【正文】 沈陽(yáng)建筑大學(xué)畢業(yè)論文畢 業(yè) 論 文 題 目 基于CASS的多種土方計(jì)算方法的對(duì)比與分析 學(xué)院專(zhuān)業(yè)班級(jí) 土木工程學(xué)院測(cè)繪工程091班 學(xué) 生 姓 名 性別 指 導(dǎo) 教 師 王巖 職稱(chēng) 講師 2013年 6 月 14 日沈陽(yáng)建筑大學(xué)畢業(yè)論文摘要土方計(jì)算是工程建設(shè)中重要的計(jì)算之一，土方計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確與否直接關(guān)系著項(xiàng)目預(yù)算、場(chǎng)地土方調(diào)配、工程費(fèi)用的支付等重要問(wèn)題。針對(duì)土方，南方CASS軟件具有多種方法進(jìn)行計(jì)算。而對(duì)于相同的地形條件通過(guò)不同的土方計(jì)算方法可以得出不同的結(jié)果，為了對(duì)比不同土方計(jì)算方法對(duì)于不同地形的優(yōu)缺點(diǎn)，本文主要做了以下的研究工作。（1）查閱資料，詳細(xì)闡述了方格網(wǎng)法、DTM法、斷面法、等高線(xiàn)法的土方計(jì)算模型及計(jì)算原理。（2）選擇三種代表性的地形：平緩地區(qū)、山地地區(qū)、復(fù)雜地區(qū)，用GPS測(cè)量方法進(jìn)行大比例尺地形圖測(cè)繪，得到相應(yīng)的數(shù)字地圖。（3）分別用方格網(wǎng)法、DTM法、斷面法、等高線(xiàn)法在不同地形條件下進(jìn)行土方計(jì)算。（4）分別對(duì)平緩地區(qū)、山地地區(qū)、復(fù)雜地區(qū)的不同方法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行匯總、分析方格網(wǎng)法、DTM法、斷面法、等高線(xiàn)法針對(duì)不同地形的土方計(jì)算的優(yōu)缺點(diǎn)，得出可用于實(shí)踐指導(dǎo)的結(jié)論。關(guān)鍵詞：土方計(jì)算；CASS；方格網(wǎng)法；DTM法；斷面法；等高線(xiàn)法1AbstractEarthwork calculation is one of the important engineering calculation，The calculation results are accurate or not is directly related to theprogram budget、Site earthwork allocation、Payment of project expenses Such important issues。According to the calculation of earthwork，CASS software has many methods to count，F(xiàn)or the same terrain conditions through different earthwork calculation method can obtain different results，In order to pare different calculation methods for the advantages and disadvantages of different terrain，This paper mainly do the following work。 (1)Access to information, understanding and detailed grid method, DTM method, method of section, contour method of Earthwork calculation model and calculation principle。(2)Choose three representative terrain：Flat area、mountainous area、plex area，Use the GPS method of measuring large scale topographic mapping，obtains the digital map corresponding。(3)Respectively use grid、DTM、cross section calculation method of earth，Earthwork calculation in different terrain conditions for contour method。(4)On flat area, mountainous area，plex area The different methods of calculating results summary, analysis，The advantages and disadvantages of different terrain of the earthwork calculation，It can be used to guide the practice。