【正文】 ................................... 19 第 4 章 用 CASS 進(jìn)行土石方計(jì)算 .......................................... 21 方格網(wǎng)法土石方計(jì)算 ............................................. 21 斷面法土石方計(jì)算 ............................................... 24 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 IV DTM 法土石方計(jì)算 ............................................... 26 . 根據(jù)坐標(biāo)計(jì)算 ............................................ 27 根據(jù)圖上高程點(diǎn)計(jì)算 ....................................... 28 根據(jù)圖上的三角網(wǎng)計(jì)算 ...................................... 29 計(jì)算結(jié)果和比較分析 ............................................. 31 計(jì)算結(jié)果對比 ............................................. 31 結(jié)果分析 ................................................. 32 結(jié) 論 .............................................................. 34 致 謝 .............................................................. 35 參 考 文 獻(xiàn) ........................................................... 36 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 1 第 1 章 緒 論 土石方計(jì)算概述 土石方工程是土木工程建設(shè)的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，土石方工程計(jì)量是土木 工程造價的一項(xiàng)重要組成部分。 Southwest university of science and technology 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 DTM 的工程土石方計(jì)算方法探討 學(xué)院名稱 環(huán)境與資源學(xué)院 專業(yè)名稱 測繪工程 學(xué)生姓名 李雄飛 學(xué) 號 20202066 指導(dǎo)教師 張文君 教授 2020 年 6 月 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 I 基于 DTM 的工程土石方計(jì)算方法探討 摘要： 土方量計(jì)算的基本方法有斷面法 、方格網(wǎng)法和基于數(shù)字地形模型 (DTM )法。在各種工程建設(shè)如鐵路、公路、港口、城市規(guī)劃等中 ,土方量計(jì)算是一項(xiàng)經(jīng)常性的、不可缺少的工作 ,且在整個工程量中 ,土石方工程常占有較大比例。只要基本上按照自然地形的變化規(guī)律，選取合適 的特殊點(diǎn)，將自然地形在某一方向上的變化簡化為相似的折線變化，再求出折線與設(shè) 計(jì)線之間的面積，然后乘以高度（或距離），即可求得體積。三種方法中 DTM 模型法適用于所有的地形條件 , 計(jì)算精確度相對較高 ,且模型建立越逼真 ,精度越高，在生產(chǎn)中有廣泛的使用價值。 方格網(wǎng)法的特點(diǎn)是通過化整為零，先細(xì)分再匯總的辦法來解決土石方工程量計(jì)算問題。所謂零點(diǎn)，就是地面高程與設(shè)計(jì)高程相等。 圖 21 零點(diǎn)位置圖 ? ?211/ hhahX ?? (22) 式中 X—— 零點(diǎn)至 1 點(diǎn)的距離 (m) a—— 方格網(wǎng)邊長 (m) h h2 —— 1點(diǎn)與 2 點(diǎn)的施工高度 (m)。 劃分的原則是：在地形起伏相對比較大的方向，取垂直于某一坐標(biāo)軸位置 (或垂直于等高線 )；對狹長地帶，如：水渠、大壩、管溝等，取垂直于構(gòu)筑物或主要建筑物邊長的位置布置橫斷面。 （ 1）解析法 根據(jù)實(shí)測的數(shù)值計(jì)算面積的方法 , 解析法包括坐標(biāo)法和幾何圖形法。地形表面形態(tài)的屬性信息一般包括高程、坡度、坡向等。在此僅簡 單介紹一下邊擴(kuò)展法。 ⑴ 地性線的特點(diǎn)及處理方法 所謂地性線就是指能充分表達(dá)地形形狀的特征線地性線不應(yīng)該通過 TIN 中的任何一個三角形的內(nèi)部 ,否則三角形就會 “ 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 形 模型 (DTM)有錯。 ⑶ 陡坎的地形特點(diǎn)及處理方法 遭遇陡坎時，地形會發(fā)生劇烈的突變。將 A、B、 C 三點(diǎn)分別垂直向下和向上延伸構(gòu)成一個下底和上底無限的三角棱柱 Z。土方量計(jì)算有兩部分，填方量部分 A1A2EF(三棱錐 )，挖方量部分 EFB1C1C2B2(楔形 )。解法如下 : 圖 212 楔形 1．計(jì)算底面 ABCD 的投影面積，計(jì)算方法同上； 2．計(jì)算楔形的高，利用 E、 C、 F、 D的高程計(jì)算高差 Hec、 Hfd，楔形高為兩高差的平均值為公式 (216)： 4/)( fdec HHh ?? (216) 3． 楔形體積 hSV *? (217) 所以由以上所知當(dāng)三角形的 3 個角點(diǎn)全部為挖或全部為填時計(jì)算式為 ShhhV *3 321 ?????? ??? (218) 式中 S 為三菱柱底面積 。 DTM 誤差的另一種來源是重新采樣，即在保留了與原始地面較為逼近的情況下，將由原始數(shù)據(jù)派生的數(shù)據(jù)壓縮成易于管理的過程中 ， 這是一種性質(zhì)不同的處理。 土方測量控制網(wǎng)的布設(shè) 土方工程的 測量與計(jì)算所需的控制網(wǎng)主要是測圖控制網(wǎng)。根據(jù)工程的精度要求進(jìn)行網(wǎng)的的布設(shè)，建網(wǎng)步驟主要是：① 確定控制網(wǎng)的等級；②確定布網(wǎng)形式；③確定測量儀器和操作規(guī)程（國家或行業(yè)規(guī)范）；④在圖上選點(diǎn)構(gòu)網(wǎng)，到實(shí)地踏勘；⑤埋設(shè)標(biāo)石、標(biāo)志；⑥外業(yè)觀測；⑦內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理；⑧提交成果。再輸入后視點(diǎn) A的平面坐標(biāo) (XA， YA)，在儀器提示是否照準(zhǔn)的時候去照準(zhǔn)后視點(diǎn) A，并按確認(rèn)。用此法進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集的優(yōu)點(diǎn)是速度快效率高 ,缺點(diǎn)是只適宜小區(qū)域地形 ,測量過程對中途的轉(zhuǎn)點(diǎn)要特 別注意檢核 ,因?yàn)闆]有檢核易出錯。 對于已有符合要求的地形圖和設(shè)計(jì)圖，可通過掃描后矢量化處理，在高程點(diǎn)密度稀疏的地方，可根據(jù)實(shí)際地形選擇適當(dāng)?shù)牟逯捣椒▋?nèi)插高程點(diǎn)。 方格網(wǎng)法計(jì)算土方量中 ,軟件首先將方格網(wǎng)的四個角點(diǎn)高程相加 (如果角上沒有高程 ,則通過附近的點(diǎn)內(nèi)插出該點(diǎn)的高程 ),取平均值與設(shè)計(jì)的高程相減。） 提 示 :最 小 高 程 =,最 大 高 程 = 總 填 方 = 立 方 米 ,總 挖 方 = 立 方 米 同時圖上繪出所分析的方格網(wǎng) ,填挖方的分界線 (綠色折線 ),并給出每個方格的填挖方 ,每行的挖方和每列的填方。但是如果給的值太小，超過了野外采集點(diǎn)的密度也是沒有實(shí)際意義的。如果要修改橫斷面線和設(shè)計(jì)斷面線，點(diǎn)擊工程應(yīng)用 斷面法土方計(jì)算 編輯斷面線，按提示選擇后，彈出編輯對話框，在所需的位置插入距離、高程即可，左斷面的距離為－，右為＋。 用鼠標(biāo)點(diǎn)取工程應(yīng)用 DTM 法土方計(jì)算 根據(jù)坐標(biāo)文件。 關(guān)閉對話框后系統(tǒng)提示：請指定表格左下角位置 :直接回車不繪表格 用鼠標(biāo)在圖上 適當(dāng)位置點(diǎn)擊， CASS 會在該處繪出一個表格，包含平場面積、最大高程、最小高程、平場標(biāo)高、填方量、挖方量和圖形。 對已經(jīng)生成的三角網(wǎng)進(jìn)行必要的添加和刪除，使結(jié)果更接近實(shí)際地形。