DTM法在土石方计算中的应用及技巧

2016-10-10钟险飞

地球 2016年5期

关键词：三角网边线土石方

■钟险飞

（广东省核工业地质调查院广东广州510800）

DTM法在土石方计算中的应用及技巧

■钟险飞

（广东省核工业地质调查院广东广州510800）

本文分析了常用土石方计算方法的优缺点，诠释了DTM模型法的原理及应用技巧。通过在韶关冶炼厂中对"DTM土石方计算方法"的具体应用，得出了该方法在工程土方计算中的一些应用技巧、对提高工程土石方计算精度、增加经济效益有一定的帮助。

DTM法土石方计算应用技巧

1 引言

韶关市地处南岭山脉之南的珠江流域，境内山峦起伏，以山地丘陵为主，地面坡度大。随着经济的发展，基础建设也随之增加，施工场地的通平问题最先摆在了业主面前，随之而来的是土石方量计算工作数量的增加。首先须经外业的实测，为内业计算建立模型提供数据；其次是在内业处理时根据实际情况选择合理有效的模型；最后还要对影响模型的一些情况进行干预和选择。尽管和以前手工计算相比，现在计算机软件土石方计算成果方法也有很多，不仅快速，而且精度也有所提高。但土石方计算结果的预测往往和实际施工量之间存在的很多分歧，甚至巨大的差距也时有发生。因此，对一个场地进行土方石计算时，我们首先应对其进行分析，应该使用哪种方法能够快速准确的计算土石方量。

2 常用的计算土石方的方法

在工程建设中，常需要将自然地貌改造成水平的场地，或者将自然地貌改造成一个、几个坡度的场地，以便适于布置各类建筑物和构筑物。土石方量的计算方法常用的有方格网法、断面法、DTM法等。

2.1 方格网法

对于大面积的土石方计算以及一些地形起伏较小、坡度变化较缓的场地适宜用方格网法。这种方法是将场地划分成若干个正方形格网，然后计算每个四棱柱的体积，从而将所有四棱柱的体积汇总得到总的土石方量。在传统的方格网计算中，土石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。

2.2 断面法

当地形起伏变化较大、地形比较复杂，或地狭长、挖填深度较大且不规则的地段，宜选择横断面法进行土石方量计算。

土石方量精度与间距L的长度有关，L越小，精度就越高。但是这种方法计算量大,尤其是在范围较大、精度要求较高的情况下更为明显；若是为了减少计算量而加大断面间隔，就会降低计算结果的精度;所以断面法存在着计算精度和计算速度的矛盾。

2.3 DTM法

不规则三角网是数字地面模型DTM表现形式之一，DTM法是利用实测地形碎部点、特征点进行三角构网，对计算区域按三棱柱法计算土石方。

基于不规则三角形建模是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。相对于规则格网，不规则三角网具有以下优点：三角网中的点和线的分布密度和结构完全可以与地表的特征相协调，直接利用原始资料作为网格结点;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，以及能很好地适应复杂、不规则地形，从而将地表的特征表现得淋漓尽致等。因此在利用三角网算出的土石方量时就大大提高了计算的精度。

可以看出，DTM法的精度较高，因为三角网能很好地适应复杂、不规则地形，从而更好地表达真实的地面特征。

3 DTM法在工程中的应用

在施工中，为了估计土石方的工程量和费用，须根据设计平面位置对土石方量进行计算，土方量实际上就是原始地表与设计地表之间的体积值。而在实际工作中，业主在很多情况下是对工程已经进行施工后才要求计算该工程的土石方量。

3.1 DTM法的原理

数字地面模型(Digital Terrain Model DTM)是地貌形态的离散表示。DTM是用数字形式(X，Y，z)坐标来表达区域内的地貌形态，以缩微的形式再现了地表形态起伏变化特征，具有形象、直观、精确等特点，适用于所有的地形条件，并且计量的精度相当高。在生产中有广泛的使用价值。例如；在民用和军用的工程项目中计算挖填土石方量；道路设计的路线选择、地址选择，不同地形的比较和统计分析；计算坡度和坡向，绘制坡度图、用于地貌分析，计算浸蚀和径流等等。

土石方量计算实际上就是计算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DTM，另一个为设计地表DTM，根据两个DTM差值即可求出计算区的土石方量。

3.2 实例及相关技巧

2015年3月受业主委托，我部门承接了韶关冶炼厂土石方测量工作。业主提供了填挖前的原始地形数据为1966年成图的1: 2000地形图（独立坐标系），但是韶关冶炼厂的原始地貌已经被破坏，不能对其进行恢复，只能测出现在韶关冶炼厂的地形地貌，业主需要我们算出韶关冶炼厂这片区域的土石方量。

承接工程之初，我们首先对该地区进行分析，该地区所处地理位置为韶关市南郊九公里，多以山地丘陵为主，平坦地区稀少，经讨论分析，该地区适合用DTM法计算土石方量。其次我们将业主提供的韶关冶炼厂的原始数据1966年的地形图进行了分析，并按需要用南方CASS7.0在该图上选取一些具有代表性的特征点，能够很好的反应该地区地形变化的特征点。比如在坎上、坎下、山坳、山脊等地形有明显变化的地方取点，取点应尽量多取，避免建立三角网时与实地地形不符，出现三角模型悬空状态。

3.2.1 测取地貌地形特征点

（1）外业观测时在凸起或凹下的部位，均适当增加采集点的密度；特别是在地势边坡坡底线、陡坡边线、梯田台地边线等，测点过程中绘制地形草图，逐点做好记录。

（2）每次测取土石方计算边线应相同，且任何相邻三个测点构成的三角形不宜为150°以上的钝角三角形。

3.2.2 建立三角模型，生成等高线，检查数据准确性

建立三角网后，生成等高线，然后观察等高线，如等高线有一处（A）非常密集(如图1、如图2)，跟其他地方的等高线相差比较大，我们就要分析并找出此处发生错误的原因，然后对其进行纠正，以便准确的计算石土方量。

3.2.3 优化计算三角网

（1）打开CASS7.0，将野外测点展到CASS7.0上。

（2）进入CASS7.0软件“等高线”菜单下的“由数据文件建立DTM”,然后生成等高线，按以上提供的方法对数据进行检查，检查之后再重新生成三角网，先对照土石方计算区域边线、地势边坡坡底线、陡坡边线、梯田台地边线等地形线，用“重组三角形”命令对横跨这些地形线的三角形进行重组，令三角形边线顺地形线，再用“删除三角形”命令删除超长土石方计算区域边线多余的、错误的三角形、形成一期计量三角网（如图3、如图4），用“三角网存取”命令存为一期三角网文件（一期.sjw）。