土石方測量方案2

土石方測量方案公司八月一、概述土方量的計算是建筑工程施工的一種重要環(huán)節(jié)。工程施工前的設計階段必須對土石方量進行預算,它直接關(guān)系到工程的費用概算及方案選優(yōu)。在現(xiàn)實中的某些工程項目中，因土方量計算的精確性而產(chǎn)生的糾紛也是經(jīng)常碰到的。如何運用測量單位現(xiàn)場測出的地形數(shù)據(jù)或原有的數(shù)字地形數(shù)據(jù)快速精確的計算出土方量就成了人們?nèi)找骊P(guān)心的問題。一、高程點測量及地形圖修測外業(yè)測量對土石方計算和精確性至關(guān)重要，因此在計算前應對現(xiàn)場進行實地測量，測量數(shù)據(jù)必須要格把關(guān)，務必達成規(guī)范規(guī)定。其過程按1：500地形測量規(guī)定控制并增加高程點采集。（一）作業(yè)技術(shù)根據(jù)1、《工程測量規(guī)范》（GB5002—93）（簡稱“規(guī)范”）2、《1:5001:10001:地形圖圖式》（GB/T7929—1995）3、《全球定位系統(tǒng)都市測量技術(shù)規(guī)程》（CJJ73－97）（二）導線點控制測量1、根據(jù)工程已有控制點狀況良好狀況下做導線控制測量。2、加密控制在首級控制點的基礎上按Ⅰ、Ⅱ級導線、圖根點分級進行，標志采用簡易標志，Ⅰ級導線點按Ⅰ01、Ⅰ02……進行編號，Ⅱ級導線點按Ⅱ01、Ⅱ02……流水編號，圖根點按T1、T2……流水編號。3、導線測量重要技術(shù)規(guī)定等級導線長度(km)平均邊長(km)測角中誤差(″)測距中誤差(mm)測距相對中誤差測回數(shù)方位角閉合差(″)相對閉合差DJ1DJ2DJ3一級40.5515≤1/30000_2410≤1/15000二級2.40.25815≤1/14000_1316≤1/10000三級1.20.11215≤1/7000_1224≤1/50004、控制測量的觀察均采用日本拓普康全站儀進行（已鑒定為Ⅰ級全站儀）。水平方向觀察的技術(shù)規(guī)定為：等級儀器型號光學測微器兩次重疊讀數(shù)之差(″)半測回歸零差(″)一測回中2倍照準差變動(″)同一方向值各測回較差(″)一級導線及下列DJ2—121812DJ6—18—245、Ⅰ、Ⅱ級導線點高程控制測量采用全站儀測距三角高程測量，精度按5等規(guī)定，其技術(shù)指標為儀器垂直角測回數(shù)指標差較差垂直角較差對向觀察高差較差附合或環(huán)形閉合差SET21102(對向)≤10≤1060(mm)30(mm)6、Ⅰ、Ⅱ級導線的平差計算采用《平差易》專門軟件進行（南方測繪儀器公司），平差成果以平差報告輸出。圖根點成果運用全站儀自動統(tǒng)計計算，不保存中間觀察成果。（三）GPS控制網(wǎng)觀察技術(shù)規(guī)定對工程區(qū)域控制點狀況較差的采用GPS控制網(wǎng)觀察。1、儀器選型GPS觀察采用美國Trimble公司的TrimbleGPS－5700雙頻接受機，標稱精度為5mm+1ppm。全部儀器在觀察前均按規(guī)范有關(guān)規(guī)定進行檢測。2、儀器檢查四臺套TrimbleGPS－5700雙頻接受機同國家光電測距儀檢測中心檢測，檢測項目有：靜態(tài)測量精度、靜態(tài)測量重復精度、接受機內(nèi)部噪聲水平、天線相位中心與幾何中心一致性等。檢定成果四臺套GPS雙頻接受機均合格，能夠應用于生產(chǎn)。