土方量计算方法的比较与研究 - 图文

太原理工大学阳泉学院

毕业设计说明书

毕业生姓名 ： 侯生辉 专业 ： 测绘工程 学

号 ：

0504111005 指导教师 : 张世强 所属系（部） ：

资源开发系

二〇〇九年五月

I

太原理工大学阳泉学院

毕业设计评阅书

题目： 土方量计算方法的比较与研究

资源 系 测绘工程 专业 姓名 侯生辉

设计时间：200 9年 3月 24日--2009 年 6 月 1 日

评阅意见：

成绩：

指导教师： （签字）

职 务：

200 年 月 日

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毕业设计答辩记录卡

资源 系 测绘工程 专业 姓名 侯生辉

答 辩 内 容

问 题 摘 要 评 议 情 况 记录员： （签名）

成 绩 评 定

指导教师评定成绩 答辩组评定成绩 综合成绩 注：评定成绩为100分制，指导教师为30%，答辩组为70%。

专业答辩组组长： （签名）

200 年 月 日

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摘 要

土方量计算的基本方法有断面法、方格网法、等高线法及基于数字高程模型 (DEM )法。在实际生产应用中 ,不同的方法计算的同一场地土方量数量相差较大 ,所以不同方法土方计算精度不同 ,适用范围也不一样。本文基于对工程土方量计算中的断面法、方格网法、等高线法及基于数字高程模型 (DEM )法的基本原理、方法和优缺点比较分析 ,从理论上讨论它们的适用范围、条件及精度分析。结果表明 , DEM法适用于所有场地 ,且精度较高 ,方格网法只适用于平坦场地 ;断面法适用于特别复杂的狭长带状地形场地。

关键词: 土方量 ;断面法 ;方格网法 ;等高线法 ;数字高程模型

Abstract

There are Transect, Table, Contours and Digital ElevationModel severalmethods for earthwork calcula2tion in civil engineering. Practically the dissimilarity calculation method has obvious different quantity and accura2cy and different app lication range. Their princip le,means and excellent and shortcoming are discussed,And theirp racticality range, condition and precision are analyzed theoretically. The result shows that the DEM is app licable to all fields and with higher precision. Table is app licable to the flat field only; The transect is app licable to long and narrow comp licated terrain.

KeyWords: earthwork; transect; table; contours;Digital ElevationModel

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目 录

第一篇 土方量计算方法的比较与研究1

第一章 土方工程概述 ..................................................................................................... 1

第一节 土方工程的基本知识 .................................................................................... 1 第二节 土方量计算的基本方法 ................................................................................ 6 第二章 数字化地形图 ..................................................................................................... 8

第一节 地形图收集 .................................................................................................. 8

第二节 地形图数字化 .............................................................................................10 第三节 土方量计算的数据准备 ...............................................................................13 第三章 断面法 ...............................................................................................................14

第一节 断面法土方量计算的原理及方法 .................................................................14 第二节 运用CASS 7.0 进行断面法土方量计算的操作步骤 ......................................16 第四章 方格网法 ...........................................................................................................34

第一节 方格网法土方量计算的原理及方法 ..............................................................34 第二节 运用CASS 7.0 进行方格网法土方量计算的操作步骤...................................40 第五章 等高线法 ...........................................................................................................42

第一节 等高线法土方量计算的原理及方法 ..............................................................42 第二节 运用CASS 7.0 进行等高线法土方量计算的操作步骤...................................43 第六章 数字高程模型 (DEM )法.....................................................................................44

第一节 数字高程模型 (DEM )法土方量计算的原理及方法 .......................................44 第二节 运用CASS 7.0 进行DEM法土方量计算的操作步骤 ......................................46 第七章 锁簧镇新农村土方量计算 ...................................................................................50

第一节 测区资料与设计方案 ...................................................................................50

第二节 作业实施 ....................................................................................................52 第三节 内业土方量计算 ..........................................................................................58 第四节 计算结果与分析 ..........................................................................................61 第五节 结论 ...........................................................................................................63

第二篇 程序设计67 67

第一节 后方交会简介 .............................................................................................67 第二节 程序代码介绍 .............................................................................................67 第三节 实践 ...........................................................................................................73

第三篇 程序设计67

外文文献 ................................................................................................................................79 中文译文 ................................................................................................................................82 参考文献 ................................................................................................................................78

致谢 .......................................................................................................................................85

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第一篇 土方量计算方法的比较与研究

第一章 土方工程概述

在各种工程建设如铁路、公路、港口、城市规划等中，土方量计算是土地整理项目规划设计和项目审查的重要内容之一，土方量的大小与土地整理项目的投资直接相关，不同的计算方法结果相差悬殊，因此准确快速地计算土方量对开展规划设计、控制总投资及分配资金具有重要意义。这几年，土地开发整理工作逐步走向规范化的轨道，但土方量计算仍然没有一套系统的规范标准可供遵循。目前的设计工作中，土方量计算普遍简单粗糙，土方量统计的随意性较大，对预算编制和预算管理工作造成较大影响，已成为项目审查工作中需要迫切解决的一个技术难题。因此，需要对土方量计算方法进行比较研究。 本文对传统常规计算土方量的方法原理、应用范围、计算步骤、及注意问题等进行了对比分析，研究并总结常规方法的不足及在土地整理项目规划设计和项目审查实际工作中土方计算存在的问题，指出常规方法应用于土地整理项目规划设计和项目审查工作的不适宜性。 为了解决土地整理项目规划设计和项目审查工作中土方计算的实际问题。为此，本文对工程土方量计算中的断面法、方格网法、等高线法及基于数字高程模型 (DEM )法的基本原理、方法和优缺点进行比较分析 ,从理论上讨论它们的实用范围、条件及精度分析，进而提出存在的问题和结论。

第一节 土方工程的基本知识

一 土方施工的基本知识

建筑用地设计地形的实现必然要依靠土方施工来完成.任何建筑物,构筑物,道路及广场等工程的修建,都要在地面作一定的基础,挖掘基坑,路槽等,这些工程都是从土方施工开始的.在建筑地形的利用,改造或创造,如挖湖堆山,平整场地都要依靠动土方来完成. 土方工程量,一般来说在建筑中是一项大工程,而且在建筑中它又是先行的项目.它完成的速度和质量,直接影响着后继工程,所以它和整个建设工程的进度关系密切. 土方工程的投资和工程量一般都很大.有的大工程施工期很长.如上海植物园,由于地势过低,需要普遍垫高,挖湖堆山,动土量近百万方,施工期从1974一l980年断断续续前后达6—7年之久.为了使工程能多快好省地完成,必须做好土方工程设

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计和施工安排.

㈠ 土方工程的种类及其施工要求

土方工程根据其使用期限和施工要求,可分为永久性和临时性两种,但是不论是永久性还是临时性的土方工程,都要求具有足够的稳定性和密实度,使工程质量和艺术造型都符合原设计的要求.同时在施工中还要遵守有关的技术规范和原设计的各项要求,以保证工程的稳定和持久.

㈡ 土壤的工程性质及工程分类

土壤的工程性质对土方工程的稳定性,施工方法,工程量及工程投资有很大关系,也涉及到工程设计,施工技术和施工组织的安排.因此,对土壤的这些性质要进行研究并掌握它,以下是土壤的几种主要的工程性质:

⒈土壤的容重 单位体积内天然状况下的土壤重量,单位为kg/m3,土壤容重的大小直接影响着施工的难易程度,容重越大挖掘越难,在土方施工中把土壤分为松土,半坚土,坚土等类,所以施工中施工技术和定额应根据具体的土壤类别来制定.

⒉土壤的自然倾斜角(安息角) 土壤自然堆积,经沉落稳定后的表面与地平面所形成的夹角,就是土壤的自然倾斜角,以°表示.在工程设计时,为了使工程稳定,其边坡坡度数值应参考相应土壤的自然倾斜角的数值,土壤自然倾斜角还受到其含水量的影响. 土方工程不论是挖方或填方都要求有稳定的边坡.进行土方工程的设计或施工时,应该结合工程本身的要求(如:填方或挖方,永久性或临时性)以及当地的具体条件(如:土壤的种类及分层情况,压力情况等)使挖方或填方的坡度合乎技术规范的要求,如情况在规范之外,则须进行实地测试来决定.

