不同比例尺精度條件下兩期間土方量計算的探討

趙淑湘（甘肅林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741020）

不同比例尺精度條件下兩期間土方量計算的探討

趙淑湘（甘肅林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741020）

本文結(jié)合工程實例，主要介紹了不同比例尺精度條件下兩期間土方量計算的方法、步驟以及對成果的處理等，其計算結(jié)果得到了評審專家組和甲乙雙方的一致認同。實踐證明，此方法對類似土方量計算問題具有一定的借鑒作用，其更好地服務(wù)于工程建設(shè)。

不同比例尺精度；兩期間土方量；計算方法；CASS

在工程建設(shè)中，往往會涉及到土方量的計算問題，其精度與測圖比例尺及采用的計算方法直接相關(guān)。對于兩期間土方量的計算，是指對同一區(qū)域進行兩期測量，利用兩次觀測得到的高程數(shù)據(jù)建模后疊加，計算出兩期之中區(qū)域內(nèi)土方的變化情況[1]。一般情況下，填挖前和填挖后的外業(yè)數(shù)據(jù)采集一般使用全站儀或RTK，由于數(shù)據(jù)采集成本遠遠低于土方量誤差影響工程的成本，因此測點密度一般應(yīng)大于1：500地形測圖的要求[2]。但在某些特殊情況下，如填挖前沒有對原地表進行實地測量，以致缺乏與填挖后相同比例尺精度要求的高程數(shù)據(jù)，為此，填挖前數(shù)據(jù)只能從國家基本比例尺1：1萬（或1：5000萬）的地形圖上獲取，而填挖后的數(shù)據(jù)按不小于1：500比例尺的精度要求進行采集，但這種不同比例尺精度條件下的高程數(shù)據(jù)會對土方量的計算產(chǎn)生較大的精度誤差，直接關(guān)系到甲乙雙方當(dāng)事人的利益，為此，本文結(jié)合“天水市秦州區(qū)南平鎮(zhèn)采石區(qū)土石方量計算”工程實例，主要介紹不同比例尺精度條件下兩期間土方量計算的方法、步驟以及對成果的處理等，以便為類似土方量計算問題提供一定的借鑒作用。

“天水市秦州區(qū)南平鎮(zhèn)采石區(qū)土石方量計算”項目工作區(qū)位于天水市秦州區(qū)平南鎮(zhèn)大山村，地處東經(jīng)：105°37′52″，北緯34°20′03″，距天水市城區(qū)約39公里，平均海拔約1687m，呈典型的“V”字型山谷地貌，平均坡度在30度以上。該項目主要任務(wù)是計算十天高速第22標段墊路基所采挖的土石方量，且精度要求高。

1 高程數(shù)據(jù)的獲取

土方量計算首先需要獲取建立數(shù)字高程模型DEM的數(shù)據(jù)源。建立DEM的方法有多種，以數(shù)據(jù)源及采集方式來劃分主要有地面測量、現(xiàn)有地圖數(shù)字化、數(shù)字攝影測量法等[3],本項目填挖前數(shù)據(jù)通過現(xiàn)有地形圖數(shù)字化獲取，填挖后數(shù)據(jù)通過RTK地面測量獲取。

1.1 填挖前數(shù)據(jù)

因填挖前地表無法恢復(fù)，因此將國家1：1萬地形圖進行了掃描，并在MAPGIS6.7軟件的輸入編輯模塊下進行矢量處理，按1m等高距進行等高線加密，編制為1：500比例尺的地形圖。然后利用MAPGIS6.7中的文件轉(zhuǎn)換模塊將圖形轉(zhuǎn)換為DXF格式，在南方CASS7.0軟件中通過等高線高程賦值，按等高線高程值提取土石方計算范圍內(nèi)的高程數(shù)據(jù)，為了增加高程點密度，按5m的間距進行了提取。

1.2 填挖后數(shù)據(jù)

填挖后數(shù)據(jù)是直接通過現(xiàn)場實測獲取。采用城市網(wǎng)絡(luò)RTK測量和全站儀測量相結(jié)合的方法，在地勢比較平緩，人員能夠到達的地方，采用南方S86GPS—RTK測量；而在地勢陡峭，人員無法到達的地方，則采用徠卡TCR802型全站儀免棱鏡進行測量。對于地物點，主要采集拐點坐標；對于地形點，工作區(qū)內(nèi)的坡度突然變化處增加高程采集點，陡坎處分別采集坎上、坎下高程，土石分界線處采集分界點高程，坡度均勻區(qū)域基本按不大于10m間隔采集高程點。

2 土方量的計算

本次土方量計算是在南方CASS7.0軟件中實現(xiàn)的，計算方法包括DTM法、斷面法、方格網(wǎng)法、和輪廓法（等高線法）等[4-5]。由于DTM法能更好地適應(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，因此利用DTM法算出的土方量將大大提高計算的精度[6]。本次計算采用DTM法。

