畢業(yè)論文-基于CASS的土石方計(jì)算方法探討

1、資源工程學(xué)院畢業(yè)論文題 目： 基于CASS的土石方計(jì)算方法探討專(zhuān) 業(yè)： 班 級(jí)： 2010級(jí)測(cè)繪學(xué) 號(hào)： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 職稱(chēng)：基于CASS的土石方計(jì)算方法探討【摘要】現(xiàn)在常用在Cass中計(jì)算土石方的有DTM、方格網(wǎng)、斷面等方法，其相對(duì)同一情況計(jì)算出的土石方量存在差異，精度不同。這在工程造價(jià)、預(yù)算中找到一種符合實(shí)際情況的土石方計(jì)算方法至關(guān)重要。此文章主要對(duì)Cass中土石方計(jì)算的各方法比較研究，并通過(guò)不同條件下的例子進(jìn)行分析，實(shí)踐檢驗(yàn)理論得出各個(gè)方法的優(yōu)劣勢(shì)，分析哪種方法是最高效、高精度、切合實(shí)際的土石方計(jì)算方法，以達(dá)到最優(yōu)的效果、利益的最大化?！娟P(guān)鍵詞】DTM法，方格網(wǎng)法，斷面法，土石方

2、量目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc22047 1.緒論 .緒論1.1 土石方計(jì)算背景土石方工程是土木工程不可或缺的一部分，是工程建設(shè)重要組成部分，且土石方計(jì)量在土木工程預(yù)算、造價(jià)中起到重要的部分。該工程是一整個(gè)工程量中的重要組成部分，因此方量計(jì)算結(jié)果的精度、準(zhǔn)確度、實(shí)際性非常重要，直接影響到工程的進(jìn)度、利益及規(guī)劃。土石方計(jì)算經(jīng)常運(yùn)用在各類(lèi)工程建設(shè)中，譬如道路建設(shè)、鐵路、港口、規(guī)劃設(shè)計(jì)等，不同的工程建設(shè)適用不同的方法進(jìn)行計(jì)算，且方量計(jì)算出來(lái)的準(zhǔn)確度、精度對(duì)整個(gè)工程的非常重要，運(yùn)用不當(dāng)將導(dǎo)致重大損失，所以因地制宜對(duì)于土石方計(jì)算重中之重，譬如合理地進(jìn)行土方的運(yùn)輸

3、的作業(yè)，加快進(jìn)度、提高經(jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)今，由于土石方計(jì)算關(guān)系到工程建設(shè)和施工雙方的利益，且土石方計(jì)算在實(shí)際工程操作中存在復(fù)雜性，致使雙方產(chǎn)生質(zhì)疑，導(dǎo)致諸多矛盾。則探討方量計(jì)算的方法、誤差，各個(gè)方法的實(shí)際應(yīng)用范圍及其缺點(diǎn)，如何做到因地制宜至關(guān)重要。對(duì)于現(xiàn)今土木工程界，規(guī)范土石方計(jì)算將面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，是個(gè)難以攻克的難題?，F(xiàn)階段，對(duì)于土石方量計(jì)算通常采用的計(jì)算方法是：通過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)高與場(chǎng)地標(biāo)高之間差異計(jì)算出土石方量，由于設(shè)計(jì)面各式各樣，而實(shí)際場(chǎng)地的表面相對(duì)復(fù)雜，要使計(jì)算誤差達(dá)到零是不可能的，是不切合實(shí)際的。只能通過(guò)找到土石方計(jì)算存在的影響因素，提高精度。土石方算出的結(jié)果的精度受諸多因素影響，例如方法選取不當(dāng)、

4、實(shí)地測(cè)區(qū)的的復(fù)雜性、測(cè)量員的隨意性、取點(diǎn)不到位（例如特殊點(diǎn)、變坡點(diǎn)）等，這些因素都會(huì)造成方量計(jì)算的精度不足。為了彌補(bǔ)不足，后期選取合理適用的土石方計(jì)算方法是重要的一步。目前用作土石方計(jì)算的軟件層出不窮，其中CASS是較具代表性的、常用的計(jì)算軟件。1.2.CASS在土石方計(jì)算常用方法現(xiàn)今在CASS中常用的幾種土石方計(jì)算方法有：1.2.1 DTM法利用實(shí)測(cè)的高程數(shù)據(jù)，首先建模然后生成三角網(wǎng)，然后利用已生成的三角數(shù)據(jù)進(jìn)行方量計(jì)算。該方法用原始高程數(shù)據(jù)連成三角網(wǎng)，并沒(méi)有降低原有數(shù)據(jù)的精度，能反映出地形的高低起伏變化，計(jì)算出的土石方量更能反映出實(shí)際的方量狀況。1.2.2 方格網(wǎng)法將要平整的工程場(chǎng)地劃分成

