱ級(jí)導(dǎo)線的平差計(jì)算采用《平差易》專門軟件進(jìn)行（南方測(cè)繪儀器公司），平差成果以平差報(bào)告輸出。圖根點(diǎn)成果運(yùn)用全站儀自動(dòng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，不保存中間觀察成果。（三）GPS控制網(wǎng)觀察技術(shù)規(guī)定對(duì)工程區(qū)域控制點(diǎn)狀況較差的采用GPS控制網(wǎng)觀察。1、儀器選型GPS觀察采用美國(guó)Trimble公司的TrimbleGPS－5700雙頻接受機(jī)，標(biāo)稱精度為5mm+1ppm。全部?jī)x器在觀察前均按規(guī)范有關(guān)規(guī)定進(jìn)行檢測(cè)。2、儀器檢查四臺(tái)套TrimbleGPS－5700雙頻接受機(jī)同國(guó)家光電測(cè)距儀檢測(cè)中心檢測(cè)，檢測(cè)項(xiàng)目有：靜態(tài)測(cè)量精度、靜態(tài)測(cè)量重復(fù)精度、接受機(jī)內(nèi)部噪聲水平、天線相位中心與幾何中心一致性等。檢定成果四臺(tái)套GPS雙頻接受機(jī)均合格，能夠應(yīng)用于生產(chǎn)。3、GPS觀察技術(shù)規(guī)定（1）觀察采用美國(guó)Trimble公司的TrimbleGPS－5700雙頻接受機(jī)（四臺(tái)套）；（2）衛(wèi)星高度角不不大于15°，有效觀察衛(wèi)星數(shù)不不大于4顆，平均重復(fù)設(shè)站數(shù)不不大于2，獨(dú)立閉合環(huán)邊數(shù)不大于5條，同時(shí)觀察時(shí)段長(zhǎng)度為90分鐘，數(shù)據(jù)采樣間隔為15秒，儀器對(duì)中誤差不不不大于1mm，天線高量測(cè)誤差不大于2mm；（3）作業(yè)前應(yīng)編制GPS衛(wèi)星可見(jiàn)性預(yù)報(bào)表，選擇最佳觀察時(shí)段。根據(jù)接受機(jī)臺(tái)數(shù)，網(wǎng)形等編制作業(yè)調(diào)度表。（三）高程點(diǎn)地形及圖修測(cè)1、采用全站儀全野外數(shù)字采樣、用計(jì)算機(jī)配合專門軟件成圖。2、成圖圖幅普通為50cm×50cm，圖名及分幅規(guī)格根據(jù)圖式及規(guī)范分幅。3、高程點(diǎn)的密度以滿足土方計(jì)算、地物、地貌的測(cè)繪為原則，通視良好且地形簡(jiǎn)樸平坦區(qū)可適宜放稀，對(duì)居民點(diǎn)等房屋密集區(qū)確保有足夠的點(diǎn)位。4、高程點(diǎn)及地形圖修測(cè)基本精度及規(guī)定1、基本等高距選用0.5米；2、圖根點(diǎn)對(duì)于起算點(diǎn)的平面位置中誤差不超出圖上0.1mm，高程中誤差不超出5cm；3、圖上地物點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差按“規(guī)范”4.1.5條執(zhí)行。高程點(diǎn)對(duì)相鄰圖根點(diǎn)中的誤差按“規(guī)范”4.1.6條執(zhí)行。4、高程注記點(diǎn)圖上應(yīng)分布均勻，每平方分米不少于8~12點(diǎn)。圖根、碎部點(diǎn)高程均取至厘米注記。鐵路、公路中心線交錯(cuò)排列注記。溝渠底高程圖上注記間隔10cm，并測(cè)注溝寬。注記以分式標(biāo)注，分母為溝底高程，分子為溝寬（注至分米）。并指明測(cè)定位置。獨(dú)立地物位置、檢修井蓋頂、鐵路軌道、道路交叉中心及轉(zhuǎn)彎處、河流、溝渠、塘岸邊、建筑物墻基腳、橋面、較大庭院內(nèi)、土堆頂、坑穴底、坡度變化處、坎邊等都應(yīng)測(cè)注高程。5、測(cè)繪內(nèi)容及表達(dá)辦法（1）各類控制點(diǎn)一律按“圖示”符號(hào)表達(dá)。（2）居民地是地形圖的重要地物因素，各類建筑物及重要附屬設(shè)施應(yīng)按實(shí)地輪廓精確測(cè)繪。房屋輪廓一律以墻腳外沿測(cè)繪，按其樓層、建筑物性質(zhì)、重要房屋和附加房屋分辨表達(dá)，房屋性質(zhì)按砼、磚、木劃分。砼：普通指鋼筋混凝框架構(gòu)造，磚：以鋼筋混凝土為重要建筑材料的結(jié)實(shí)房屋和以磚、木為重要建筑材料的普通房屋，這類房屋普通，簡(jiǎn)樸房屋屋頂為瓦者，注“木”；兩層及兩層以上的房屋要加注層數(shù)。（3）獨(dú)立地物含有方位作用，一律要測(cè)繪。尤應(yīng)注意一、二類方位物的施測(cè)精度，并測(cè)注高程。墳地應(yīng)測(cè)繪。（4）道路測(cè)繪普通公路及鋪裝水泥路面公路，要測(cè)繪鋪面寬，并注記鋪面材料。路邊排水溝應(yīng)表達(dá)。（5）永久性的電力線、通訊線、路燈及電桿位置應(yīng)實(shí)測(cè)。永久性的柵欄、欄桿、籬笆均應(yīng)測(cè)繪。地下管線只測(cè)繪裸露部分，檢修井實(shí)測(cè)。（6）河流、塘、堰應(yīng)測(cè)繪河岸線、水涯線。水涯線按測(cè)圖時(shí)之水位測(cè)定，但應(yīng)注意上下游及圖幅間的合理、協(xié)調(diào)。（7）地貌用地貌符號(hào)、高程注記及等高線表達(dá)。本區(qū)測(cè)繪等高線區(qū)域不多，故應(yīng)注意加注等高線注記（示坡線、等高線高程）方便于讀圖。土堆和坑穴應(yīng)予測(cè)繪。二、土石方計(jì)算高程點(diǎn)及數(shù)字化地形圖完畢后方進(jìn)行內(nèi)業(yè)計(jì)算，根據(jù)工程采用不同計(jì)算辦法；比較經(jīng)常的幾個(gè)計(jì)算土方量的辦法有：方格網(wǎng)法、等高線法、斷面法、DTM法、區(qū)域土方量平衡法和平均高程法等。在較為平坦的平原區(qū)和地形起伏不大的場(chǎng)地，宜采用方格網(wǎng)法。這種辦法計(jì)算的數(shù)據(jù)量小，計(jì)算速度快，省卻了DTM法龐大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量。

