土方量計(jì)算在阜新煤化工產(chǎn)業(yè)基地線路中的應(yīng)用

緒論 1.1研究目的和意義 本論文研究目的是給出不同條件下土方量計(jì)算的各種方法的原理、特點(diǎn)等；對(duì)幾種常見的土石方量計(jì)算方法和它們的原理分別進(jìn)行研究。土方量計(jì)算原理的實(shí)質(zhì)其實(shí)就是使用一定的方法來計(jì)算需要填挖的土方的體積;土方量的計(jì)算方法大體上可分成四類：方格網(wǎng)法、斷面法、等高線法和DTM法,其他土方量的計(jì)算方法大體上是以上這四種方法的簡化、變形或綜合,又或者是它們基于不同軟件平臺(tái)上的一些具體的應(yīng)用。本文探討的重點(diǎn)是土方量計(jì)算在阜新煤化工基地線路中的應(yīng)用，從計(jì)算原理入手，并結(jié)合阜新煤化工基地的實(shí)例，通過不同條件下土方量計(jì)算方法對(duì)比分析得出結(jié)論。為了使得工程項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益更高，讓工程項(xiàng)目在滿足工程項(xiàng)目的精度要求的情況下最大限度地提高經(jīng)濟(jì)效益，所以對(duì)土方量進(jìn)行計(jì)算對(duì)于工程項(xiàng)目來說是一個(gè)必要的測(cè)繪工作。同時(shí)也作為整個(gè)工程建設(shè)的前期任務(wù)，填挖土方量的大小與最終目標(biāo)工程的招投標(biāo)的價(jià)格、經(jīng)濟(jì)效益以及工期的安排密切相關(guān)。本文通過分析專家和學(xué)者們的一些理論和觀點(diǎn)，結(jié)合阜新煤化工基地的線路工程應(yīng)用，提出一些自己的觀點(diǎn)，為了給進(jìn)行土方量計(jì)算的測(cè)繪人員提供一定的參考，和一些相關(guān)的一些參考資料。最終達(dá)到學(xué)習(xí)，研究，探討的目的。為將來遇到此類問題提供必要的理論以及實(shí)踐依據(jù)。1.2土方量計(jì)算概述 在現(xiàn)在的各種工程的建設(shè)當(dāng)中,比如公路、城市規(guī)劃以及鐵路和煤化工產(chǎn)業(yè)當(dāng)中,土方量計(jì)算是一項(xiàng)常見的、不可缺少的一種測(cè)繪工作，且在整個(gè)施工過程中，土方工程常占有較大比重。土方量計(jì)算精度的高低將會(huì)直接影響到施工過程的工期以及工程能夠帶來的經(jīng)濟(jì)效益。所以我們測(cè)繪工作者需要合理地對(duì)土方進(jìn)行調(diào)配，使土方得到最為合理的使用從而來節(jié)省整個(gè)工程項(xiàng)目預(yù)算經(jīng)費(fèi)，并且使得工程項(xiàng)目的效率更高。因此，對(duì)土方量的計(jì)算方法進(jìn)行研究，并研究其精度及計(jì)算方法以及不同方法的適用范圍、條件和計(jì)算中可能出現(xiàn)的問題是非常重要的。對(duì)目標(biāo)區(qū)域的土方量進(jìn)行計(jì)算，實(shí)際上就是來求得目標(biāo)區(qū)域地面標(biāo)高與設(shè)計(jì)標(biāo)高之間所需要填挖的土石方的體積[1]。在不同的條件下目標(biāo)區(qū)域的設(shè)計(jì)面又可以分為平面、斜面、曲面這三種情況，而自然地面的起伏的類型會(huì)更加的多樣，所以會(huì)很難精確地計(jì)算出來目標(biāo)區(qū)域需要填挖的精確土方體積，一般來說不大可能精準(zhǔn)無誤地將目標(biāo)區(qū)域的真實(shí)的土方體積計(jì)算出來，也沒有這個(gè)必要，因?yàn)槿绻ゾ珳?zhǔn)無誤地去計(jì)算目標(biāo)區(qū)域的土方量，就需要對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行高精度的外業(yè)測(cè)量，這樣就會(huì)相對(duì)超出一定的項(xiàng)目工程的預(yù)算。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀如今土方量測(cè)量與計(jì)算已經(jīng)是從事測(cè)繪相關(guān)工作人士的一項(xiàng)重要的任務(wù)，一個(gè)工程項(xiàng)目最終的計(jì)算結(jié)果也是用來決定整個(gè)工程預(yù)決算的一個(gè)依據(jù)。正確、及時(shí)地進(jìn)行土石方量的計(jì)算是能否有效地對(duì)整個(gè)目標(biāo)工程進(jìn)行建設(shè)和管理的一個(gè)重要因素[2]。以往傳統(tǒng)計(jì)算土方量的方法已經(jīng)不能滿足目前很多的工程項(xiàng)目所要求的精度，且這些方法計(jì)算效率較低。對(duì)于精度要求不高的一些工程項(xiàng)目，測(cè)繪工作人員通常采用劃分方格網(wǎng)進(jìn)行圖解法等傳統(tǒng)的土方量計(jì)算方法來計(jì)算目標(biāo)區(qū)域的土方量以及礦物的儲(chǔ)量，但是這種方法精度較低且耗時(shí)比當(dāng)今的主流方法較長，同時(shí)又難以保證其計(jì)算結(jié)果的精確程度，設(shè)計(jì)階段計(jì)算的土石方量與實(shí)際施工階段所需要的土石方量有時(shí)甚至?xí)嗖?0%及以上，這種情況就會(huì)給工程施工及最終造價(jià)評(píng)估等帶來極大的不確定因素。到現(xiàn)在為止國內(nèi)外對(duì)于土方量的計(jì)算方法研究主要集中在對(duì)構(gòu)建幾何模型與計(jì)算數(shù)學(xué)方法的改良優(yōu)化上，隨著當(dāng)今社會(huì)的人工智能和無人機(jī)測(cè)繪技術(shù)等高科技的高速發(fā)展，通過優(yōu)化所編寫的計(jì)算程序來計(jì)算土方量已經(jīng)成為提高土方計(jì)算精度和土方量計(jì)算效率的一個(gè)行之有效的途徑。所以國內(nèi)外專家學(xué)者們主要圍繞著等高線法、方格網(wǎng)法、DTM法以及斷面法這四種常用的土方量計(jì)算方法來進(jìn)行相應(yīng)的研究。通過對(duì)這四種方法的分析比較以及根據(jù)外業(yè)工程項(xiàng)目得到最佳的擬和曲面，從而使得計(jì)算的結(jié)果更加接近真實(shí)值。因此有必要就不同條件下土方量計(jì)算在阜新煤化工基地線路中的應(yīng)用為例對(duì)土方量計(jì)算方法及影響其準(zhǔn)確度的因素進(jìn)行探討。2常用土方量計(jì)算方法原理2.1土方量計(jì)算常用的四種方法 2.1.1方格網(wǎng)法 正方形方格法是一種測(cè)繪工作者經(jīng)常用來進(jìn)行土方量計(jì)算的基礎(chǔ)方法。