Key words：Earthwork calculation；CASS；Grid method；DTM method；Method of Sections；Contouring method目錄第一章 緒論 1 引言 1 研究的目的和意義 2 土方測(cè)量基本原理 2 土方測(cè)量與計(jì)算方法的發(fā)展 3 傳統(tǒng)的測(cè)量與計(jì)算方法 3 外業(yè)數(shù)據(jù)采集步驟 5 現(xiàn)代測(cè)量與土方計(jì)算方法 5第二章 CASS軟件中各種土方計(jì)算方法的原理 8 CASS軟件簡(jiǎn)介 8 填方與挖方 8 CASS軟件概況 8 CASS軟件特點(diǎn) 9 DTM法的土方計(jì)算 10 DTM簡(jiǎn)介 10 數(shù)字地面模型的建立 12 DTM土方量計(jì)算原理 13 DTM法計(jì)算土方步驟 14 方格網(wǎng)法土方計(jì)算 14 方格網(wǎng)土方計(jì)算原理 14 方格網(wǎng)土方計(jì)算步驟 15 斷面法土方計(jì)算 18 斷面法計(jì)算土方原理 18 斷面法計(jì)算土方步驟 19 等高線(xiàn)法土方計(jì)算 19 等高線(xiàn)法計(jì)算土方原理 19 等高線(xiàn)法計(jì)算土方步驟 21第三章 計(jì)算實(shí)例與分析 22 測(cè)區(qū)概況 22 平緩地區(qū)的土方計(jì)算 23 方格網(wǎng)法計(jì)算土方 23 DTM法計(jì)算土方 25 斷面法計(jì)算土方 26 等高線(xiàn)法土方計(jì)算 29 山地地區(qū)的土方計(jì)算 30 方格網(wǎng)法土方計(jì)算 31 DTM法土方量計(jì)算 31 斷面法土方計(jì)算 32 等高線(xiàn)法土方量計(jì)算 33 復(fù)雜地區(qū)的土方計(jì)算 33 方格網(wǎng)法土方計(jì)算 34 DTM法土方計(jì)算 34 斷面法土方計(jì)算 35 等高線(xiàn)法土方計(jì)算 36 計(jì)算結(jié)果對(duì)比與分析 36 平緩地區(qū)不同土方計(jì)算方法對(duì)比 36 山地地區(qū)不同土方計(jì)算方法對(duì)比 37 復(fù)雜地區(qū)不同土方計(jì)算方法對(duì)比 38 不同土方計(jì)算方法的特點(diǎn) 38第四章 結(jié)論 41 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 41 總結(jié) 41 展望 42參考文獻(xiàn) 43致謝 44附錄1 1附錄2 1基于CASS的多種土方量計(jì)算方法的對(duì)比與分析第一章 緒論 引言在各類(lèi)工程建中，土方量的計(jì)算在工程測(cè)量中經(jīng)常遇見(jiàn)，也是工程計(jì)算中重要的組成部分。土石方的測(cè)量、計(jì)算是工程中工程量預(yù)算、編制施工組織設(shè)計(jì)、和合理安排施工現(xiàn)場(chǎng)的重要依據(jù)。同時(shí)土石方的計(jì)算準(zhǔn)確性也關(guān)系到施工單位和委托單位的利益及工程影響和后續(xù)施工。土方量的測(cè)量方法和計(jì)算精度直接影響工程的進(jìn)度和費(fèi)用，且土方量工程在整個(gè)工程的建設(shè)中占有很大比例，如果估算的土方量與實(shí)際搬運(yùn)土方量相差太大而容易造成施工單位和委托單位產(chǎn)生利益糾紛，從而對(duì)施工生產(chǎn)進(jìn)度造成影響。以公路土方計(jì)算為例，在某些山區(qū)土方計(jì)算預(yù)算往往占據(jù)了公路造價(jià)成本一半或一半以上，較為準(zhǔn)確的土方計(jì)算能夠合理的對(duì)土方資源進(jìn)行調(diào)配、節(jié)約資源使建設(shè)成本降低。所以土方計(jì)算的準(zhǔn)確性對(duì)工程的影響具有重要意義。工程建設(shè)中，不管是工業(yè)與民用建筑、道路建設(shè)還是其它工程建設(shè)，將自然地貌經(jīng)過(guò)改造為水平的或者一個(gè)或幾個(gè)坡度的場(chǎng)地，從而達(dá)到施工要求。這些都涉及到土石方的開(kāi)挖與回填量的計(jì)算問(wèn)題。土石方工程量的計(jì)算，實(shí)際上就是計(jì)算設(shè)計(jì)標(biāo)高與自然地面標(biāo)高之間的土石方體積。土石方量的計(jì)算是工程費(fèi)用概算及方案選優(yōu)的重要因素。土方計(jì)算的一個(gè)重要方面是將自然地貌改造為合適且合理的場(chǎng)地，以便適于布置各類(lèi)建筑物和構(gòu)筑物。