南方CASS计算两期间土方与方格网法 土方计算相结合准确计算土方量
欧 陆
(荣县经纬国土资源测绘XX XX荣县 643100)
摘 要：单纯的方格网法测量土方是将其方格均视为独立的规则平面，这与计算场地的实际地形是有差别的，精度也无法评估，有其局限性；而三角网法测量土方量虽然精度高，但可读性差，客户不愿采用。针对这种情况，本文采用南方CASS计算两期间土方与方格网土方计算相结合的方法计算土方量，既提高了土方测量的效率，又保证了土方计算成果的正确性，很好地解决了这一难题。
关键词：CASS7.1；方格网法；计算两期间土方。
在工程建设中,不管是工业与民用建筑、道路建设还是其它工程建设常需要将自然地貌改造为水平的或一个或多个坡度的场地，以便适用于布置各类建筑物和构筑物，这些都涉及到土石方的开挖与回填量的计算问题。随着数字测图技术的发展，南方数码科技XX研发的地形地籍成图软件CASS7.1是目前市面上较常见的一套测量软件，其中所包含的土方计算功能为大家所普遍使用，它不仅上手容易，内业操作简便，而且计算结果准确性良好,可信度较高，为广大使用者所认可。
土方量的计算，实际上就是计算设计标高与自然地面标高之间的土石方体积。设计面有平面、单一斜面、曲面，其中，对于设计面是平面和单一斜面的土方量计算，南方CASS7.1中提供了比较简单的操作方法进行计算；而以曲面或连续不同坡度的斜面作设计面来计算土方量时，操作就相对复杂了。南方CASS7.1中提供了DTM法、断面法、方格网法、等高线法四种计算方法，其中用得最多的是方格网法和DTM法两种方法，它们各有优点，又各有缺点；方格网法计算土方量，成果直观易懂，是绝大部分客户的首选方法，但方格网法土方量计算中，一旦确定了方格的边长，容易出现如图１所示的情况，方格的一端远离坎底，另一端正好在坎顶边，和如图２所示的情况，方格内有起伏较大的区域，该起伏区域的土方量是没有进行统计的，这就不能满足计算成果的精度要求。
不规则三角网(TIN)是数字地面模型DTM表现形式之一，该法直接利用外业所采集的地形碎部点、特征点进行三角构网，对计算区域按三棱柱法计算土方。基于不规则三角形建模是
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直接利用野外实测的地形特征点(离散点)构造出邻接的三角形，组成不规则三角网结构。相对于方格网，不规则三角网具有以下优点：直接利用原始数据作为网格结点，三角网中的点
图1方格网穿过斜坡示意图 图2方格网内没参与统计起伏区域示意图
和线的分布密度和结构完全可以与地表的特征相吻合；不改变原始数据和精度；能够插入地性线以保存原有关键的地形特征,能很好地适应复杂、不规则地形，从而将地表的特征表现 得淋漓尽致等。由此可见，用三角网计算土方量适应X围最广，精度也是最高的了。但是三角方法计算土方量精度虽高,因其计算过程中数据量大,占用大量存储空间，可读性也差，实际工作中很少有客户选择用三角网法。如何既能满足客户的需要，使用方格网法出具测量成果，又要保证土方计算结果的正确性，提高工作效率，是摆在广大测量工作者面前的一道难题。笔者在实际工作中，采用CASS7.1“计算两期间土方”的方法计算出可靠的土方数据，并以此指导“方格网土方计算”的方法，很好地解决了这一难题。
１ 计算两期间土方
计算两期间土方指的是对同一区域进行了两期测量（我们把设计面模拟成外业测量，作为第二期测量；野外原始地形数据采集作为第一期测量），利用两次观测得到的高程数据建模后叠加，计算出该区域两期之中的土方变化情况。此方法适用X围广，计算精度高，特别适用于原始地形和设计面都是不规则表面的情况。
1.1 原始地形三角网（第一期三角网）
1.1.1 数据采集
用于土方计算的数据，在野外采集时，密度较一般的地形图要有所提高，要加强对地形变化点（如坎上、坎下）数据的采集工作，使得高程数据对地形的表达更加完整。如果受条件限制，使用的是现有的地形图，那么一定要对地形图进行二次处理，主要是对地形变化区域的高程点位进行添加和剔除。在完成处理之后，作为原始地形数据保存结果，以便下一步进行数据的提取和土方计算操作。