2.1 三角網(wǎng)構(gòu)建

分別將填挖前和填挖后的高程數(shù)據(jù)構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN），構(gòu)建時要根據(jù)地性線對三角網(wǎng)進行必要修改，使TIN所表達的數(shù)字地面模型與實際地形更加相符。

2.2 土方量計算

將填挖前的TIN作為第一期數(shù)據(jù)，將填挖后的作為第二期數(shù)據(jù)，然后在南方CASS7.0軟件中完成兩期間土方量的計算，即在南方CASS7.0界面中，點擊菜單欄中的“工程應(yīng)用”→“DTM法土方計算”→“計算兩期間土方”，按命令欄中的提示分別輸入“第一期三角網(wǎng)”和“第二期三角網(wǎng)”，然后通過軟件自動處理，獲得如圖1所示的計算結(jié)果。

圖1 兩期間土方量計算結(jié)果

3 成果處理

本次計算中，二期三角網(wǎng)（填挖后）的建立是嚴格按照《CJJ/T 8—2011城市測量規(guī)范》（以下簡稱《規(guī)范》）的要求通過外業(yè)數(shù)據(jù)采集、內(nèi)業(yè)編輯和DTM模型建立等步驟進行的，并且進行了必要的核驗，其精度均滿足要求，對土石方量計算成果影響較小，可忽略不計；但由于開挖前原地貌的不可重復(fù)再現(xiàn)性，一期三角網(wǎng)（填挖前）的建立是將1：1萬紙質(zhì)地形圖通過矢量化理、等高線加密和DTM模型建立等方法步驟進行，對計算成果影響較大，原則上不能忽略。為此，按照《規(guī)范》中對等高線的精度要求，即三分之一基本等高距來推算，則高程誤差為±1.7m（1：1萬地形圖基本等高距為5m）,再考慮到矢量處理等綜合誤差的影響，高程誤差取±2.0m，如假定將填挖區(qū)范圍內(nèi)的地貌整體提升或下降2m，則由此產(chǎn)生的土石方量計算成果誤差區(qū)間為[-87774.3,+87774.3]，由于填挖前高程數(shù)據(jù)無法準確獲取，因此本次采取了保守算法，即“就低不就高”原則，最終成果為486789.4(574563.7-87774.3)m3，如土層按1.5m算，則所填挖的土方量為65830.7 m3，石方量為420958.7m3。

4 結(jié) 語

本文詳細介紹了不同比例尺精度條件下兩期間土方量的計算問題，在具體應(yīng)用時應(yīng)注意以下幾個方面。

1）由于客觀原因產(chǎn)生的計算精度誤差，應(yīng)充分依據(jù)《規(guī)范》，通過綜合分析誤差來源，計算出誤差區(qū)間，并按照“就低不就高”原則進行成果處理。

2）在實地采集高程數(shù)據(jù)時，點密度應(yīng)按不小于1：500地形圖的精度要求進行，如遇變坡線，要在變坡線及其兩側(cè)加密打點；在構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）時，要充分考慮地性線，使其更加符合實際地形。

3）根據(jù)《規(guī)范》要求，計算由兩人獨立進行，若兩人計算較差≤ 3%，最后取平均值作為最終成果。

[1]劉建英.南方CASS軟件土方量計算方法的探討以及特殊地貌土方量的計算[J].城市勘測,2008（05）.

[2]劉勇.DTM法土方量測算的技巧和方法[DB/OL].[2014-09-20].http://wenku.baidu.com/view/09c47787ce2f0066f4332220.

[3]李志林，朱慶.數(shù)字高程模型.武漢：武漢大學(xué)出版社,2001.

[4]趙文嬌.基于CASS軟件的土方量計算方法研究[J].江西建材,2016（19）.

[5]關(guān)金華;趙遠方;胡金陽;張潤濤.基于TIN的工程土方量計算[J].礦山測量, 2010（12）.

[6]戴 建 明.土 方 量 計 算 方 法[DB/OL].[2014-04-24].http://www.360doc.com/conte nt/14/0424/10/14680907_371644898.shtml.

[7]王曉春.地形測量[M].北京：測繪出版社,2010.

[8]CJJ/T 8—2011.城市測量規(guī)范[S].2011.

[9]李向民.CASS三角網(wǎng)法土方計算的改進[J].礦山測量,2007（12）.

Discussion on calculation of earthwork volume in two periods with di ff erent scale precision

In this paper, the method, the procedure and the processing of the results of the earthwork volume calculation in the two period are introduced, the results of the calculation have been confirmed by the expert group and both parties.Practice proves that this method has a certain reference to the similar earthwork calculation problem, more better serve the project.

different scale accuracy；two earthwork volume；computing method；CASS

文獻辨識碼：B

1003-8965(2017)04-0101-02