3、GPS觀察技術(shù)規(guī)定（1）觀察采用美國Trimble公司的TrimbleGPS－5700雙頻接受機（四臺套）；（2）衛(wèi)星高度角不不大于15°，有效觀察衛(wèi)星數(shù)不不大于4顆，平均重復設站數(shù)不不大于2，獨立閉合環(huán)邊數(shù)不大于5條，同時觀察時段長度為90分鐘，數(shù)據(jù)采樣間隔為15秒，儀器對中誤差不不不大于1mm，天線高量測誤差不大于2mm；（3）作業(yè)前應編制GPS衛(wèi)星可見性預報表，選擇最佳觀察時段。根據(jù)接受機臺數(shù)，網(wǎng)形等編制作業(yè)調(diào)度表。（三）高程點地形及圖修測1、采用全站儀全野外數(shù)字采樣、用計算機配合專門軟件成圖。2、成圖圖幅普通為50cm×50cm，圖名及分幅規(guī)格根據(jù)圖式及規(guī)范分幅。3、高程點的密度以滿足土方計算、地物、地貌的測繪為原則，通視良好且地形簡樸平坦區(qū)可適宜放稀，對居民點等房屋密集區(qū)確保有足夠的點位。4、高程點及地形圖修測基本精度及規(guī)定1、基本等高距選用0.5米；2、圖根點對于起算點的平面位置中誤差不超出圖上0.1mm，高程中誤差不超出5cm；3、圖上地物點的點位中誤差按“規(guī)范”4.1.5條執(zhí)行。高程點對相鄰圖根點中的誤差按“規(guī)范”4.1.6條執(zhí)行。4、高程注記點圖上應分布均勻，每平方分米不少于8~12點。圖根、碎部點高程均取至厘米注記。鐵路、公路中心線交錯排列注記。溝渠底高程圖上注記間隔10cm，并測注溝寬。注記以分式標注，分母為溝底高程，分子為溝寬（注至分米）。并指明測定位置。獨立地物位置、檢修井蓋頂、鐵路軌道、道路交叉中心及轉(zhuǎn)彎處、河流、溝渠、塘岸邊、建筑物墻基腳、橋面、較大庭院內(nèi)、土堆頂、坑穴底、坡度變化處、坎邊等都應測注高程。5、測繪內(nèi)容及表達辦法（1）各類控制點一律按“圖示”符號表達。（2）居民地是地形圖的重要地物因素，各類建筑物及重要附屬設施應按實地輪廓精確測繪。房屋輪廓一律以墻腳外沿測繪，按其樓層、建筑物性質(zhì)、重要房屋和附加房屋分辨表達，房屋性質(zhì)按砼、磚、木劃分。砼：普通指鋼筋混凝框架構(gòu)造，磚：以鋼筋混凝土為重要建筑材料的結(jié)實房屋和以磚、木為重要建筑材料的普通房屋，這類房屋普通，簡樸房屋屋頂為瓦者，注“木”；兩層及兩層以上的房屋要加注層數(shù)。（3）獨立地物含有方位作用，一律要測繪。尤應注意一、二類方位物的施測精度，并測注高程。墳地應測繪。（4）道路測繪普通公路及鋪裝水泥路面公路，要測繪鋪面寬，并注記鋪面材料。路邊排水溝應表達。（5）永久性的電力線、通訊線、路燈及電桿位置應實測。永久性的柵欄、欄桿、籬笆均應測繪。地下管線只測繪裸露部分，檢修井實測。（6）河流、塘、堰應測繪河岸線、水涯線。水涯線按測圖時之水位測定，但應注意上下游及圖幅間的合理、協(xié)調(diào)。（7）地貌用地貌符號、高程注記及等高線表達。本區(qū)測繪等高線區(qū)域不多，故應注意加注等高線注記（示坡線、等高線高程）方便于讀圖。土堆和坑穴應予測繪。二、土石方計算高程點及數(shù)字化地形圖完畢后方進行內(nèi)業(yè)計算，根據(jù)工程采用不同計算辦法；比較經(jīng)常的幾個計算土方量的辦法有：方格網(wǎng)法、等高線法、斷面法、DTM法、區(qū)域土方量平衡法和平均高程法等。在較為平坦的平原區(qū)和地形起伏不大的場地，宜采用方格網(wǎng)法。這種辦法計算的數(shù)據(jù)量小，計算速度快，省卻了DTM法龐大的數(shù)據(jù)存儲量。