方格網(wǎng)法土方量計(jì)算需要使用外業(yè)觀測(cè)成果得到的高程點(diǎn)，配合工程項(xiàng)目要求的設(shè)計(jì)標(biāo)高，利用方格網(wǎng)代替了目標(biāo)場(chǎng)區(qū)，最終利用體積計(jì)算公式就能得到目標(biāo)區(qū)域所需挖填的土方量[3]。2.1.1.1劃分方格網(wǎng)根據(jù)外業(yè)觀測(cè)得到的高程點(diǎn)和已有的測(cè)區(qū)圖，利用方格網(wǎng)替換需要計(jì)算目標(biāo)區(qū)域。方格的邊長要根據(jù)實(shí)際的地形、要求的施工精度和地形圖的比例尺來取得。正常來說，設(shè)計(jì)邊長越小的方格，最后計(jì)算得到的土方量越接近實(shí)際工程項(xiàng)目的土方量，然而方格邊長不可以太小，一旦方格的數(shù)量超過了外業(yè)采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)的密度，只會(huì)增加不必要的工程量，這樣便會(huì)失去土方量計(jì)算的實(shí)際意義。在計(jì)算時(shí)我們通常采用邊長10m或20m的正方形方格，設(shè)計(jì)標(biāo)高位于方格的右上角、自然地面標(biāo)高位于左上角。進(jìn)而就能計(jì)算出對(duì)應(yīng)的四個(gè)角點(diǎn)的填挖方所需目標(biāo)高度，并在方格的左上角標(biāo)注施工的高度，其中可以標(biāo)注挖方為（+），填方為（-）[4]。2.1.1.2計(jì)算零點(diǎn)位置當(dāng)某個(gè)方格的四個(gè)角點(diǎn)計(jì)算的施工高度全部為“+”或者全部為“-”時(shí)，說明這個(gè)方格內(nèi)的土方全部都需要進(jìn)行挖方或者填方，如果其中某個(gè)方格中一個(gè)、兩個(gè)或者三個(gè)角點(diǎn)的施工高度為“+”，而其他部分為“-”時(shí)，說明該方格中的土方只有一部分需要進(jìn)行挖方，而其他的部分需要進(jìn)行相應(yīng)的填方，這時(shí)就會(huì)出現(xiàn)一些既不用挖方也不用填方的“零點(diǎn)”。將這個(gè)方格中的所有“零點(diǎn)”連接起來形成的曲線或者直線被稱為“零線”，這一條“零線”就是表示整個(gè)挖方區(qū)域和填方區(qū)域之間的分界線。當(dāng)某個(gè)方格內(nèi)部同時(shí)存在著挖方與填方時(shí)，我們首先要計(jì)算出方格上零點(diǎn)的具體位置，并將其標(biāo)注在方格的邊上。如圖2-1所示，將兩個(gè)零點(diǎn)用線連接得到零線。零點(diǎn)的位置可以按照公式2-1計(jì)算：（2-1）式中，、——角點(diǎn)和零點(diǎn)之間的距離（m）；、——相鄰兩角點(diǎn)間的施工高度（m），均用絕對(duì)值；a——方格網(wǎng)的邊長（m）。圖2-1零點(diǎn)位置計(jì)算示意圖Fig.2-1Zeropositioncalculation為了計(jì)算的便利，我們可以直接使用圖解法來求出零點(diǎn)的位置，如圖2-2所示，用直線連接每個(gè)角上標(biāo)注出來的對(duì)應(yīng)比例的長度，將這兩個(gè)點(diǎn)相所得到直線與方格邊的交點(diǎn)，這個(gè)位置就是方格網(wǎng)的零點(diǎn)所在的位置。圖2-2零點(diǎn)位置圖解法Fig.2-2ZeroPointGraphicalMethod2.1.1.3土方工程量的計(jì)算由于不同條件下零線的位置存在很多種不同的情況，所以計(jì)算時(shí)要根據(jù)目標(biāo)區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)的情況來加以區(qū)分，并根據(jù)目標(biāo)區(qū)域的情況采用相應(yīng)的公式。如表2-1所示，不同的方格的面積以及圖形對(duì)應(yīng)的公式也會(huì)不同，下表列出了幾種方格常見的情況：表2-1方格網(wǎng)法土方計(jì)算公式Tab.2-1SquareGridEarthFormula圖示計(jì)算公式一點(diǎn)填方或挖方（三角形）當(dāng)b=c=a時(shí)，二點(diǎn)填方或挖方（梯形）三點(diǎn)填方或挖方（五角形）四點(diǎn)填方或挖方（正方形）表中，——方格網(wǎng)的總邊長（m）；、——零點(diǎn)到一角的邊長（m）；——方格網(wǎng)四個(gè)角點(diǎn)的施工高程（m），需要用絕對(duì)值代入；——填方或挖方施工高程的總和（m），用絕對(duì)值代入；——挖方或填方體積（）。2.1.1.4計(jì)算土方的總量在目標(biāo)區(qū)域所有方格所需填挖的土方量計(jì)算完畢后，將所有挖方量和填方量相加就可以得到目標(biāo)區(qū)域全部的挖方量和填方量。2.1.2斷面法 斷面法的主要原理是使用若干個(gè)獨(dú)立的橫斷面將線路切割開來從而計(jì)算分割后每個(gè)斷面的面積，最后根據(jù)棱形體積計(jì)算公式可以求出目標(biāo)區(qū)域的填挖方量。根據(jù)目標(biāo)目標(biāo)區(qū)域的范圍，將目標(biāo)區(qū)域用相互平行的橫截面來分割開來，通過實(shí)地測(cè)繪或利用已有地形圖來得到目標(biāo)區(qū)域的實(shí)際的高程，并根據(jù)所給定的目標(biāo)區(qū)域的設(shè)計(jì)高程，就可以得到斷面的實(shí)際地面高程線和設(shè)計(jì)面的高程線?？梢杂锰菪魏腿切伪硎緦?shí)際地面和設(shè)計(jì)面所圍成的幾何體，可以通過計(jì)算相加這些梯形和三角形的面積來得到整個(gè)目標(biāo)區(qū)域的面積，即算出整個(gè)目標(biāo)斷面的面積。然后對(duì)相鄰兩個(gè)斷面的面積可以取它們的平均值，再乘以這兩個(gè)斷面之間間隔的距離，就能得到相鄰兩個(gè)斷面間所圍成的幾何體的體積；再將所有相鄰斷面之間的土方體積相加，就能得到目標(biāo)區(qū)域的填挖方量，這種土方量計(jì)算方法方法被稱為斷面法。步驟如下：1）劃分橫截面。根據(jù)外業(yè)測(cè)量的地形圖，將計(jì)算的目標(biāo)區(qū)域劃分為若干相互平行的橫截面等，如圖2-3。相鄰截面之間的距離可以取不一樣的長度，一般可以取10m或20m，在地面相對(duì)平緩的區(qū)域可以適當(dāng)增大這個(gè)間距，但兩者最大間距不應(yīng)超過100m。2）繪制橫截面的輪廓。用三角形和梯形來劃分地面和設(shè)計(jì)面所圍成的幾何體，如圖2-4所示。圖2-3橫截面示意圖Fig.2-3Schematiccrosssection圖2-4橫截面面積計(jì)算示意圖Fig.2-4Calculationofcross-sectionalarea3）計(jì)算斷面的面積。參照?qǐng)D2-4，斷面中組成梯形和三角形的面積為：（2-2）則該斷面的面積為：（2-3）4）計(jì)算目標(biāo)土方量。求出所有橫截面的面積后，就能計(jì)算出目標(biāo)區(qū)域所需的土方體積。