5、邊長(zhǎng)為10-50m的方格，在平面上形成方格網(wǎng)。然后將方格角點(diǎn)的實(shí)測(cè)高程與設(shè)計(jì)的高程相比較，找出零線位置。接著計(jì)算出每個(gè)方格的填挖深度和方量，最后再將所有填挖、邊坡等方量匯總，就可得出總土石方量。由于該方法計(jì)算的根據(jù)是四個(gè)方格角點(diǎn)的高程，而方格網(wǎng)內(nèi)的地貌地形變化被忽略，則使計(jì)算出的土石方量精度大大降低，因此通過(guò)方格網(wǎng)法計(jì)算出的土石方量精度不高，但此方法適合估算和概算，簡(jiǎn)單易懂1。1.2.3 斷面法該方法是根據(jù)原有繪制的斷面圖和設(shè)計(jì)高程計(jì)算出所圍成的面積，再根據(jù)間距求得各相鄰斷面體積，再累加各相鄰斷面體積，求得總的土石方量。當(dāng)前，該法經(jīng)常用在帶狀的地形，而且算出的方量的精度與橫截面間距成反比。2.

6、土石方計(jì)算方法原理2.1 DTM法計(jì)算土石方DTM（Digital Terrain Model） 數(shù)字地形模型是通過(guò)利用一個(gè)任意坐標(biāo)系中大量選擇的已知x、y、z的坐標(biāo)點(diǎn)對(duì)連續(xù)地面的一個(gè)簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)表示，亦或者說(shuō)，DTM是地形地貌表面形態(tài)基本屬性信息的數(shù)字表達(dá)，是帶有空間位置和地形屬性等特征的數(shù)字描述2。其中地形地貌表面形態(tài)的基本屬性信息一般含有高程、坡度、坡向等。DTM法在日前應(yīng)用廣泛，DTM技術(shù)直接采用的是原有野外采集的數(shù)據(jù)，點(diǎn)密度大、精度高、可信度強(qiáng)。正是由于此方法高精度、高效率，在CASS技術(shù)中，通常結(jié)合DTM法，計(jì)算土石方量。該方法方量計(jì)算是依據(jù)原始采集的地面點(diǎn)坐標(biāo)(X , Y, Z )

7、和設(shè)計(jì)高程,利用軟件生成三角網(wǎng)并計(jì)算出每個(gè)三棱錐的填挖方量,然后累加得到需測(cè)范圍內(nèi)填挖方的土石方量,繪出填挖方分界線3。2.1.1 原始地表高程采集在土石方計(jì)算時(shí)需先采集原始地面高程數(shù)據(jù)，全站儀測(cè)量及RTK測(cè)量是目前比較普遍使用的測(cè)量方法。在野外采點(diǎn)的時(shí)候，應(yīng)該把握好其分布的密度，且對(duì)于不一樣的地貌，例如坎之類(lèi)的地貌和坡點(diǎn)等都應(yīng)該特別注意，還有變化較大的地形形態(tài)，譬如谷底或者山的頂部等。這樣做的話可以其野外采的點(diǎn)更能真實(shí)反映測(cè)區(qū)的實(shí)際狀況。2.1.2 建立三角網(wǎng)三角網(wǎng)結(jié)構(gòu)是利用野外采集的高程數(shù)據(jù)建立數(shù)字地形模型（DTM），然后生成三角網(wǎng)結(jié)構(gòu)，此過(guò)程稱(chēng)作三角網(wǎng)DTM過(guò)程?，F(xiàn)在生成三角網(wǎng)的算法多種

8、多樣，譬如邊擴(kuò)展法、點(diǎn)插入法等。邊擴(kuò)展法比較常用，下面就介紹下邊擴(kuò)展法。邊擴(kuò)展法的原理就是定一個(gè)點(diǎn)為新三角形的起始點(diǎn)，然后選擇最近點(diǎn)連接成一條邊，再根據(jù)距離最小原則、角度最大原則，以該邊為基準(zhǔn)，找到三角形的第三點(diǎn)。然后以起始三角形為基準(zhǔn)往外擴(kuò)展，并反復(fù)進(jìn)行并檢測(cè)，直至擴(kuò)展生成三角網(wǎng)為止。例如三角網(wǎng)DTM的原始數(shù)據(jù)的地面高程點(diǎn)的三維坐標(biāo)（見(jiàn)表2-1），連三角網(wǎng)產(chǎn)生一個(gè)三角網(wǎng)結(jié)構(gòu)DTM。表2-2中的為三角網(wǎng)結(jié)構(gòu)DTM數(shù)據(jù)，一個(gè)三角形的三個(gè)端點(diǎn)用1、2、3表示，每行表示一個(gè)三角形，所有三角形組成總的三角網(wǎng)。表2-1 高程坐標(biāo)IDXYZ958905.91765858.962140.93358890.2

9、5265952.559141.35658885.52765952.559141.35表2-2 三角網(wǎng)結(jié)構(gòu)DTM數(shù)據(jù)點(diǎn)號(hào)1點(diǎn)號(hào)2點(diǎn)號(hào)3ID812316121822.1.3 三角網(wǎng)的修飾調(diào)整在生成三角網(wǎng)結(jié)構(gòu)之后，還需對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，由于受到地性線的影響、地物對(duì)構(gòu)網(wǎng)的影響和陡坎等地形的影響等。對(duì)于這幾種因素的影響，有其相應(yīng)的調(diào)整處理方法。對(duì)于地性線的影響，當(dāng)?shù)匦跃€和其他一般地形點(diǎn)參加完初級(jí)構(gòu)網(wǎng)之后，確定地性線是否為初級(jí)三角網(wǎng)的邊，如果是的話，不調(diào)整;否則，根據(jù)圖2-1的調(diào)整。總之，可以肯定數(shù)字地形模型與實(shí)際地形匹配的表達(dá)。圖2-1 對(duì)地性線處理圖對(duì)于地物的影響，按照地形結(jié)構(gòu)線處理的相似方法對(duì)網(wǎng)形進(jìn)行調(diào)