⒊土壤含水量 土壤的含水量是土壤孔隙中的水重和土壤颗粒重的比值.土壤含水的多少对土方施工的难易有直接的影响,还影响到土壤的稳定性.土壤含水量过小,土质过于坚实,不易挖掘;含水量过大,土壤易泥泞,土壤稳定性降低,也不利于施工.一般土壤含水量在5%以内称干土,在30%以内称潮土,大于30%的称湿土.

⒋土壤相对密实度 用来表示土壤填筑后的密实程度.设计要求的密实度可以采用人力夯实或机械夯实.一般采用机械压实,其密实度可达95%,人力夯实在87%左右.大面积填方如堆山等,通常不加夯压,而是借土壤的自重慢慢沉落,久而久之也可达到一定的密实度.

⒌土壤的可松性 土壤经挖掘后,其原有紧密结构遭到破坏,土体松散而使体积增加的性质.这一性质以土方工程的挖土和填土量的计算以及运输等都有很大关系.

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二 土方施工的步骤

在建设施工中,由于土方工程是一项比较艰巨的工作,所以准备工作和组织工作不仅应该先行,而且要做周全仔细,否则因为场地大或施工点分散,容易造成窝工甚至返工,而影响工效. 土方工程施工的内容和步骤大致如下.

㈠准备工作三步骤

准备工作主要包括清理场地,排水,定点放线三个步骤. ⒈清理场地

在施工地范围内,凡有碍工程的开展或影响工程稳定的地面物或地下物都应该清理,例如不需要保留的树木,废旧建筑物或地下构筑物等.

①伐除树木,凡土方开挖深度大于50cm,或填方高度教小的土方施工,现场及排水沟中的树木必须连根拔除,清理树墩除用人工挖掘外,直径在50cm以上的大树应慎之又慎,凡能保留者尽量设法保留.因为老树大树,特别难得.

②建筑物和地下构筑物的拆除,应根据其结构特点进行工作,并遵照《建筑工程安全技术规范》的规定进行操作.

③如果施工场地内的地面地下或水下发现有管线通过或其他异常物体时,应事先请有关部门协同查清,未查清前,不可动工,以免发生危险或造成其他损失.

⒉排水 场地积水不仅不便于施工,而且也影响工程质量,在施工之前,应设法将施工场地范围内的积水或过高的地下水排走.

①排除地面积水 在施工之前,根据施工区地形特点在场地周围挖好排水沟(在山地施工为防山洪,在山坡上应做截洪沟).使场地内排水通畅,而且场外的水也不致流入.

②地下水的排除 排除地下水方法很多,但一般多采用明沟,引至集水井,并用水泵排出.一般按排水面积和地下水位的高低来安排排水系统,先定出主干渠和集水井的位置,再定支渠的位置和数目,土壤的含水量大的要求排水迅速的,支渠分布应密些,其间距约1.5m左右,反之可疏些.在挖湖施工中应先挖排水沟,排水沟的深度,应深于水体挖深.沟可一次挖掘到底,也可以依施工情况分层下挖,采用哪种方式可根据出土方向决定.

⒊定点放线 在清场之后,为了确定施工范围及挖土或填土的标高,应按设计图纸的要求,用测量仪器在施工现场进行定点放线工作,这一步工作很重要,为使施工充分表达设计意图,测设时应尽量精确.

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①平整场地的放线 用经纬仪将图纸上的方格测设到地面上,并在每个交点处立桩木,边界上桩木依图纸要求设置.

桩木的规格及标记方法,侧面平滑,下端削尖,以便打图土中,桩上应表示出桩号(施工图上方格网的编号)和施工标高(挖土用\号,填土用\号).

②自然地形的放线 挖湖堆山,首先确定堆山或挖湖的边界线,但这样的自然地形放到地面上去是较难的;特别是在缺乏永久性地面物的空旷地上,在这种情况下应先在施工图上画方格网,再把方格网放大到地面上,而后设计地形等高线和方格网的交点一一标到地面上并打桩,桩木上也要表明桩号及施工标高.堆山时由于土层不断升高,桩木可能被土埋没,所以桩的长度应大于每层的标高,不同层可用不同颜色标志,以便识别.另一种方法是分层放线,分层设置标高桩.这种方法适用于较高的山体. 挖湖工程的放线工作和山体的放线基本相同,但由于水体挖深一般较一致,而且池底常年隐没在水下,放线可以粗放些,但水体低部应尽可能整平,不留土墩,这对养鱼捕鱼有利.岸线和岸坡的定点放线应该准确,这不仅因为它是水上部分,有关造景,而且和水体岸坡的稳定有很大关系.为了精确施工,可以用边坡样板来控制边坡坡度. 开挖沟槽时,用打桩放线的方法,在施工中桩木容易被移动甚至被破坏,从而影响了校核工作.所以,应使用龙门板.龙门板的构造简单,使用也很方便.每隔30~100m设龙门板一块,其间距视沟渠纵坡的变化情况而定.板上应标明沟渠中心线位置,沟上口,沟底的宽度等.板上还要设坡度板,用坡度板来控制沟渠纵坡. 三 土方施工技术环节

土方施工包括挖,运,填,压四个技术环节.其施工方法可采用人力施工,也可用机械化或半机械化施工.这要根据场地条件,工程量和当地施工条件决定.在规模较大,土方集中的工程中,采用机械化施工较经济;但对工程量不大,施工点较分散的工程或因受场地限制,不便采用机械施工的地段,应该用人力施工或半机械化施工,以下按上述四个内容简单介绍. ㈠ 土方的施工

⒈人力施工 施工工具主要是锹,镐,钢钎等.人力施工不但要组织好劳动力,而且要注意安全和保证工程质量.在挖土方时施工者要有足够的工作面,一般平均每人应有4-6m2;附近不得有重物及易蹋落物;随时注意观察土质情况,要有合理的边坡.必须垂直下挖者,松软土不得超过0.7m,中等密度者不超过1.25m,坚硬土不超过2m,超过以上数值的需要设支撑板.挖方时工人不得在土壁下向里挖土,以防坍塌;而在坡上或坡

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顶施工者,要注意坡下情况,不得向坡下滚落重物.施工中保护基桩,龙门板或标高桩. ⒉机械施工 有推土机,挖土机等.在园林施工中推土机应用较广泛.例如,在挖掘水体时,以推土机推挖,将土推至水体四周,再行运走或堆置地形,最后岸坡用人工修整.用推土机挖湖堆山,效率高,但应注意以下几个方面:推土机手应识图或了解施工对象的情况.在动工之前应向推土机手介绍拟施工地段的地形情况及设计地形的特点,最好结合模型讲解,使之一目了然.另外,施工前还要了解实地定点放线情况,如桩位,施工标高等.这样施工起来司机心中有数,施工时就能得心应手地按照设计意图去塑造地形.这一点对提高施工效率有很大关系,这一步工作做得好,在修饰山体或水体时便可以省去许多劳动物力.注意保护表土.在挖湖堆山时,先用推土机将施工地段的表层熟土(耕作层)推到施工场地外围,待地形整理停当,再把表土铺回来,这样做比较麻烦,但是公园的植物生长却有很大好处.有条件之处应该这样做.桩点和施工放线要明显.因为推土机施工进进退退,其活动范围较大,施工地面高低不平,加上进车或退车时司机视线存在某些死角,所以桩木和施工放线容易受破坏.为了解决这一问题: 第一,应加高桩木的高度,桩木上可做醒目标志,如挂小彩旗或木桩上涂明亮的颜色,以引起施工人员的注意;

第二,施工期间,施工人员应经常到现场,随时随地用测量仪器检查桩点和放线情况,掌握全局,以免挖错(或堆错)位置. ㈡ 土方的运输

一般竖向设计都力求土方就地平衡,以减少土方的搬运量.土方运输是较艰巨的劳动,人工运土一般都是短途的小搬运.车运人挑,这在有些局部或小型施工中还经常采用.

运输距离较长的,最好使用机械或半机械化运输.不论是车运人挑,运输路线的组织都很重要,卸土地点要明确,施工人员随时指点,避免混乱和窝工.如果使用外来土围地堆山,运土车辆应设专人指挥,卸土的位置要准确,否则乱堆乱卸,必然会给下一步施工增加许多不必要的小搬运,造成人力物力的浪费. ㈢ 土方的填筑

填土应该满足工程的质量要求,土壤的质量要根据填方的用途和要求加以选择,在绿化地段土壤应满足种植植物的要求,而作为建筑用地则以要求将来地基的稳定为原则.利用外来土壤围土堆山,对土质应该先验定后放行,劣土及受污染的土壤,不应放入园内以免将来影响植物的生长和妨害游人的健康.