方格邊長、斷面間距和采樣間距越大．計(jì)算結(jié)果均越小。因其土方量計(jì)算法的精度 ,可從 DTM 的產(chǎn)生和建立來分析。通過分析比較得出 DTM 是較好用來進(jìn)行土方工程量計(jì)算的一個方法。 ⑷計(jì)算方面 ,數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、軟件的大量運(yùn)用 ,使計(jì)算過程快速、準(zhǔn)確 ,精度明顯高于傳統(tǒng)的斷面法和方格網(wǎng)法。 同時感謝測繪教研室的所有老師，感謝曾經(jīng)教過我的老師，感謝你們在我這四年里對我的栽培與教育。武漢：武漢大學(xué)出版社， [3]慕永峰，朱昌勇，李 建。你們就是這樣默默支持著我，從來不表達(dá)出來 。在審批論文時，老師都是句句斟酌，大到論文的重點(diǎn)，小到每個詞的用法是否準(zhǔn)確，老師都認(rèn)真地為我們批注，其嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，可見一般。這是其他幾種方法不能比擬的。所以 ,只要很好的克服這些誤差來源，DTM 法就適用于任何地形起伏變化較大、地形復(fù)雜的區(qū)域， 同時對于高程變化不大的單一地貌區(qū)域也是非常適用，因?yàn)榻⑷蔷W(wǎng)，都只考慮相鄰高程點(diǎn)之間的位置關(guān)系，并不考慮現(xiàn)場實(shí)際地貌變化情況。所以斷面法一般只適用于山地及高差變化比較大、自然地面較復(fù)雜的地段或地形狹長的地帶 ,在道路、管道等狹長帶狀地形應(yīng)用甚廣。其結(jié)果是不同的。彈出土方計(jì)算參數(shù)設(shè)置對話框，以下操作則與坐標(biāo)計(jì)算法一樣，如圖 49和圖 410。然后輸入坡度值。 下面分述三種方法的操作過程： 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 27 . 根據(jù)坐標(biāo)計(jì)算 先用復(fù)合線畫出所要計(jì)算土方的區(qū)域，一定要閉合，但是盡量不要擬合。 第七步、點(diǎn)擊工程應(yīng)用 斷面法土方計(jì)算 場地?cái)嗝妫瑥棾鰯嗝嬖O(shè)計(jì)參數(shù)對話框，在選擇里程文件欄下打開上步中第二欄所保存的文件，在橫斷面設(shè)計(jì)文件欄下打開上步中第三欄所保存的文件，再輸入坡度、縱橫向比例、行列間距等項(xiàng)，最后點(diǎn)確定， 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 25 再次彈出 繪制縱斷面對話框，輸入所繪位置和比例后點(diǎn)確定，這時縱斷面圖就繪制在你給定的位置上。并且在圖中的陡坎有可能當(dāng)著斜坡計(jì)算，要在坎上坎下多加些高程點(diǎn)。 輸入方格寬度 :(m)20這是每個方格的邊長 ,默認(rèn)值為 20m。現(xiàn)用軟件 分別對 DTM 法、斷面法、方格網(wǎng)法計(jì)算土石方量。但數(shù)據(jù)采集時 由于人力、物力、客觀條件的限制， 實(shí)際取樣點(diǎn)的密度往往不能滿足實(shí)際應(yīng)用的要求，這就需要對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，那么就存在著插值的處理。方法是直接用全站儀獲取下一測站點(diǎn)坐標(biāo) ,到下一測站點(diǎn)時建站方式和前站基本一致 ,此時后視方向?yàn)樯弦粶y站點(diǎn) ,這樣才能保證所采集野外高程點(diǎn)在一個統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)下 ,其原理即充分利用全站儀的精度優(yōu)勢來測支導(dǎo)線點(diǎn)。P是待測點(diǎn)，其平面坐標(biāo)用 Xp、 Yp表示，高程用 Hp表示。測量控制網(wǎng)的布設(shè)，即控制點(diǎn)的選擇與測量工作。 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 17 第 3 章 土石方計(jì)算數(shù)據(jù)的采集及處理 外業(yè)數(shù)據(jù)采集 在計(jì)算土石方時需采集數(shù)據(jù)，全站儀測量是當(dāng)今普遍運(yùn)用的測量方法，其在很多方面都運(yùn)用到了。我們可以采取一些措施盡量減小它。 （ 1）一般多邊形棱柱的體積 如圖 210所示 ,多邊形棱柱體積的基本公式為（ 211） 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 14 圖 210 多邊形形棱柱