土方量的大小與工程的投資直接相關(guān)，因此準(zhǔn)確、快速地計(jì)算土方量對(duì)開(kāi)展規(guī)劃設(shè)計(jì)、控制總投資及分配資金具有重要意義。精確的土方計(jì)算和調(diào)配是場(chǎng)地資源的使用優(yōu)化的重要步驟。在工程測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)資料中的土方測(cè)算占有重要地位，其測(cè)算的準(zhǔn)確與否直接影響到整個(gè)項(xiàng)目預(yù)算的準(zhǔn)確性，也關(guān)系到其他相關(guān)工程土方的調(diào)配。因此如何利用測(cè)量單位現(xiàn)場(chǎng)測(cè)出的地形數(shù)據(jù)和原有的數(shù)字地形資料準(zhǔn)確的計(jì)算出土石方量成了人們關(guān)心的問(wèn)題。 研究的目的和意義測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展影響著土方測(cè)算方法的改進(jìn)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和全站儀與GPS為代表的現(xiàn)代測(cè)繪儀器的發(fā)展，使數(shù)據(jù)采集向著自動(dòng)化智能化的方向發(fā)展，測(cè)量的精度越來(lái)越高，儀器功能越來(lái)越強(qiáng)。傳統(tǒng)的測(cè)圖技術(shù)逐漸被數(shù)字化測(cè)圖技術(shù)取代，成為當(dāng)今的主流。儀器與軟件的結(jié)合，極大的提高工作效率和測(cè)量精度。測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展使計(jì)算機(jī)軟件通過(guò)處理測(cè)量數(shù)據(jù)可以較為真實(shí)的模擬出地表的三維仿真模型，而生產(chǎn)出數(shù)字地圖。數(shù)字地圖的出現(xiàn)影響并改變了土方計(jì)算技術(shù)，軟件計(jì)算替代了傳統(tǒng)的土方計(jì)算，提高了工作效率，具有自動(dòng)化和多樣化的特點(diǎn)，以南方CASS軟件為例土方計(jì)算方法有方格網(wǎng)法、斷面法、DTM法、等高線(xiàn)法等。選擇不同的計(jì)算方法對(duì)土方進(jìn)行計(jì)算結(jié)果也會(huì)不同。土方量計(jì)算的精度直接關(guān)系到項(xiàng)目的合理性和投資預(yù)算，在計(jì)算中選用合適的方法進(jìn)行土方計(jì)算就顯得尤為重要。例如：對(duì)土方工程費(fèi)用的支付問(wèn)題，往往與土方工程的估算與最終結(jié)算的結(jié)果相差太大造成投資方與承包方矛盾，這種情況經(jīng)常遇到。所以，針對(duì)不同的地形選取合適計(jì)算方法，更接近于實(shí)際情況的土方估量可以有效避免資源的浪費(fèi)和不必要的糾紛。目前，在國(guó)內(nèi)南方CASS軟件是最常用的土方計(jì)算軟件之一，其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，深受測(cè)量工作者的喜愛(ài)，更是測(cè)量人員的首選。本文著重對(duì)CASS中各類(lèi)土方計(jì)算的原理、操作步驟、計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，得出合理的可用于指導(dǎo)工程應(yīng)用的結(jié)論。 土方測(cè)量基本原理圖11 土方量計(jì)算基本原理 計(jì)算的基本原理如圖11所示，求取高出或低于設(shè)計(jì)面的地表物質(zhì)體積是土方量計(jì)算的目標(biāo)，而其關(guān)鍵在于對(duì)原始地形和改造后地形的表述。改造后地形是人為設(shè)計(jì)的結(jié)果，而且往往是規(guī)則的，易于清楚、準(zhǔn)確地表述出來(lái)。原始地形的表述則存在一個(gè)矛盾：地表是由無(wú)數(shù)個(gè)點(diǎn)組成的表面，而測(cè)量所獲得的只是離散的有限數(shù)據(jù)。因此對(duì)于原始地形的任何表述只能是模擬和近似。各種模擬和近似的方法，都是基于地表連續(xù)和漸變的假定，這也是連續(xù)和漸變這一基本的數(shù)學(xué)原理在地理學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。微積分就是描述連續(xù)變化的數(shù)學(xué)方法，土方計(jì)算是通過(guò)其借鑒思維方法，將研究區(qū)域分成微小的單元，并在地表漸變的假定下將各微元的地形特征作簡(jiǎn)化處理，以現(xiàn)有數(shù)據(jù)或經(jīng)空間插值后的數(shù)據(jù)去近似表述各微元的地形，分別求取各微元體積差，然后求和，就得到總的土方量。