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大面积填方应该分层填筑,一般每层20-50cm,有条件的应层层压实;在斜坡上填土,为防止新填土滑落,应先把土坡挖成台阶状,然后再填方.这样可以保证新填土方的稳定. 辇土或挑土堆山,土方的运输路线和下卸,应以设计的山头为中心结合来土方向进行安排,一般以环形为宜,车辆或人挑满载上山,土卸在路两侧,空载的车(人)沿路线继续前行下山,车(人)不走回头路不交叉穿行,所以不会顶流拥挤.随着卸土的进行,山势逐渐升高,运土路线也随之升高,这样既使人流有序,又使土山分层上升,部分土方边卸边压实,这不仅有利于山体的稳定,山体表面也较自然.如果土源有几个来向,运土路线可根据设计地形特点安排几个小环路,小环路以人流车辆不相互干扰为原则. ㈣ 土方的压实

人力夯压可用夯,碾等工具;机器碾压可用碾压机或用拖拉机带动的铁碾碾压.小型的夯压机械有内燃夯,蛙式夯等.

为保证土壤的压实质量,土壤应该具有最佳含水率.如土壤过分干燥,需先洒水湿润后再行压实.

在压实工作中应该注意以下几点. ①压实工作必须分层进行. ②压实工作要注意均匀.

③压实松土时夯压工具应先轻后重.

④压实工作应自边缘开始逐渐向中间收拢.否则边缘土方外挤易引起坍落.

土方工程,施工面较宽,工程量大,施工组织工作很重要,大规模的工程应根据施工力量和条件决定,工程可全面铺开也可以分区分期进行.

施工现场要有人指挥调度,各项工作要有专人负责,以确保工程按期按计划高质量地完成

第二节 土方量计算的基本方法

在工程建设中，常需要将自然地貌改造为水平的或者一个、几个坡度的场地，以便适于布置各类建筑物和构筑物。土方量的大小与工程的投资直接相关，因此准确、快速地计算土方量对开展规划没计、控制总投资及分配资金具有重要意义。土方量的}f‘算方法有IYI3Vl法、方格网法、等高线法、断面法、区域土方量平衡法和平均高程法等。

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一 断面法

在地形变化较大、场地狭窄的带状地区，可以用断面法计算土石方量。沿场地ABCD中央设一轴线U，每隔一定距离 设横断面1—1、2—2、3—3等。间距越小，计算土石方量精度越高。按等高线法确定场地平均地面高程H，然后按设计坡度确定每一断面处的设计高程和地面高程之差绘制地形图。 二 方格网法

大面积的土石方估算常用该法，适用于地形起伏较小、坡度变化平缓的场地。 ㈠ 绘方格网，并求格网点高程。根据场地范围绘制方格网。格网的大小根据地形复杂程度、地形网的比例尺、施工精度要求而定。一般人工施工多采用10 m310 m、20 320nl的方格；机械施工时多采用50m350m的方格，并进行编号。由等高线内插出每一斤格顶点的地面高程，标注在相应顶点的右上方。

㈡ 确定场地平整的设计高程。该步骤也可根据甲方要求来定。水平面的设计高程等于场地地面高程的平均值，即根据方格顶点的地面高程及其在计算每格平均高程时用到的总次数求权平均值，

㈢ 计算挖、填方高度。计算各方格顶点处的挖、填高度。用方格顶点高程减去设计商程，得每一方格点的挖、填方高度。

㈣ 计算挖、填土石方量。实际计算时，可按方格依次计算。土石方量等于挖方面积(或填方面积)乘以平均挖、填方高度。若格内既有填方又有挖方则分别求之，然后再计算挖方量总和和填方量总和。挖、填土石方量的计算也可根据角点、边点、拐点和中心点的挖、填方高度，分别代表1／4、2／4、3／4、1方格面积的平均挖、填方高度，按下式分别计算：

角点：挖(填)方高度h31／4方格面积 边点：挖(填)方高度h32／4方格面积 拐点：挖(填)方高度h33／4方格面积 中心点：挖(填)方高度h3l方格面积

计算出各点的_T程量后，再分别计算挖方量和填方量总和，填、挖方工程量应大致相等。 三 等高线法

当地面起伏较大、坡度变化较多时，可采用等高线法估算土石方量，在地形图精度较高时更为合适。等高线法的工作内容与步骤和方格法大致相同，不同之处在于计

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算场地平均高程的方法。其场地平均高程的计算方法如下：在地形图上用求积仪或其他面积量测方法按等高线分别求出它们所包围的面积，相邻等高线所围起的体积可近似看成为台体，其体积为相邻等高线各自围起而积之和的平均值乘上2条等高线问的高差，得到各等高线间的土石方量；然后再求全部相邻等高线所围起体积的总和，当设计高程求出之后，后续的计算工作可按方格法或断面法进行。 四 DTM法

由DTM模型(数字地面模型)来计算土方量是根据实地测定的地面点坐标( x，y，z)和没计高程，通过生成三角网来计算每个三棱柱的填挖方员，最后累积得到指定范围内填方和挖方分界线。

第二章 数字化地形图

将地形图原罔数字化是测绘数字地形图的方法之一，而在地形图数字化过程中，怎样实现绘图自动化，是测绘生产中广泛关注的问题。目前，1：500、1：1 000大比 例尺地形图的数字化技术已日臻成熟，l：5 000 和1：10 000中比例尺地形图数字化的研究也日趋深入。我们以大比例尺地形图数字化为基础，对中比例尺地形图的数字化方法进行了分析和研究

第一节 地形图收集

地形图是表示地形、地物的平面图件，是用测量仪器把实际测量出来，并用特定的方法按一定比例缩绘而成的。它是地面上地形和地物位置实际情况的反映。

符地形图上表示地形的方法很多，最常用的是以等高线表示地形起伏，并用特定的号表示地物，一般的地形图都是由等高线和地物符号所组成。

地形图还对野外工作具有重要意义，因为借助地形图可对一个地区的地形、地物、自然地理等情况有初步的了解，甚至能初步分析判断某些情况，地形图还可以帮助我们初步选择工作路线，制定工作计划。 一 地形图的收集与测制

数字化地形测图是在现代机助制图技术支持下发展起来的高新测图技术。具体讲就是，以传统的测图原理为基础，采用数据库技术和图形及数字处理方法，实现地图

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信息的获取、变换、传输、识别、存贮、处理、显示、编辑修改和计算机绘图。与传统白纸测图相比，全数字地形测图不仅仅是方法的改进，而是技术本质的飞跃。

数字化地形测图主要作业过程分为四个步骤：控制测量、数据采集、数据处理及地形图的数据输出(打印图纸、提供软盘等)。

现就我们的作业方式详述如下：在数字测图工作中，控制测量的工作与传统的 控制测量相比非常简便。首先在测区范围内布设GPS加密控制网，一般以三个互相通视的GPS点为一组，每组GPS点之间的距离以不超过2公里为宜。每组GPS点之间以全站仪附合导线相连，由于这样的导线点精度高、密度大，它们兼有高级控制点和图根点的作用。最后再根据碎部测量的实际需要在已有控制点的基础上施测闭合导线和支导线(由于缺乏检合，最好不要多于2站)作为图根点使用。高程控制测量根据实际需要先进行精度估算，然后再结合平面控制网的布设，灵活组合应用三、四等水准测量、GPS高程拟合、全站仪三角高程等方法施测。数字化测图的碎部测量用全站仪进行，将全站仪与测图精灵用数据传输电缆连接在一起，点击测图精灵可以控制全站仪测量镜站坐标并记录下来。我们一般采用“草图法”模式，现场绘制草图，室内用测点点号定位方法绘制成图。“草图法”工作方式要求外业工作时，除了测量员和跑尺员外，还要安排一名绘草图的人员。在跑尺员跑尺时，绘图员要和测量员及时联系，标注出所测的是什么地物(属性信息)及记下所测点的点号(位置信息)。“草图法”工作方式在测量每一个碎部点时不用在电子手簿或全站仪里输入地物编码，故又称为“无码方式”。进行碎部测量时，对于比较开阔的地方，在一个制高点上可以测完大半幅图，就不要因为距离“太远”(其实也不过五、六百米)而忙于搬站。对于比较复杂的地方，也不要因为“麻烦”(其实也浪费不了几分钟)而不愿搬站，要充分利用电子手簿的优势和全站仪的精度，因为测一个支导线点是很容易的。数字化测图一般以路、河、山脊等为界线，以自然地块进行分块测绘。当所测地物比较复杂时，例如村庄内部，为了减少镜站数，提高效率，可用皮尺丈量方法测量，室内用交互编辑方法成图。如果测点的高程不参加高程模型的计算，使用测图精灵采集时，则要在同步采集面板下把“不参加建模”选项选上，这样，待测点的高程就自动为零了。在进行地貌采点时，在地性线上要有足够密度的点，特征点也要尽量测到。例如在沟底测了一排点，也应该在沟边再测一排点，这样生成的等高线才真实；而在测量陡坎时，最好坎上坎下同时测点，这样生成的等高线才没有问题。在其它地形变化不大的地方，可以适当放宽采点密度。外业数据采集完成后，下一步是将坐标数据和图形数据传输到微机中，用