設(shè)為相鄰的兩斷面之間的間距，則所求得的土方的體積為：（2-4）2.1.3等高線法 等高線法是一種利用等高線來表示目標(biāo)區(qū)域起伏和形狀的方法，利用兩條等高線之間所圍面積和兩條等高線之間的高差來進(jìn)行土方量計(jì)算就能夠到相應(yīng)的所圍的幾何體土方量的體積。使用等高線法計(jì)算土方量的過程中，我們可以根據(jù)等高線來將目標(biāo)區(qū)域劃分為若干個(gè)區(qū)域，可以將兩條等高線所的空間看作一個(gè)圓臺(tái)體，同時(shí)等高線之間的高差是一定的，所以我們可以通過計(jì)算出兩條等高線所圍的幾何體的面積同時(shí)根據(jù)公式2-5計(jì)算出這兩條等高線之間所圍空間的土方量的體積，就可以得到目標(biāo)區(qū)域的土方量以及挖方量和填方量。利用等高線法計(jì)算需要使用已有的地形圖資料，可以在現(xiàn)場(chǎng)外業(yè)繪制，或者采用已有資料當(dāng)中已經(jīng)被繪制出來的等高線來進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而來得到不同等高線所包圍區(qū)域的面積，最后根據(jù)相鄰兩條等高線之間的高差通過公式2-5計(jì)算，我們就可以得到的第i層的體積計(jì)算公式為：（2-5）式中：為相鄰兩條等高線所包圍的面積；h為相鄰兩條等高線之間的高差。（2-6）（2-7）圖2-5等高線示意圖Fig.2-5Contourline由于使用等高線法進(jìn)行土方量計(jì)算得到的結(jié)果的精度較低，而且計(jì)算過程中必須配合目標(biāo)區(qū)域的數(shù)字地形圖，同時(shí)等高線必須是一條閉合的線，因此在實(shí)際的工程中很少使用等高線法。2.1.4DTM法 DTM(digitalterrainmodel)即數(shù)字地面模型，簡稱數(shù)模，是將數(shù)據(jù)按照一定的結(jié)構(gòu)組織在一起的一種數(shù)字模型，它可以用來表示目標(biāo)區(qū)域地形起伏及地物的空間位置分布，也是對(duì)目標(biāo)區(qū)域的數(shù)字意義上的一種表達(dá)。只有在得到DTM的基礎(chǔ)上才能繪制目標(biāo)區(qū)域的等高線。它的表示方式包括離散點(diǎn)的三維坐標(biāo)（外業(yè)測(cè)量數(shù)據(jù)）、由離散點(diǎn)組成的不規(guī)則的格網(wǎng)及通過一定的內(nèi)插和擬合算法來自動(dòng)生成的等高線（圖）、斷面（圖）、坡度（圖）等等。DTM法是一種直接利用對(duì)目標(biāo)區(qū)域地形特征點(diǎn)還有離散高程點(diǎn)進(jìn)行一定的外業(yè)測(cè)繪所得到的構(gòu)建的三角網(wǎng)來進(jìn)行土方量計(jì)算的一種方法。在外業(yè)觀測(cè)根據(jù)目標(biāo)區(qū)域起伏來采集特征點(diǎn)，由于通過這些數(shù)據(jù)所生成的數(shù)字地面模型比較接近真實(shí)區(qū)域地形地貌，更加符合實(shí)際。所以DTM法通常適用于有地面起伏較大、地形高低變化劇烈、地形條件復(fù)雜的地區(qū)，如山區(qū)地帶，采煤場(chǎng)、煤矸石堆等不同的環(huán)境。1）地性線的特點(diǎn)及相關(guān)的處理方法地性線是一種能夠合理表達(dá)出地形地貌和它們的真實(shí)地理特征的線，TIN三角網(wǎng)中任何一個(gè)三角形的內(nèi)部都不應(yīng)該包含一條地性線，否則三角形將相對(duì)于地面懸空，通過這種方法所生成的模型會(huì)與目標(biāo)區(qū)域的地形會(huì)產(chǎn)生一定的偏差，最后會(huì)對(duì)導(dǎo)出的數(shù)字地面模型（DTM）結(jié)果的精度產(chǎn)生較大的影響。當(dāng)?shù)匦吸c(diǎn)與地性線共同參與并完成初級(jí)的構(gòu)網(wǎng)的工作之后，之后需要檢查地性線是否構(gòu)成了初級(jí)三角網(wǎng)的某一條邊，如果是，則不需要再對(duì)地性線進(jìn)行任何的調(diào)整；如果不是，則需要按照?qǐng)D2-6對(duì)地性線做出相應(yīng)的調(diào)整。最終結(jié)果要確保由TIN所產(chǎn)生的數(shù)字地面模型與目標(biāo)區(qū)域的實(shí)際地形相吻合。圖2-6在TIN建模過程中對(duì)地性線的處理Fig.2-6HandlingofGroundLinesDuringTINModeling如圖2-6（a）所示，為地性線，如果這條線在內(nèi)部穿過了三角形，那么建立的數(shù)字地面模型將與目標(biāo)區(qū)域的地形出現(xiàn)差異，所以需要對(duì)這樣的地性線進(jìn)行適當(dāng)且合理的處理，并且需要對(duì)生成的三角網(wǎng)處理的部分做出相應(yīng)的調(diào)整。圖2-6（b）是對(duì)地性線經(jīng)過適當(dāng)處理后得到的圖形，將地性線當(dāng)作三角形的某一條邊，將三角形的這條邊向兩側(cè)擴(kuò)展，就能夠符合目標(biāo)區(qū)域的實(shí)際地形。2）地物對(duì)構(gòu)網(wǎng)的影響及處理方法等高線需要在遇到公路、宅基地、河道等特殊地物時(shí)斷開，通過地形圖來生成目標(biāo)區(qū)域的TIN時(shí)，需要同時(shí)考慮實(shí)際地物對(duì)TIN的影響，還需要考慮地性線對(duì)TIN所造成的影響[5]。3）陡坎的特點(diǎn)及其處理方法當(dāng)目標(biāo)區(qū)域出現(xiàn)陡坎時(shí)，計(jì)算過程中會(huì)產(chǎn)生很大的變化。在陡坎處的地面上處于同一個(gè)位置的點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生差值比較大的兩個(gè)高程；因此陡坎上下兩個(gè)三角形需要共用一條陡坎邊。具體處理陡坎的步驟如下圖所示：圖2-7處理陡坎Fig.2-7Treatmentofthescarp如圖2-7（a）所描述的，點(diǎn)1、2、3、4為陡坎上通過外業(yè)觀測(cè)所得到的高程點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)都有兩個(gè)不同的高程值，這種情況會(huì)使計(jì)算結(jié)果與目標(biāo)區(qū)域的地形特征不符。因此，對(duì)陡坎調(diào)整的時(shí)候，我們首先要將這種離散點(diǎn)沿陡坎方向向下平移1mm，進(jìn)而我們能夠得到5、6、7、8另外四個(gè)點(diǎn)，它們的高程值可以通過取地形圖上坎下的高程來得到。將所有陡坎上的點(diǎn)和陡坎下的點(diǎn)相連接，得到一條如2-7（b）所示的閉合折線，最后繪制閉合折線連接的三角形，就能得到調(diào)整后所需要的目標(biāo)結(jié)果。