在狹長(zhǎng)地帶，例如公路、水渠等則適宜使用斷面法進(jìn)行計(jì)算土方量。

在地形起伏較大、精度規(guī)定高的某些山區(qū)則需要用到TIN的計(jì)算辦法。但是也要考慮到，如果地圖本身數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)儲(chǔ)存量的問(wèn)題。

總之，在對(duì)土方量進(jìn)行計(jì)算時(shí)，要考慮到地形特性、精度規(guī)定以及施工成本等方面的狀況，選擇適宜的計(jì)算辦法，達(dá)成最優(yōu)的目的（一）斷面法

本地形復(fù)雜起伏變化較大，或地狹長(zhǎng)、挖填深度較大且不規(guī)則的地段，宜選擇橫斷面法進(jìn)行土方量計(jì)算。

上圖為一渠道的測(cè)量圖形，運(yùn)用橫斷面法進(jìn)行計(jì)算土方量時(shí)，可根據(jù)渠LL，按一定的長(zhǎng)度L設(shè)橫斷面A1、A2、A3……Ai等。

斷面法的體現(xiàn)式為(1)

在（1）式中，Ai-1，Ai分別為第i單元渠段起終斷面的填(或挖)方面積；Li為渠段長(zhǎng)；Vi為填(或挖)方體積。

土石方量精度與間距L的長(zhǎng)度有關(guān)，L越小，精度就越高。但是這種辦法計(jì)算量大,特別是在范疇較大、精度規(guī)定高的狀況下更為明顯;若是為了減少計(jì)算量而加大斷面間隔，就會(huì)減少計(jì)算成果的精度;因此斷面法存在著計(jì)算精度和計(jì)算速度的矛盾。

（二）方格網(wǎng)法計(jì)算

對(duì)于大面積的土石方估算以及某些地形起伏較小、坡度變化平緩的場(chǎng)地適宜用格網(wǎng)法。這種辦法是將場(chǎng)地劃分成若干個(gè)正方形格網(wǎng)，然后計(jì)算每個(gè)四棱柱的體積，從而將全部四棱柱的體積匯總得到總的土方量。在傳統(tǒng)的方格網(wǎng)計(jì)算中，土方量的計(jì)算精度不高?，F(xiàn)在我們引入一種新的高程內(nèi)插的辦法，即楊赤中濾波推估法。1、楊赤中推估

楊赤中濾波與推估法就是在復(fù)合變量理論的基礎(chǔ)上，對(duì)已知離散點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行二項(xiàng)式加權(quán)游動(dòng)平均，然后在濾波的基礎(chǔ)上，建立隨即特性函數(shù)和估值協(xié)方差函數(shù)，看待估點(diǎn)的屬性值（如高程等）進(jìn)行推估。