10、整；然后判斷閉合特征線影響區(qū)域內(nèi)的三角形重心是否落在多邊形內(nèi)，如果是，則去掉該三角形，反之，保留該三角形。測(cè)試后去掉所有位于地物內(nèi)部的三角形，因此在特征線內(nèi)部形成“空白地”4。對(duì)于陡坎的影響，坎應(yīng)該遵循，上下相連，坡應(yīng)該遵循地角和頂相連，而且坎不能與三角形相交，處理圖2-2如下：圖2-2 陡坎的處理2.1.4 土石方計(jì)算在方量計(jì)算時(shí),有一個(gè)或多個(gè)多邊形切割三角形,我們將此統(tǒng)稱(chēng)為空間切割面。三角網(wǎng)結(jié)構(gòu)和空間切割面相交時(shí)，此時(shí)不同的三角形和空間切割面存在不同關(guān)系，一般土石方量計(jì)算的形狀大都不同，所以很要必要討論各種多邊形形狀的計(jì)算原理。有一般多邊形棱柱、多邊形棱錐和楔形。1） 對(duì)于一般多邊形棱柱求

11、算體積，如下推算公式：圖2-3多邊形棱柱 h1=HA1-HA h2=HB1-HB (2-1)多邊形棱柱各棱長(zhǎng)的平均值 ： h=(h1+h2+hn)/n (2-2)多邊形棱柱底面在水平投影面積： S=1/2（yi+yi+1）（xi-xi+1） (2-3)一般多邊形棱柱體積： V=S*h (2-4) 2）對(duì)于多邊形棱錐求算體積的基本公式： 圖2-4多邊形棱錐多邊形棱錐體積： V=S*h/3(2-5)S同式2-3可計(jì)算得到，h多邊形棱錐的高度（頂點(diǎn)的高程減掉底面各邊界點(diǎn)高程取平均）。對(duì)于楔形，算法如下：（1） 計(jì)算楔形底面的投影面積，計(jì)算方法如式2-2；（2）楔形的高 h=(Hed+Hfc)/4 （

12、2-6）Hed、Hfc為E、D、F、C之間的高差（3）楔形體積 V=S*h （2-7）圖2-5楔形2.2 方格網(wǎng)法計(jì)算土石方方格網(wǎng)法的基本原理是將要平整的項(xiàng)目區(qū)場(chǎng)地，根據(jù)地形復(fù)雜程度、地形圖比例尺以及精度要求劃分成邊長(zhǎng)為1050m的方格，在水平面上形成方格網(wǎng)，分別測(cè)出各方格網(wǎng)四個(gè)頂點(diǎn)的高程，根據(jù)地面高程和設(shè)計(jì)高程計(jì)算各個(gè)格網(wǎng)挖填深度及土方量，最后匯總格網(wǎng)挖填土方量和邊坡土方量，即為場(chǎng)地平整總土方量5。方格網(wǎng)法在土石方計(jì)算中被廣泛應(yīng)用，方格網(wǎng)法的特點(diǎn)就是化整為零、細(xì)分匯總，由此求得土石方量的方法。方格網(wǎng)法計(jì)算的土石方量與方格邊長(zhǎng)、地形圖比例尺、地形坡度等都有一定關(guān)系，其中方格邊長(zhǎng)的長(zhǎng)度根據(jù)地形復(fù)

13、雜程度和地形圖比例尺及其估算的精度的不同而異。譬如，使用1:500比例尺的地形圖時(shí)，依據(jù)地形的復(fù)雜程度，一般是選取10m或者20m為適宜，但當(dāng)采用機(jī)械施工時(shí)，可以選取40m或者100m。2.2.1 計(jì)算設(shè)計(jì)高程在滿(mǎn)足填方與挖方基本平衡原則的前提下，設(shè)計(jì)高程當(dāng)作場(chǎng)地平均高程。計(jì)算時(shí)要算加權(quán)平均值，譬如一個(gè)方格相關(guān)的方格點(diǎn)，那么高程權(quán)是1，以此類(lèi)推， 二個(gè)、三個(gè)、四個(gè)的是2、3、4，然后計(jì)算設(shè)計(jì)高程，利用求加權(quán)平均值的方法，其一般式 (2-1)為： (2-8) 式中:H平均方格網(wǎng)點(diǎn)的設(shè)計(jì)高程（加權(quán)平均值）； Hi方格網(wǎng)點(diǎn)的地面高程； Pi方格網(wǎng)點(diǎn)的權(quán)； n方格網(wǎng)點(diǎn)的個(gè)數(shù)。2.2.2繪出填、挖邊界線