4）利用三角網(wǎng)法來計(jì)算土方量在構(gòu)建完三角網(wǎng)以后，我們就可以利用得到的三角網(wǎng)來進(jìn)行土方量計(jì)算，首先需要計(jì)算每個(gè)三棱柱的填挖方量，然后相加所有三棱柱填挖方量的值，得到總的填挖方量，計(jì)算公式為：（2-8）如圖2-8所示，為三角形三個(gè)不同角點(diǎn)的施工高度；為三棱柱的底面積。圖2-8三角網(wǎng)計(jì)算土方量Fig.2-8CalculatingEarthworkVolumewithTriangulation2.2常用土方量計(jì)算方法的優(yōu)缺點(diǎn) 由于以上四種土方量計(jì)算的方法不同，最終計(jì)算也會(huì)得到不同的結(jié)果，但是通常不會(huì)有過大的差別。下面來介紹一下這幾種土方量計(jì)算方法各自的適用條件以及優(yōu)缺點(diǎn)。2.2.1方格網(wǎng)法 相對(duì)于其它方法方格網(wǎng)法的優(yōu)點(diǎn)是它的計(jì)算的過程相對(duì)其它方法而言比較簡單，并且能夠直觀地表示方格每個(gè)角點(diǎn)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)高程，也能單獨(dú)表示出來每個(gè)方格所需要的的填挖方量，這樣能很快地計(jì)算出來整個(gè)目標(biāo)區(qū)域大致所需的填挖方量。方格網(wǎng)法通?？梢允褂脦в械雀呔€的原始數(shù)據(jù)來設(shè)置，通過圖上的等高線數(shù)值來表示每個(gè)方格角點(diǎn)的高程，但是由于目標(biāo)區(qū)域地形有時(shí)會(huì)與圖上等高線出現(xiàn)比較大的偏差，所以得到的每個(gè)方格角點(diǎn)的自然地面標(biāo)高肯定也會(huì)存在一定的誤差。隨著時(shí)代的發(fā)展，對(duì)工程項(xiàng)目土方量的精度要求越來越高，以往在地形圖上選點(diǎn)的步驟早已被淘汰，目前使用最多的方法是在開始之前先在地形圖上規(guī)劃方格，然后使用全站儀或GPS實(shí)地測(cè)出目標(biāo)區(qū)域每個(gè)方格頂點(diǎn)的自然地面標(biāo)高，為了使計(jì)算出的結(jié)果更接近真值，有時(shí)還需要對(duì)部分特征點(diǎn)進(jìn)行額外的測(cè)量，這樣能夠很大程度上來提升通過方格網(wǎng)法所計(jì)算出來的土方量的精度。2.2.2斷面法 利用斷面法進(jìn)行計(jì)算土方量通常適用于地勢(shì)狹長、填挖深度比較大而且地形比較不規(guī)則的地段。斷面法多用于對(duì)道路工程土方量進(jìn)行計(jì)算和溝渠土方量的計(jì)算，對(duì)于相對(duì)復(fù)雜的地形可以使用任意斷面的方法。使用斷面法計(jì)算過程相對(duì)其它方法會(huì)比較復(fù)雜，不能夠同時(shí)保證計(jì)算的速度和計(jì)算的精度。斷面法需要進(jìn)行外業(yè)大量的斷面測(cè)量工作，所以會(huì)讓內(nèi)業(yè)外業(yè)的工作量劇增，同時(shí)必須清楚地設(shè)置各個(gè)斷面的參數(shù)。鑒于斷面法在計(jì)算土方量時(shí)會(huì)受到諸多條件的限制，所以它的計(jì)算精度與可靠性不高，而且在兩斷面間不規(guī)則變化的情況下的計(jì)算結(jié)果變化較大，計(jì)算難度也會(huì)相應(yīng)提高。在使用斷面法計(jì)算土方量時(shí)，首先一定要設(shè)定好工程項(xiàng)目所要求的目標(biāo)的參數(shù)。如果施工目標(biāo)區(qū)域所包含的范圍較大，那么相對(duì)整個(gè)區(qū)域的計(jì)算量也會(huì)特別大，而且在進(jìn)行計(jì)算的過程中會(huì)容易出現(xiàn)不同的錯(cuò)誤。所以斷面法在溝壑、公路等狹長的帶狀地形的應(yīng)用會(huì)相對(duì)于其他方法所得到的計(jì)算結(jié)果精度更高。2.2.3等高線法 等高線法是用等高線來表示目標(biāo)區(qū)域的地形，利用兩條等高線圍成的面積和高差來計(jì)算目標(biāo)的土方量。在使用等高線法來進(jìn)行目標(biāo)區(qū)域的土方量的計(jì)算的過程當(dāng)中，我們需要根據(jù)等高線來將地形圖劃分為若干個(gè)部分進(jìn)行計(jì)算，這樣就可以將兩條等高線所圍成的區(qū)域看作圓臺(tái)體來計(jì)算出它們之間所圍成的幾何體的面積，又因?yàn)閮蓷l等高線之間的高差是一定的，所以可以通過公式2-5計(jì)算出這兩條等高線所圍幾何體的體積，就能得到目標(biāo)土方量。最后，可以計(jì)算出目標(biāo)區(qū)域的填挖方量。利用等高線法計(jì)算需要使用已有的地形圖資料，可以在現(xiàn)場(chǎng)外業(yè)繪制，或者采用已有資料當(dāng)中已經(jīng)被繪制出來的等高線來進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而來得到不同等高線所包圍區(qū)域的面積，最后根據(jù)相鄰兩條等高線之間的高差通過公式2-5計(jì)算，可以得到第i層的體積計(jì)算的公式為：（2-5）式中：為相鄰兩等高線所圍幾何體的面積；h為相鄰兩等高線之間的高差。（2-6）（2-7）圖2-5等高線示意圖Fig.2-5Contourline由于使用等高線法進(jìn)行土方量計(jì)算得到的結(jié)果的精度較低，而且計(jì)算過程中必須配合目標(biāo)區(qū)域的數(shù)字地形圖，同時(shí)等高線必須是一條閉合的線，因此在實(shí)際的工程中很少使用等高線法。2.2.4DTM法 不規(guī)則三角網(wǎng)是數(shù)字地面模型的表現(xiàn)形式之一，相對(duì)于比較規(guī)則的格網(wǎng)，不規(guī)則三角網(wǎng)具有如下的優(yōu)點(diǎn)：首先是三角網(wǎng)中點(diǎn)和線的分布和結(jié)構(gòu)可以較好地與目標(biāo)區(qū)域的實(shí)際地表特征保持一致；其次是它不需要改變?cè)紨?shù)據(jù)本身以及原始數(shù)據(jù)的精度，能夠更好地表示目標(biāo)區(qū)域?qū)嶋H的特征。從理論上講，DTM法適用于任何地形地貌的區(qū)域，同時(shí)也擁有這四種土方量計(jì)算方法中最高的計(jì)算精度，DTM法的不足之處是構(gòu)建模型比較復(fù)雜，需進(jìn)行大量的外業(yè)測(cè)繪來采集數(shù)據(jù)，這個(gè)過程會(huì)占用很大的計(jì)算機(jī)空間。DTM法能夠適用于各種不同地形，能夠與地表特征很好的進(jìn)行匹配，可以大幅度地提高土方量的計(jì)算精度和土方量的計(jì)算效率[6]。