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CASS7.0进行绘图。在CASS7.0软件环境下，可实时地将地物定位点和邻近地物(形)点显示在当前图形编辑窗口中，操作十分方便。根据野外作业时绘制的草图，移动 鼠标至屏幕右侧菜单区选择相应的地形图图式符号，然后在屏幕中将所有的地物绘制出来。系统中所有地形图图式符号都是按照图层来划分的，例如所有表示测量控制点的符号都放在“控制点”这一层，所有表示独立地物的符号都放在“独立地物”这一层，所有表示植被的符号都放在“植被园林”这一层。 二 地形图的比较

要对大比例尺地形图和中比例尺地形图进比较和分析，就要比较中比例尺地 形图与大比例尺地形图的不同点：

1)独立地物的表示不同。有些大比例尺地形图上需表示的独立地物，在中比例尺地形网上被省略或采取其他方法表示，例如路灯、下水井等点状地物因在中比例尺 地形图上不再单独表示，故无须再研究；有一部分相近的独立地物则以统一的符号来表示；另有一些独立地物，其符号表示有部分变化；而绝大部分独立地物符号其大小 发生了变化。

2)对于线状地物来说，在中比例尺地形图中绘制已变得较为简单。由于比例尺相对较小，有些线状地物的宽度已不再考虑，直接以单线表示；有的符号表示不再细 化，而将相近的线状地物以统一的符号表示。

3)采用不同的分幅方法和编号方法。中比例尺地形图采用梯形分幅法，分幅以1：1 000 000地形图为基础，编号时1：10 000地形图经差为3 45 、纬差2 3O”，比例尺代码为“G”；1：5 000地形图经差为l 52．5 、纬差1 15”，比例尺代码为“H”。

4)图廓绘制不同。中比例尺地形图是按经纬度进行的梯形分幅，4个角点以大地坐标系的经纬度来定位，上下和左右图廓互不平行，坐标格网线与图廓线相交的情 所示)。况各不相同。在内图廓外四角处注记经纬度，靠近坐标网线处注记公里数等。

第二节 地形图数字化

现代科学技术的发展，特别是计算机、GPS、垒站仪的广泛应用，为测绘图件数 字化创造了有利条件，一般说来，实现测绘图件数字化的方法主要有以下三种：

1)、野外数据采集数字化 2)、内业航测测图数字化；

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3)、内业对地形原图或已有地形图数字化

前两种方法具有数据采集精度高，成图周期短优点，是今后发展数字化成图的方向，但由于受到设备投资大，对人员素质要求高，软件的适用性差及传统观念和做法的束缚和制约，难以形成规模或普及。而对地形原图进行数字化，则县有投资少、效率高、易于推广的优点，符合中国国情，对资金设备有限，难以一步到位的单位无疑是一条捷径。对太量已有的地形图进行数字化，这种方法只能是唯一的选择 一 纸质图的矢量化

矢量化是将栅格图像转换为矢量图像的过程，现在一般都采用人机交互与自动跟踪相结合的方法在屏幕上完成栅格式数字图的矢量化，故又称屏幕数字化。

将纸质地图转成数字化地图有3种方法

一是用数字化仪或计算机屏幕进行矢量化，也称为手扶跟踪数字化； 二是扫描；

三是对地图中线状要素进行提取。

经过多年的比较研究发现，扫描矢量化比手扶跟踪数字化更好，能够更好地避 免由于疲劳或粗心引起的人为错误。扫描文件必须经过矢量化(即将栅格线转化为矢量线)的跟踪描绘过程，才算完成数字化。不过它是一门有关计算机科学、数字图像处理、计算机视觉、模式识别、人工智能和地图制图等学科的综合技术，国内外已经作了大量的相关研究，但由于地图要素本身的复杂性和相关技术还不够成熟，该技术的发展还处于探索阶段。但就从国内外的研究现状来看，目前的扫描地图自动矢量化一般都试图通过以下几个步骤来完成：①影像分割和要素提取；②特征提取和要素识别；③矢量化。对于这几个步骤，国内外都取得了不同程度的进展，但对于一些细节问题，有的虽然方法很多，但并不都适用于地图要素的情况(比如细化和边界提取)，需要对其中某个方法经过补充和改进才能满足扫描地图自动矢量化的需要。 随着地理信息系统产业的蓬勃发展，基础地理信息质量控制日益受到广泛重视，作为基础地理信息数据来源重要手段的地图扫描数字化，由于速度快、精度高，已成为地图数字化的主流。由此而产生的矢量化软件有很多，市场上常见的矢量化专业软件有德国Softelec公司的VPStudio，Able公司的R2v、澳大利亚的Provec、德国的VPmax、清华三维及武汉大学自主开发的软件。此外还有具有矢量化功能的相关GIs制图软件，如Acgis、Envi、Mapgis、SuperMap等 。

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二 修测补测重测

数字化地形图用途十分广泛，它是城市建设管理、自然资源配置以及地理环境监测的十分重要的基础资料。随着“数字化”城市概念的提出，对地形图现势性和准确性的要求越来越高。随着时问的推移，入库后的成图资料如得不到及时的跟踪修测、补测，将难以满足各行各业对测绘资料的要求，这些资料甚罕会成为电脑垃圾，因而如何做好数字化地形图动态修测、补测愈趋重要。

地物修测前应对原图施测质量和情况进行了解，并到实地进行全面巡视，制定修测方案。利用原有地形图数据回放的纸图在野外进行全面巡视，可用数字装图法、全站仪极坐标法或RTK GPS动态法在野外获取地物、地貌数据，标注在纸图上，经内业传输、编辑整饰成图。

地物补测可采用数字距离交会法、直角法、解析法(经纬仪、全站仪)测图等方法补测地物实体。补测面积不大，且参照地物较多的情况下，可利用经过校核、位置准确的地物点，采用数字装图法(数字距离交会法，直角法等)。补测数据应有多余观测以检核补测精度，补测地物与周围相关地物间距的最大较差不应大于0．4 m。补测面积较大或参照地物不多的情况下，采用解析法。下列情况也应补设图根控制点进行设站修测：① 补测新建的住宅楼群或独立的高大建筑物；②新增和改建的道路边线；③新增的绿化地(带)范围线；④铺装路面高程和变化面积较大的高程，修测丘陵地的地貌。解析法使用全站仪或经纬仪配备测距仪施测，在已知点上设站，水平角、垂直角各观测半测回，斜距一次读数。旋测过程中，应随时进行归零检查，归零差不得超过±24”，测站至补测地物的距离1：500图不大于300 m，1：1000图不大于600 m。对于高程注记点的补测，可采用直接水准和三角高程测量。

内业数据处理主要是在数字成图系统的支持下，将外业采集的数据输入计算机，进行旧地物符号删除和新地物符号生成。在作业中要兼顾属性数据的一致性，使用成图系统生成图形符号，而不是利用图形平台提供的绘图功能，利用外业采集的数据直接绘制。要注意符号的代码、属性、图层、线性和颜色的一致性 以便于数据以统一格式入库和使用。

