基于南方CASS的土方計(jì)算研究

楊秀伶

【摘 要】土方計(jì)算在各工程領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，文章結(jié)合南方CASS軟件土方計(jì)算常用的DTM法、方格網(wǎng)法、斷面法、等高線法的原理作了簡(jiǎn)單介紹，并針對(duì)不同方法的適用范圍和局限性進(jìn)行了闡述。

【關(guān)鍵詞】CASS；土方計(jì)算 ；方格網(wǎng)法 ；DTM法；斷面法

一、土方計(jì)算的必要性

土方計(jì)算在建筑、交通、水利等領(lǐng)域都會(huì)涉及，土方計(jì)算在初步設(shè)計(jì)階段與工程造價(jià)相關(guān)，在施工階段是放樣數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，竣工階段是工程款結(jié)算依據(jù)，因此合理準(zhǔn)確的土方計(jì)算影響著工程建設(shè)的各個(gè)環(huán)節(jié)，是業(yè)內(nèi)人士值得探討研究的問(wèn)題。許多測(cè)繪設(shè)計(jì)類軟件提供了土方計(jì)算的功能，其中由南方公司開(kāi)發(fā)的南方CASS軟件使用廣泛。

二、土方計(jì)算方法

南方CASS軟件提供了應(yīng)用于工程的多種土方計(jì)算方法，其中主要有DTM法、等高線法、方格網(wǎng)法、斷面法等。

（一）DTM法土方計(jì)算。DTM模型來(lái)計(jì)算土方量的原理：根據(jù)實(shí)測(cè)地面點(diǎn)位三維坐標(biāo)和設(shè)計(jì)高程，通過(guò)生成不規(guī)則三角網(wǎng)，來(lái)計(jì)算每一個(gè)三棱錐實(shí)際體積與設(shè)計(jì)體積的差值，所得數(shù)值為對(duì)應(yīng)三角網(wǎng)的填挖方量，最后累加得到指定邊界范圍內(nèi)填方和挖方的土方量，并據(jù)此繪出填挖方分界線，作為放樣的依據(jù)。

DTM法土方計(jì)算可通過(guò)坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件、圖上高程點(diǎn)或者圖上的三角網(wǎng)三種方法進(jìn)行，其中依據(jù)坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件和圖上高程點(diǎn)的算法包含重新建立三角網(wǎng)的過(guò)程，而直接采用圖上已有的三角形，不再重建三角網(wǎng)。

（二）方格網(wǎng)法土方計(jì)算。方格網(wǎng)法土方量計(jì)算的原理：根據(jù)實(shí)測(cè)地面點(diǎn)位三維坐標(biāo)和設(shè)計(jì)高程，通過(guò)指定邊長(zhǎng)參數(shù)生成規(guī)則方格網(wǎng)，來(lái)計(jì)算每一個(gè)方格內(nèi)的實(shí)際體積與設(shè)計(jì)體積的差值，所得數(shù)值為對(duì)應(yīng)方格的填挖方量，最后累計(jì)得到指定邊界范圍內(nèi)填方和挖方的土方量，并繪出填挖方分界線。

系統(tǒng)首先將方格的四個(gè)頂點(diǎn)上的高程相加，其頂點(diǎn)高程往往通過(guò)內(nèi)插得到，取平均值與設(shè)計(jì)高程相減。然后通過(guò)指定的方格邊長(zhǎng)得到每個(gè)方格的面積，再用長(zhǎng)方體的體積計(jì)算公式得到填挖方量。用方格網(wǎng)法算土方量，設(shè)計(jì)面適用于平面、斜面或者三角網(wǎng)。

（三）斷面法土方量計(jì)算。斷面法土方計(jì)算主要用在公路土方計(jì)算和區(qū)域土方計(jì)算，對(duì)于特別復(fù)雜的地方可以用任意斷面設(shè)計(jì)方法。斷面法土方計(jì)算主要有：道路斷面、場(chǎng)地?cái)嗝婧腿我鈹嗝嫒N計(jì)算土方量的方法。

斷面法土方計(jì)算的大致流程為：生成里程文件——選擇土方計(jì)算類型——給定計(jì)算參數(shù)——計(jì)算工程量。在場(chǎng)地的土方計(jì)算中，常用的里程文件生成方法同道路斷面由縱斷面線方法一樣，不同是在生成里程文件之前利用“設(shè)計(jì)”功能加入斷面線的設(shè)計(jì)高程。另外用第一期工程、第二期工程（或是土質(zhì)層石質(zhì)層）的高程文件分別生成里程文件一和里程文件二，可利用二斷面線間土方計(jì)算兩工期之間或土石方分界土方的工程量。

（四）等高線法土方計(jì)算。等高線法土方計(jì)算的原理：依據(jù)等高線已知的高程和等高線所圍成的面積，可計(jì)算兩等高線圍成的體積從而求出兩等高線間的土方量。南方CASS等高線法土方計(jì)算表格，提供了每條等高線圍成的面積、兩條相鄰等高線之間的土方量以及計(jì)算公式等。

（五）區(qū)域土方量平衡。土方平衡的功能常在場(chǎng)地平整時(shí)使用，當(dāng)一個(gè)場(chǎng)地的土方平衡時(shí)，從較高處挖得的土石方直接填到該區(qū)域內(nèi)較低的地方，挖方量恰好等于填方量。南方CASS可完成指定范圍的土方平衡計(jì)算，并自動(dòng)繪制出填挖方邊界線，依此為界就可完成場(chǎng)地平整，這樣可以大幅度減少運(yùn)輸費(fèi)用。