14、填、挖邊界線即零點(diǎn)位置的連線（零線），所謂零點(diǎn)位置就是地面實(shí)際高程與設(shè)計(jì)高程相等。將所有零點(diǎn)連接起來(lái)的線即零線，零線也是確定填、挖方區(qū)域的界線。零點(diǎn)及零線位置確定。零點(diǎn)的計(jì)算公式為： （2-9）式中：x1，x2方格網(wǎng)角至零點(diǎn)距離（單位m）；h1，h2方格網(wǎng)兩端點(diǎn)的施工高度，均用絕對(duì)值（單位m）；a方格網(wǎng)的邊長(zhǎng)（單位m）。通常實(shí)際運(yùn)用當(dāng)中零線一般是通過(guò)圖解法畫(huà)出的。方法如圖2-6所示。圖2-6圖解法所繪零線2.2.3計(jì)算填、挖高度方格網(wǎng)中各方格點(diǎn)的填、挖高度即為該點(diǎn)的地面實(shí)測(cè)高程與設(shè)計(jì)高程之差值，即6填、挖高度=地面實(shí)測(cè)高程一設(shè)計(jì)高程hi=Hi一H設(shè) （2-10） 式中：hi填、挖方（hi為正表

15、示挖方，反之為填方）2.2.4計(jì)算填、挖土石方工程量填、挖土石方工程量要分別計(jì)算，不可以正負(fù)抵消。計(jì)算方法（2-11）是7： 角點(diǎn) 挖（填）高度*（1/4）方格面積 邊點(diǎn) 挖（填）高度*（2/4）方格面積 拐點(diǎn) 挖（填）高度*（3/4）方格面積 中點(diǎn) 挖（填）高度*（4/4）方格面積 （2-11） 分別計(jì)算出挖（填）土石方量。最后對(duì)所求的填（挖）土石方量進(jìn)行各自求和，得到總的填（挖）土石方量。2.3斷面法計(jì)算土石方目前，多種土石方量計(jì)算方法中，斷面計(jì)算法也稱(chēng)作截面法，是最傳統(tǒng)的土石方量算法。所測(cè)地圖的碎步測(cè)量，根據(jù)測(cè)區(qū)的范圍進(jìn)行計(jì)算，用相同的場(chǎng)地距離把整個(gè)場(chǎng)地劃分為若干個(gè)彼此相互平行的橫截面。

16、依據(jù)原地表與設(shè)計(jì)高程組成的截面圖，算出由線包圍的面積; 對(duì)斷面與斷面間的面積取平均，然后乘以斷面間的間距，得出斷面間的體積；最后將各個(gè)斷面間的體積累加即可得出總的體積，該法就稱(chēng)作截面法。下面描述該方法：2.3.1斷面法計(jì)算原理斷面法的計(jì)算原理即上述所說(shuō)，用公式表示為8： V=(A1+A2)/2 )*L （2-11）式中：V斷面與斷面間土方量(m3)；A1+A2斷面與斷面的挖方(+)或填方(一)的截面積(m2)；L斷面與斷面的間距(m)。該公式要求A1、A2 符號(hào)要相同。2.3.2斷面法計(jì)算步驟1）布置并劃分?jǐn)嗝婢€斷面法的計(jì)算首先安排斷面線，斷面線基本是垂直通過(guò)等高線和房屋等的長(zhǎng)軸線。其劃分的原

17、則是：地形起伏相對(duì)較大的一邊，取垂直于等高線或某坐標(biāo)位置；對(duì)于下場(chǎng)地帶、取垂直于建筑物邊長(zhǎng)或者構(gòu)筑物的位置布置橫斷面。橫斷面選取的時(shí)候，對(duì)于地勢(shì)相對(duì)簡(jiǎn)單平坦的情況下，可以減少斷面的量，反之，復(fù)雜且誤差要求低的時(shí)候多選取些斷面。取斷面時(shí)斷面間距一般不等，一般取10或20m，但不大于100m。在繪制橫斷面時(shí)，還應(yīng)按比例繪制每個(gè)斷面設(shè)計(jì)地面和自然地面的輪廓線，則自然地面輪廓線與設(shè)計(jì)地面輪廓線的面積，即為填方或挖方的截面9。如圖2-7所示。圖2-7設(shè)計(jì)斷面線和原地面斷面線圖2）計(jì)算橫斷面面積幾何圖形法。按圖2-8中面積計(jì)算公式，計(jì)算每個(gè)斷面的填方或者挖方的截面積。坐標(biāo)法。一般指對(duì)一個(gè)不規(guī)則的幾何圖形,