当然了，在实地全面巡视后发现地物变化较大，已经不适应现在的技术规范，那我们只能重测了。

数字地形图是城市建设和管理的基础资料，随着城市建设步伐的加快，城市管理标准的提高，即便能够做到及时的局部修测补测，但由于基础地形图的某些不完善，

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更新过程中缺乏全面考虑，难以适应需要，全面修测更新不可避免。修测补测更新可以充分利用已有资料，降低成本，缩短工期，满足用图要求。数字地形图在修测补测前要统一规划，制定严格细致的技术标准，更新手段要尽量采用测绘新技术，保证修测补测质量，达到事半功倍的效果

第三节 土方量计算的数据准备

一 地形点的加密处理

对于已有符合要求的地形图和设计图，可通过扫描后矢量化处理，在高程点密度稀疏的地方，可根据实际地形选择适当的插值方法内插高程点。一般情况下，随着工程施工的进行，原地形都会产生一定的变化，若仍然根据施工前的地形图进行土方计算，其计算结果跟实际土方会产生较大的偏差。电子仪器如全站仪进行外业数据采集，可以满足数据高精度的需要。我们将根据地形起伏变化的复杂性来确定采样点的密度和采样点的位置，在地形特征线、地形变换点，坎上、坎下、坡顶和坡脚应分别加密高程，对高程点不足的地方还根据实际地形加密高程点，从而避免地形平坦时的数据冗余，又能按地形特征点较好地逼近地形表面。 二 DTM数字模型的建立

DTM（Digital Terrain Models）即数字地面模型，它是地形起伏的数字表达，它由对地形表面取样所得到的一组点的x、y、Z坐标数据和一套对地面提供连续的描述的算法组成。简单地说，数字地面模型是按一定结构组织在一起的数据组，它代表着地形特征的空间分布。DTM是建立地形数据库的基本数据，可以用来制作等高线图、坡度图、专题图等多种图解产品。

DTM的测制过程大体是：首先，按一定的测量方法（野外直接测量、室内立体摄影测量等），在测区内测量一定数量的离散点的平面位置和高程，这些点称为控制点（数据点或参考点）。接着，以控制点为网络框架，在其中内插大量的高程点，当然内播是由计算机根据一定的计算公式并依照某种规则图形（如方格网）求解的。控制点和内插点的平面位置和高程数据的总和，即该测区的数字地面模型。它以数字的形式表示了该测区地貌形态的平面位置，即点的X、Y坐标表示平面位置，Z坐标表示地面的特征。

数字地面模型的数据来源主要有两个方面：一是直接取自地形表面，二是间接取

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自地形表面的模拟模型。根据数据获取的方法不同，数据来源可分为以下四种：

（1）由现有地形图上采取。最简单的方法是在数字化台上手工跟踪等高线。现在常用的方法是使用扫描装置采取。

（2）从摄影测量立体模型上采取。大多数立体测图仪、解析测图仪的数字化系统都能从遥感像片上采取数据。自动化的摄影测量系统则采用自动影像相关器，沿着扫描断面产生高密度的高程点。

（3）野外实地测量。即在实地直接测量地面点的平面位置和高程。一般使用电子速测仪进行观测。

（4）由遥感系统直接测得。如航空和航天飞行器搭载雷达和激光测高仪获得的数据。

第三章 断面法

第一节 断面法土方量计算的原理及方法

在地形图上或碎部测量的平面图上 ,根据土方计算的范围 ,以一定的间距等分场地 ,将场地划分为若干个相互平行的横截面（当精度要求不高时，可利用地形图确定断面，若精度要求较高时，应实地测量确定），按照设计高程与地面线所组成的断面图，将所取的每个断面（包括边坡断面）划分为若干个三角形和梯形，计算每条断面线所围成的面积，以相邻两断面面积的平均值乘以等分的间距,得出每相邻两断面间的体积，将各相邻断面的体积加起来 ,求出总体积 ,这种方法称为断面法 (图3-1)。

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图 3-1 土方断面示意图

根据两相邻的设计断面得填挖面积的平均值乘以两断面的距离，就得到两相邻横断面之间的填挖土石方的数量。

V =

12(A1+A2)L (1)

式中：A1,A2为相邻两横断面的挖方或填方面积；L为相邻两横断面之间的距离，一般根据需要选取，面积A1,A2根据横断面测量资料采用下面两种方法：

① 解析法

根据实测的数值计算面积的方法，包括几何图形法和坐标法。

所谓几何图形法，根据实地测量有关的边、角元素进行面积计算的方法，将不规则图形分割成简单的矩形、梯形或三角形等简单的集合图形分别计算面积并相加得到所需面积数据。

所谓坐标法,通常是指对一个不规则的几何图形,测出该图形边界转折点的坐标值,再用下列公式计算:

n1A = ?Xi(Yi?1?Yi?1) (2) 2i?1式中Xi , Yi 为转折点的纵横坐标值(土石方计算一般为距离和高程) , n为转折点的数目,也即多边形边数,当i + 1 = n + 1时, X n + 1 = X1 , Y n + 1 = Y1。

②图解法

通常是指从图上直接量算面积的方法。在土石方计算之前,根据设计断面和横断面测量资料按一定比例绘制横断面图,再用各种图解方法量算面积。

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注：用断面法计算土方量时，边坡土方量已包括在内。

第二节 运用CASS 7.0 进行断面法土方量计算的操作步骤

断面法土方计算主要用在公路土方计算和区域土方计算，对于特别复杂的地方可以用任意断面设计方法。断面法土方计算主要有：道路断面、场地断面和任意断面三种计算土方量的方法。

一 道路断面法土方计算。 第一步：生成里程文件。

里程文件用离散的方法描述了实际地形。接下来的所有工作都是在分析里程文件里的数据后才能完成的。

生成里程文件常用的有四种方法，点取菜单“工程应用”，在弹出的菜单里选“生成里程文件”，CASS 7.0提供了四种生成里程文件的方法，如图3-2：

图 3-2 生成里程文件菜单

1．由纵断面生成

在CASS 7.0中综合了以前由图面生成和由纵断面生成两者的优点。在生成的过程中充分体现灵活、直观、简捷的设计理念，将图纸设计的直观和计算机处理的快捷紧密结合在一起。

① 在使用生成里程文件之前，要事先用复合线绘制出纵断面线。 ② 用鼠标点取“工程应用\\生成里程文件\\由纵断面生成\\新建”。 ③ 屏幕提示：

请选取纵断面线：用鼠标点取所绘纵断面线弹出如图3-3所示对话框：

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图3-3由纵断面生成里程文件对话框

中桩点获取方式：结点表示结点上要有断面通过；等分表示从起点开始用相同的间距；等分且处理结点表示用相同的间距且要考虑不在整数间距上的结点。

横断面间距：两个断面之间的距离此处输入20

横断面左边长度：输入大于0的任意值，此处输入15。 横断面右边长度：输入大于0的任意值，此处输入15。

选择其中的一种方式后则自动沿纵断面线生成横断面线。如图3-4所示

图3-4由纵断面生成横断面

其他编辑功能用法如下：

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图3-5横断面线编辑命令

添加：在现有基础上添加横断面线。执行“添加”功能，命令行提示：

选择纵断面线用鼠标选择纵断面线； 输入横断面左边长度：(米) 20 输入横断面右边长度：(米) 20

选择获取中桩位置方式： (1)鼠标定点 (2)输入里程 <1> 1表示直接用鼠标在纵断面线上定点。2表示输入线路加桩里程。

指定加桩位置：用鼠标定点或输入里程。

变长：可将图上横断面左右长度进行改变；执行“变长”功能，命令行提示：

选择纵断面线： 选择横断面线： 选择对象：找到一个 选择对象：

输入横断面左边长度:(米) 21

输入横断面右边长度:(米) 21，输入左右的目标长度后该断面变长。 剪切：指定纵断面线和剪切边后剪掉部分断面多余部分。

设计：直接给横断面指定设计高程。首先绘出横断面线的切割边界，选定横断面线后弹出设计高程输入框：

生成：当横断面设计完成后，点击“生成”将设计结果生成里程文件。 2．由复合线生成

这种方法用于生成纵断面的里程文件。它从断面线的起点开始，按间距次记下每一交点在纵断面线上离起点的距离和所在等高线的高程。 3．由等高线生成

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这种方法只能用来生成纵断面的里程文件。它从断面线的起点开始，处理断面线与等高线的所有交点，依次记下每一交点在纵断面线上离起点的距离和所在等高线的高程。