使用DTM法進(jìn)行土方量計(jì)算的過程中，會(huì)占用比較大的數(shù)據(jù)量，同時(shí)這種方法的計(jì)算過程也會(huì)更加復(fù)雜，使用這種方法進(jìn)行計(jì)算時(shí)會(huì)占用較大的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)空間，同時(shí)該方法也相對(duì)使用更長的時(shí)間[7]。相比于其他三種常見的土方量計(jì)算方法DTM法計(jì)算所得到的目標(biāo)區(qū)域的土方量的精度會(huì)高出很多。DTM法計(jì)算土方量是通過對(duì)不規(guī)則三角網(wǎng)進(jìn)行計(jì)算來實(shí)現(xiàn)的，它的優(yōu)點(diǎn)如下：(1)首先三角網(wǎng)能夠更準(zhǔn)確地表達(dá)出目標(biāo)區(qū)域的地形以及地貌的特征，更加明顯地表現(xiàn)出目標(biāo)區(qū)域地形的特征。(2)其次可以利用原始地表數(shù)據(jù)中的離散高程點(diǎn)而不需要外業(yè)工作人員二次前往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量。DTM法幾乎適用于任何的地形區(qū)域，并且在四種方法中擁有最高的計(jì)算精度，但是DTM法的數(shù)學(xué)模型會(huì)相對(duì)其它方法比較復(fù)雜，而且如果沒有計(jì)算機(jī)軟件來輔助計(jì)算土方量的話手工計(jì)算會(huì)非常困難。而且離散點(diǎn)密度、高程點(diǎn)的精度和均勻性與最終的土方量計(jì)算結(jié)果密切相關(guān)[8]。3土方量計(jì)算實(shí)際應(yīng)用 3.1項(xiàng)目背景 本項(xiàng)目位于遼寧省西部的阜新市，阜新市坐落于遼寧省西北方向的丘陵區(qū)域，與省會(huì)沈陽市的直線距離為147.5公里。往南經(jīng)錦州可直下京、津；北上經(jīng)通遼可到霍林河礦區(qū)；東達(dá)沈陽及遼東沿海城市；西至朝陽、內(nèi)蒙古赤峰，是遼寧西部的交通要道。阜新市氣候?qū)俦睖貛О敫珊荡箨懶约撅L(fēng)氣候，氣候的主要特點(diǎn)是氣溫偏高，降水偏多，日照略少。阜新全境大致呈矩形，中軸斜交于北緯42°10′和東經(jīng)122°0′的交點(diǎn)上。阜新東西長170公里，南北寬84公里，總面積10355平方公里。本次測(cè)繪工作位于阜新市新邱區(qū)，本次測(cè)繪工作的主要任務(wù)是沿已有主干道來進(jìn)行測(cè)繪寬100米、長約5000米的1:2000帶狀地形圖和道路兩側(cè)200米左右范圍內(nèi)的公共服務(wù)區(qū)域的1：500地形圖。3.1.1測(cè)區(qū)概況 本次測(cè)區(qū)位于阜新市東南部的新邱區(qū)，全部目標(biāo)區(qū)域南北寬約2000m，東西長約3500m。目標(biāo)區(qū)域總體呈現(xiàn)西高東低、南高北低的趨勢(shì)，由于目標(biāo)區(qū)域靠近煤矸石山，所以外業(yè)測(cè)繪工作中會(huì)遇到很大的浮灰揚(yáng)塵。另一方面由于測(cè)區(qū)內(nèi)多為未開發(fā)的丘陵和已拆遷的農(nóng)房，測(cè)區(qū)地形較為簡單且無較大的明顯遮擋物。內(nèi)有較多的道路可以通行，但是地表起伏比較大，不利于測(cè)繪工作者進(jìn)行相應(yīng)的地形測(cè)量。圖3-1測(cè)區(qū)衛(wèi)星圖Fig.3-1Satellitemapofthesurveyarea圖3-2測(cè)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)圖Fig.3-2Sitemap3.2外業(yè)數(shù)據(jù)采集 3.2.1項(xiàng)目要求及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)此次目標(biāo)測(cè)區(qū)使用的坐標(biāo)系統(tǒng)是XIAN80坐標(biāo)系，所使用的橢球參數(shù)是a=6378140，f=1/298.257；采用的高程系統(tǒng)是1985國家高程基準(zhǔn)。其中，本次項(xiàng)目的部分技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下：《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》（GB/T18314-2009）《1：500、1:1000、1:2000地形圖圖式》（GB/T20257.1-2007）《1：500、1:1000、1:2000外業(yè)數(shù)字測(cè)圖技術(shù)規(guī)范》（GB/T14912-2007）《1：500、1:1000、1:2000內(nèi)業(yè)數(shù)字測(cè)圖技術(shù)規(guī)范》（GB/T14913-2007）《測(cè)繪作業(yè)人員安全規(guī)范》（CH1016-2008）3.2.2已有資料 1）已有的測(cè)區(qū)規(guī)劃圖（包含測(cè)區(qū)道路邊線，測(cè)區(qū)道路設(shè)計(jì)標(biāo)高，測(cè)區(qū)公共服務(wù)區(qū)邊線，測(cè)區(qū)公共服務(wù)區(qū)的設(shè)計(jì)高程）。圖3-3測(cè)區(qū)規(guī)劃圖Fig.3-3PlanningArea圖3-4初始設(shè)計(jì)標(biāo)高Fig.3-4InitialDesignElevation2）測(cè)區(qū)部分1:2000地形圖。圖3-5測(cè)區(qū)地形圖Fig.3-5Topographicmapofthesurveyarea圖3-6測(cè)區(qū)地形圖Fig.3-6Topographicmapofthesurveyarea3.2.3采用儀器設(shè)備此次我們使用華測(cè)T5GPS測(cè)量系統(tǒng)來進(jìn)行本次相關(guān)外業(yè)數(shù)據(jù)的采集，本次項(xiàng)目使用的儀器有：華測(cè)T5型號(hào)GPS接收兩臺(tái)，外置電臺(tái)一個(gè)，手簿兩個(gè)，差分天線一根，連接桿一個(gè)，三腳架兩個(gè)，網(wǎng)絡(luò)天線兩根，拉伸對(duì)中桿兩個(gè)，電瓶一個(gè)，電池若干，筆記本電腦一臺(tái)等。選擇此套設(shè)備的主要原因是華測(cè)T5GPS能夠配套外置電臺(tái)，不但能夠通過電臺(tái)完成獨(dú)立的外業(yè)作業(yè)，而且沒有CORS的賬戶對(duì)系統(tǒng)的限制，并且設(shè)備的信號(hào)能夠很好地覆蓋整個(gè)目標(biāo)區(qū)域。圖3-7華測(cè)T5GPSFig.3-7huaceT5GPS圖3-8華測(cè)T5GPS構(gòu)造Fig.3-8huaceT5GPSconfiguration3.2.4外業(yè)測(cè)量3.2.4.1測(cè)量基本要求本次測(cè)量根據(jù)甲方給定的測(cè)區(qū)范圍進(jìn)行外業(yè)工作，需要將測(cè)區(qū)內(nèi)的所有特征點(diǎn)和地物地貌在地形圖上表示在結(jié)果里。