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1.1.2 构成第一期三角网：
首先在CASS7.1“绘图处理”菜单中：定显示区\\改变当前图形比例尺（尽可能使用大比例尺，如1：200、1：500等，这对提高土方量的计算精度很有好处）\\展高程点\\圈定计算区域边界线和连接地形变化特征线，如：山脊线、山凹线、坡顶坡脚线、陡坎线等（区域边界线一要注意闭合，二两期土方计算的区域边界在野外测量时，一般不可能采集的完全相同，但可在内业处理时，调整到一致，并且采用内插法求得每个边界点的高程数据，三切不可进行拟合处理，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
［1］
）；然后
用CASS7.1“等高线”菜单中：建立DTM\\选择边界线\\构成三角网\\修改三角网（由于三角网的连接是随机的，不排除有一些三角形的连接是不满足计算要求的，所以需要对生成的三角网进行处理，剔除不符合要求的三角形，然后顺应实际地形的变化对三角网进行手工调整，如图３所示是对穿斜坡时不合理三角网进行调整前、后的示意图；如图4所示是对穿陡
(a)调整前 (b)调整后 图３ 三角网穿斜坡调整前与调整后的示意图
(a)调整前 (b)调整后 图4 三角网穿陡坎调整前与调整后的示意图
坎时不合理三角网进行调整前、后的示意图。使得生成的模型更加符合实际地貌，在调整完毕后注意要“修改结果存盘”）\\绘制等高线（为确保三角网的准确性，建议“绘制等高线”
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看绘制出的等高线正确与否，对三角网进行再校正，然后删除等高线和地形变化特征线所地图层）\\三角网存取\\写入文件（点击“写入文件”时，出现一个“输入三角网文件名”对话框，指定保存路径，将区域内已构成的三角网做为第一期三角网以＊.sjw扩展名格式保存在指定的文件下，如图5所示）。
1.2 设计面三角网（第二期三角网）
1.2.1 设计面数据采集：
将设计面模拟成外业测量的数据，即三维坐标数据文件，这只不过不是真正外业测量所得，而是直接赋值得到，采用的方法是：平面位置用鼠标在设计平面图上直接指定，手工直
图5 输入三角网文件名对话框
接输入高程（CASS7.1中直接用命令“G”或单击CASS工具栏中的交互展点符号“.91”来提取高程点并追加到到数据文件中），这里要注意的是，由于设计面不是平面，所以每个指定点的高程要计算正确、输入正确，与野外数据采集一样要有足够的密度，有坡、坎的，坡顶、坡底，坎上、坎下要相对应的加点，将所计算的点逐一追加到设计面数据文件中保存。 1.2.2 构成第二期三角网：
与生成原始地形三角网（第一期三角网）的流程一样。最后将设计面数据文件构成的三角网做为第二期三角网以＊.sjw扩展名格式保存在指定的文件下。
1.3 计算两期间土方量
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用鼠标操作“工程应用\\DTM 法土方计算\\计算两期间土方”，根据电脑的提示在“第一期三角网”时，导入前期的原始地形三角网文件，在提示“第二期三角网”时导入后期的设计面三角网文件，按回车键即得计算结果。并将土方计算结果作为可靠的土方量依据保存，用以指导下一步的方格网法土方计算。
2 方格网法土方计算
南方CASS7.1软件中的方格网土方计算法，其具体计算操作如下：首先用闭合的复合线圈定所要计算土方的区域（与第一期、二期三角网的区域边界必须一致），然后用鼠标操作“工程应用\\方格网法土方计算”，在弹出的方格网土方计算对话框中，如图6所示，首先是导入“高程点坐标数据文件”，必须选择生成第一期三角网的地面点高程数据，即原始地形数据。然后在“设计面”栏中，点选“三角网文件”。在导入三角网文件时，一定要选择以第二期的地面点高程数据所构成的三角网，即由设计面数据生成的三角网。然后填写方格网
图6 方格网土方计算对话框