三、土方計(jì)算的適用范圍與局限性

（一）DTM法的適用范圍。相對(duì)于規(guī)則格網(wǎng)，不規(guī)則三角網(wǎng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：三角網(wǎng)中的點(diǎn)、線的分布密度和結(jié)構(gòu)完全可以與地表的特征相協(xié)調(diào)，直接利用原始資料作為網(wǎng)格特點(diǎn)；不改變?cè)紨?shù)據(jù)和精度，三角網(wǎng)能很好地適應(yīng)復(fù)雜、不規(guī)則地形，從而更好地表達(dá)真實(shí)的地面特征。

DTM法計(jì)算土方量時(shí)不要求給定區(qū)域邊界，因?yàn)橄到y(tǒng)會(huì)分析所有被選取的三角形，且不顯示中間生成過(guò)程，因此在選擇三角形時(shí)一定要注意不要漏選或多選，否則計(jì)算結(jié)果有誤，且很難檢查出問(wèn)題所在。對(duì)于質(zhì)檢部門的檢查、委托方的判讀，造成了很大的困難，尤其對(duì)于面積較大的區(qū)域，也限制了DTM法的應(yīng)用。為了增強(qiáng)成果的可讀性，可以利用CASS在其安裝目錄下生成的“dtmtf.log”文件。“dtmtf.log”文件詳細(xì)記錄了每一個(gè)三角網(wǎng)的編號(hào)、三維坐標(biāo)、挖填方等數(shù)據(jù)。

（二）方格網(wǎng)法的適用范圍。方格網(wǎng)法簡(jiǎn)便直觀，易于操作，適用于地形起伏較小、坡度變化平緩的場(chǎng)地，尤其是大面積的土石方估算，因此在實(shí)際工作中應(yīng)用非常廣泛。該法計(jì)算土方前，須使用復(fù)合線圍取閉合的土方量計(jì)算邊界，一定要閉合，但是盡量不要擬合，因?yàn)榻?jīng)折線迭代的擬合曲線會(huì)影響計(jì)算結(jié)果的精度；另外由于方格網(wǎng)是取4個(gè)角上的高程以及方格邊長(zhǎng)，來(lái)計(jì)算方格網(wǎng)的體積，因此對(duì)于變化較大的地形來(lái)說(shuō)，計(jì)算精度會(huì)降低；方格網(wǎng)法理論上采用的方格邊長(zhǎng)越短，土方量計(jì)算越接近實(shí)際地面，精確度會(huì)越高，但工作量會(huì)隨之增加，不利于提高工作效率。

（三）斷面法的適用范圍。斷面法中的里程文件用離散的方法描述了實(shí)際地形。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，生成里程文件方法可以通過(guò)圖面生成，還可以用手工輸入和編輯。在某些情況下，手工輸入編輯比由圖面生成等方法還要方便、快捷，但此方法要求用戶對(duì)里程文件的結(jié)構(gòu)有較深的認(rèn)識(shí)。例如在道路斷面土方計(jì)算中，自動(dòng)生成的各個(gè)里程處的橫斷面圖中，必須有兩條斷面曲線，一條為原始地貌斷面曲線，一條為道路斷面設(shè)計(jì)曲線，并且兩條曲線必須相交為閉合多邊形才能進(jìn)行土方量計(jì)算。如果橫斷面圖的中樁兩側(cè)的地面斷面曲線不夠?qū)挘瑹o(wú)法與道路設(shè)計(jì)斷面曲線相交形成閉合的多邊形，土方量計(jì)算結(jié)果是不準(zhǔn)確的。 所以，生成“里程文件”和 編輯“橫斷面設(shè)計(jì)文件”在斷面法土方計(jì)算過(guò)程中是關(guān)鍵之處。

（四）等高線法適用范圍。通過(guò)白紙掃面矢量化得到的圖形，沒(méi)有高程數(shù)據(jù)文件，無(wú)法通過(guò)DTM法、方格法和斷面法計(jì)算土方。一般來(lái)說(shuō)，地形圖上都會(huì)有等高線，所以，南方CASS開(kāi)發(fā)了由等高線計(jì)算土方量的功能，專為這類用戶設(shè)計(jì)。利用等高線法可以計(jì)算任意兩條所選等高線間土方，但所選等高線必須閉合，且等高線具有高程屬性。

四、結(jié)語(yǔ)

基于測(cè)量?jī)x器與南方CASS相結(jié)合的土方計(jì)算方法，及時(shí)、準(zhǔn)確、方便、快捷，減小測(cè)量人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，從而提高測(cè)量人員的工作效率，充分體現(xiàn)現(xiàn)代測(cè)量的智能化。在實(shí)際工作中，要綜合考慮地形特征、精度要求以及成果的可讀性等因素，選擇一種合適的計(jì)算方法，當(dāng)測(cè)量數(shù)據(jù)真實(shí)反映地形的情況下，用DTM法來(lái)檢驗(yàn)，從而提高計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1] 南方測(cè)繪儀器公司.CASS7.0使用說(shuō)明書(shū)[G].廣州：南方測(cè)繪儀器公司，2006.endprint