圖12 土方計(jì)算流程如圖12所示，無(wú)論何種計(jì)算方法進(jìn)行土方的測(cè)算需要經(jīng)歷三個(gè)過(guò)程：數(shù)據(jù)的采集與插入，主要以高程點(diǎn)的采集，所有的計(jì)算方法都以高程點(diǎn)為依據(jù)進(jìn)行土方的填挖，而在無(wú)法測(cè)量某地高程點(diǎn)且高程點(diǎn)密度不夠的情況下，可以通過(guò)插入某個(gè)高程點(diǎn)值使計(jì)算模型更貼近于實(shí)地，提高計(jì)算結(jié)果的精度；對(duì)面積的計(jì)算，在土方計(jì)算的區(qū)內(nèi)計(jì)算每個(gè)計(jì)算單元的面積是土方計(jì)算中的重要參數(shù)；利用微積分的原理和思維方法和思維方法對(duì)土方量進(jìn)行計(jì)算。 土方測(cè)量與計(jì)算方法的發(fā)展 傳統(tǒng)的測(cè)量與計(jì)算方法土方計(jì)算的方法與技術(shù)與測(cè)繪技術(shù)有著密不可分的關(guān)系，在一定程度測(cè)繪技術(shù)可以說(shuō)決定著土方計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。 20世紀(jì)40年代出現(xiàn)了光學(xué)玻璃度盤(pán)，用光學(xué)轉(zhuǎn)像系統(tǒng)的度盤(pán)對(duì)準(zhǔn)位置的刻劃重合在同一平面上，根據(jù)這一理論就形成了光學(xué)經(jīng)緯儀。光學(xué)經(jīng)緯儀比早期的游標(biāo)經(jīng)緯儀大大提高了測(cè)角精度，而且體積小、重量輕、操作方便?？梢哉f(shuō)，從17世紀(jì)到20世紀(jì)中葉是光學(xué)測(cè)繪儀器時(shí)代，以傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器水準(zhǔn)儀，經(jīng)緯儀，鋼尺等為代表，對(duì)原始數(shù)據(jù)的采集主要以測(cè)距、測(cè)角、測(cè)高差為主。測(cè)量的效率較低而且測(cè)量的精度也有限，無(wú)法準(zhǔn)確的得到三維坐標(biāo)，造成平面坐標(biāo)與高程值分離測(cè)量的情況，主要以“體積=面積高程”的方式進(jìn)行土方計(jì)算，所以在提供數(shù)據(jù)形式有限的條件下的傳統(tǒng)土方計(jì)算主要以方格網(wǎng)法計(jì)算為主，也可使用求積儀法、扎規(guī)法、稱(chēng)重法。計(jì)算主要在紙質(zhì)地圖上進(jìn)行，以人工計(jì)算為主，計(jì)算繁瑣、精度較低、效率低下而逐漸被淘汰。 傳統(tǒng)的方格網(wǎng)法計(jì)算土方量的前提是對(duì)土方計(jì)算區(qū)域采用整體劃分網(wǎng)格進(jìn)行標(biāo)高測(cè)量，然后采用分格計(jì)算或采用整體加權(quán)平均計(jì)算的方法計(jì)算出土方量。圖13 傳統(tǒng)土方計(jì)算方格網(wǎng) 如圖13所示為等邊平分的方格網(wǎng)高程點(diǎn)Ai、Bi、Ci的高程已知分別為HAi、HBi、HCi用整體加權(quán)平均法分為四類(lèi)：角點(diǎn)、邊點(diǎn)、拐點(diǎn)、中點(diǎn)。各自的權(quán)分別為4。例如：權(quán)分別為4的點(diǎn)分別為AABB2。以圖13為例，可以計(jì)算得出土方量的計(jì)算為公式14： 11 12 13 14 外業(yè)數(shù)據(jù)采集步驟（1）首先對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行等格劃分。選擇合適的一邊以這一邊為參照對(duì)計(jì)算區(qū)域劃分為等格的方格網(wǎng)模型。（2）然后對(duì)測(cè)區(qū)的各網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行高程測(cè)量。高程數(shù)據(jù)的采集方法，傳統(tǒng)上主要有水準(zhǔn)測(cè)量、三角高程測(cè)量。高程測(cè)量中三角高程測(cè)量雖然比水準(zhǔn)高程測(cè)量較快，但是無(wú)論是水準(zhǔn)測(cè)量和三角高程測(cè)量在實(shí)際應(yīng)用中的缺陷也非常明顯，主要體現(xiàn)在外業(yè)工作中，受通視條件限制和外界環(huán)境如氣溫、球氣差的影響較大。對(duì)于面積的計(jì)算，劃分方格網(wǎng)在平原地區(qū)等網(wǎng)格劃分可以做到，但在丘陵地區(qū)就會(huì)有存在很大的困難，而在山勢(shì)峻險(xiǎn)復(fù)雜的地區(qū)，這種測(cè)量方法即便是投入大量的人力物力也達(dá)不到理想的效果。特別是山區(qū)，因?yàn)椴荒苡行У淖龅酵练接?jì)算區(qū)域等網(wǎng)格劃分就為下一步土方計(jì)算帶來(lái)了較大的難度，如采用逐一分格計(jì)算