在狹長地帶，例如公路、水渠等則適宜使用斷面法進行計算土方量。

在地形起伏較大、精度規(guī)定高的某些山區(qū)則需要用到TIN的計算辦法。但是也要考慮到，如果地圖本身數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)儲存量的問題。

總之，在對土方量進行計算時，要考慮到地形特性、精度規(guī)定以及施工成本等方面的狀況，選擇適宜的計算辦法，達成最優(yōu)的目的（一）斷面法

本地形復雜起伏變化較大，或地狹長、挖填深度較大且不規(guī)則的地段，宜選擇橫斷面法進行土方量計算。

上圖為一渠道的測量圖形，運用橫斷面法進行計算土方量時，可根據(jù)渠LL，按一定的長度L設橫斷面A1、A2、A3……Ai等。

斷面法的體現(xiàn)式為(1)

在（1）式中，Ai-1，Ai分別為第i單元渠段起終斷面的填(或挖)方面積；Li為渠段長；Vi為填(或挖)方體積。

土石方量精度與間距L的長度有關(guān)，L越小，精度就越高。但是這種辦法計算量大,特別是在范疇較大、精度規(guī)定高的狀況下更為明顯;若是為了減少計算量而加大斷面間隔，就會減少計算成果的精度;因此斷面法存在著計算精度和計算速度的矛盾。

（二）方格網(wǎng)法計算

對于大面積的土石方估算以及某些地形起伏較小、坡度變化平緩的場地適宜用格網(wǎng)法。這種辦法是將場地劃分成若干個正方形格網(wǎng)，然后計算每個四棱柱的體積，從而將全部四棱柱的體積匯總得到總的土方量。在傳統(tǒng)的方格網(wǎng)計算中，土方量的計算精度不高。現(xiàn)在我們引入一種新的高程內(nèi)插的辦法，即楊赤中濾波推估法。1、楊赤中推估

楊赤中濾波與推估法就是在復合變量理論的基礎上，對已知離散點數(shù)據(jù)進行二項式加權(quán)游動平均，然后在濾波的基礎上，建立隨即特性函數(shù)和估值協(xié)方差函數(shù)，看待估點的屬性值（如高程等）進行推估。

2、待估點高程值的計算

首先繪方格網(wǎng),然后根據(jù)一定范疇內(nèi)的各高程觀察值推估方格中心O的高程值。繪制方格時要根據(jù)場地范疇繪制。

由離散高程點計算待估點高程為

（2）

其中，為參加估值計算的各離散點高程觀察值，為各點估值系數(shù)。而后進一步求得最優(yōu)估值系數(shù)，進而得到最優(yōu)的高程估值。3、挖（填）土方量區(qū)域面積的計算

如果，土方量計算的面積為不規(guī)則邊界的多邊形。那么在面積進行計算時，先對判斷方格網(wǎng)中心點與否在多邊形內(nèi)，如果在，那么就要計算該格網(wǎng)的面積，否則能夠?qū)⒃摳窬W(wǎng)面積略去。如圖3所示，首先對格網(wǎng)中心點P進行判斷，能夠采用垂線法，即過P（）點作平行于y軸向下的射線

設多邊形任意一邊的端點為，令

(1)當δ<0時，若y>，則射線與該邊有交點,否則無交點,若y=，則知P在多邊形上。

(2)當δ=0時，若x=，則當y>時，兩者有交點()，當y<時，不予考慮。當y=時，闡明P在多邊形上。若x=，辦法同上。

(3)當δ>0時，不予考慮。

對多邊形各邊進行上述判斷，并統(tǒng)計其交點個數(shù)m，當m為奇數(shù)時，則P在多邊形內(nèi)部，否則P不在多邊形內(nèi)部。

通過對圖中、點的判斷能夠懂得，位于多邊形內(nèi)，位于多邊形外。那么，所在的格網(wǎng)的面積要進行計算，而所在的格網(wǎng)的面積則能夠略去。

然后運用楊赤中濾波推估法求得的每個方格網(wǎng)的中心點的高程值與格網(wǎng)面積進行計算。即=

（3）

ij表達第i行j列的小方格網(wǎng)，a，b為格網(wǎng)的邊長，最后匯總土方量。（三）DTM法（不規(guī)則三角網(wǎng)法）

不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)是數(shù)字地面模型DTM體現(xiàn)形式之一，該法運用實測地形碎部點、特性點進行三角構(gòu)網(wǎng)，對計算區(qū)域按三棱柱法計算土方。

基于不規(guī)則三角形建模是直接運用野外實測的地形特性點(離散點)構(gòu)造出鄰接的三角形，構(gòu)成不規(guī)則三角網(wǎng)構(gòu)造。相對于規(guī)則格網(wǎng)，不規(guī)則三角網(wǎng)含有下列優(yōu)點：三角網(wǎng)中的點和線的分布密度和構(gòu)造完全能夠與地表的特性相協(xié)調(diào)，直接運用原始資料作為網(wǎng)格結(jié)點;不變化原始數(shù)據(jù)和精度;能夠插入地性線以保存原有核心的地形特性,以及能較好地適應復雜、不規(guī)則地形，從而將地表的特性體現(xiàn)得淋漓盡致等。因此在運用T1N算出的土方量時就大大提高了計算的精度。

