復(fù)雜區(qū)域的多種土方平衡量計(jì)算方法的實(shí)現(xiàn)與分析-土方量計(jì)算畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-23 11:21 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 用局部?jī)?yōu)化算法,使之最優(yōu)。 三角網(wǎng)的調(diào)整 第二步，根據(jù)地形特征信息對(duì)初級(jí)三角網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)形調(diào)整。這樣可使得建模流程思路清晰，易于實(shí)現(xiàn)。 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(guò)TIN中的任何一個(gè)三角形的內(nèi)部,否則三角形就會(huì)“進(jìn)入”或“懸空”于地面,與實(shí)際地形不符,產(chǎn)生的數(shù)字地面模型(DTM)有錯(cuò)。 當(dāng)?shù)匦跃€與一般地形點(diǎn)一道參加完初級(jí)構(gòu)網(wǎng)后，再用地形特征信息檢查地性線是否成為了初級(jí)三角網(wǎng)的邊，若是，則不再作調(diào)整；否則，按圖6作出調(diào)整?？傊?jiǎng)?wù)必保證TIN所表達(dá)的數(shù)字地面模型與實(shí)際地形相符。 (a)處理前 (b)處理后圖23 在TIN建模過(guò)程中對(duì)地性線的處理 如圖23（a）所示，為地性線，它直接插入了三角形內(nèi)部，使得建立的TIN偏離了實(shí)際地形，因此需要對(duì)地性線進(jìn)行處理，重新調(diào)整三角網(wǎng)。 圖23（b）是處理后的圖形，即以地性線為三角邊，向兩側(cè)進(jìn)行擴(kuò)展，使其符合實(shí)際地形。 ⑵ 地物對(duì)構(gòu)網(wǎng)的影響及處理方法 等高線在遭遇房屋、道路等地物時(shí)需要斷開(kāi)，這樣在地形圖生成TIN時(shí)，除了要考慮地性線的影響之外，更應(yīng)該顧及到地物的影響。一般方法是：先按處理地形結(jié)構(gòu)線的類似方法調(diào)整網(wǎng)形；然后，用“垂線法”判別閉合特征線影響區(qū)域內(nèi)的三角形重心是否落在多邊形內(nèi)，若是，則消去該三角形(在程序中標(biāo)記該三角形記錄)；否則保留該三角形。經(jīng)測(cè)試后，去掉了所有位于地物內(nèi)部之三角形，從而在特征線內(nèi)形成“空白地”。 ⑶ 陡坎的地形特點(diǎn)及處理方法 遭遇陡坎時(shí)，地形會(huì)發(fā)生劇烈的突變。陡坎處的地形特征表現(xiàn)為：在水平面上同一位置的點(diǎn)有兩個(gè)高程且高差比較大；坎上坎下兩個(gè)相鄰三角形共享由兩相鄰陡坎點(diǎn)連接而成的邊。當(dāng)構(gòu)造TIN時(shí)，只有顧及陡坎地形的影響，才能較準(zhǔn)確的反映出實(shí)際地形。對(duì)陡坎的處理如圖所示： (a)處理前 (b)處理后圖24 對(duì)陡坎的處理 如圖24（a）所示，點(diǎn)1至4為實(shí)際測(cè)量的陡坎上的點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)其實(shí)有兩個(gè)高程值，不符合實(shí)際的地形特征。在調(diào)整時(shí)將各點(diǎn)沿坎下方向平移了1mm，得到了5至8各點(diǎn)，其高程值根據(jù)地形圖量取的坎下比高計(jì)算得到。將所有的坎上、坎下點(diǎn)合并連接成一閉合折線，并分別擴(kuò)充連接三角形，即得到調(diào)整后的圖24（b）。 三角網(wǎng)法計(jì)算土方量 三角網(wǎng)構(gòu)建好之后，用生成的三角網(wǎng)來(lái)計(jì)算每個(gè)三棱柱的填挖方量,最后累積得到指定范圍內(nèi)填方和挖方分界線。