18、測(cè)出該幾何圖形邊界轉(zhuǎn)折點(diǎn)的坐標(biāo)值,再用公式（2-12）計(jì)算10: （2-12）式中：Xi、Yi拐點(diǎn)的縱橫坐標(biāo)；N轉(zhuǎn)折點(diǎn)的數(shù)目,也即多邊形邊數(shù)；當(dāng)i+1=n+1時(shí),Xn+1=X1，Yn+1=Y1。圖解法。定義為依據(jù)實(shí)地所測(cè)的橫斷面，還有設(shè)計(jì)的斷面，然后在按照比例尺畫(huà)出斷面，最后用求積儀直接量取解算的方法。此方法簡(jiǎn)單快捷，在有條件的情況下，可以采用。圖2-8常用橫斷面面積計(jì)算公式圖3）計(jì)算土石方量按公式2-13計(jì)算得兩相鄰橫斷面間的填、挖土石方量，如圖2-9所示。圖2-9 土石方斷面示意圖 (2-13)式中：V兩斷面間的方量(m3)；A1、A2相斷面與斷面之間的填方、挖方面積(m2)；L斷面與斷面

19、之間的距離（m）。3.CASS土石方計(jì)算實(shí)例分析現(xiàn)今，隨著科技的發(fā)展，土石方的計(jì)算不像以前純手工計(jì)算，而是通過(guò)軟件處理計(jì)算，大大減輕了工作量，減少了繁瑣的計(jì)算過(guò)程，提高了土石方量計(jì)算的精度。對(duì)于土石方計(jì)算的軟件目前比較常用的就南方CASS軟件，CASS在計(jì)算土石方量的應(yīng)用中比較常用的方法有DTM法土石方計(jì)算、方格網(wǎng)法土石方計(jì)算、斷面法土石方計(jì)算和等高線法土石方計(jì)算。現(xiàn)在用Cass并根據(jù)石獅土石方收方分別對(duì)以上三種方法進(jìn)行方量的計(jì)算，并進(jìn)行分析比較。其中DTM法（根據(jù)坐標(biāo)計(jì)算、根據(jù)圖上高程點(diǎn)計(jì)算、根據(jù)圖上的三角網(wǎng)計(jì)算）、方格網(wǎng)法、斷面法是進(jìn)行場(chǎng)地平整的計(jì)算，其數(shù)據(jù)采用原始數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)標(biāo)高。對(duì)于DT

20、M法進(jìn)行兩期土方計(jì)算，采用的數(shù)據(jù)是原始數(shù)據(jù)和填挖后的現(xiàn)狀高程數(shù)據(jù)。3.1 DTM法土石方計(jì)算DTM法方量的計(jì)算是南方CASS中提供的一種非常實(shí)用的方法，它是依據(jù)實(shí)測(cè)的高程數(shù)據(jù)，建模生成三角網(wǎng)，最后利用已生成的三角數(shù)據(jù)進(jìn)行方量計(jì)算。南方CASS中DTM法方量計(jì)算總共分兩種，即根據(jù)圖上三角網(wǎng)和完全計(jì)算。根據(jù)圖上三角網(wǎng)是用地形圖上的三角形直接進(jìn)行計(jì)算，無(wú)需用新的三角網(wǎng)。還有完全計(jì)算有兩種，是根據(jù)坐標(biāo)和圖上高程點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。還有，DTM法在計(jì)算兩期土方中也應(yīng)用甚廣，其中兩期間土方計(jì)算指的是對(duì)同一區(qū)域進(jìn)行了兩期（次）測(cè)量，利用兩次觀測(cè)得到的高程數(shù)據(jù)建模后疊加，計(jì)算出兩期之中的區(qū)域內(nèi)土方的變化情況11?，F(xiàn)在

21、針對(duì)場(chǎng)地平整和兩期土方計(jì)算，結(jié)合實(shí)例對(duì)操作過(guò)程進(jìn)行分析：3.1.1根據(jù)坐標(biāo)計(jì)算1）首先先用復(fù)合線畫(huà)出要計(jì)算土方的區(qū)域邊界，一定要為閉合的復(fù)合線，不能擬合，由于擬合過(guò)的復(fù)合線在進(jìn)行土方計(jì)算時(shí)會(huì)用折線迭代，影響到計(jì)算結(jié)果的精度。2）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-選取坐標(biāo)文件-設(shè)置土方計(jì)算參數(shù)設(shè)置對(duì)話框（如圖3-1）。圖3-1 土方計(jì)算參數(shù)設(shè)置對(duì)話框區(qū)域面積該值為復(fù)合線圍成的多邊形的水平投影面積。平場(chǎng)標(biāo)高指設(shè)計(jì)要達(dá)到的目標(biāo)高程。邊界采樣間隔邊界插值間隔的設(shè)定，默認(rèn)值為20米。邊坡設(shè)置選中處理邊坡復(fù)選框后，則坡度設(shè)置功能變?yōu)榭蛇x，選中放坡的方式（向上或者向下：指平場(chǎng)高程相對(duì)于實(shí)際

22、地面高程的高低，平場(chǎng)高程高于地面高程則設(shè)置為向下放坡），然后輸入坡度值。3）設(shè)置計(jì)算參數(shù)完成后，屏幕上顯示填挖方的提示框，命令行顯示：總 填 方 =XXXX.X立 方 米 ,總 挖 方=XXX.X立 方 米同時(shí)圖上繪出所分析的三角網(wǎng)和填、挖方的分界線(白色線條)。4）關(guān)閉對(duì)話框后系統(tǒng)提示：請(qǐng)指定表格左下角位置（直接回車(chē)不繪表格），用鼠標(biāo)在圖上選擇適當(dāng)?shù)奈恢命c(diǎn)擊，CASS 7.0會(huì)在該處繪出一個(gè)表格，包含平場(chǎng)面積、最大高程、最小高程、平場(chǎng)標(biāo)高、填方量、挖方量和圖形。如圖3-2操作過(guò)程和圖3-3最終結(jié)果。圖3-2根據(jù)坐標(biāo)操作過(guò)程3-3根據(jù)坐標(biāo)計(jì)算結(jié)果3.1.2根據(jù)圖上高程點(diǎn)計(jì)算1）展點(diǎn)，計(jì)算畫(huà)出測(cè)