① 在图上绘出等高线，再用轻量复合线绘制纵断面线（可用PL命令绘制） ② 用鼠标点取“工程应用\\生成里程文件\\由等高线生成”。 ③ 屏幕提示：

请选取断面线：用鼠标点取所绘纵断面线

④ 屏幕上弹出“输入断面里程数据文件名”的对话框，来选择断面里程数据文件。这个文件将保存要生成的里程数据。

⑤ 屏幕提示：

输入断面起始里程：<0.0>

如果断面线起始里程不为0，在这里输入。回车，里程文件生成完毕。 4．由三角网生成

这种方法只能用来生成纵断面的里程文件。它从断面线的起点开始，处理断面线与三角网的所有交点，依次记下每一交点在纵断面线上离起点的距离和所在三角形的高程。

① 在图上生成三角网，再用轻量复合线绘制纵断面线（可用PL命令绘制） ② 用鼠标点取“工程应用\\生成里程文件\\由三角网生成”。 ③ 屏幕提示：

请选取断面线：用鼠标点取所绘纵断面线

④ 屏幕上弹出“输入断面里程数据文件名”的对话框，来选择断面里程数据文件。这个文件将保存要生成的里程数据。

⑤ 屏幕提示：

输入断面起始里程：<0.0>

如果断面线起始里程不为0，在这里输入。回车，里程文件生成完毕。

5．由坐标文件生成

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① 用鼠标点取“工程应用”菜单下的“生成里程文件”子菜单中的“由坐标文件生成”。

② 屏幕上弹出“输入简码数据文件名”的对话框，来选择简码数据文件。这个文件的编码必须按以下方法定义，具体例子见“DEMO”子目录下的“ZHD.DAT”文件。

总点数

点号，M1, X坐标，Y坐标，高程 [其中，代码为Mi表示道路中心点，代码

为i表示

点号，1， X坐标，Y坐标，高程 该点是对应Mi的道路横断面上的点

?? 点号，M2，X坐标，Y坐标，高程 点号，2， X坐标，Y坐标，高程

?? 点号，Mi, X坐标，Y坐标，高程 点号，i, X坐标，Y坐标，高程

??

注意：M1、M2、M3各点应按实际的道路中线点顺序，而同一横断面的各点可不按顺序。

③ 屏幕上弹出“输入断面里程数据文件名”的对话框，来选择断面里程数据文件。这个文件将保存要生成的里程数据。

命令行出现提示：输入断面序号:<直接回车处理所有断面>，如果输入断面序号，则只转换坐标文件中该断面的数据；如果直接回车，则处理坐标文件中所有断面的数据。

严格来说，生成里程文件还可以用手工输入和编辑。手工输入就是直接在文本中编辑里程文件，在某些情况下这比由图面生成等方法还要方便、快捷。但此方法要求用户对里程文件的结构有较深的认识。

第二步：选择土方计算类型。

① 用鼠标点取“工程应用\\断面法土方计算\\道路断面”。如图3-6：

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图3-6 断面土方计算子菜单

② 点击后弹出对话框，道路断面的初始参数都可以在这个对话框中进行设置的，如图3-7：

图3-7 断面设计参数输入对话框

第三步：给定计算参数。

接下来就是在上一步弹出的对话框中输入道路的各种参数，以达所需。 ① 选择里程文件：

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点击确定左边的按钮（上面有三点的），出现“选择里程文件名”的对话框。选定第一步生成的里程文件。

② 横断面设计文件：横断面的设计参数可以事先写入到一个文件中点击：“工程应用\\断面法土方计算\\道路设计参数文件”，弹出如图3-8输入界面。

图3-8道路设计参数输入

③ 如果不使用道路设计参数文件，则在图3-7中把实际设计参数填入各相应的位置。注意：单位均为米。

④ 点“确定”按钮后，弹出对话框：

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图3-9绘制纵断面图设置

系统根据上步给定的比例尺，在图上绘出道路的纵断面，

⑤ 至此，图上已绘出道路的纵断面图及每一个横断面图，结果如图3-10所示：

图3-10 纵横断面图成果示意图

如果道路设计时该区段的中桩高程全部一样，就不需要下一步的编辑工作了。但实际上，有些断面的设计高程可能和其它的不一样，这样就需要手工编辑这些断面。

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⑥ 如果生成的部分设计断面参数需要修改，用鼠标点取“工程应用\\断面法土方计算\\修改设计参数”。如图3-11：

图3-11 修改设计参数子菜单

屏幕提示：

选择断面线这时可用鼠标点取图上需要编辑的断面线，选设计线或地面线均可。

选中后弹出如下图3-12所示对话框，可以非常直观的修改相应参数。

图3-12 设计参数输入对话框

修改完毕后点击“确定”按钮，系统取得各个参数，自动对断面图进行重 ⑦ 如果生成的部分实际断面线需要修改，用鼠标点取“工程应用\\断面法土方计算\\编辑断面线”功能。

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屏幕提示：

选择断面线这时可用鼠标点取图上需要编辑的断面线，选设计线或地面线均可

（但编辑的内容不一样）。选中后弹出如图3-13所示对话框，可以直接对参数进行编辑。

图3-13 修改实际断面线高程

⑧ 如果生成的部分断面线的里程需要修改，用鼠标点取“工程应用\\断面法土方计算\\修改断面里程”。 屏幕提示：

选择断面线这时可用鼠标点取图上需要修改的断面线，选设计线或地面线均可。

断面号: X,里程: XX..XXX,请输入该断面新里程: 输入新的里程即可完成修改。 将所有的断面编辑完后，就可进入第四步。 第四步：计算工程量。

① 用鼠标点取“工程应用\\断面法土方计算\\图面土方计算”。如图3-14：

图3-14 图面土方计算子菜单

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命令行提示：

选择要计算土方的断面图：拖框选择所有参与计算的道路横断面图 指定土石方计算表左上角位置：在屏幕适当位置点击鼠标定点。 ㈡ 系统自动在图上绘出土石方计算表，如图3-15。

图3-15 土石方计算表

③ 并在命令行提示：

总挖方= XXXX 立方米，总填方= XXXX 立方米

④ 至此，该区段的道路填挖方量已经计算完成，可以将道路纵横断面图和土石方计算表打印出来，作为工程量的计算结果。 二 场地断面土方计算。 第一步：生成里程文件。

在场地的土方计算中，常用的里程文件生成方法同8.2.2.1中由纵断面线方法一样，不同是在生成里程文件之前利用“设计”功能加入断面线的设计高程。 第二步：选择土方计算类型。

① 用鼠标点取“工程应用\\断面法土方计算\\场地断面”。如图3-16：

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图3-16 场地断面子菜单

② 点击后弹出对话框，道路的所有参数都是在下图对话框中进行设置的：

图3-17 断面设计参数输入对话框

可能用户会认为这个对话框和道路土方计算的对话框是一样的。实际上在这个对话框中，道路参数全部变灰，不能使用。只有坡度等参数才可用。 第三步：给定计算参数。

接下来就是在图3-17弹出的对话框中输入各种参数。 ① 选择里程文件：

点击确定左边的按钮（上面有三点的），出现“选择里程文件名”的对话框。选定第一步生成的里程文件。

② 把横断面设计文件或实际设计参数填入各相应的位置。注意：单位均为米。 ③ 点“确定”按钮后，屏幕提示：

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图2-18断面图要素设置

④ 点击“确定”在图上绘出道路的纵横断面图，结果如图3-19所示：

图3-19纵横断面图

如果道路设计时该区段的中桩高程全部一样，就不需要下一步的编辑工作了。但实际上，有些断面的设计高程可能和其它的不一样，这样就需要手工编辑这些断面。

⑤ 如果生成的部分断面参数需要修改，用鼠标点取“工程应用\\断面法土方计算\\修改设计参数”。

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屏幕提示：

选择断面线这时可用鼠标点取图上需要编辑的断面线，选设计线或地面线均可。弹出修改参数对话框则可以非常直观的修改相应参数。

修改完毕后点击“确定”按钮，系统取得各个参数，自动对断面图进行修正，这一步骤不需要用户干预。实现了“所改即所得”。 将所有的断面编辑完后，就可进入第四步。 第四步：计算工程量。