三棱柱體上表面用斜平面擬合，下表面均為水平面或參考面，計(jì)算公式為： （26） 如圖25所示，Z1，Z2，Z3為三角形角點(diǎn)填挖高差；S3為三棱柱底面積。 圖25 三角網(wǎng)土方量計(jì)算 土方量方差TIN法方格網(wǎng)法表23 兩種方法的具體實(shí)例比較 表一是對(duì)山區(qū)的實(shí)例比較分析，可以看出，TIN法的精度較高，因?yàn)槿蔷W(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。但是要注意的是TIN方法計(jì)算土方量精度高,但其計(jì)算過(guò)程中數(shù)據(jù)量大,占用大量存儲(chǔ)空間。因此,如果地圖本身數(shù)據(jù)量大時(shí)就應(yīng)慎重考慮是否采用該方法。 幾種方法的實(shí)例比較表24 平原地區(qū)幾種方法填挖方量（） 挖方量填方量方差標(biāo)準(zhǔn)差TIN法 方格網(wǎng)法 平均高程法 地統(tǒng)計(jì)法土方量計(jì)算 空間插值法和ArcGIS統(tǒng)計(jì)利用有限數(shù)據(jù)建立DEM時(shí)必然涉及對(duì)無(wú)值區(qū)域高程值的估計(jì)，即通過(guò)臨近實(shí)測(cè)樣點(diǎn)的高程估計(jì)待插值點(diǎn)的高程，也就是空間插值。空間插值往往是基于相似相近的原理，即兩個(gè)物體離得很近，它們的性質(zhì)就越相似，反之，離得越遠(yuǎn)則相似性越小。這與土方量計(jì)算原理中“地表連續(xù)和漸變的假定”是一致的?？臻g插值的方法很多。如反距離加權(quán)（IDW）插值、自然鄰點(diǎn)插值、最近鄰點(diǎn)插值、克里格插值等。ArcGIS是由美國(guó)環(huán)境系統(tǒng)研究所（ESRI）研制的基于窗口的集成地理信息系統(tǒng)和桌面制圖系統(tǒng)軟件。它支持多類型數(shù)據(jù)和多種數(shù)據(jù)庫(kù)，具有強(qiáng)大的空間分析、統(tǒng)計(jì)分析功能。并附帶許多擴(kuò)展模塊。ArcGIS計(jì)算土方量是利用DEM提供的高程信息，結(jié)合ArcGIS的3DAnalyst，Spatial Analyst，疊合分析和系統(tǒng)分析功能共同完成。 平均高程法土方量計(jì)算 平均高程法主要使用于地形平緩，高低起伏較小，面域相對(duì)規(guī)則，且精度要求較低的土地平整計(jì)算。如農(nóng)田的土地平整，要求挖填土方量平衡計(jì)算時(shí)，平均高程法的計(jì)算就能快速的完成。 其土方量計(jì)算流程如下：計(jì)算田面平均高程→計(jì)算挖填平均深度→計(jì)算挖填方面積→計(jì)算挖填土方量。其方法如下： 田面平均高程計(jì)算Ha=(H1+H2+...+Hn)/n （27） 式中：Ha為田面平均高程數(shù)(m)； HH2...Hn為實(shí)測(cè)點(diǎn)高程數(shù)(m)； n為高程點(diǎn)個(gè)數(shù)。 挖填平均深度計(jì)算挖方區(qū)平均挖深：hc=Ha∑Hc/L 填方區(qū)平均填高：hf=∑Hf/mHa 式中：L為測(cè)點(diǎn)讀數(shù)小于Ha的測(cè)點(diǎn)數(shù)； m為測(cè)點(diǎn)讀數(shù)大于Ha的測(cè)點(diǎn)數(shù)； Hc為測(cè)點(diǎn)讀數(shù)小于Ha讀數(shù)(m)； Hf為測(cè)點(diǎn)讀數(shù)大于Ha讀數(shù)(m)。 挖填方面積計(jì)算挖方面積：Ac=Aahf/(hc+hf) 填方面積：Af=Aahc/(hc+hf) 式中：Aa為測(cè)量地塊總面積。 挖填土方量計(jì)算挖方量：Vc=Achc 填方量：Vf=Afhf 土方量平衡計(jì)算1）確定各田塊的面積。
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