CASS軟件三角網法計算土方量

摘 要：數(shù)字地面模型（DTM）可以解決一些工程實際的問題，該模型能用三維場景表示出地貌的起伏狀態(tài)，可以按用戶要求進一步生成坡度圖、等高線圖、斷面圖等；三角網是DTM模型中的一種，利用該模型可以較方便的計算出土方量，在工程上得到了廣泛的應用。

關鍵詞：CASS軟件；DTM；土方量計算

1 土方量計算概述

土方量的計算是工程費用概算及施工方案選取的重要依據(jù)，所以工程施工前的設計階段必須對施工區(qū)域的土石方量進行計算。土石方量計算是以設計高程作為底面高程，以施工前該區(qū)域的實際地形高程作為頂面高程。土石方量的計算方法有等高線法，方格網法，斷面法和三角網法等。在實際工作時，無論采用哪一種方法，都需要利用測量儀器獲得大量的地形數(shù)據(jù)，其采樣的間隔越小，其計算出的土方量越準確。在這幾種土方量計算方法中，三角網法由于很好的擬合實際地貌的幾何特征，并且能克服地形起伏不大的地區(qū)產生冗余數(shù)據(jù)的問題，其計算精度高于等高線法，方格網法，斷面法精度。

2 三角網法土方量計算

2.1 建立三角網

數(shù)字高程模型（DEM）的格網間隔（數(shù)據(jù)點密度）與其同比例尺地形圖高程精度相適配，并形成有規(guī)則的格網系統(tǒng)，根據(jù)不同的高程精度，可分為不同類型產品。為完整反映地表形態(tài)，可配套提供離散高程點數(shù)據(jù)。三角網是數(shù)字高程模型中的一種，是在一定區(qū)域內規(guī)則三角網點的三維坐標數(shù)據(jù)的集合，這個數(shù)據(jù)集合可以代表該區(qū)域地形地貌的起伏狀態(tài)。利用CASS（數(shù)字地形地籍繪圖軟件）可以較為容易的生成三角網，其建立方法分為兩種：一種是根據(jù)“坐標數(shù)據(jù)文件”生成，另一種是根據(jù)“圖面高程點”生成。無論采用哪一種方法，都必須是依據(jù)坐標數(shù)據(jù)文件，必須采用如下格式：“點號，編碼，Y坐標，X坐標，高程”才能在CASS軟中將高程點展繪出來。需要注意的是編碼一位可以是空缺的，但是“逗號”不能省略，此文件格式必須是五個“逗號”，并其需要注意橫坐標在前，縱坐標在后。

因實際地貌的多樣性和復雜性，自動構成的三角網模型與實際地貌會有一定偏差，如果出現(xiàn)了三角網與實際地形不符合的情況，可以采用如下方法進行局部的修改：（1）刪除三角形：如果區(qū)域邊界生成了多余的三角形，應把其刪除；（2）增加三角形：如果邊界區(qū)域某范圍沒有生產三角網，則應通過內插點生產三角形，否則沒有三角形的范圍不參與土方量的計算；（3）過濾三角形：如果某些三角行的某個角度過小，可以采用該方法，將這些三角行重新組合成三角形；（4）刪三角形頂點：采用該方法可以將有公共點的三角形統(tǒng)一刪除，這樣該區(qū)域范圍不參與土方量的計算；（5）重組三角形：三角網應表示地址起伏的狀態(tài)，如果某些三角網懸空，可以通過此方法將三角形重組。

2.2 土方量計算

三角網法計算土方量的原理是：依據(jù)實地測定的地貌點三維坐標（x，y，z）和平場設計高程，依據(jù)生成的三角網和平場高程來構成很多個三棱柱體，然后依據(jù)棱柱的體積計算公式得到指定范圍內填方和挖方的土方量，并繪出場地內填挖方分界線。