① 用鼠标点取“工程应用”菜单下的“断面法土方计算”子菜单中的“图面土方计算”。如图3-20：

图3-20 图面土方计算子菜单

命令行提示：

选择要计算土方的断面图：拖框选择所有参与计算的道路横断面图 指定土石方计算表左上角位置：在适当位置点击鼠标左键 ② 系统自动在图上绘出土石方计算表，如图3-21。 ③ 然后在命令行提示：

总挖方= XXXX 立方米，总填方= XXXX 立方米

④ 至此，该区段的道路填挖方量已经计算完成，可以将道路纵横断面图和土石方计算表打印出来，作为工程量的计算结果。

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图3-21 土石方计算成果表

三 任意断面土方计算。 第一步：生成里程文件。

生成里程文件有四种方法，根据情况选择合适的方法生成里程文件。 第二步：选择土方计算类型。

① 用鼠标点取“工程应用”菜单下的“断面法土方计算”子菜单中的“任意断面”。如图3-22：

图3-22 任意断面子菜单

② 点击后弹出对话框，任意断面设计参数在下图中设置：

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图3-23 任意断面设计参数对话框

在“选择里程文件”中选择第一步中生成的里程文件。在左右两边的显示框中是对设计道路的横断面的描述，两边的描述都是从中桩开始向两边描述的。如下图：

图3-24 任意断面设计

如图3-24所描述的是从中桩画10米的平行线，再向下0.5米宽1：1坡度的向下斜坡，0.5米宽平行线，然后是1：1坡度的向上的斜坡。编辑好道路横断面线后，点击“确定”按钮弹出如下对话框：

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图3-25 绘制断面图的参数设置

③ 设置好绘制纵断面的参数，点击“确定”，图上已绘出道路的纵断面图，每一个横断面图，结果如图3-26所示：

图3-26 纵横断面图成果表

第三步：计算工程量。

① 用鼠标点取“工程应用”菜单下的“断面法土方计算”子菜单中的“图面土方计算”。如图3-27：

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图3-27 图面土方计算子菜单

命令行提示：

选择要计算土方的断面图：拖框选择所有参与计算的道路横断面图 指定土石方计算表左上角位置：在适当位置点击鼠标左键 ② 系统自动在图上绘出土石方计算表，如图3-28。 ③ 然后在命令行提示：

总挖方= XXXX 立方米，总填方= XXXX 立方米

④ 至此，该区段的道路填挖方量已经计算完成，可以将道路纵横断面图和土石方计算表打印出来，作为工程量的计算结果。

图3-28 土石方计算成果表

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第四章 方格网法

第一节 方格网法土方量计算的原理及方法

该方法首先将场地划分为若干方格(一般为边长10～20 m的正方形) ,从地形图或实测得到每个方格角点的自然标高,由给出的地面设计标高,根据各点的设计标高与自然标高之差即为各角点的施工高度(挖或填),习惯以“+”号表示填方，“－”号表示挖方。将施工高度标注于角点上，然后分别计算每一方格的填挖土方量，并算得场地边坡的土方量,所有方格的工程量之和与边坡土方量之和即为整个场地的工程量。方格网法计算公式很多,用不同的计算公式,工作方案和程序便不一样。一般用水准测量或三角高程测量方法,测出方格网点的标高,计算方格网的平均标高H 及面积

S ,平均标高H 可按下述几种方法计算:

①算术平均法。将格网的四个角点高程相加求和,除以点的总数即为平均标高。 ②加权平均法。如果将每个方格的4个角点高程取平均即得该方格的平均高程。各方格的平均高程加在一起,除以方格数,即为该方格网的加权平均高程。如图2所示,整个区域四个角A , B ,C,D的高程在计算中只用了1次,边上各点的高程用了2次,而网格内各点的高程都用了4次。各网点在计算平均高程使用时的次数即为该点的权。加权平均高程等于各网点的权乘以该点的高程的总和,除以各点权的总和:

nnH平均=?i?1HiPi/?i?1Pi (1)

式中: H平均为各方格网点的加权平均值; Hi 为各方格网点高程; Pi 为各方格网点的权; n为方格网点的个数

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图 4-1 方格点数据

实际作业时，计算填挖土方量平衡的设计高程的计算式为：

H设=(ΣH角点3ΣH边点32+ΣH轨点33+ΣH中点34)/4N (2)

式中N方格总数。

计算前应先确定“零线”的位置。零线即挖方区与填方区的分界线，在该线上的施工高度为零。零线的确定方法是：在相邻角点施工高度为一挖一填的方格边线上，根据上式求的设计高程，在地形图中按内插法绘出零点的位置，将各相邻的零点连接起来即为零线

然后计算各方格顶点的填充高度（即施工高度）以及将挖方区（或填方区）所有方格计算的土方量和边坡土方量汇总，即得场地挖方和填方的总土方量。 方格中土方量的计算有两种方法，即四角棱柱体法和三角棱柱体法。

① 四角棱柱体的体积计算方法。

方格四个角点全部为填或全部为挖（图4-2a），其挖方或填方体积为：

V?a24(h1?h2?h3?h4) (3)

式中：h1、h2、h3、h4为方格四个角点挖或填的施工高度，均取绝对值m；a为方格边长。

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图4-2 四方棱柱体的体积计算

（a）角点全填或全挖；（b）角点二填或二挖；（c）角点一填（挖）三挖（填） 方格四个角点中，部分是挖方、部分是填方（图4-2b）时，其挖方或填方体积分别为：

V1,2?a2

4(h12h1?h4?h2h2?h32)

(4)

V3,4?a24(h4h1?h42?h32h2?h3

) 方格中的三个角点为挖方另一角点为填方（图4-2c）时，其挖方或填方土方量为：

V4?a2h436(h1?h4)(h3?h4) (5)

V1,2,3?a26(2h1?h2?2h3?h4)?V4

② 三角棱柱体的体积计算方法。

计算时先顺地形等高线将各个方格划分成三角形，每个三角形三个角点的填挖施

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工高度用h1、h2、h3表示。

当三角形三个角点全部为挖或全部为填时（图4-3a），方体积为：

V?a2其挖填

6(h1?h2?h3)

图4-3 三角棱柱体的体积计算

（a）全填或全挖；（b）锥体部分为填方

三角形三个角点有填有挖时，零线将三角形分成两部分，一个是底面为三角形的锥体，一个是底面为四边形的楔体（图4-3b）。其锥体部分和楔体部分的体积分别为：

V锥?a26a2?h3(h1?h3)(h2?h3)h333

V楔?6[?h3?h2?h1](h1?h3)(h2?h3)

式中h3为锥体顶点的施工高度。

用方格网法计算土方量，设计面可以是水平的，也可以是倾斜的。

在传统的方格网计算中，土方量的计算精度不高。现在我们引入一种新的高程内插的方法，即杨赤中滤波推估法。

① 杨赤中推估

杨赤中滤波与推估法就是在复合变量理论的基础上，对已知离散点数据进行二项式加权游动平均，然后在滤波的基础上，建立随即特征函数和估值协方差函数，对待估点的属性值（如高程等）进行推估。

② 待估点高程值的计算

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首先绘方格网, 然后根据一定范围内的各高程观测值推估方格中心O的高程值。绘制方格时要根据场地范围绘制。 由离散高程点计算待估点高程为

其中，

(6)

为参加估值计算的各离散点高程观测值，为各点估

值系数。而后进一步求得最优估值系数，进而得到最优的高程估值。 ③ 挖（填）土方量区域面积的计算

如果，土方量计算的面积为不规则边界的多边形。那么在面积进行计算时，先对判断方格网中心点是否在多边形内，如果在，那么就要计算该格网的面积，否则可以将该格网面积略去。

图 4-4 点与多边形的判断

如图4-4所示，首先对格网中心点P进行判断，可以采用垂线法，即过P（点作平行于y轴向下的射线

）

设多边形任意一边的端点为

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，令

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(1)当δ<0时，若y>多边形上。

(2)当δ=0时，若x=，则当y>时，二者有交点(考虑。当y=时，说明P在多边形上。若x= (3)当δ>0时，不予考虑。

对多边形各边进行上述判断，并统计其交点个数m，当m为奇数时，则P在多边形内部，否则P不在多边形内部。

通过对图中么，

、

点的判断可以知道，

位于多边形内，

位于多边形外。那 )，当y<时，不予

，则射线与该边有交点,否则无交点,若y=

，则知P在

，方法同上。

所在的格网的面积要进行计算，而所在的格网的面积则可以略去。

然后利用杨赤中滤波推估法求得的每个方格网的中心点的高程值与格网面积进行计算。

即=

(7)

ij表示第i行j列的小方格网，a，b为格网的边长，最后汇总土方量。

表1 杨赤中法与其它方法内插精度比较

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第二节 运用CASS 7.0 进行方格网法土方量计算的操作步骤