2、待估點(diǎn)高程值的計(jì)算

首先繪方格網(wǎng),然后根據(jù)一定范疇內(nèi)的各高程觀察值推估方格中心O的高程值。繪制方格時(shí)要根據(jù)場(chǎng)地范疇繪制。

由離散高程點(diǎn)計(jì)算待估點(diǎn)高程為

（2）

其中，為參加估值計(jì)算的各離散點(diǎn)高程觀察值，為各點(diǎn)估值系數(shù)。而后進(jìn)一步求得最優(yōu)估值系數(shù)，進(jìn)而得到最優(yōu)的高程估值。3、挖（填）土方量區(qū)域面積的計(jì)算

如果，土方量計(jì)算的面積為不規(guī)則邊界的多邊形。那么在面積進(jìn)行計(jì)算時(shí)，先對(duì)判斷方格網(wǎng)中心點(diǎn)與否在多邊形內(nèi)，如果在，那么就要計(jì)算該格網(wǎng)的面積，否則能夠?qū)⒃摳窬W(wǎng)面積略去。如圖3所示，首先對(duì)格網(wǎng)中心點(diǎn)P進(jìn)行判斷，能夠采用垂線法，即過(guò)P（）點(diǎn)作平行于y軸向下的射線

設(shè)多邊形任意一邊的端點(diǎn)為，令

(1)當(dāng)δ<0時(shí)，若y>，則射線與該邊有交點(diǎn),否則無(wú)交點(diǎn),若y=，則知P在多邊形上。

(2)當(dāng)δ=0時(shí)，若x=，則當(dāng)y>時(shí)，兩者有交點(diǎn)()，當(dāng)y<時(shí)，不予考慮。當(dāng)y=時(shí)，闡明P在多邊形上。若x=，辦法同上。

(3)當(dāng)δ>0時(shí)，不予考慮。

對(duì)多邊形各邊進(jìn)行上述判斷，并統(tǒng)計(jì)其交點(diǎn)個(gè)數(shù)m，當(dāng)m為奇數(shù)時(shí)，則P在多邊形內(nèi)部，否則P不在多邊形內(nèi)部。

通過(guò)對(duì)圖中、點(diǎn)的判斷能夠懂得，位于多邊形內(nèi)，位于多邊形外。那么，所在的格網(wǎng)的面積要進(jìn)行計(jì)算，而所在的格網(wǎng)的面積則能夠略去。

然后運(yùn)用楊赤中濾波推估法求得的每個(gè)方格網(wǎng)的中心點(diǎn)的高程值與格網(wǎng)面積進(jìn)行計(jì)算。即=

（3）

ij表達(dá)第i行j列的小方格網(wǎng)，a，b為格網(wǎng)的邊長(zhǎng)，最后匯總土方量。（三）DTM法（不規(guī)則三角網(wǎng)法）

不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)是數(shù)字地面模型DTM體現(xiàn)形式之一，該法運(yùn)用實(shí)測(cè)地形碎部點(diǎn)、特性點(diǎn)進(jìn)行三角構(gòu)網(wǎng)，對(duì)計(jì)算區(qū)域按三棱柱法計(jì)算土方。

基于不規(guī)則三角形建模是直接運(yùn)用野外實(shí)測(cè)的地形特性點(diǎn)(離散點(diǎn))構(gòu)造出鄰接的三角形，構(gòu)成不規(guī)則三角網(wǎng)構(gòu)造。相對(duì)于規(guī)則格網(wǎng)，不規(guī)則三角網(wǎng)含有下列優(yōu)點(diǎn)：三角網(wǎng)中的點(diǎn)和線的分布密度和構(gòu)造完全能夠與地表的特性相協(xié)調(diào)，直接運(yùn)用原始資料作為網(wǎng)格結(jié)點(diǎn);不變化原始數(shù)據(jù)和精度;能夠插入地性線以保存原有核心的地形特性,以及能較好地適應(yīng)復(fù)雜、不規(guī)則地形，從而將地表的特性體現(xiàn)得淋漓盡致等。因此在運(yùn)用T1N算出的土方量時(shí)就大大提高了計(jì)算的精度。

1、三角網(wǎng)的構(gòu)建

對(duì)于不規(guī)則三角網(wǎng)的構(gòu)建在這里采用兩級(jí)建網(wǎng)方式。

第一步，進(jìn)行涉及地形特性點(diǎn)在內(nèi)的散點(diǎn)的初級(jí)構(gòu)網(wǎng)。

普通來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的TIN生成算法重要有邊擴(kuò)展法,點(diǎn)插入法,遞歸分割法等,以及它們的改善算法。在此僅簡(jiǎn)樸介紹一下邊擴(kuò)展法。