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图7 方格网穿过斜坡调整后示意图 图8 没参与统计起伏区域调整方格网后示意图 的宽度（系统默认的是20米），点击“确定”即计算出该区域土方量。将该土方量结果与用计算两期间土方量所得的结果相比较，若相差在5%（经验值）以内，则方格网土方计算成果是可靠的，可以出据方格网计算成果。如超出5% ，基本上是由于出现图1和图2所示的情况，这时调整方格网的宽度（地形太破碎的方格网宽度可调到1－2米
［2］
），使地形变化特征
线（如图1的陡坎，图2起伏区域边线）处在方格的中间（如图7、图8所示），从而避免了土方计算出现系统性的误差，提高了土方计算的精度，（由此可见方格网越小，计算精度越高
[3]
）。至到结果与“计算两期间土方”的成果相比，差值的比率小于5%，方可提供方格网土
方计算成果。
3 工程实例
在荣县大佛梧桐水街工程场地平整土方测量中，笔者根据现场地形采集高程点数据，绘制地形略图，在内业处理时，首先除掉数据中错误的和含有粗差的点，再用CASS7.1软件自动生成三角网，然后根据地形略图调整三角网，建立与实际地形相吻合的数字地面模型，为确保三角网的准确性，将数字地面模型生成等高线对所有三角网进行再校准。最后删除用以校准三角网的地形地性线图层(即之前绘制的地形略图层)和等高线图层，将三角网作为第一期三角网保存。同理对内业根据设计资料完善的设计面高程数据，建立数字地面模型，将调整后的三角网作为第二期三角保存。然后用南方CASS7.1软件“工程应用”下拉菜单\\DTM
方格网（20米宽）法与计算两期间土方法计算成果对比 表1
挖方量 填方量 总方量 方格网法 132555.4 65.4 132620.8 计算两期间土方 159304.8 52.1 159356.9 差值 26749.4 13.3 26736.1 比率 16.8% 25.5% 16.8% 方格网（5米宽）法与计算两期间土方法计算成果对比 表2
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挖方量 填方量 总方量 方格网法 155881.3 53.2 155934.5 计算两期间土方 159304.8 52.1 159356.9 差值 3423.5 1.1 3422.4 比率 2.1% 2.1% 2.1% 法土方计算\\计算两期间土方,准确计算出该区域的土方量。并以此作为可靠的土方量依据保存。 然后进入图6所示“方格网土方计算对话框”，在“高程点坐标数据文件”中导入生成第一期三角网的原始地形高程点坐标数据文件。在“三角网文件”中选择第二期三角网，即由设计面数据生成的三角网，首先以默认的方格宽度20米，进行土方量计算。表1是方格网法（20米宽）与计算两期间土方法成果的对比，从表中可以看出：挖方量差值比率达到了16.8%，超过了5%，由于测区地形较为破碎，多坡坎、土丘，方格网宽度过大，显然是出现了如图1、图2所示的情况，从而导致出现大的偏差，于是按照图7、图8的做法将方格宽度由20米调整为5米，再进行方格网土方计算，计算结果如表2所示，从表中可以看出：无论哪个项目，方格网法与计算两期间土方法差值的比率都在3%以内，说明方格网的布设是比较合理的，方格网土方计算的成果是正确的，可以提交方格网成果资料了。
4 结束语
土方量的计算精度主要取决于采点的密集程度，包括地形变化点、特殊地貌点、变坡点、坎上坎下、沟渠、陡崖上下等明显点位的采集。还包括网格大小，测量精度，计算精度等人为控制因素，因而作为我们测绘人，总结过往工作经验，挖掘计算软件的潜力，提高自身技术，土方计算质量才有保证，土方工程中各方的利益才有保障。
参 考 文 献
1 李玉宝等．大比例尺数字化测图技术，西南交通大学，2006 2 柯建明等．如何规X土石方计算．学术论坛，2006
3 X海印．土方计算精度与方格网边长之关系的研究．华东地质学院学报，2000、23（1）：70－73
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