由方格网来计算土方量是根据实地测定的地面点坐标（X，Y，Z）和设计高程，通过生成方格网来计算每一个方格内的填挖方量，最后累计得到指定范围内填方和挖方的土方量，并绘出填挖方分界线。

系统首先将方格的四个角上的高程相加（如果角上没有高程点，通过周围高程点内插得出其高程），取平均值与设计高程相减。然后通过指定的方格边长得到每个方格的面积，再用长方体的体积计算公式得到填挖方量。方格网法简便直观，易于操作，因此这一方法在实际工作中应用非常广泛。

用方格网法算土方量，设计面可以是平面，也可以是斜面，还可以是三角网，如图4-5所示。

图4-5 方格网土方计算对话框

㈠ 设计面是平面时的操作步骤：

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① 用复合线画出所要计算土方的区域，一定要闭合，但是尽量不要拟合。因为拟合过的曲线在进行土方计算时会用折线迭代，影响计算结果的精度。

② 选择“工程应用\\方格网法土方计算”命令。

③ 命令行提示：“选择计算区域边界线”；选择土方计算区域的边界线（闭合复合线）。

④ 屏幕上将弹出如图4-5方格网土方计算对话框，在对话框中选择所需的坐标文件；在“设计面”栏选择“平面”，并输入目标高程；在“方格宽度”栏，输入方格网的宽度，这是每个方格的边长，默认值为20米。由原理可知，方格的宽度越小，计算精度越高。但如果给的值太小，超过了野外采集的点的密度也是没有实际意义的。

⑤ 点击“确定”，命令行提示： 最小高程=XX.XXX ,最大高程=XX.XXX

总填方=XXXX.X立方米, 总挖方=XXX.X立方米

同时图上绘出所分析的方格网，填挖方的分界线(绿色折线)，并给出每个方格的填挖方，每行的挖方和每列的填方。结果如图4-6所示。

图4-6 方格网法土方计算成果图

㈡ 设计面是斜面时的操作步骤：

设计面是斜面的时候的，操作步骤与平面的时候基本相同，区别在于在方格网土方计算对话框中“设计面”栏中，选择“斜面【基准点】”或“斜面【基准线】”

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如果设计的面是斜面（基准点），需要确定坡度、基准点和向下方向上一点的坐标，以及基准点的设计高程。

点击“拾取”，命令行提示：

点取设计面基准点:确定设计面的基准点；

指定斜坡设计面向下的方向:点取斜坡设计面向下的方向；

如果设计的面是斜面（基准线），需要输入坡度并点取基准线上的两个点以及基准线向下方向上的一点，最后输入基准线上两个点的设计高程即可进行计算。

点击“拾取”，命令行提示：

点取基准线第一点:点取基准线的一点； 点取基准线第二点:点取基准线的另一点；

指定设计高程低于基准线方向上的一点:指定基准线方向两侧低的一边； 方格网计算的成果如图3-7。 ㈢ 设计面是三角网文件时的操作步骤：

选择设计的三角网文件，点击“确定”，即可进行方格网土方计算。

第五章 等高线法

第一节 等高线法土方量计算的原理及方法

利用现成的绘有等高线的地形图，计算等高线所围得面积，再根据两相邻等高线的高差按以下公式计算土方量：

V=

式中：S1，S2 为相邻两等高线所围面积;h为相邻两等高线的高差

12(S1+S2) h (1)

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第二节 运用CASS 7.0 进行等高线法土方量计算的操作步骤

用户将白纸图扫描矢量化后可以得到图形。但这样的图都没有高程数据文件，所以无法用前面的几种方法计算土方量。

一般来说，这些图上都会有等高线，所以，CASS 7.0开发了由等高线计算土方量的功能，专为这类用户设计。

用此功能可计算任两条等高线之间的土方量，但所选等高线必须闭合。由于两条等高线所围面积可求，两条等高线之间的高差已知，可求出这两条等高线之间的土方量。

① 点取“工程应用”下的“等高线法土方计算”。

② 屏幕提示：选择参与计算的封闭等高线可逐个点取参与计算的等高线，也可按住鼠标左键拖框选取。但是只有封闭的等高线才有效。

③ 回车后屏幕提示：输入最高点高程：<直接回车不考虑最高点> ④ 回车后：屏幕弹出如图5-1总方量消息框；

图5-1 等高线法土方计算总方量消息框

⑤ 回车后屏幕提示：请指定表格左上角位置：<直接回车不绘制表格>在图上空白区域点击鼠标右键，系统将在该点绘出计算成果表格，如图5-2：

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图5-2等高线法土方计算

可以从表格中看到每条等高线围成的面积和两条相邻等高线之间的土方量，另外，还有计算公式等。

第六章 数字高程模型 (DEM )法

第一节 数字高程模型 (DEM )法土方量计算的原理及方法

数字地面模型（Digital Terrain Model,DTM）是一群地面点的平面坐标和高程描述地表形状的一种方式。地表任一特征内容如土壤类型、植被、高程等均可作为DTM的特征值。一高程为特征值的DTM也称为数字高程模型（Digital Elevation Model,DEM）。DEM用数字形式X,Y,Z坐标来表达区域内的地貌形态，以微缩的形式再现了地表形态起伏变化特征，据有形象、直观、精确的特点，在生产中有广泛的使用价值。DEM不仅应用于各种工程规划和地形分析,而且也被用于土方工程量的计算。

从技术上看,DEM技术直接使用原始数据,且点子密度大,所以DEM所提供的任意点高程精度好,剖面图的可信度高。CAD技术的使用,代替了大量的手工作业,提高了作业精度和作业效率。所以在土方量计算中,通常运用DEM结合CAD的方法。

㈠ 基本原理。

由DEM模型来计算土方量是根据实地测定的地面点坐标(X , Y, Z )和设计高程,

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通过生成三角网来计算每一个三棱锥的填挖方量,最后累计得到指定范围内填方和挖方的土方量,并绘出填挖方分界线。如果将DEM视为空间的曲面,填挖前后的两个DTM即为两个空间曲面,那么计算机便可以自动计算两个曲面的交线,也可以用一个铅垂面同时对两个曲面任意切割,并计算夹在两个切割下来的曲面间的空间的体积,实际上就是土方计算的填挖交界线、填方量和挖方量。

上面所说的DEM的一般有两种表示方式,即基于规则格网的DEM (Grid Based DEM)和基于三角网的DEM (Triangle Based DEM) 。

㈡ 土方量的计算。

土方计算的目的主要是计算同一地块开挖(或填充)前后的填方量(或挖方 量) ,实际上就是计算体积。无论采用什么方法进行体积计算,都必须已知两个基本条

件: ⒈开挖(或填充)前地面的起伏情况; ⒉开挖(或填充)后地面的起伏情况。

土方工程量实际上是原始地表与设计地表之间的体积值。因此,只需在计算区建立两个DTM,一个为原始地表DEM,另一个为设计地表DEM,根据两个DEM的差即可求出计算区的土方量。周越轩等认为土方计算可按下述方法进行:

设原始地表DEM为DEMt ,设计地表DEM为DEMd ,在相同的坐标原点和格网分辨率的条件下,将同一区域的DEMt 和DEMd 进行叠加,可得一新的DEM,设为ΔDEM,则有ΔDEM =DEMt - DEMd ,其分量表示式为：

ΔZ( i, j) = Z( i, j)t - Z( i, j)d (1)

式中: z( i, j)t表示地表DEM的格网点高程; z( i,j)d 表示设计DEM的格网点高程。 对任一格网( i, j) ,若Δz ( i, j) > 0,则该格网为挖方;若Δz ( i, j) < 0,则该格网为填方。设格网面积为A = dx2dy,则该格网处的土方量为：

V( i, j) =ΔZ( i, j) x A (2) 分别对V ( i, j) > 0和V ( i, j) < 0的数据进行累加,即可求得该区域的

填挖方量。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/lrco.html