不同比例尺精度条件下两期间土方量计算的探讨

赵淑湘（甘肃林业职业技术学院，甘肃 天水 741020）

不同比例尺精度条件下两期间土方量计算的探讨

赵淑湘（甘肃林业职业技术学院，甘肃 天水 741020）

本文结合工程实例，主要介绍了不同比例尺精度条件下两期间土方量计算的方法、步骤以及对成果的处理等，其计算结果得到了评审专家组和甲乙双方的一致认同。实践证明，此方法对类似土方量计算问题具有一定的借鉴作用，其更好地服务于工程建设。

不同比例尺精度；两期间土方量；计算方法；CASS

在工程建设中，往往会涉及到土方量的计算问题，其精度与测图比例尺及采用的计算方法直接相关。对于两期间土方量的计算，是指对同一区域进行两期测量，利用两次观测得到的高程数据建模后叠加，计算出两期之中区域内土方的变化情况[1]。一般情况下，填挖前和填挖后的外业数据采集一般使用全站仪或RTK，由于数据采集成本远远低于土方量误差影响工程的成本，因此测点密度一般应大于1：500地形测图的要求[2]。但在某些特殊情况下，如填挖前没有对原地表进行实地测量，以致缺乏与填挖后相同比例尺精度要求的高程数据，为此，填挖前数据只能从国家基本比例尺1：1万（或1：5000万）的地形图上获取，而填挖后的数据按不小于1：500比例尺的精度要求进行采集，但这种不同比例尺精度条件下的高程数据会对土方量的计算产生较大的精度误差，直接关系到甲乙双方当事人的利益，为此，本文结合“天水市秦州区南平镇采石区土石方量计算”工程实例，主要介绍不同比例尺精度条件下两期间土方量计算的方法、步骤以及对成果的处理等，以便为类似土方量计算问题提供一定的借鉴作用。

“天水市秦州区南平镇采石区土石方量计算”项目工作区位于天水市秦州区平南镇大山村，地处东经：105°37′52″，北纬34°20′03″，距天水市城区约39公里，平均海拔约1687m，呈典型的“V”字型山谷地貌，平均坡度在30度以上。该项目主要任务是计算十天高速第22标段垫路基所采挖的土石方量，且精度要求高。

1 高程数据的获取

土方量计算首先需要获取建立数字高程模型DEM的数据源。建立DEM的方法有多种，以数据源及采集方式来划分主要有地面测量、现有地图数字化、数字摄影测量法等[3],本项目填挖前数据通过现有地形图数字化获取，填挖后数据通过RTK地面测量获取。

1.1 填挖前数据

因填挖前地表无法恢复，因此将国家1：1万地形图进行了扫描，并在MAPGIS6.7软件的输入编辑模块下进行矢量处理，按1m等高距进行等高线加密，编制为1：500比例尺的地形图。然后利用MAPGIS6.7中的文件转换模块将图形转换为DXF格式，在南方CASS7.0软件中通过等高线高程赋值，按等高线高程值提取土石方计算范围内的高程数据，为了增加高程点密度，按5m的间距进行了提取。

1.2 填挖后数据

填挖后数据是直接通过现场实测获取。采用城市网络RTK测量和全站仪测量相结合的方法，在地势比较平缓，人员能够到达的地方，采用南方S86GPS—RTK测量；而在地势陡峭，人员无法到达的地方，则采用徕卡TCR802型全站仪免棱镜进行测量。对于地物点，主要采集拐点坐标；对于地形点，工作区内的坡度突然变化处增加高程采集点，陡坎处分别采集坎上、坎下高程，土石分界线处采集分界点高程，坡度均匀区域基本按不大于10m间隔采集高程点。

2 土方量的计算

本次土方量计算是在南方CASS7.0软件中实现的，计算方法包括DTM法、断面法、方格网法、和轮廓法（等高线法）等[4-5]。由于DTM法能更好地适应复杂、不规则地形，从而将地表的特征表现得淋漓尽致，因此利用DTM法算出的土方量将大大提高计算的精度[6]。本次计算采用DTM法。