當(dāng)測(cè)量過程中遇到地形起伏特別大的地方時(shí)，還需要進(jìn)行測(cè)量額外的高程注記點(diǎn)[9]。我們需要在圖上畫出來測(cè)區(qū)內(nèi)全部道路，并且依照比例尺在圖上標(biāo)記出來公路與街道，公路需要按照其路面使用的材料來劃分（水泥路、柏油路、和農(nóng)村道路等），以上信息都需要通過不同的文字注記在結(jié)果圖上，河流、溝壑、坑塘等地物也需要在結(jié)果圖上全部畫出來。3.2.4.3碎部點(diǎn)采集要求及使用技巧根據(jù)土方量的計(jì)算原理，我們必須依照目標(biāo)區(qū)域的地貌地形特征來選取特征點(diǎn)，特別是遇到陡坎邊線、邊坡處和梯田臺(tái)地邊線等特殊地形的時(shí)候，外業(yè)測(cè)量過程中需要逐點(diǎn)做好記錄并繪制目標(biāo)區(qū)域的草圖。對(duì)不方便測(cè)量的點(diǎn)的位置需要對(duì)它們的位置進(jìn)行詳細(xì)的文字注記，以備后續(xù)追加測(cè)點(diǎn)的工作的順利進(jìn)行。作業(yè)過程中一定要測(cè)量甲方所給的起算高程點(diǎn)，不能遺漏甲方所給的起算高程點(diǎn)。在對(duì)1:500地形圖進(jìn)行測(cè)量時(shí)大約15m就需要布設(shè)相應(yīng)的一個(gè)高程點(diǎn)，在對(duì)1:2000地形圖進(jìn)行測(cè)量時(shí)大約60m就需要布設(shè)相應(yīng)的一個(gè)高程點(diǎn)。3.2.4.2外業(yè)測(cè)量步驟首先要在目標(biāo)區(qū)域中心位置選取一個(gè)合適的位置來架設(shè)測(cè)量的基準(zhǔn)站。測(cè)量基準(zhǔn)站的周邊區(qū)域最好沒有較大明顯的障礙物，同時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)站應(yīng)該盡量架在比較高的位置，主機(jī)離增益天線頂部至少3m。這樣是為了防止無線電信號(hào)和GPS信號(hào)對(duì)觀測(cè)會(huì)產(chǎn)生一定的干擾[10]?；鶞?zhǔn)站架設(shè)時(shí)應(yīng)該盡量遠(yuǎn)離成片樹林、高層建筑、高壓電線、大面積坑塘、變電站等較大且明顯的遮擋物。當(dāng)架設(shè)好儀器之后，需要使用同一個(gè)華測(cè)T5手簿來匹配基準(zhǔn)站，然后設(shè)置基準(zhǔn)站信息。之后用同一個(gè)手簿匹配一個(gè)移動(dòng)站，新建一個(gè)所需要的工程文件，輸入測(cè)區(qū)的坐標(biāo)系統(tǒng)以及七參，最后調(diào)試完畢移動(dòng)站的各項(xiàng)參數(shù)。圖3-9外業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量Fig.3-9FieldSurveyingandMapping將移動(dòng)站置于已知點(diǎn)上進(jìn)行觀測(cè)，在手簿中打開點(diǎn)校正功能，然后輸入該點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)數(shù)據(jù)和觀測(cè)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，進(jìn)行所需要的點(diǎn)校正。校正完畢后選取另外一個(gè)已知點(diǎn)來進(jìn)行必要的檢核，若計(jì)算誤差在允許的范圍內(nèi)，那么就可以正式開始外業(yè)的測(cè)量工作。開始外業(yè)測(cè)量時(shí)兩人一組，一人畫草圖，另一人手持移動(dòng)站來測(cè)點(diǎn)，依照外業(yè)計(jì)劃以及測(cè)量規(guī)范，結(jié)合目標(biāo)區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行外業(yè)觀測(cè)。3.3內(nèi)業(yè)成圖將數(shù)據(jù)從華測(cè)T5的手簿中導(dǎo)出.dat格式的數(shù)據(jù)，打開南方CASS7.1，選擇需要的比例尺（目標(biāo)區(qū)域使用的是1:2000比例尺，道路地形圖用的是1:500比例尺），展野外測(cè)量點(diǎn)的碎布點(diǎn)的三維坐標(biāo)的數(shù)據(jù)，根據(jù)外業(yè)繪制的草圖，畫出所有需要的地物。然后建立DTM，繪制目標(biāo)等高線，等高線需要在宅基地、水域等特殊地物處斷開。圖3-10道路地形圖Fig.3-10RoadTopographicMap3.3.1土方量計(jì)算軟件 南方CASS7.1地形地籍成圖系統(tǒng)是由廣東南方數(shù)碼科技股份有限公司基于AutoCAD平臺(tái)衍生出來通過相同技術(shù)所研發(fā)出的使用GIS前端的數(shù)據(jù)來對(duì)地形、地籍、空間數(shù)據(jù)建庫、實(shí)際工程應(yīng)用、土方量計(jì)算等測(cè)繪數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的一種偏向?qū)嶋H應(yīng)用的軟件系統(tǒng)。南方CASS7.1廣泛應(yīng)用于通過測(cè)繪外業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行地形成圖的相關(guān)工作、通過地理信息數(shù)據(jù)來進(jìn)行地籍成圖的相關(guān)工作、實(shí)際工程當(dāng)中的測(cè)量應(yīng)用、空間數(shù)據(jù)庫的建立等測(cè)繪專業(yè)領(lǐng)域的實(shí)際工程，自南方CASS7.1軟件推出以來，南方CASS7.1已經(jīng)成長為用戶量最大、升級(jí)最快、服務(wù)最好的主流測(cè)繪成圖系統(tǒng)之一。本次進(jìn)行土方量計(jì)算使用的是AutoCAD2006和與之配套的南方CASS7.1地形地籍成圖系統(tǒng)，在CASS7.1地形地籍成圖系統(tǒng)軟件中可以便捷地利用軟件的土方量計(jì)算程序，用南方CASS7.1地形地籍成圖系統(tǒng)內(nèi)部相應(yīng)的土方量計(jì)算應(yīng)用來計(jì)算目標(biāo)區(qū)域的土方量。3.4土方量計(jì)算實(shí)例3.4.1方格網(wǎng)法計(jì)算實(shí)例 方格網(wǎng)法計(jì)算實(shí)例在這里選取的是第五段橫路路，道路為邊長為199.30m，如圖3-11所示，使用已有的地形圖和設(shè)計(jì)圖作為基礎(chǔ)，在南方CASS7.1中使用方格網(wǎng)法來計(jì)算土方量，軟件的具體操作如下：1）在CASS7.1中插入內(nèi)業(yè)成圖畫好的道路地形圖的1:500地形圖。