23、區(qū)需要計(jì)算方量的區(qū)域線，要求同根據(jù)坐標(biāo)計(jì)算。2）選擇“工程應(yīng)用”“DTM法土方計(jì)算”“依據(jù)圖上高程點(diǎn)計(jì)算”。提示：選擇邊界線必須為閉合復(fù)合線。提示：選擇高程點(diǎn)，此時(shí)可逐個(gè)選取要參與計(jì)算的高程點(diǎn)，也可拖框選擇，如果輸入“ALL”回車(chē)，將選取圖上所有已展的高程點(diǎn)，彈出土方計(jì)算參數(shù)設(shè)置對(duì)話框12，以下操作則與坐標(biāo)計(jì)算法一樣，如圖3-4和圖3-5所示。圖3-4根據(jù)圖上高程點(diǎn)操作過(guò)程圖3-5根據(jù)圖上高程點(diǎn)計(jì)算結(jié)果3.1.3根據(jù)圖上的三角網(wǎng)計(jì)算開(kāi)始依據(jù)圖上所展的高程點(diǎn)繪出三角結(jié)構(gòu)，接著對(duì)其進(jìn)行修飾調(diào)整，使產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)更能反映實(shí)際的地況。選擇“工程應(yīng)用”“DTM法土方計(jì)算”“依圖上三角網(wǎng)計(jì)算”（ 提示：平場(chǎng)標(biāo)

24、高(米):輸入平整的目標(biāo)高程）在圖上選取三角網(wǎng)，可以對(duì)三角形逐個(gè)選取也可拉框批量選取?；剀?chē)后屏幕上顯示填挖方的提示框，同時(shí)圖上繪出所分析的三角網(wǎng)、填挖方的分界線13。操作如圖3-6、計(jì)算成果圖3-7和根據(jù)圖上的三角形計(jì)算圖3-8。圖3-6 根據(jù)圖上的三角網(wǎng)的操作圖3-7 根據(jù)圖上三角網(wǎng)的計(jì)算結(jié)果圖3-8根據(jù)圖上的三角網(wǎng)計(jì)算3.1.4兩期土方計(jì)算1）方量開(kāi)始計(jì)算之前，首先將測(cè)區(qū)的原始數(shù)據(jù)和填挖后的現(xiàn)狀高程進(jìn)行各自的建模，CASS7.0中“等高線”-“建立DTM”（最好選擇由數(shù)據(jù)文件生成，在生成前對(duì)不必要的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理刪除），原始高程三角網(wǎng)和現(xiàn)狀高程三角網(wǎng)如圖3-9和3-10所示；圖3-9原始高程

25、三角網(wǎng)圖3-10現(xiàn)狀高程三角網(wǎng)2）分別保存DTM模型。CASS7.0中“等高線”-“三角網(wǎng)存取”-“寫(xiě)入文件”；3）選擇菜單“工程應(yīng)用”“DTM法土方計(jì)算” 計(jì)算兩期間土方分別選擇兩三角網(wǎng)點(diǎn)確定系統(tǒng)彈出計(jì)算結(jié)果（如圖3-11所示），操作過(guò)程圖如圖3-12所示；圖3-11兩期間土方計(jì)算成果圖3-12兩期間土方計(jì)算操作圖3.2方格網(wǎng)法土石方計(jì)算方格網(wǎng)法是計(jì)算土石方量常用的一種計(jì)算方法，CASS軟件通過(guò)方格網(wǎng)法計(jì)算土石方量，首先是將方格網(wǎng)的四個(gè)角點(diǎn)高程相加，若角點(diǎn)上沒(méi)有高程,則通過(guò)附近的點(diǎn)內(nèi)插出該角點(diǎn)的高程,取平均值與設(shè)計(jì)的高程相減，再由方格的邊長(zhǎng)得到各格網(wǎng)的面積，然后根據(jù)高程差可以計(jì)算出各方格的填

26、、挖方量，并繪制出零線位置。以下是根據(jù)石獅某收方項(xiàng)目進(jìn)行計(jì)算，CASS中的操作步驟：選擇工程應(yīng)用方格網(wǎng)法土方計(jì)算 點(diǎn)擊拾取測(cè)區(qū)的范圍屏幕上彈出計(jì)算對(duì)話框（如圖3-13所示）在框中輸入對(duì)應(yīng)的文件內(nèi)容點(diǎn)擊確定。（我們現(xiàn)在用邊長(zhǎng)為10m、20m的格網(wǎng)來(lái)進(jìn)行比較分析）提 示 :最 小 高 程 =XX.XXX,最 大 高 程=XX.XXX總 填 方 =XXXX.X立 方 米 ,總 挖 方=XXX.X立 方 米圖3-13計(jì)算對(duì)話框下面為石獅后湖場(chǎng)地平整土方計(jì)算的過(guò)程。操作為3-14、3-15所示，結(jié)果如圖3-16（10米）方格和3-17（20米）方格所示。圖3-14 10m方格操作過(guò)程圖3-16 用方格1

