淺析各類土方計(jì)算方法優(yōu)缺點(diǎn)

淺析各類土方計(jì)算方法優(yōu)缺點(diǎn)1.土方量計(jì)算的原理求取地表物質(zhì)體積差是土方量計(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。原始地形的表述則存在一個(gè)矛盾：地表是由無數(shù)個(gè)點(diǎn)組成的表面，而我們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)和漸變這一樸素的哲學(xué)思想在地理學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。2.土方計(jì)算方法現(xiàn)以計(jì)算土方流行軟件南方CASS軟件里所描述的土方計(jì)算方法進(jìn)行淺析。2.1

DTM法土方計(jì)算由DTM模型來計(jì)算土方量是根據(jù)實(shí)地測定的地面點(diǎn)坐標(biāo)（X，Y，Z）和設(shè)計(jì)高程，通過生成三角網(wǎng)來計(jì)算每一個(gè)三棱錐的填挖方量，最后累計(jì)得到指定范圍內(nèi)填方和挖方的土方量，并繪出填挖方分界線。DTM法土方計(jì)算共有3種方法，一種是由坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件計(jì)算，一種是依照?qǐng)D上高程點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，第三種是依照?qǐng)D上的三角網(wǎng)進(jìn)行計(jì)算。前兩種算法包含重新建立三角網(wǎng)的過程，第三種方法直接采用圖上已有的三角形，不再重建三角網(wǎng)。對(duì)于這種方法筆者以為最好運(yùn)用第三種，即建立三角網(wǎng)，然后很直觀地根據(jù)實(shí)地情況判斷三角網(wǎng)的正確性，通過修改三角形建立合理準(zhǔn)確的三角網(wǎng)，最后再通過已有三角網(wǎng)進(jìn)行計(jì)算，從而保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。2.2

用斷面法進(jìn)行土方量計(jì)算斷面法土方計(jì)算主要用于公路土方計(jì)算和區(qū)域土方計(jì)算，對(duì)于特別復(fù)雜的地方可以用任意斷面設(shè)計(jì)方法。斷面法土方計(jì)算主要有：道路斷面、場地?cái)嗝婧腿我鈹嗝?種計(jì)算土方量的方法。2.3

方格網(wǎng)法土方計(jì)算由方格網(wǎng)來計(jì)算土方量是根據(jù)實(shí)地測定的地面點(diǎn)坐標(biāo)（X，Y，Z）和設(shè)計(jì)高程，通過生成方格網(wǎng)來計(jì)算每一個(gè)方格內(nèi)的填挖方量，最后累計(jì)得到指定范圍內(nèi)填方和挖方的土方量，并繪出填挖方分界線。系統(tǒng)首先將方格的4個(gè)角上的高程相加（如果角上沒有高程點(diǎn)，通過周圍高程點(diǎn)內(nèi)插得出其高程），取平均值與設(shè)計(jì)高程相減，然后通過指定的方格邊長得到每個(gè)方格的面積，再用長方體的體積計(jì)算公式得到填挖方量。方格網(wǎng)法簡便直觀，易于操作，因此這一方法在實(shí)際工作中應(yīng)用非常廣泛。用方格網(wǎng)法算土方量，設(shè)計(jì)面可以是平面，也可以是斜面，還可以是三角網(wǎng)。這種方法只限于地勢變化平緩、無陡坎、斜坡，高程點(diǎn)密度與分布能反映真實(shí)地形條件;或者有陡坎、斜坡，但是地性線處理得當(dāng)，高程點(diǎn)密度與分布亦能反映實(shí)際地形的條件。2.4

等高線法土方計(jì)算用戶將白紙圖掃描矢量化后可以得到圖形。但這樣的圖都沒有高程數(shù)據(jù)文件，所以無法用前面的幾種方法計(jì)算土方量。一般來說，這些圖上都會(huì)有等高線，所以，南方CASS軟件開發(fā)了由等高線計(jì)算土方量的功能，專為這類用戶設(shè)計(jì)。用此功能可計(jì)算任意兩條等高線之間的土方量，但所選等高線必須閉合。由于兩條等高線所圍面積可求，兩條等高線之間的高差為已知，即可求出這兩條等高線之間的土方量。2.5