打開CASS7.1程序進(jìn)入軟件界面選擇繪圖處理，點(diǎn)擊“改變當(dāng)前圖形比例尺”選項(xiàng)，將繪圖的比例尺設(shè)置為1:500。圖3-11插入圖像Fig.3-11Insertimage2）點(diǎn)擊“繪圖處理”，點(diǎn)擊“展高程點(diǎn)”，選擇數(shù)據(jù)文件，進(jìn)行展點(diǎn)。圖3-12展高程點(diǎn)Fig.3-12Expansionelevationpoint3）按照規(guī)劃圖，將目標(biāo)區(qū)域使用用復(fù)合線連接，使目標(biāo)區(qū)域全部包含在復(fù)合線內(nèi)，并保持復(fù)合線閉合。命令行內(nèi)輸入pl命令，將計(jì)算區(qū)域的外圍點(diǎn)連成封閉的復(fù)合線。其中復(fù)合線一定要閉合，否則將無法進(jìn)行土方量的計(jì)算。圖3-13閉合區(qū)域Fig.3-13Closedarea4）在CASS7.1的“工程應(yīng)用”選項(xiàng)中打開“方格網(wǎng)法土方計(jì)算”選項(xiàng)，然后選擇剛才的閉合區(qū)域。在CASS7.1點(diǎn)擊“工程應(yīng)用”選項(xiàng)下的“DTM法土方計(jì)算”選項(xiàng)，然后選擇上一步畫好的閉合區(qū)域，選擇“根據(jù)圖上高程點(diǎn)”選項(xiàng)進(jìn)行土方量計(jì)算，然后選定上一步的閉合區(qū)域的范圍線。圖3-14方格網(wǎng)法土方計(jì)算Fig.3-14EarthworkCalculationbyGridMethod5）在彈出的“方格網(wǎng)土方計(jì)算”選項(xiàng)中填入目標(biāo)區(qū)域的信息，然后添加道路圖上的高程點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件，設(shè)計(jì)面需要選擇斜面（基準(zhǔn)線）選項(xiàng)，坡度欄當(dāng)中需要填入目標(biāo)區(qū)域設(shè)計(jì)的坡度，在圖上選取基準(zhǔn)線點(diǎn)1、基準(zhǔn)線點(diǎn)2和在基準(zhǔn)線向下方向上的一點(diǎn)，最后需要填入基準(zhǔn)線點(diǎn)1的設(shè)計(jì)高程、基準(zhǔn)線點(diǎn)2的設(shè)計(jì)高程，方格的寬度輸入5m，接下來就可以進(jìn)行目標(biāo)的土方量。圖3-15土方計(jì)算Fig.3-15EarthworkCalculation6）最后得到方格網(wǎng)法的結(jié)果，放大視窗，能夠得到計(jì)算結(jié)果目標(biāo)區(qū)域的總填方、總挖方和總面積。在圖中就可以看到計(jì)算所需的數(shù)據(jù)（平場(chǎng)面積、最大高程，最小高程，平場(chǎng)標(biāo)高、挖方量、填方量）圖3-16土方計(jì)算結(jié)果Fig.3-16EarthworkCalculationResults圖3-17土方計(jì)算結(jié)果Fig.3-17EarthworkCalculationResults7）最終將所有挖方量相加、所有的填方量加起來，得到總體的挖方量和總的填方量。3.4.2斷面法計(jì)算實(shí)例斷面法計(jì)算實(shí)例取的是第五段橫路使用斷面法來進(jìn)行道路土方量計(jì)算。由于道路各個(gè)位置坡度、設(shè)計(jì)標(biāo)高都不同，所以此處需要將道路按照工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)標(biāo)高分為若干段，以下是取其中橫路的第五段作為例子。1）在CASS中插入第五段橫路1:2000地形圖。圖3-18插入圖像Fig.3-18Insertimage2）根據(jù)工程設(shè)計(jì)畫出目標(biāo)道路的中線。通過對(duì)原始數(shù)據(jù)的展點(diǎn)、畫圖。通過pl線，指定線路起始點(diǎn)、必要轉(zhuǎn)點(diǎn)和終點(diǎn)。圖3-19道路現(xiàn)狀圖Fig.3-19RoadStatusMap3）在CASS7.1的“工程應(yīng)用”選項(xiàng)欄中點(diǎn)擊“斷面法土方計(jì)算”選項(xiàng)，選擇“道路設(shè)計(jì)參數(shù)文件”進(jìn)行操作。點(diǎn)擊“工程應(yīng)用”菜單，選擇“公路曲線設(shè)計(jì)”，點(diǎn)擊“要素文件錄入”。根據(jù)命令欄提示，選擇坐標(biāo)定位。圖3-20道路設(shè)計(jì)參數(shù)文件Fig.3-20RoadDesignParameterFile4）點(diǎn)擊要素文件名瀏覽，輸入要記錄的文件名字，確定。按照工程的設(shè)計(jì)要求填寫道路的參數(shù)。圖3-21道路設(shè)計(jì)參數(shù)Fig.3-21RoadDesignParameters5）在“工程應(yīng)用”選項(xiàng)中選擇“生成里程文件”選項(xiàng)，然后選擇“由縱斷面生成”選項(xiàng)下的“新建”選項(xiàng)，之后在視窗中選取目標(biāo)道路的中線。圖3-22新建里程文件Fig.3-22NewMileageFile6）根據(jù)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求，該道路寬為21米，輸入斷面左邊長度10.5米，斷面右邊長度輸入10.5米，斷面間距輸入20米，中樁點(diǎn)獲取方式選擇等分選項(xiàng)。圖3-23里程文件參數(shù)Fig.3-23Mileagefileparameters7）在“工程應(yīng)用”選項(xiàng)欄中選擇“生成里程文件”選項(xiàng)，然后選擇“由縱斷面生成”選項(xiàng)，最后選擇“生成”選項(xiàng)。圖3-24生成里程文件Fig.3-24GenerateMileageFile8）選取斷面線后，在彈出“生成里程文件”程序框中選擇要添加的高程點(diǎn)數(shù)據(jù)文件，選擇文件夾保存“生成的里程文件”和“里程文件對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)文件名”選項(xiàng)。圖3-25生成里程文件Fig.3-25GenerateMileageFile9）在“工程應(yīng)用”中選擇“斷面法土方量計(jì)算”選項(xiàng)，選擇道路斷面選項(xiàng)。圖3-26道路斷面Fig.3-26RoadSection10）在彈出“斷面設(shè)計(jì)參數(shù)”選項(xiàng)的對(duì)話框里選擇上一步已經(jīng)生成好的“里程文件”選項(xiàng)和“橫斷面設(shè)計(jì)文件”選項(xiàng)，然后添加目標(biāo)斷面的設(shè)計(jì)參數(shù)（由于擁有原始的設(shè)計(jì)文件，所以中樁設(shè)計(jì)高程默認(rèn)為-2000，路寬填寫21m，橫坡率0.02，左坡度和右坡度需要按照實(shí)際的設(shè)計(jì)的坡度填寫，其他的按工程設(shè)計(jì)要求填寫）。