2.1 三角网构建

分别将填挖前和填挖后的高程数据构建不规则三角网（TIN），构建时要根据地性线对三角网进行必要修改，使TIN所表达的数字地面模型与实际地形更加相符。

2.2 土方量计算

将填挖前的TIN作为第一期数据，将填挖后的作为第二期数据，然后在南方CASS7.0软件中完成两期间土方量的计算，即在南方CASS7.0界面中，点击菜单栏中的“工程应用”→“DTM法土方计算”→“计算两期间土方”，按命令栏中的提示分别输入“第一期三角网”和“第二期三角网”，然后通过软件自动处理，获得如图1所示的计算结果。

图1 两期间土方量计算结果

3 成果处理

本次计算中，二期三角网（填挖后）的建立是严格按照《CJJ/T 8—2011城市测量规范》（以下简称《规范》）的要求通过外业数据采集、内业编辑和DTM模型建立等步骤进行的，并且进行了必要的核验，其精度均满足要求，对土石方量计算成果影响较小，可忽略不计；但由于开挖前原地貌的不可重复再现性，一期三角网（填挖前）的建立是将1：1万纸质地形图通过矢量化理、等高线加密和DTM模型建立等方法步骤进行，对计算成果影响较大，原则上不能忽略。为此，按照《规范》中对等高线的精度要求，即三分之一基本等高距来推算，则高程误差为±1.7m（1：1万地形图基本等高距为5m）,再考虑到矢量处理等综合误差的影响，高程误差取±2.0m，如假定将填挖区范围内的地貌整体提升或下降2m，则由此产生的土石方量计算成果误差区间为[-87774.3,+87774.3]，由于填挖前高程数据无法准确获取，因此本次采取了保守算法，即“就低不就高”原则，最终成果为486789.4(574563.7-87774.3)m3，如土层按1.5m算，则所填挖的土方量为65830.7 m3，石方量为420958.7m3。

4 结 语

本文详细介绍了不同比例尺精度条件下两期间土方量的计算问题，在具体应用时应注意以下几个方面。

1）由于客观原因产生的计算精度误差，应充分依据《规范》，通过综合分析误差来源，计算出误差区间，并按照“就低不就高”原则进行成果处理。

2）在实地采集高程数据时，点密度应按不小于1：500地形图的精度要求进行，如遇变坡线，要在变坡线及其两侧加密打点；在构建不规则三角网（TIN）时，要充分考虑地性线，使其更加符合实际地形。

3）根据《规范》要求，计算由两人独立进行，若两人计算较差≤ 3%，最后取平均值作为最终成果。

[1]刘建英.南方CASS软件土方量计算方法的探讨以及特殊地貌土方量的计算[J].城市勘测,2008（05）.

[2]刘勇.DTM法土方量测算的技巧和方法[DB/OL].[2014-09-20].http://wenku.baidu.com/view/09c47787ce2f0066f4332220.

[3]李志林，朱庆.数字高程模型.武汉：武汉大学出版社,2001.

[4]赵文娇.基于CASS软件的土方量计算方法研究[J].江西建材,2016（19）.

[5]关金华;赵远方;胡金阳;张润涛.基于TIN的工程土方量计算[J].矿山测量, 2010（12）.

[6]戴 建 明.土 方 量 计 算 方 法[DB/OL].[2014-04-24].http://www.360doc.com/conte nt/14/0424/10/14680907_371644898.shtml.

[7]王晓春.地形测量[M].北京：测绘出版社,2010.

[8]CJJ/T 8—2011.城市测量规范[S].2011.

[9]李向民.CASS三角网法土方计算的改进[J].矿山测量,2007（12）.

Discussion on calculation of earthwork volume in two periods with di ff erent scale precision

In this paper, the method, the procedure and the processing of the results of the earthwork volume calculation in the two period are introduced, the results of the calculation have been confirmed by the expert group and both parties.Practice proves that this method has a certain reference to the similar earthwork calculation problem, more better serve the project.

different scale accuracy；two earthwork volume；computing method；CASS

文献辨识码：B

1003-8965(2017)04-0101-02