2.2.1 根據(jù)坐標文件計算

（1）用多段線繪制出包含坐標文件的封閉區(qū)域，該區(qū)域要同實際地貌保持一致，如果實際地貌編輯就是折線的，則該部分多段線不能擬合。因為擬合過的曲線在進行土方計算時會用折線迭代，影響計算結果的精度；（2）在CASS軟件中執(zhí)行“DTM法土方計算”中的“根據(jù)坐標文件”命令；（3）根據(jù)系統(tǒng)提示，用鼠標選取所繪制的封閉的多段線，并輸入編輯的內插值間隔，系統(tǒng)默認是20米；（4）經系統(tǒng)提示，在彈出的對話框內選取三角網的坐標數(shù)據(jù)文件；（5）系統(tǒng)會顯示出該區(qū)域的平場面積，并提示用戶輸入該區(qū)域的設計高程；（6）回車后屏幕上顯示填挖方的提示框，命令行顯示挖方量和填方量。

2.2.2 根據(jù)圖上高程點計算

（1）利用CASS軟件中的展繪高程點的功能，在繪圖區(qū)域展出高程點，然后用多段線將該高程點封閉；（2）執(zhí)行CASS軟件中“DTM法土方計算”下拉菜單中的“根據(jù)圖上高程點計算”命令；（3）用鼠標選取該封閉的多段線，并輸入邊界的插值間隔（米），系統(tǒng)默認是20米；（4）用鼠標選取圖面的高程點，可以分區(qū)域旋轉或整體旋轉都可以；（5）系統(tǒng)自動顯示出平場面積，并提示用戶輸入設計高程；（6）回車后系統(tǒng)彈出對話框，顯示出挖方量和填方量。

2.2.3 根據(jù)圖上的三角形計算

（1）如果生成的三角網同實際地形不附和，可以通過加入地性線的方法加以修改，地性線即地貌的骨架線，代表地物的特征輪廓；（2）在CASS軟中執(zhí)行“DTM法土方計算”下拉菜單中的“依圖上三角網計算”命令；（3）在彈出的對話框中輸入平整的目標高程，并用鼠標選取圖面上的三角網，可以分開選擇或全部選擇。

該方法計算土方量時，用戶可以不選定區(qū)域邊界，此時系統(tǒng)只計算選取的三角形范圍，所以三角形選擇時要準確，而不能多選或漏選，否則計算的結果就不準確。

2.2.4 計算兩期土方計算

兩期土方計算必須生成兩次三角網，其土方量是兩期三角網封閉組成的幾何體的體積。這適用于兩次觀測的區(qū)域表面都是不規(guī)則的。計算兩期土方之前，應對該區(qū)域依據(jù)不同的坐標數(shù)據(jù)分別進行生成三角網，并將生成的模型保存起來。最后點取“工程應用＼DTM法土方計算＼計算兩期土方量”命令。按系統(tǒng)提示分別選擇兩期三角網后，系統(tǒng)就會彈出相應的對話框顯示出計算的土方量。

3 結束語

數(shù)字地圖是以數(shù)字形式存儲在計算機中，來表達地物、地貌的幾個特征和屬性特征。在各個領域中，隨著計算機技術應用的廣泛與加深，數(shù)字地圖在工程的設計、施工等階段的應用也日益加深。AutoCAD是一種常用的繪圖軟件，可以作為數(shù)據(jù)測圖軟件的開發(fā)平臺，其精確的繪圖工程和各種查詢工具給用戶提供了繪制及查詢各種空間實體幾何特征的基礎。利用運用數(shù)字測圖軟件可以方便地進行平面面積、表面積、土方量的計算和道路縱、橫斷面圖的繪制等。

參考文獻

[1]譚立萍，孫艷崇.數(shù)字化地形地籍測量與實訓指導[M].西安交通大學出版社，2014.

[2]孫艷崇，王占武.數(shù)字化測圖技術[M].東北大學出版社，2013.

作者簡介：孫艷崇（1978，3-），男，漢族，遼寧綏中，講師，注冊測繪師，碩士研究生，研究方向：數(shù)字化測圖技術。