27、0m寬度計(jì)算的土方結(jié)果圖3-15 20m方格操作過(guò)程圖3-17 用方格20m寬度計(jì)算的土方結(jié)果3.3斷面法土石方計(jì)算斷面法一般有場(chǎng)地和道路斷面法，一下是用場(chǎng)地?cái)嗝孢M(jìn)行分析。其計(jì)算過(guò)程如下：（1）展出指定區(qū)域內(nèi)的所有高程點(diǎn)；（2）需要繪制邊界封閉線（切割邊界線），以確定垂直剖面線的方向和長(zhǎng)度，垂直剖面線的長(zhǎng)度應(yīng)與的兩端的邊界閉合線相交；(3)在軟件中繪制出縱斷面線，然后根據(jù)軟件的操作步驟生成里程文件，還有如果橫斷面線不滿(mǎn)足要求，可以進(jìn)行添加、剪切、變長(zhǎng)。（4）然后根據(jù)原有的高程數(shù)據(jù)文件和生成的里程文件，生成各個(gè)橫、縱斷面。（5）最后根據(jù)斷面圖進(jìn)行土石方計(jì)算，最后得出相應(yīng)的成果，即可完成。圖3-1

28、8斷面設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)話框生成的橫縱斷面圖和土方數(shù)量計(jì)算表如圖3-19和圖3-20所示圖3-19生成的橫縱斷面圖圖3-20土方數(shù)量計(jì)算表3.4.計(jì)算結(jié)果和比較分析3.4.1計(jì)算結(jié)果用CASS將石獅市后湖收方采集的地面高程數(shù)據(jù)，分別采用DTM法、方格網(wǎng)法和斷面法計(jì)算在相同平整面積、高程情況下土方量的大小，結(jié)果見(jiàn)表4-1、表4-2和表4-3。表3-1 DTM法計(jì)算結(jié)果DTM法根據(jù)坐標(biāo)根據(jù)圖上高程點(diǎn)根據(jù)圖上的三角網(wǎng)兩期土方采樣間（20m）20m20m20m填方量(m2)18693.118693.118615.318549.7挖方量(m2)4591.54591.54427.91708.7表3-2 方格法計(jì)算

29、結(jié)果方格邊長(zhǎng)(m)1020填方量(m2)17587.116748.3挖方量(m2)1255.51217.6表3-3 斷面法計(jì)算結(jié)果采樣間距（m）20填方量(m2)19165.2挖方量(m2)1517.6以上三個(gè)表格是在相同地區(qū)等情況下，用CASS的各個(gè)方法進(jìn)行方量計(jì)算的成果。由上面表格不難看出，相同的測(cè)區(qū)用不同的方法算出的土方量存在一定的差異，而且方格網(wǎng)法中方格邊長(zhǎng)不同也對(duì)計(jì)算成果精度產(chǎn)生影響，可想而知，采樣間距和斷面間距同樣與土石方量息息相關(guān)。其中方格邊長(zhǎng)、斷面間距、采樣間距越大，其計(jì)算的土石方量越小。3.4.2 結(jié)果分析1）DTM法從以上各成果及其操作步驟等方面比較分析， DTM的方法與其

30、它方法相比更實(shí)用、更方便、更有效，并適用于任何地形。而且DTM法還被廣泛應(yīng)用于兩期間土方計(jì)算，簡(jiǎn)單操作，越來(lái)越受青睞。DTM法土石方量計(jì)算的精度高，其精度可以從DTM生成和建立進(jìn)行分析。 DTM法計(jì)算土石方量的實(shí)際精度主要是由兩種方式?jīng)Q定，分別為對(duì)原始數(shù)據(jù)的采集誤差和高程內(nèi)插誤差。其中采集的精度受各個(gè)因素的影響，主要有來(lái)自原始數(shù)據(jù)、使用設(shè)備和人為因素等。但這種錯(cuò)誤可以采取一些措施來(lái)最小化，從而達(dá)到可允許的范圍內(nèi)。DTM法如果能避開(kāi)這些影響因素，可以在各種地形中使用，譬如地表凹凸不平、復(fù)雜的區(qū)域，還有地勢(shì)相對(duì)平坦單一的區(qū)域。2） 方格網(wǎng)法 從上面表格數(shù)據(jù)可以知道，對(duì)于方格網(wǎng)法，如果方格邊長(zhǎng)越長(zhǎng)則