區(qū)域土方量平衡土方平衡的功能常在場地平整時(shí)使用。當(dāng)一個(gè)場地的土方平衡時(shí)，挖掉的土石方剛好等于填方量。以填挖方邊界線為界，從較高處挖得的土石方直接填到區(qū)域內(nèi)較低的地方，就可完成場地平整。這樣可以大幅度減少運(yùn)距，從而使工程費(fèi)用最省?；谝陨纤?，筆者以為土方計(jì)算從原理上分為3種：即方格法土方計(jì)算、DTM法土方計(jì)算、斷面法土方計(jì)算。3.土方計(jì)算流程場地分析———地形實(shí)測資料分析———設(shè)計(jì)資料分析———施工方法分析———選擇土方計(jì)算方法———依據(jù)軟件設(shè)計(jì)程序進(jìn)行土方計(jì)算———設(shè)計(jì)施工圖紙———土方計(jì)算報(bào)告。4.主要應(yīng)用軟件介紹可以用于土方量計(jì)算的軟件可以分成兩大系列：AutoCAD系列;遙感和GIS系列。前者代表傳統(tǒng)和成熟技術(shù)，仍是主流，這與AutoCAD圖形文件格式是當(dāng)前國內(nèi)測繪產(chǎn)品的通用格式文件有關(guān);后者是在土方量計(jì)算領(lǐng)域是新興技術(shù)，應(yīng)用前景廣闊。4.1

AutoCAD系列可以在AutoCAD中直接編程解決土方量計(jì)算問題，也可以開發(fā)出計(jì)算土方量的應(yīng)用軟件，杭州家園科技有限公司開發(fā)的HTCAD軟件就是其中之一。專業(yè)測繪軟件南方CASS提供了功能強(qiáng)大的土方量計(jì)算模塊，是目前最具代表性的基于AutoCAD計(jì)算土方量的技術(shù)。以南方CASS8.0為例，它提供了DIM法、斷面法、方格網(wǎng)法、等高線法和區(qū)域土方量平衡計(jì)算五種功能模塊。4.2

遙感和GIS系列遙感和GIS軟件以ERDAS和ArcGIS最具代表性。利用遙感軟件ERDAS的SpatialModeler模塊，通過對(duì)遙感圖像的處理建立數(shù)字高程模型，基于格網(wǎng)法對(duì)土地整理中進(jìn)行土方量計(jì)算。利用ArcGIS進(jìn)行了土方量計(jì)算，是從地統(tǒng)計(jì)的角度出發(fā)，以GeostatisticalAnalyst模塊為平臺(tái)，通過克里格法空間插值建立DEM，基于格網(wǎng)法進(jìn)行了土方量計(jì)算。5.關(guān)于傳統(tǒng)的方格法、斷面法與三角法土方計(jì)算方法的比較：5.1

方格網(wǎng)法對(duì)于大面積的土石方估算以及一些地形起伏較小、坡度變化平緩的場地適宜用格網(wǎng)法。這種方法是通過實(shí)測資料將場地劃分成若干個(gè)正方形格網(wǎng)，然后將高程值內(nèi)插到每個(gè)正方形頂點(diǎn)，從而通過計(jì)算所有四棱柱的體積，求和得出總的土方量。5.2

斷面法采用相鄰兩斷面的面積和其間距計(jì)算土石方量的，適用于地形為狹長地帶的土地平整測量，特別是線路的土方測量，但計(jì)算的數(shù)據(jù)格式要符合計(jì)算軟件的要求，增加不少工作量。5.3

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表現(xiàn)形式之一，該法利用實(shí)測地形碎部點(diǎn)、特征點(diǎn)進(jìn)行三角構(gòu)網(wǎng)，對(duì)計(jì)算區(qū)域按三棱柱法計(jì)算土方。相對(duì)于規(guī)則格網(wǎng)，不規(guī)則三角網(wǎng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：三角網(wǎng)中的點(diǎn)和線的分布密度和結(jié)構(gòu)完全可以與地表的特征相協(xié)調(diào)，直接利用原始資料作為網(wǎng)格節(jié)點(diǎn);不改變?cè)紨?shù)據(jù)和精度;能夠插入地性線以保存原有關(guān)鍵的地形特征;能很好地適應(yīng)復(fù)雜、不規(guī)則地形，從而將地表的特征表現(xiàn)得很真實(shí)等。因此利用TIN算出的土方量就大大提高了計(jì)算的