圖3-27斷面設(shè)計(jì)參數(shù)Fig.3-27sectiondesignparameters11）在“繪制縱斷面圖”對(duì)話框中點(diǎn)擊右上角的“…”選項(xiàng)，然后在地形圖上點(diǎn)擊目標(biāo)區(qū)域的斷面圖、截面圖和土方量數(shù)量計(jì)算表設(shè)置的位置。圖3-28繪制斷面圖Fig.3-28Drawingasectionalview12）查看成果，最后生成的結(jié)果有斷面圖、截面圖和土方量數(shù)量計(jì)算表。圖3-29土方計(jì)算結(jié)果Fig.3-29EarthworkCalculationResults最后要將各段的計(jì)算成果匯總到一起，就得到了目標(biāo)道路的總挖方量和總填方量。3.4.3小結(jié)通過對(duì)第五段橫路分別采取方格網(wǎng)法和斷面法來進(jìn)行目標(biāo)土方量計(jì)算，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較可知：1)在CASS中利用方格網(wǎng)法計(jì)算所得到的結(jié)果為：總填方量為4725.8m3，總挖方量為18.2m3，共需填方4707.6m3。2)在CASS中利用斷面法計(jì)算所得到的結(jié)果為：總填方量為4603.9m3，總挖方量為8.8m3，共需填方4595.1m3。3)對(duì)同一道路進(jìn)行計(jì)算，兩種方法的計(jì)算結(jié)果相差112.5m3，兩種方法的偏差約為2.4%小于規(guī)范的5%，符合工程項(xiàng)目要求。由于斷面法計(jì)算土方量的時(shí)候只需要有求解橫斷面面積相對(duì)方格網(wǎng)法計(jì)算較為簡單，又由于方格網(wǎng)法計(jì)算精度與方格大小有關(guān)，并且采集道路高程點(diǎn)的時(shí)候密度較小，且道路平整不宜采用方格網(wǎng)法，所以兩者的計(jì)算結(jié)果會(huì)產(chǎn)生一定偏差。4土方量計(jì)算成果分析 4.1方格網(wǎng)法計(jì)算驗(yàn)證在這部分選取若干典型的方格來進(jìn)行計(jì)算，取方格四角的施工高程，用方格網(wǎng)法的公式來進(jìn)行計(jì)算，來驗(yàn)證CASS計(jì)算結(jié)果的數(shù)據(jù)。典型方格主要分以下幾種情況：當(dāng)方格內(nèi)部均為填方或都為挖方時(shí)，計(jì)算公式如4-1所示：（4-1）式中a-方格邊長，m；——四棱柱各垂直邊施工高度（m），用絕對(duì)值代入。圖4-1全為挖方或全為填方Fig.4-1isentirelyexcavatedorfilled如圖4-2，以取CASS中計(jì)算全部為填方量的方格為例，方格角點(diǎn)右上標(biāo)注代表它的實(shí)際高程，右下的值代表設(shè)計(jì)高程，左下的值代表需要挖（+）或者填（-）的高度。圖4-2方格全為挖方Fig.4-2Squaresareallexcavated取中間四個(gè)方格為例子，按先左后右、先上后下的順序分別將方格編號(hào)為1、2、3、4，土方量用公式4-1來計(jì)算，可以得到表4-1的結(jié)果：表4-1方格全部填方數(shù)據(jù)對(duì)比Tab.4-1Comparisonofsquaresfilledindata方格土方工程量（）挖方人工計(jì)算CASS中計(jì)算1挖方186.5186.72挖方195.25195.53挖方196.5196.74挖方205.75205.9當(dāng)方格中又有填方又有挖方時(shí)，有以下三種情況，如圖4-3所示：圖4-3有填方也有挖方Fig.4-3FillingandCutting如圖4-3（a），方格一側(cè)相鄰的兩個(gè)角點(diǎn)需要挖方，另外兩個(gè)相鄰角點(diǎn)需要填方的情況，由表2-1得到，計(jì)算公式如4-2、4-3所示：（4-2）（4-3）圖4-3（b）是當(dāng)方格一個(gè)角點(diǎn)為挖方，其他角點(diǎn)均為填方的情況，由表2-1可以得到，土方量計(jì)算公式如下所示：（4-4）（4-5）圖4-3（c）是方格兩個(gè)相對(duì)的頂點(diǎn)屬于聯(lián)通挖方量，另兩個(gè)相對(duì)的頂點(diǎn)為獨(dú)立填方量，土方量計(jì)算公式如下所示：（4-6）（4-7）式中——方格四個(gè)角點(diǎn)的填（挖）方施工高度之和，取施工高度的絕對(duì)值（m）；——方格四個(gè)角點(diǎn)的施工高度總和，取各角點(diǎn)的施工高度的絕對(duì)值（m）；——方格網(wǎng)的總邊長（m）；、——零點(diǎn)到一角的邊長（m）；——方格網(wǎng)四角點(diǎn)的施工高程（m），需要用絕對(duì)值代入；——填方或挖方施工高程的總和（m），需要用絕對(duì)值來代入；——目標(biāo)挖方或填方體積（）。如圖4-4，取CASS中存在部分挖方和部分填方的方格，方格每個(gè)角點(diǎn)右上的值代表實(shí)際的高程，右下的值代表設(shè)計(jì)的高程，左下的值代表需要挖（+）或者填（—）的高度。圖4-4方格部分挖方部分填方Fig.4-4Squarepartofanexcavation用中間四個(gè)方格，按先左后右、先上后下的順序?qū)⒎礁窬幪?hào)為1、2、3、4，用公式4-2、4-3、4-4和4-5來計(jì)算，得到以下結(jié)果：表4-2方格部分挖方部分填方數(shù)據(jù)對(duì)比Tab.4-2ComparingtheFillingDataofPartiallyExcavatedSquares方格土方工程量（）填方/挖方人工計(jì)算CASS中計(jì)算1填方0.310.3挖方3.183.22填方1.941.9挖方1.691.73填方0.000.0挖方13.0012.84填方1.211.2挖方5.315.34.2斷面法計(jì)算驗(yàn)證在這部分使用第五段橫路的斷面來計(jì)算，如圖4-5，是一段長199.30m道路，該路兩頭設(shè)計(jì)標(biāo)高分別為192.25m和201.25m，坡度為4.5%，兩側(cè)斷面之間的距離為20m。圖4-5道路圖Fig.4-5roadmap通過第二章斷面法的原理可知，參照?qǐng)D2-4，橫截面是由多個(gè)三角形和梯形組成，其中三角形和梯形的面積為：（4-8）總橫截面面積為：（4-9）圖4-6橫截面面積計(jì)算示意圖Fig.4-6Calculationofcross-sectionalarea將第五段橫路，按從左到右的順序按照里程來編號(hào)，每個(gè)斷面節(jié)點(diǎn)的編號(hào)從K0+0.0取到K0+199.30。取一個(gè)斷面，將這個(gè)斷面用若干個(gè)平行線分成若干個(gè)四邊形區(qū)域，