31、計(jì)算結(jié)果越小。因此，對(duì)于高坡地段，方格邊長(zhǎng)就不宜過(guò)大，采取整體算量，但是如果采點(diǎn)間距大或者方格邊長(zhǎng)過(guò)大的話，這時(shí)算出的土石方量差就大，造成精度不足。對(duì)于該法，其方格網(wǎng)基本是在地形圖上并帶有等高線繪制的，還有方格角點(diǎn)高程是由等高線得出的,但地形圖上的等高線是由等高程的點(diǎn)連接而成,因此等高線并不能詳細(xì)地反映測(cè)區(qū)地形,則求出的各方格頂點(diǎn)的高程必定存在一定的誤差,還有,使用方格網(wǎng)法對(duì)于兩點(diǎn)間的坡度總是假設(shè)均勻的,但實(shí)際情況并非如此。因此，此方法一般適用于地形起伏不大，、坡度有規(guī)則，范圍較廣的場(chǎng)地。而且也適用于場(chǎng)地平坦、高差不大的地形進(jìn)行場(chǎng)地平整。還有方格網(wǎng)法不管什么地形算出的結(jié)果都和DTM法最接近，且

32、數(shù)據(jù)量小，計(jì)算速度快，所以DTM法不能使用的時(shí)候可以考慮使用方格網(wǎng)法。3） 斷面法斷面法不管是圖解法還是解析法，只要斷面繪制出來(lái)，知道兩斷面橫斷面面積后，其解算非常簡(jiǎn)單。與其他兩種相比，斷面法不適合地勢(shì)較平坦地區(qū)，適用于高差起伏大，還有相對(duì)狹長(zhǎng)的地形。由于該法對(duì)于施工范圍很大的地方，計(jì)算面積的工作量將會(huì)加大，容易錯(cuò)誤，而且大量數(shù)據(jù)容易在計(jì)算中帶來(lái)誤差，特別是地形較復(fù)雜地帶，容易造成較大的誤差，因此斷面法的使用范圍比較有限15。4.結(jié) 論以上主要對(duì)CASS中各個(gè)方法的過(guò)程及原理進(jìn)行研究，并通過(guò)石獅后湖土方收方實(shí)例進(jìn)行分析，得出各個(gè)方法的好處和弊端，指出其適用情況和注意事項(xiàng)。通過(guò)以上實(shí)例分析，可以

33、知道DTM法是計(jì)算成果最準(zhǔn)確的方法，而且容易操作不復(fù)雜，還有廣泛應(yīng)用在兩期方量計(jì)算。CASS中的DTM法計(jì)算量小、簡(jiǎn)單、能較好反映實(shí)際狀況和計(jì)算準(zhǔn)確，摒棄了其他方法的不足，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)自動(dòng)化，而且還具有較強(qiáng)的可操作性。通過(guò)以上實(shí)際工程分析，可知DTM法：1）適用于各種復(fù)雜地形，而且相比其他方法更實(shí)用、方便、有效。 2）DTM法計(jì)算兩期間土石方量計(jì)算過(guò)程中簡(jiǎn)單便捷，在實(shí)際作業(yè)中被廣泛使用。3）該法通過(guò)三角網(wǎng)建模，然后進(jìn)行方量計(jì)算，計(jì)算的成果準(zhǔn)確，而且在設(shè)計(jì)有特殊景觀或地表凹凸不平的情況下,用其他方法很難計(jì)算準(zhǔn)確。4）DTM法可以真實(shí)反應(yīng)測(cè)區(qū)的真實(shí)情況，保存原有的地形特征。5）DTM法方量計(jì)算，運(yùn)

34、用了計(jì)算機(jī)自動(dòng)化還有大量軟件，高效快速的計(jì)算使計(jì)算成果精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他方法。由上可知，其他方法需消耗大量的人力、物力，而DTM法克服了這一些弊端，使工作效率達(dá)到了最大化，因此DTM法在實(shí)際應(yīng)用中被廣泛青睞，也是大家首選的目標(biāo)，正是因?yàn)樗膬?yōu)點(diǎn)給工程帶來(lái)極大的便捷，可以提供準(zhǔn)確而且高精度工程結(jié)果。參考文獻(xiàn)1 韓華坤, 董景玲. 淺談Cass 7.0 DTM法計(jì)算土石方量J. 廣西城鎮(zhèn)建設(shè), 2011, (8): 60-62.2 聶欣. 喀斯特山區(qū)地表所得降水分析J. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2009, (8): 3532-3533.3 李芳芳，牛書(shū)平.CASS軟件在土石方計(jì)算中的應(yīng)用J. 四川建筑，20

35、10，(4)：235-236.4 王華鋒. 數(shù)字模型土方計(jì)算方法的應(yīng)用技巧J.礦業(yè)工程，2010，(5)：60 -62.5 李書(shū)全土木工程施工M上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2004.6 張光輝快速計(jì)算土方量的方法J測(cè)繪通報(bào)，1997，(5)：23-24.7 張正祿.工程測(cè)量學(xué)M.武漢：武漢大學(xué)出版社，2005，117-119.8 張正祿.工程測(cè)量學(xué)M.武漢：武漢大學(xué)出版社，2005，117-119.9 左鳳鳴，崔海波，潘持強(qiáng).工程測(cè)設(shè)中的精度分析J.黑龍江水利科技，2007，35(6)：28-29.10 羅德仁，鄒自力，湯江龍.東華理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，28(1)：59-64.11 劉富民.土地整

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