所謂邊擴(kuò)展法，就是指先從點(diǎn)集中選擇一點(diǎn)作為起始三角形的一種端點(diǎn)，然后找離它距離近來(lái)的點(diǎn)連成一種邊,以該邊為基礎(chǔ),遵照角度最大原則或距離最小原則找到第三個(gè)點(diǎn),形成初始三角形。由起始三角形的三邊依次往外擴(kuò)展,并進(jìn)行與否重復(fù)的檢測(cè)，最后將點(diǎn)集內(nèi)全部的離散點(diǎn)構(gòu)成三角網(wǎng)，直到全部建立的三角形的邊都擴(kuò)展過(guò)為止。在生成三角網(wǎng)后調(diào)用局部?jī)?yōu)化算法,使之最優(yōu)。2、三角網(wǎng)的調(diào)節(jié)

第二步，根據(jù)地形特性信息對(duì)初級(jí)三角網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)形調(diào)節(jié)。這樣可使得建模流程思路清晰，易于實(shí)現(xiàn)。

⑴地性線的特點(diǎn)及解決辦法

所謂地性線就是指能充足體現(xiàn)地形形狀的特性線地性線不應(yīng)當(dāng)通過(guò)TIN中的任何一種三角形的內(nèi)部,否則三角形就會(huì)“進(jìn)入”或“懸空”于地面,與實(shí)際地形不符,產(chǎn)生的數(shù)字地面模型(DTM)有錯(cuò)。

本地性線與普通地形點(diǎn)一道參加完初級(jí)構(gòu)網(wǎng)后，再用地形特性信息檢查地性線與否成為了初級(jí)三角網(wǎng)的邊，若是，則不再作調(diào)節(jié)；否則，按圖6作出調(diào)節(jié)?？傊?jiǎng)?wù)必確保TIN所體現(xiàn)的數(shù)字地面模型與實(shí)際地形相符。圖4在TIN建模過(guò)程中對(duì)地性線的解決

如圖4（a）所示，為地性線，它直接插入了三角形內(nèi)部，使得建立的TIN偏離了實(shí)際地形，因此需要對(duì)地性線進(jìn)行解決，重新調(diào)節(jié)三角網(wǎng)。

圖4（b）是解決后的圖形，即以地性線為三角邊，向兩側(cè)進(jìn)行擴(kuò)展，使其符合實(shí)際地形。

⑵地物對(duì)構(gòu)網(wǎng)的影響及解決辦法

等高線在遭遇房屋、道路等地物時(shí)需要斷開(kāi)，這樣在地形圖生成TIN時(shí)，除了要考慮地性線的影響之外，更應(yīng)當(dāng)顧及到地物的影響。普通辦法是：先按解決地形構(gòu)造線的類似辦法調(diào)節(jié)網(wǎng)形；然后，用“垂線法”鑒別閉合特性線影響區(qū)域內(nèi)的三角形重心與否落在多邊形內(nèi)，若是，則消去該三角形(在程序中標(biāo)記該三角形統(tǒng)計(jì))；否則保存該三角形。經(jīng)測(cè)試后，去掉了全部位于地物內(nèi)部之三角形，從而在特性線內(nèi)形成“空白地”。

⑶陡坎的地形特點(diǎn)及解決辦法

遭遇陡坎時(shí)，地形會(huì)發(fā)生激烈的突變。陡坎處的地形特性體現(xiàn)為：在水平面上同一位置的點(diǎn)有兩個(gè)高程且高差比較大；坎上坎下兩個(gè)相鄰三角形共享由兩相鄰陡坎點(diǎn)連接而成的邊。當(dāng)構(gòu)造TIN時(shí)，只有顧及陡坎地形的影響，才干較精確的反映出實(shí)際地形。

對(duì)陡坎的解決如圖所示：圖5對(duì)陡坎的解決

如圖5（a）所示，點(diǎn)1~4為實(shí)際測(cè)量的陡坎上的點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)其實(shí)有兩個(gè)高程值，不符合實(shí)際的地形特性。在調(diào)節(jié)時(shí)將各點(diǎn)沿坎下方向平移了1mm，得到了5~8各點(diǎn)，其高程值根據(jù)地形圖量取的坎下比高計(jì)算得到。將全部的坎上、坎下點(diǎn)合并連接成一閉合折線，并分別擴(kuò)充連接三角形，即得到調(diào)節(jié)后的圖5（b）。

3、三角網(wǎng)法計(jì)算土方量

三角網(wǎng)構(gòu)建好之后，用生成的三角網(wǎng)來(lái)計(jì)算每個(gè)三棱柱的填挖方量,最后累積得到指定范疇內(nèi)填方和挖方分界限。三棱柱體上表面用斜平面