1、三角網(wǎng)的構(gòu)建

對于不規(guī)則三角網(wǎng)的構(gòu)建在這里采用兩級建網(wǎng)方式。

第一步，進行涉及地形特性點在內(nèi)的散點的初級構(gòu)網(wǎng)。

普通來說，傳統(tǒng)的TIN生成算法重要有邊擴展法,點插入法,遞歸分割法等,以及它們的改善算法。在此僅簡樸介紹一下邊擴展法。

所謂邊擴展法，就是指先從點集中選擇一點作為起始三角形的一種端點，然后找離它距離近來的點連成一種邊,以該邊為基礎,遵照角度最大原則或距離最小原則找到第三個點,形成初始三角形。由起始三角形的三邊依次往外擴展,并進行與否重復的檢測，最后將點集內(nèi)全部的離散點構(gòu)成三角網(wǎng)，直到全部建立的三角形的邊都擴展過為止。在生成三角網(wǎng)后調(diào)用局部優(yōu)化算法,使之最優(yōu)。2、三角網(wǎng)的調(diào)節(jié)

第二步，根據(jù)地形特性信息對初級三角網(wǎng)進行網(wǎng)形調(diào)節(jié)。這樣可使得建模流程思路清晰，易于實現(xiàn)。

⑴地性線的特點及解決辦法

所謂地性線就是指能充足體現(xiàn)地形形狀的特性線地性線不應當通過TIN中的任何一種三角形的內(nèi)部,否則三角形就會“進入”或“懸空”于地面,與實際地形不符,產(chǎn)生的數(shù)字地面模型(DTM)有錯。

本地性線與普通地形點一道參加完初級構(gòu)網(wǎng)后，再用地形特性信息檢查地性線與否成為了初級三角網(wǎng)的邊，若是，則不再作調(diào)節(jié)；否則，按圖6作出調(diào)節(jié)?？傊獎毡卮_保TIN所體現(xiàn)的數(shù)字地面模型與實際地形相符。圖4在TIN建模過程中對地性線的解決

如圖4（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偏離了實際地形，因此需要對地性線進行解決，重新調(diào)節(jié)三角網(wǎng)。

圖4（b）是解決后的圖形，即以地性線為三角邊，向兩側(cè)進行擴展，使其符合實際地形。

⑵地物對構(gòu)網(wǎng)的影響及解決辦法

等高線在遭遇房屋、道路等地物時需要斷開，這樣在地形圖生成TIN時，除了要考慮地性線的影響之外，更應當顧及到地物的影響。普通辦法是：先按解決地形構(gòu)造線的類似辦法調(diào)節(jié)網(wǎng)形；然后，用“垂線法”鑒別閉合特性線影響區(qū)域內(nèi)的三角形重心與否落在多邊形內(nèi)，若是，則消去該三角形(在程序中標記該三角形統(tǒng)計)；否則保存該三角形。經(jīng)測試后，去掉了全部位于地物內(nèi)部之三角形，從而在特性線內(nèi)形成“空白地”。

⑶陡坎的地形特點及解決辦法

遭遇陡坎時，地形會發(fā)生激烈的突變。陡坎處的地形特性體現(xiàn)為：在水平面上同一位置的點有兩個高程且高差比較大；坎上坎下兩個相鄰三角形共享由兩相鄰陡坎點連接而成的邊。當構(gòu)造TIN時，只有顧及陡坎地形的影響，才干較精確的反映出實際地形。

對陡坎的解決如圖所示：圖5對陡坎的解決

如圖5（a）所示，點1~4為實際測量的陡坎上的點，每個點其實有兩個高程值，不符合實際的地形特性。在調(diào)節(jié)時將各點沿坎下方向平移了1mm，得到了5~8各點，其高程值根據(jù)地形圖量取的坎下比高計算得到。將全部的坎上、坎下點合并連接成一閉合折線，并分別擴充連接三角形，即得到調(diào)節(jié)后的圖5（b）。

3、三角網(wǎng)法計算土方量

三角網(wǎng)構(gòu)建好之后，用生成的三角網(wǎng)來計算每個三棱柱的填挖方量,最后累積得到指定范疇內(nèi)填方和挖方分界限。三棱柱體上表面用斜平面